Elektor Lab Notes 13: Energiemessgerät, Akkuladegeräte, Temperaturaufzeichnung und mehr

Willkommen zurück bei Elektor Lab Notes! Alle paar Wochen veröffentlichen unsere Ingenieure und fleißigen Redakteure ein paar Labornotizen und Updates zu neuen DIY-Elektronikprojekten, Branchennachrichten und nützlichen technischen Tipps. Dieses Mal präsentieren wir Ihnen Updates zum ESP32-Energiemessgerät-Projekt, zum AmpVolt-Projekt, ein paar Notizen zur Temperaturmessung und mehr. Bitte teilen Sie uns Ihre Meinung am Ende dieser Seite in den Kommentaren mit. Sie können Ihre eigenen Labornotizen hinterlegen und uns mitteilen, woran Sie an Ihrer Elektronikwerkbank arbeiten!

---

Saad Imtiaz (Leitender Ingenieur, Elektor)

• Update zum Energiemessgerät ESP32: Die neueste Version des ESP32 Energy Meter PCB ist jetzt auf dem Weg zur Produktion. Diese Version weist erhebliche Verbesserungen auf und bietet mehr Funktionen sowie ein ausgefeilteres Design als der Prototyp. Ich schreibe einen Artikel über dieses Projekt, um neue Details und Ideen zu teilen. Sind Sie auf die ganze Geschichte gespannt, sollten Sie das Elektor Magazin für die detaillierten Informationen lesen.

AmpVolt-Projekt ist fast fertig: Während sich das AmpVolt Projekt der Fertigstellung nähert, gilt das bekannte Sprichwort, dass die Arbeit eines Ingenieurs nie wirklich fertig ist. Die Ankunft und das erfolgreiche Testen der Leiterplatte sind wichtige Erfolge. Der erste Testcode wurde implementiert und bildet eine solide Grundlage für die weitere Entwicklung. Aber unser Streben nach Genauigkeit geht weiter, da wir uns nun mit der Kalibrierung beschäftigen. Das Ziel ist es, die Genauigkeit des Moduls zu verbessern und sicherzustellen, dass es unsere hohen Standards und Erwartungen erfüllt.
 

---

Jean-François Simon (Ingenieur, Elektor)

Thermoelement Temperaturprotokollierung

Im Rahmen einer Überprüfung von Lötgeräten musste ich einen Temperaturanstieg zwischen 20°C und 350°C aufzeichnen. Um einen solchen Temperaturbereich abzudecken, gibt es mehrere Lösungen. Die gebräuchlichste ist der Einsatz eines Thermoelementes vom Typ K. Um das Thermoelement mit einem PC zu verbinden, können Sie ein Multimeter verwenden, das solche Thermoelemente aufnehmen kann, sofern es über einen PC-Anschluss verfügt. Sie können im Anschluss die Messungen mit der vom Multimeterhersteller gelieferten Software oder mit Sigrok oder sogar mit Python erfassen.

Leider hat mein Multimeter (Uni-T UT61D) zwar eine PC-Verbindung, aber keinen Thermoelement-Eingang. Die anderen Thermoelement-kompatiblen Instrumente, die ich besitze (Voltcraft K101, Aneng AN8009), haben keine PC-Verbindung. Also musste ich eine andere Lösung finden. Ich entschied mich für einen Arduino Pro Mini, ein FTDI-Modul und ein MAX6675-Modul.
 
Überraschenderweise sind diese Module auf chinesischen Websites häufig für etwa 2 Euro erhältlich. Für diesen Preis erhalten Sie auch ein Thermoelement und manchmal einige Überbrückungskabeln. Unabhängig vom Händler liegt der Preis des MAX6675 jedoch bei etwa 10 euros, selbst in relativ großen Mengen. Ich denke, man kann mit Sicherheit sagen, dass diese Module mit Nachbauten ausgestattet sind. Es sind aber funktionierende Nachbauten, zumindest die meiste Zeit lang. Ich habe gehört, dass sich Leute darüber beschwert haben, solche Module erhalten zu haben, die defekt waren. Sie bekommen eben das, wofür Sie bezahlen. Entwickeln Sie also ein Board, das die Temperatur mit einem Thermoelement messen muss, und zwar für den professionellen Einsatz, würde ich Ihnen von Aliexpress abraten. Nehmen sie lieber einen Anbieter von einem der oben aufgeführten Links.

