zentraleinheit

Da einige der Sensoren nicht ohne Weiteres an einen Port geschlossen werden können, wird die Zentraleinheit mit diversen Schaltungen zwischen Sensoren und Launchpad verwendet.

Die gesamte Zentraleinheit wurde mit dem Programm „Altium Designer V13“ entworfen.

Board

Aufbau und Platzierung der Bauteile auf der neuen Platine in SMD-Bauweise.

Der Schaltplan ist so konstruiert worden, dass alle verwendeten Sensoren an die Platine modular angeschlossen werden können. Damit ist gewährleistet, dass das System benutzt werden kann, unabhängig vom Fortschritt des Projektes. Die Sensoren arbeiten unabhängig voneinander, womit die Funktionalität der Schaltung auch bei Ausfall einzelner Sensoren nicht gefährdet ist. Die Platine wurde an einer hochschuleigenen CNC-Fräsmaschine für Leiterplatten hergestellt. Alternativ kann man diese auch bei diversen Dienstleistern herstellen lassen.

 

Schaltplan

Schaltplan

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PCB("printed circuit board")

PCB

(zum Vergrößern anklicken)

 

Auf der Platine ist eine Festspannungsversorgung aufgebaut. Dafür wurde der LDO LP38691 (low-dropout regulator) von Texas Instruments verwendet, der eine geringe Dropout-Spannung benötigt und rauscharm ist. Die 5V werden als Betriebsspannungen für die Opertationsverstärker benutzt. Die Eingangsspannung für den LDO wird vom Gesamtsystem bereitgestellt und liegt bei 7,4V. Alle analogen Bauteile, die UV-Dioden und die O2-Sensoren, sind somit in einer Schaltung untergebracht, die eine stabile Spannungsversorgung hat.

Durch das aufgesteckte Launchpad wird für den digitalen Teil der Schaltung eine Spannung von 3,3V zur Verfügung gestellt. Damit werden die Druck-, Luftfeuchtigkeits- und Temperatursensoren und das Geiger-Müller-Zählrohr versorgt.

Die einzelnen Temperatursensoren werden durch das BUS-System nur über eine Datenleitung abgefragt. Die Anordnung der Sensoren auf der Platine kann deshalb sehr platzsparend umgesetzt werden. Auch die Verwendung eines vierfach-Operationsverstärkers vom Typ LM224 hält den Bauteilaufwand auf der Platine gering.

Besonderes Augenmerk wurde beim Design der Platine auf die Anschlüsse des Launchpads gelegt. Um die Sensorik-Komponenten möglichst kompakt zu halten, wurden die Steckverbinder so gesetzt, dass das Launchpad auf die Platine gesteckt werden kann. Weiterhin wurden die Anschlüsse der Sensoren aus den gleichen Gründen am Rand platziert.

 

Um in der Sonde Platz und Gewicht zu sparen, wurde im Anschluss noch eine weitere Platine entwickelt. Bei dieser war es möglich die Auswerteeinheit des Gassensors und das Launchpad weg zu lassen, da die wichtigen Komponenten auf einer Platine zusammen gefasst wurden. Daruch konnte das Gewicht für die Gesamte Sensorelektronik auf ein Minimum beschränkt werden. Im Gegensatz zu der ersten Platine befindet sich jetzt auch der MSP und die gesamte Elektronik für den Gassensor auf der Zentraleinheit. Mit einem Kantenmaß von 5x5 cm ist die zweite Platine in etwa nur noch ein drittel so groß wie die Erste was zu einer Reduzierung des Gewichtes und der Gesamtgröße der Sonde führt.

Die Spannungsversorgung der Platine und die analogen Sensoren beträgt 5V. Über einen Spannungsregler wird die Eingagsspannung auf 3,3V runter geregelt um den MSP und die digitalen Sensoren zu versorgen. Die Restlichen Komponenten sind identisch mit den auf der alten Platine.

Schaltplan der neuen Platine PCB Layout der neuen Platine
 Schaltplan2  PCB2   

 

Wie in dem rechten oberen Bild zu sehen ist, sind die Maße der Platine auf 5x5 cm reduziert worden.