Hallo, kann mir bitte jemand im Detail erklären, wie die Schaltung von B.Kainka funktioniert? http://www.b-kainka.de/bastel118.htm Ich möchte damit eine einfache Funkdatenübertragung zu einem UC realisieren. B.Kainka schreibt im Artikel: Diese kleine Schaltung ist ein kompletter Sender und Empfänger zum Anschluss an einen Mikrocontroller. Wie kann ich ein und dieselbe Schaltung als Sender und Empfänger verwenden? Der Quarzoszillator ist in dieser Schaltung ja so wie ich das sehe am Eingang, also als Empfänger zu verwenden?
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Das erklärt er doch in den Zeilen unter dem Schaltplan: Falls die Schaltung empfangen soll wird der Anschluss "D" vom Mikrocontroller ausgewertet. Der Quarzoszillator schwingt selbst und wird dabei aber von einem entfernten Sender moduliert. Falls sie senden soll steuert der Mikrocontroller den Anschluss "D" an und moduliert ihn mit den Daten.
funky schrieb: > Falls sie senden soll steuert der Mikrocontroller den Anschluss "D" an > und moduliert ihn mit den Daten. Also das einzige was der UC am Anschluss D machen kann, ist ihn gegen Masse zu ziehen! Dadurch hört der Oszillator auf zu schwingen. Ok, damit kann ich sozusagen eine 1 bzw. eine 0 übertragen. Aber warum schwingt der Oszillator überhaupt an?
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Hallo m.g.
> Aber warum schwingt der Oszillator überhaupt an?
Weil es ein Oszillator ist? Weil er es kann?
Weil das Schingungskriterium erfüllt wird:
Schleifenverstärkung > 1 bei einer Phase von 0°.
Ich versuchs mal mit einer Erklärung.
Sender
Das Sendesignal kann einfach mit Hilfe des Anschlusses D ein- und
ausgeschaltet werden. D könnte auch mit einer RS232 Schnittstelle
angesteuert werden. Es sind jedoch nur sehr geringe Datenraten möglich
wie z.B. 25 Baud oder weniger.
Empfänger
Der Anschluss D wird auf High gesetzt wie beim Senden. Dadurch fängt der
Oszillator an zu schwingen. In gleichmäßigen Zeitabständen verdoppelt
sich dabei die Amplitude. Wird eine ausreichende Amplitude erreicht, so
richtet die Basis-Emitter-Strecke die Schwingung gleich -> die Basis
wird negativer -> der Kollektor wird positiver. Der ATtiny misst die
Zeit bis zum Erreichen einer Schaltschwelle am Anschluss D.
Der Tiny zieht nun D auf Null und wartet, bis die Schwingung am Quarz
stopt. Der Quarz schwingt aber nicht komplett aus, sondern er schwingt
mit der Amplitude, die er von der Antenne bekommt weiter. Jetzt wird D
wieder auf high gesetzt. Je stärker das Signal an der Antenne zum
Zeitpunkt der Flanke low -> hig war, desto schneller wird der
Schwellwert erreicht.
Um 1 Bit zu übertragen, sollten mindestens 3-4 dieser Zyklen durchlaufen
werden. Der Sender muss also so langsam senden, dass der Empfänger in
diesem Zeitraum 3-4 mal abtasten kann, und zwar beim schwächsten zu
detektierenden Signal, da ein Oszillatorstart mit schwachem
Antennensignal länger dauert.
Der Zusammenhang zwischen Signalstärke und Aufschwingzeit ist
logarithmisch. Mit einem Pendelempfänger sind durchaus Empfindlichkeiten
von 1µV erreichbar und es können auch noch Signale mit >10mV oder 100mV
verwertet weden. Der Quarz macht einen Nachteil eines typischen
Pendelempfängers wett, das ist die große Bandbreite.
