Re: Programme zum Zeichen von Schalplänen + Bauteileauswahl

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Geschrieben von Theodor Wadelow am 22. April 2019 21:05:05:

Als Antwort auf: Re: Programme zum Zeichen von Schalplänen + Bauteileauswahl geschrieben von Jürgen Kallies am 18. April 2019 15:44:04:

Hallo Jürgen,
> danke für Deine Zeit, die Du mit meinem Problemchen widmest.
Das macht Spaß!

> Ich dachte mir schon, dass das Verstehen des Schaltplans die Sache nicht erledigt, das Aussuchen und Beschaffen der Bauteile ist für die Praxis mindestens genau so wichtig.
> Da fehlt mir dann die Erfahrung.
Hier helfe ich gerne, sobald wir uns einig sind was gebaut werden soll. Gut dass du es nicht eilig hast und ich dir ein bischen Planung und Zähigkeit bei der Problemlösung zutraue.

> Auch hatte ich schon darüber nachgedacht, welche Belastung der Standby des Komparators für den Akku mit sich bringen würde.
Das kann mit wenigen Microampere gelöst werden, allerdings sind die stromsparenden Bauteile in der Regel CMOS-Baugruppen.
Diese CMOS-Schaltkreise mögen gerne kleine Spannungen, so bis "Absolute-Maximum" (Datenblatt-Angabe; nie, nie, niemals überschreiten) etwa 5,5 bis 7 Volt.
Also empfiehlt sich ein Spannungsregler, das geht auch mit einigen Microampere, allerdings nur noch mit modereneren SMD-Bauteilen.

> Eine externe Versorgung verbietet sich ja auch, dann könnte man die Pumpe lieber gleich über ein Netzgerät laufen lassen.
Genau.
> Ein stromsparender Operationsverstärker ohne DIP wäre wohl der einzige Ausweg , aber evtl. doch schwierig zu handhaben.
Es gibt SMD-DIP-Adapter. SMD verlötet sich eigenlich einfach. Die zu lötenden Anschlüsse auf der Platine werden mit Lötpaste eingestrichen, da Bauteil aufgesetzt und im Heißluftstrom (z.B. Heizluftpistole mit kleiner Düse) verlötet. DIP steht übrigens englisch für "Dual Inline Package" und bezeichnet nur die Gehäuseform der Chips. Dass das moderne stromsparende Chips nicht mehr in DIP-Gehäuse gepackt werden ist mehr eine zeitliche Koinzidenz denn eine technische Notwendigkeit.

> Die Mosfet sind wohl unkritisch.
> • Eine neue Variante wäre es vielleicht, einen selbstgebauten, regelbaren Timer hinten dran zu bauen.
> Am besten mit einem Lichtsensor, der den Timer bei Sonneneinstrahlung überbrückt.
> Aber auch das wird die Akkukapazität wohl belasten. An den eingebauten Timer kommt man nicht leicht dran, da er fest im Gehäuse des Akkus verbaut ist.
Brauch dieser Timer denn selber schon Strom? Falls sowas schlecht gemacht ist braucht die Schaltung dann wegen der Akkupack-internen Schutzschaltung mit Timer mehr Strom als ein Arduino im Standby.
Muß man das Akkupack "einschalten", braucht es dann für sich selber (viel) Strom?

> Früher hatte ich auch schon mal daran gedacht, die Sache digital (mit Arduino o.ä.) anzugehen.
> Das Problem des Energieverlustes ist wahrscheinlich noch größer.
Nicht unbedingt. Selbst der klassische Arduino mit dem Mikrocontroller (MCU) ATMEGA328P kommt mit unter 6µA im Standby hin.
Siehe Datenblatt, Seite 603, Figure 35-12:

ht tp://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/ATmega48A-PA-88A-PA-168A-PA-328-P-DS-DS40002061A.pdf

In dem Modus lässt man den Watchdog-Timer laufen, was etwa alel 8 Sekunden einen Wakeup-Interrupt gibt.
Zählt in einem größeren Register die 8 Sekunden-Schritte und verhält sich gemäß seiner Programmierung.
Beim Aufwachen wird er den Analog-Digital-Wandler (AD) einschalten, die interne Referenzspannungsquelle einschalten, die externen Messwiderstände einschalten.
Dann misst die MCU einmal mit dem AD-Wandler die externe Spannung, rechnet den Bitcount in eine externe Spannung um und befragt seine Logik ob die Pumpe ein- oder auszuschalten wäre.
Dann geht der Chip wieder schlafen. So macht die MCU quasi nichts und braucht dafür auch quasi keinen Strom.

Wie die Logik zu programmieren ist, ist Geschmacks- und Diskussionssache.
Ein Lichtsensor ist überflüssig, ich würde das Schaltverhalten an der steigenden Akkuspannung festmachen.
Unter 10.8V (Blei-Gel-Akku tiefst entladen) würde ich die Pumpe nie einschalten.
Bei vollen 14.4V kann die Pumpe dauerlaufen.

Ganz kurze Pumpenlaufzeiten (z.B. unter 1 Sekunde) machen keine Sinn, weil der Wasserkreislauf garnicht richtig in gang kommt und die Filter/Belüftungswirkung gering sein dürfte.
Also legst Du eine Mindesteinschaltzeit fest. Ebenso würde ich ein Mindestpause bei kleinen Akkuspannungen festlegen. Wäre ja doof, wenn die Pumpe z.B. 80 Sekunden ( 10 * 8 Sekunden !) liefe um dann für z.B. 8 Sekunden aus zu gehen und dann wieder 80 Sekunden zu laufen. Das würde merkwürdig aussehen, denke ich.

