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Proto-Ramian

Den ersten Prototypen habe ich auf einem Steckbrett ausgeführt, was natürlich was Rauscharmut und Zuverlässigkeit angeht alles andere als optimal ist, für erste Tests und kleine, motivierende Erfolge jedoch ausreichend sein sollte. Die Wahl meiner Komponenten fiel dabei (auch, um Steckbrett-kompatibel zu bleiben) auf:

  • Als Spannungsquelle ein simpler, gleichgerichteter und geglätteter Trafo mit 3 Ausgangsspannungen und den Wald-und-Wiesen-Linearreglern L7805, L7810 und L7910
  • Ein Verstärkersetup aus 2x LT1128 Operationsverstärkern
  • ADS7825 von Texas Instruments als Analog-Digital-Wandler (8 Eingänge, +/- 10 V, 40 kSps, 16 Bit, SPI)
  • Ein ATmega168 als Microcontroller
  • MAX232E als Pegelwandler an einem fertigen RS232-USB-Wandler
Proto-Ramian, ähnlich der Ursuppe das materialisierte Chaos

Eine Menge Programmieren PC-seitig in C++/CLI und Microcontroller-seitig in AVR-GCC später sah ich dann erste Daten am PC. Insbesondere konnte das Programm, dass inzwischen den Namen sPort 1.0 (für serial Port) bekommen hatte, schon eine einfache, ungefensterte Fourier-Transformation und eine Darstellung der Rohdaten sowie der FFT und eine Bestimmung der prominentesten Frequenz-Maxima.

Eine frühe Testversion von sPort
Die Ergebnisse konnten sich, in Anbetracht des Setups, durchaus sehen lassen.
Rauschen von Proto-Ramian. Obere Zeile - Fourier-Transformierte des Signals und Signal selbst bei starkem Rauschen
Untere Zeile - selbiges bei schwachem Rauschen
Man beachte die Skalen (klicken zum Vergrößern!). Die Einheiten sind Volt, Herz und Millisekunden. Das unterschiedliche Rauschen ist zufällig und die Schwingungen bei c.a. 3 kHz samt Oberwellen vermutlich Instabilitäten wegen des fliegenden Aufbaus geschuldet.
Wurf eine kleinen Box (Aluminium, 3x6x11 cm) in 2 m Entfernung vom Sensor. Die 220 Hz, die der maximale Peak etwa hat, entsprechen 5 km/h. Nagut, ich habe nicht sonderlich fest geworfen ...

Das Rauschen habe ich dann zumindest etwas vermindert, indem ich das Steckbrett in Alufolie gewickelt habe.

Einige Erkenntnisse habe ich aus Proto-Ramian, wie das Board damals zwar noch nicht hieß, aber wie ich es heute am besten beschreiben kann, gewonnen:

  • Das Rauschen der aus dem PC über USB kommenden Masse stört den Verstärker empfindlich
  • Die Hygrosens-Module weisen eine heftige Bauteil-Streuung auf. Je nach Modul kann das Rauschen fast 10x stärker sein!
  • Der ADC muss schneller sein
  • Es sind 2 Kanäle von Nöten pro Modul, einer mit wenig Verstärkung für den Nahbereich und einer mit wesentlich mehr für die entfernteren Objekte
  • Das Setup braucht eine gute Schirmung, um nicht störendes Rauschen von quasi überall einzufangen
  • Eine Flussregelung für die UART-PC-Verbindung ist nützlich
  • Die Datenaufbereitung muss wesentlich verbessert werden