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Hallo Bernd W. Danke für deine ausführliche Erklärung! Ich habe die Schaltung nun 2-fach mit einem 14,318MHz Quarz aufgebaut aber habe damit noch ein Problem. Der Sender ist vom Empfänger ca. 15cm entfernt. Ich habe dem Sender und Empfänger eine 10cm lange Antenne spendiert. Bild1: Der Sender schwingt mit 14,31MHz (rotes Signal) und der Anschluss D hängt in der Luft. Am Empfänger messe ich das Signal am Anschluss D (gelbes Signal) Bild2: Der Anschluss D des Senders (rotes Signal) ist jetzt mit Masse verbunden. Am Anschluss D des Empfängers (gelbes Signal)hat sich im Prinzip nichts getan! Was mache ich falsch?
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Du muss D vom Empfänger ebenfalls takten, und zwar wir oben beschrieben mit der 3-5-fachen Frequenz der Baudrate des Senders. Am Empfänger: Portpin auf GND ziehen. Halbe Periode auf GND halten (Oszillator stoppt). Portpin auf Eingang und Anschwingzeit messen, d.h. die Zeit bis der Port High meldet. Anschliessend geht das Spiel von vorn los. Die gemessenen Zeiten integrieren, Mittelwert bilden. Wenn der Sender aktiv ist, sind die Zeiten kürzer als wenn nichts empfangen wurde. Beim Quarz dauert das Anschwingen wegen der hohen Güte ziemlich lang: du solltest das erstmal messen, d.h. wie lange dauert es eigentlich ohne Signal von GND gehalten bis Signal gemessen. Das ist die maximal mögliche Taktrate. Bleibe bei der Baudrate des Senders mind. Faktor 5 davon weg. Schwierigkeiten kann auch wegen der geringen Bandbreite eine Ablage der Quarze zueinander bereiten. Passiert z.B. durch unterschiedliche Antennenbelastung.
Hallo m.g. In beiden Fällen schwingt der Empfänger. Du musst den Anschluss D des Empfängers aktiv takten. Falls Du einen Funktionsgenerator hast, gib mal auf D einen 5Volt Rechteck mit ca. 20 Hz und verbinde den Tastkopf mit dem Kollektor. Bei Annäherung des Senders sollte sich das Signal verändern.
m. g. schrieb: > Am Anschluss D des Empfängers (gelbes Signal)hat sich im Prinzip nichts > getan! > > Was mache ich falsch? Du hast ja von Holler und Bernd eine ganz gute Erkärung bekommen. Du solltest aber auch daran denken, das die Bastelanleitungen von Kainka eher dazu da sind, etwas neues, interessantes zu zeigen und nicht unbedingt dazu, um auf Dauer funktionsfähige Geräte zu bauen. Inzwischen gibt es ja jede Menge fertige, preisgünstige Sende- und Empangsmodule, die für die Datenübertragung besser geeignet sind. Gerade im HF-Bereich muss man beim Basteln daran denken, das schon leichte Abweichungen beim Aufbau über Funktion und Nichtfunktion entscheiden. Gruss Harald
Zuerst wunderte mich die Bezeichnung Pendler, der macht immer eine Schwingung im Ultraschallbereich. Nach genauerem Nachlesen von Burkhards Text fand ich die Erklärung "Was hier noch fehlt ist ein externer Taktgenerator." Dazu nimmt er einen 555 oder ATTiny. Der ist unverzichtbarer Teil des Empfängers, nicht nur die Auswertung.
Wird der Quarz nicht eventuell beim Senden überlastet?