Der MAX6675 hat eine Umwandlungszeit von 0,17 s (typisch) bis 0,22 s (maximal). Gehen wir davon aus, dass der Nachbau ähnliche Spezifikationen hat. Die Aufzeichnung kann also mit einer Frequenz von maximal 5 Hz erfolgen. Beachten Sie, dass das thermoelement selbst eine Reaktionszeit hat. In diesem Fall habe ich es mit einem Thermoelement mit einem Durchmesser von 0,35 mm zu tun, das daher eine Reaktionszeit von etwa 0,75 s hat. Die aufgezeichnete Kurve wird dem "echten" Wert um 0,75 s hinterherhinken. Mich interessieren aber nur Vergleichsmessungen, daher sollte das kein Problem sein.

Möchten wir das Signal mit einer höheren Frequenz als etwa 5 Hz erfassen, müssen wir eine andere Herangehensweise anwenden. Da das Design eines analogen Frontends komplex ist, nehmen wir am besten einen leicht verfügbaren IC. In der MAX-Serie hat der MAX31855 eine Wandlungszeit in der Größenordnung von maximal 0,1 s und sein Geschwisterchen, der MAX31856, bietet eine bessere Leistung bei Präzision und Filterung. Nicht zu verwechseln mit dem MAX31865, der für RTD-Sensoren konzipiert ist. Aus Sicht des Microchips bietet der MCP9600 ebenfalls eine gute Leistung, allerdings in einem QFN-Gehäuse, das sich nicht so leicht manunell löten lässt.

Hier ein Beispiel für eine Kurve, die mit dem MAX6675 + FTDI + RealTerm im Aufnahmemodus erstellt und anschließend in Excel angezeigt wurde:
Chip des Monats

Bei der Suche nach Lösungen für das Laden von Lithium-Batterien waren die Suchergebnisse überfüllt mit Inhalten, die den TP4056 erwähnten. Bei intensiver Suche fand ich den LTC4056 von Linear Technology (jetzt Analog Devices). Überraschenderweise sind diese Produkte trotz ihrer ähnlichen Namen nicht direkt gleichwertig!
   
Auch die Pinbelegungen sind völlig unterschiedlich. Vergleichen Sie das Datenblatt des LTC4056 mit dem des TP4056, werden Sie die hervorragende Qualität des ersteren zu schätzen wissen. Es besteht aus sechzehn sehr detaillierten Seiten, auf denen jeder Teil des Bauteils deutlich erklärt wird. Sie erhalten Ratschläge, wie Sie die Komponente optimal nutzen können. Zusätzlich bekommen Sie mehrere Anwendungsdiagramme. Es ist ein echtes Kunstwerk! Auch der Abschnitt zu den verwandten Teile am Ende ist sehr interessant.

   
Ich war auf der Suche nach einer Option, einen Akku mit 4 V oder 4,1 V statt der üblichen 4,2 V zu laden, um seine Lebensdauer zu verlängern. Die meisten speziellen Lade-ICs verwenden 4,2 V ohne eine Option, diese Einstellung zu ändern. Ich habe das Rad neu erfunden, indem ich versucht habe, eine Strombegrenzung für einen linearen Regler zu implementieren. Ich habe nach der besten Möglichkeit gesucht, eine genaue 4 V Spannung zu erhalten. Da entdeckte ich den LTC4064 in der Rubrik "Verwandte Teile". Problem gelöst, danke Linear/Analog Devices! Und welcher "Chip des Monats" hat ihren Tag gerettet? Verraten Sie es uns in den Kommentaren.

Blog des Monats

Dies ist das am professionellsten aussehende selbst gebaute elektronische Instrument, das ich seit sehr, sehr langer Zeit gesehen habe. Hut ab vor Sebastian Harnisch für seinen Bau eines programmierbaren Präzisionswiderstands. Ausgezeichnete Arbeit. Die guten alten Kisten aus dem letzten Jahrzehnt scheinen jetzt veraltet zu sein!
 

---

Roberto Armani (leitender Redakteur, Elektor Magazine)

Viele Artikel sind derzeit in Vorbereitung!

• 5G in Europa und weltweit: Was kommt als Nächstes?
• Kleine Schaltkreise kommen im August-Sommer-Special: Bleiben Sie am Balls.
• Italienischer Newsletter Ende März.

...und, warum nicht, einige Labortests für den Artikel "Pimp My Autoladegerät" im EK Sommer-Special!