Ebenfalls sollte die Pumpe nicht so schalten, dass der Akku immer auf 10.8V runtergezogen wird sondern das Solarpaneel sollte im Prinzip "für die dunklen Tage" Ladung im Akku ansammeln können.
Um dein System besser zu verstehen wüßte ich wirklich gerne wieviel Strom die Pumpe zieht.
Ein Problem wird nämlich sein, dass die Batteriespannung wegen des Innewiderstands der Batteriezellen bei Belastung absinkt und nach Belastung ansteigt. Beides sollte nicht zwingend (außer bei Belastung unter 10.8V!) zu Schaltprozessen führen. Diese Detail sind natürlich in Software gemütlicher zu lösen als in echter und auch noch stromsparender Hardware.

Für die MCU ist ein spezieller Spannungsregler mit geringem Eigenverbrauch erforderlich. Der ist ein echtes Problem, es gibt zwar Hunderte "low power"-Regler, aber im kleinen Microampere-Bereich wird's schwer wenn man ein Modell ohne (nennenswerte) Mindestlast sucht. Auf den "normalen" Arduino-Boards (den China-Klonen, ich kenne keine anderen), ist sowas nicht drauf. Der dort verbaute Low-Drop-Regler braucht mehr Standby-Strom als die MCU im Powerdown und die Power-LED auf dem Board braucht mehr Strom als die ganze CPU im Betrieb. Der typischerweise zum Programmieren verbaute FTDI232 USB-RS232-Wandler braucht ebenfalls recht viel Strom, den kann man wegsparen.
Eventuell kännte man mal versuchen, den Mikrocontroller über einen Depletion-Mode-Mosfet zu versorgen. Ich denke z.B. an BSS156 oder DN1509; beides leider SMD-Bauteile.
Mit dem Gate an Masse und 10-15V am Eingang sollten aus diesen Mosfets nette 2-4.5 Volt rauskommen, 10µA bis einige zig mA ohne Probleme. Zu Sicherheit dann eine 3.9V Zenerdiode parallel zur MCU und gut ist's.

> Es ist ganz interessant, über solche Dinge nachzudenken, zumal die Sache nicht eilig ist.
> Bis zu einer besseren Lösung bewährt sich, wie schon in den Vorjahren, die Regelung per Hand und gelegentliche Umschaltung der Pumpe auf ein Netzgerät.
Sehr gut, dann können wir hier an einer optimalen Lösung feilen und das wird schön.

> Deine Beschreibung der Möglichkeiten zum Zeichnen und Simulieren von Schaltungen ist umfassend und hilfreich. Es ist erstaunlich, dass CERN nichts Besseres zu bieten hat.
"Besser" ist relativ.
Ein englisches Bonmot dazu:


Software SUCKs. SUCK is a vector. In fact, SUCK is a unit vector. Therefore a given software will not SUCK less than any other software but rather it will SUCK in a different direction.

Ich selbst habe mit Eagle gearbeitet, Altium zu benutzen gelernt, habe den Nachfolger von Target3000 im Firmeneinsatz gesehen und gerade wenn ich den Preis bedenke, ist KiCAD fast gut.
Das Problem ist nämlich daß das andere Zeug sich für mich wie hyperteurer Schrott anfühlt, denn die Spezialfeatures der Programme konnte ich noch nie nutzen. Vielleicht verlege ich zu wenige quasioptisch Multi-10-GBit-Leitungen auf meinen Platinen. Für "Kleinscheiß" wie das hier besprochene Pumpen-Steuer-Problem sind die alle Overkill. Vielleicht geht Eagle, aber dann doch lieber gleich frei wie in Freiheit, womit man bei KiCAD wäre. Beim Verlegen von impedanzkontrollierten Leitungen sollte man sich sowieso nicht auf die Angaben eines Platinenprogramms verlassen sondern lieber seinen Leiterplattenhersteller fragen. Wenn der dann "keine Ahnung" sagt, sollte man sich einen teureren Leiterplattenhersteller suchen.

> LaTeX habe ich früher natürlich viel geschrieben. Man staunt immer wieder über neue Anwendungen.
> Aber LaTex/CircuiTikZ ist für meine kleinen Probleme vielleicht doch ein Overkill.
Nicht wenn Du an sich mit LaTex gut arbeiten kannst. TikZ ist auch ein unglaublich praktisches Graphen- und allgemeines Zeichenprogramm.

Ich habe nun oben viel zu MCUs gesagt. Du müßtest bitte mal die Stromaufnahme der Pumpe vermelden und sagen, ob Du den Weg mit der MCU gehen möchtest oder lieber doch den mit den klassisch-analogen Bauteilen. Falls Du Ideen zur Lade/Entladestrategie hat, immer her damit. Ich denke wir müssen wissen (schätzen) wie viele Ah Strom du aus der Solarzelle bekommst und wie diese Ah dann auf die Pumpe verteilt werden sollen. Daran kann man dann die Einschaltzeiten festlegen wenn man schätzen kann wieviele Ah im Akku sind. Bei letzterem denke man dann an die Selbstentladung (1-2% pro Tag) und den Stand-By-Verbrauch der Steuerelektronik. Wenn man alle Parameter kennt ist das eine reine mathematische Optimierung. Hoffentlich ohne erstickte Fische.

-Theo

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