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Hallo! Ich habe nun den Quarzpendler (Sender + Empfänger) fertig aufgebaut und etwas angepasst. Sender: Damit der Sender nur anschwingt wenn der Taster gedrückt wird, wird D über einen Transistor bei geöffneten Taster auf Masse gezogen. Wird der Taster gedrückt, sperrt der Transistor und der Quarzpendler kann anschwingen. Empfänger: Wenn der Empfänger nach einem 20ms-Takt anschwingt, wird das Signal zuerst auf ein 5V-Spannungssignal für den Mikrocontroller (Interrupt) aufbereitet. Der Interrupt wird bei fallender Flanke ausgelöst -> das ist der Startzeitpunkt für die nachfolgenden ADC-Wandlungen und damit die Auswertung ob der Sender sendet oder nicht. Das funktioniert bereits sehr gut und ich schalte damit eine LED ein und aus! Nur die Reichweite ist mit ca. 1m (Antennenlänge = 15cm) etwas bescheiden. Da ich aber keine längere Antenne verwenden möchte, meine Frage: Wie kann ich die Sendeleistung mit z.B. einer nachfolgenden Verstärkerstufe erhöhen, damit ich so ca. auf 10 bis 20m Reichweite komme? Hat hier jemand einen Vorschlag?
Hallo m.g. Mit Deiner Methode, den Pegel zu messen, anstatt die Zeit bis zum Erreichen einer Schwelle, kannst Du leider nicht den Vorteil einer logarithmischen Skalierung nutzen. Damit geht dem Empfänger Empfindlichkeit und Dynamik verloren. Erzeug mit Hilfe der Schwelle einen Interrupt und lese in der Interrup-Routine das Timerregister aus. Dies ergibt auch eine sehr gute Auflösung. Schwingen die Quarze überhaupt genau auf der gleichen Frequenz? Bei 1kHz Abweichung läßt die Reichweite schon deutlich nach. Auch Störungen auf Kurzwelle reduzieren die Reichweite. Du kannst beide Antennen ein wenig länger machen, so 20-25cm. Das hilft doppelt, beim Senden und beim Empfang. Zwischen Quarz und Antenne kann eine Drossel mit ca. 33µH geschaltet werden, um die Antenne in die Nähe der Resonanz zu bringen. Die Drossel muss kapazitätsarm sein mit <= 1pF bzw. eine Eigenresonanz > 30MHz haben. Bei zu genauer Resonanz hört der Quarz evtl. auf zu schwingen. Auch diese Maßnahme hilft beim Senden und beim Empfang.
B e r n d W. schrieb: > Hallo m.g. > > Mit Deiner Methode, den Pegel zu messen, anstatt die Zeit bis zum > Erreichen einer Schwelle, kannst Du leider nicht den Vorteil einer > logarithmischen Skalierung nutzen. Damit geht dem Empfänger > Empfindlichkeit und Dynamik verloren. Erzeug mit Hilfe der Schwelle > einen Interrupt und lese in der Interrup-Routine das Timerregister aus. > Dies ergibt auch eine sehr gute Auflösung. Ich starte zu Beginn der 1.Flanke an CH2 drei ADC-Messungen und berechne den Mittelwert daraus. Der Mittelwert ist für mich das Maß, ob der Sender an ist oder nicht.Bei der 2. Flanke an CH2 sind die ADC-Wandlungen abgeschlossen. Das klappt sehr gut, aber eben nur auf sehr geringe Entfernung. > Schwingen die Quarze überhaupt genau auf der gleichen Frequenz? Bei 1kHz > Abweichung läßt die Reichweite schon deutlich nach. Auch Störungen auf > Kurzwelle reduzieren die Reichweite. Auf 1kHz genau? kann ich das mit dem Oszi überhaupt in der Auflösung messen? > Du kannst beide Antennen ein wenig länger machen, so 20-25cm. Das hilft > doppelt, beim Senden und beim Empfang. Bei einer 1m Antenne komme ich gut 4m. Aber ich würde hier lieber die Sendeleistung erhöhen! > Zwischen Quarz und Antenne kann eine Drossel mit ca. 33µH geschaltet > werden, um die Antenne in die Nähe der Resonanz zu bringen. Die Drossel > muss kapazitätsarm sein mit <= 1pF bzw. eine Eigenresonanz > 30MHz > haben. Bei zu genauer Resonanz hört der Quarz evtl. auf zu schwingen. > Auch diese Maßnahme hilft beim Senden und beim Empfang. Das muss ich erst probieren!
