Wie macht man Digitialisierung? Folge 2

17. Januar 2018 um 16.23 Uhr
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Die Post ist da!

Sensor und Rasp (wie der Kleinrechner liebevoll genannt wird – Pi wird synonym verwendet) liegen vor mir. Aus ultrafrüher Zeit habe ich noch ein Steckbrett, da wird der Sensor mal draufgesteckt und die Anschlüsse vom Pi hergestellt.

Steckbrett und rechts davon der Pi

Steckbrett mit Vibrationssensor


Zum Glück leuchtet der Pi rot, sonst würde man ihn kaum sehen. Ein Flachbandkabel aus einem alten PC ermöglicht die Verbindung zum Steckbrett.

Pi mit Flachbandkabel

Ein paar Stunden Aufwand gehen zuerst mal drauf, um den Pi zu verstehen. Welche Anschlüsse sind wo? Insgesamt komme ich aber aus dem Staunen kaum heraus. Die Einrichtung mit grafischer Oberfläche wie bei einem PC geht im Handumdrehen.

Grafische Oberfläche des Raspberry Pi

Die Sprache der Schlange

Es gibt eine fast unermesslich grosse Fangemeinde, welche wohl schon jedes denkbare Problem mit diesen Gerätchen diskutiert, gelöst und dokumentiert hat. Um einen Sensor abzufragen, werden mir im Netz diverse Varianten mitsamt leicht verständlichem Programmcode angeboten.
Programmiersprachen stehen diverse zur Auswahl. In den Foren sehe ich, dass für ähnliche Aufgaben oft Python verwendet wird. Die Wahl fällt mir leicht, da ich weder diese noch andere zur Verfügung stehende Sprachen kenne. Wie populär diese Sprache ist, erkennt man daran, dass die Suchmaschine zu Python als Programmiersprache viel mehr zu berichten weiss, als zum wesentlich älteren gleichnamigen Tierchen.

Das Sensorsignal verstehen

Die paar Zeilen Code sind schnell gemacht und das Resultat ist ernüchternd. Ich kann den Sensor schütteln, aber der Rasp erkennt nichts. Also belegt ab nun mein altes Oszilloskop den kaum vorhandenen Platz auf meinem Schreibtisch. Ich will mal die Signale anschauen um etwas schlauer zu werden, was da läuft. Aber das Analogsignal ist so schwach, dass es schon zusammenbricht, wenn ich es messen will. Und das Digitalsignal sieht nicht wirklich digital aus. Was soll das? Ich will verstehen was hier läuft und schaue mir die Schaltung vom Sensor an. Zum Glück ist sie einfach, so dass ich das Schema bald aufgezeichnet habe:

Vibrations-Sensor mit LM393 differential Komparator

Im Schema als Rv bezeichnet, ist der eigentliche Sensor ein zylindrisches Ding, welches als Widerstand funktioniert. Wenn man es schüttelt, steigt der Widerstand an und fällt dann wieder ab, wenn es zur Ruhe kommt. Am liebsten würde ich das Ding aufsägen um zu schauen was drin ist, aber dazu müsste ich mir wohl noch einen zweiten Sensor kaufen. Falls jemand das Innenleben kennt, freue ich mich auf einen entsprechenden Hinweis!

Der Analogausgang ist der Direktabgriff am Vibrations-Widerstand und ist für meine Zwecke völlig unbrauchbar, darum gibt es die Schaltung dahinter: Der Komparator vergleicht die Spannungsdifferenz an den beiden Eingängen und verstärkt diese Differenz sehr stark. Die Spannungsdifferenz rührt vom variierenden Widerstandswert des Sensors einerseits und dem verstellbaren Referenzwert andererseits.

Signal am Digitalausgang des Vibrationssensors

Steigt der Widerstand über Wert des Referenzwiderstandes, so springt das Digitalsignal hoch auf etwa 3 Volt und bleibt oben, bis der Widerstand zur Ruhe kommt. Der Digitalausgang ist also nicht so zu verstehen, dass dort eine codierte Zahl abgeliefert wird, sondern ein Signal, welches 0 oder 3 Volt ist.

Die Spannung steigt – hier geht es weiter mit Teil 3.