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Hallo m.g. > Bei einer 1m Antenne komme ich gut 4m. > Aber ich würde hier lieber die Sendeleistung erhöhen! Dann müßtest Du die Leistung auf 1 Watt erhöhen, ein Wert, mit dem man bei guten Bedingungen schon durch halb Europa kommt. Ganz abgesehen vom Stromverbrauch. Die kurze Antenne strahlt nur ca. 1/100 der Energie ab. Eine Drossel bringt die Antenne in Resonanz und verbessert damit das Signal um 10 dB, das ist die 10 fache Leistung. Wird das beim Sender und beim Empfänger gemacht, entspricht das schon 20 dB bzw. der 100 fachen Leistung. > Das klappt sehr gut, aber eben nur auf sehr geringe Entfernung. Beim Empfänger gibt es sicherlich noch einiges an Potenzial. - Der Oszillator sollte so früh wie möglich gestoppt werden (1), damit der Quarz nicht bis zu vollen Amplitude aufschwingt. Je größer die Amplitude, desto länger braucht der Quarz, um sich wieder zu beruhigen. - Der Quarz muss genügend Zeit haben (2), um auf einen Wert kleiner als die aktuelle Antennenspannung auszuschwingen. Wenn er aktiv bedämpft wird, reduziert sich die Zeit etwas. Bei der Simulation dauert es pro Zehnerpotenz ca. 1,2 ms. Von 1 Volt bis 1µV sind es 6 Zehnerpotenzen. Um also 1µV detektieren zu können, muss mindestens >7.2 ms gewartet werden. - Die Startflanke (3) sollte so sanft wie möglich schalten, damit der Quarz dabei nicht zum Schwingen angeregt wird. Deshalb hab ich dieses Signal mit C6 und R8 abgerundet. Ohne diese Maßnahmen reduziert sich die Empfindlichkeit auf >100 µV. Wird die Antenne am Quarz angeschlossen, wirkt dieser als Filter und es werden kaum Oberwellen abgestrahlt. Bei einem zusätzlichen Verstärker muss ein Tiefpassfilter nachgeschaltet werden, um die zwangsläufig entstehenden Oberwellen wieder zu entfernen. Gruß, Bernd
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Schöne Sim für die Diskussion wozu SPICE gut sei und man kann das doch alles per Hand rechnen ;-)
@ Abdul K. Immerhin sieht man schön, wie das Oszillogramm aussehen sollte. Von meiner Klaue kann ich leider keine farbige Bildschirmkopie machen, im Gegenteil, die kann keiner lesen, nicht mal ich selber.
Mir gefällts. Zumindest beim Sender begrenzt die maximale Verlustleistung des Quarzes die Sendeleistung. Belastbarere Quarze sind leider exorbitant teurer (und größer). Wie wäre es mit höherer Frequenz, notfalls mit einem Oberwellenquarz. Wobei es Grundwellenquarze bis ca. 30MHz durchaus gibt. Höherere Frequenz ergibt kürzere Antenne bzw. höheren Antennenwirkungsgrad (Ist proportional zu f hoch 4). Muß halt die Transe entsprechend hohe Transitfrequenz haben und CMOS gibts auch bis 300MHz billich.
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Hallo Ixil96, Ich beschäftige mich auch gerade mit Funkübertragung. Bin nach vielen Recherchen auf die kleine und simple Quarz pendelschaltung gekommen. Die scheint mir genau das richtige für meine Zwecke zu sein. Ich möchte mit dem Sender \ Empfänger ein d flipflop ansteuern... Laienhaft ausgedrückt.. 1x drücken und der fliflop schaltet... Nochmal drücken und er schaltet wieder...den teil mit dem flip Flop habe ich bereits hin bekommen, aber der Sender und Empfänger will nicht so wie ich will. Hab zuerst mal mit dem piezo Feuerzeug Sender und Empfänger von kainka experimentiert, aber der funkenschlag vom Feuerzeug ist offensichtlich zu schwach um den Empfänger zu aktivieren und den flipflop auszulösen also wollte ich es jetzt mal mit genau diesem seder und Empfänger versuchen. Kannst du mal den kompletten Schaltplan des Empfängers Posten? Ich nehme an bei PAO ist der ne555 angeschlossen als Taktgeber. Und kann ich mit dem out direkt das Flipflops ansteuern?
Hallo antalor Der Quarzpendler benötigt eine aktive Mithilfe, um einen Empfang zu ermöglichen. Das geht mit einem kleinen ATtiny oder PIC. Irgend ein Mikrocontroller mit einem eingebauten AD-Wandler kann das. Was Du möchtest, kann man auch mit einer Funkklingel erreichen. Allerdings würde ich damit nichts lebenswichtiges schalten. Bernd
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An die Funkklingel dachte ich auch schon, hab sogar noch eine alte klingel herumliegen die schein auf 433 MHz zu laufen... nur ist mir da viel zu viel rundherum aufgebaut, möchte sozusagen eine vereinfachte version bauen... der sender sollte so klein wie möglich sein und den empfänger dazu bringen bei empfang ein relais oder einen transistor durchzuschalten und bei keinem empfang eben wieder den transistor sperren... Ich dachte mir ich realisiere das mit der Funkenfernsteuerung ( http://www.b-kainka.de/bastel7.htm die weiter unten im Text als Download angeführt ist ) wie im Schaltplan am Bild, aber der Empfänger ist zu schwach, er schaltet nur durch wenn ich die beiden antennen zusammen halte... könnte man den empfänger noch mehr verstärken? Hab schon versucht noch einen Transistor an die darlington ranzuhängen aber es klappt nicht... Daher dann auch der gedanke es mit dem Quarz Pendler zu realisieren, aber der aufwand sollte so gering wie möglich gehalten wreden, auch die reichweite muss nur ein paar meter betragen. Welchen ansatz würdet Ihr vorschlagen?
Erstmal müsste der Schwingkreis (Spule und Kondensator auf der linken Seite) auf den Sender abgestimmt werden. Selbst dann wird es nich viel weiter als 1 Meter gehen. Außerdem gehört so ein Signal irgendwie codiert, sonst schaltet der Empfänger schon durch Störungen aus und an. Z.B. kommt ein Gewitter, dann geht immer die Garage auf und zu, bei jedem Blitz. http://www.vk2zay.net/article/235
Das wird schwierig den abzustimmen, da ich die Frequenz nicht kenne. Ein HF Impuls, generiert durch den funkenschlag des piezo elements im Feuerzeug, an dem ein Cu Draht als antenne angelötet ist fungiert als Sender. Da ich nicht vorhabe damit ein Garagentor oder ähnliches zu öffnen, wäre es mir egal wenn bei schlechtwetter die scahltung schaltet. Mir wäre es ganz recht, wenn man die empfindlichkeit des empfängers erhöhen könnte, sofern dies möglich ist, lt. kainka sollte der ja bereits schon so empfindlich sein dass bereits beim betätigen des lichtschalters der flipflop ausgelöst wird, was dann aber über den P1 einstellbar sein sollte?
Kainka schreibt: Die Antennen am Sender und am Empfänger sollen gleich lang sein. Beide waren beim Prototyp 50 cm lang. Auf diese weise wird der größte Anteil der Energie auf 2m abgestrahlt. Bei 70cm Länge wäre das Maximum im UKW-Bereich. Falls jedoch der Sender auf UKW sendet und der Empfänger https://www.mikrocontroller.net/attachment/254877/Empfaenger.png mit dem Schwingkreis auf Kurzwelle empfängt, dann gehts halt nur 1 cm weit.
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