 

---

Jens Nickel (Chefredakteur, Elektor Magazine)

• WLAN-Fernbedienung für Audio-Verstärker: Ich habe schon viel über mein neuestes Hobbyprojekt berichtet, an dem ich zusammen mit einem Freund arbeite. Ich habe jetzt auch eine projektseite auf der Elektor Labs platform erstellt.
• Dort können Sie mehr über die Geschichte und den Hintergrund des Projekts erfahren, einschließlich erster Einblicke in die Module, die wir verwendet haben sowie deren Verkabelung. Da wir keine erschwinglichen Module für den externen ADC finden konnten, womit wir die tatsächliche Position des motorisierten Potenziometers überwachen, haben wir uns entschlossen, eine eigene Platine zu entwerfen. Es ist eine einfache Leiterplatte mit nur wenigen Anschlüssen, aber sie bot mir (einem Anfänger auf diesem Gebiet) wertvolle praktische Erfahrungen mit KiCad sowie eine allgemeine Einführung in das Design und die Produktion von Leiterplatten. Ich habe drei Leiterplatten bei Aisler bestellt und warte sehnsüchtig auf ihre Ankunft.

 

• KiCad für Wiring Schaltpläne: Ich habe einen Schaltplan für unsere Module erstellt. Interessanterweise habe ich entdeckt, dass sich KiCad auch für diese Aufgabe eignet. Ich habe Schaltkreissymbole für die Module entworfen, Rechtecke hinzugefügt, um die Anschlüsse darzustellen und die Breite und Farbe der Kabel geändert. Es ist zwar nicht so visuell ansprechend wie Fritzing, erfüllt aber meiner Meinung nach seinen Zweck gut.
  
   
  

 

• Audio-Verstärker-Chip: Außerdem habe ich im Zusammenhang mit diesem Projekt einige Nachforschungen über den Mini Class D MonoVerstärker angestellt, den wir derzeit verwenden. Nachdem wir mehrere Optionen geprüft hatten, haben wir uns für dieses Modell entschieden, weil es ausreichend Leistung liefert, wenn es mit 36 V aus einer 10S3P Fahrradbatterie betrieben wird. Während Angaben wie "300 W" mit Vorsicht zu genießen sind, haben meine Tests gezeigt, dass der tatsächliche Verbrauch bei etwa 40 W an 4-Ohm-Lautsprechern liegt, wenn die Übersteuerung beginnt. Glauben Sie mir, das bedeutet "extrem laut"! In geschlossenen Räumen besteht ein echtes Risiko, Tinnitus zu verursachen. Im Freien kann es über eine 500 Meter lange Wiese und darüber hinaus Aufmerksamkeit erregen. Heute hat mich meine Neugier dazu gebracht, die in unserem Verstärker verwendeten Chips zu untersuchen. Ich habe herausgefunden, dass unser Verstärker im Wesentlichen einen TPA3255 chip von Texas Instruments enthält, Zusätzlich gibt es einige Kondensatoren und Induktivitäten sowie viele SMD-Passivbausteine, die ich scherzhaft als "Vogelfutter" bezeichne. Ich war von der Integration und Flexibilität dieses TI-Chips beeindruckt und auch davon, wie detailliert der Support für die Erstellung Ihres eigenen Verstärkers ist. Es ist erwähnenswert, dass es auf Alibaba viele günstige Boards mit diesem Chip gibt. Wir werden vielleicht bald eines für rund 20 Dollar bestellen, um zu sehen, wie es im Vergleich abschneidet.

 

---

---

C. J. Abate (Direktor, Inhalt und Technik)

Das Jahr 2024 schreitet schnell voran. Haben wir schon März? Hier sind ein paar Notizen von meinem Schreibtisch:
 

• Embedded & AI: Besuchen Sie unsere neue webseite, die sich mit allem befasst, was mit Embedded und KI zu tun hat. Unser umfangreiches Archiv bietet eine Fülle von Heimwerkerprojekten, ausführlichen technischen Anleitungen, spannenden Interviews und Schulungsvideos. Alle Inhalte werden sorgfältig ausgewählt und regelmäßig aktualisiert, damit Sie in den sich schnell entwickelnden Bereichen der Embedded- und KI-Technologien immer einen Schritt voraus sind. Entdecken Sie die faszinierende Welt der Embedded-Entwicklung und stellen Sie Projekte vor, die mit Mikrocontrollern und MCUs arbeiten. Enträtseln Sie die Geheimnisse der Embedded-Programmierung und des maschinellen Lernens im täglichen Leben. Wir befassen uns mit Spezialgebieten wie Embedded Vision und Sicherheit, wo Innovation auf Praxisnähe trifft. Die neue Website ist mehr als eine Ressource: Sie ist Ihr Einstieg in das dynamische Universum der eingebetteten Systeme und KI.

   

• Elektor Mag: Die März/April-Ausgabe von Elektor Mag ist erschienen. Die Ausgabe befasst sich mit diversen wichtigen Themen: maschinelles Lernen mit dem Jetson Nano, Objekterkennung und maschinelles Sehen, eine Einführung in FPGAs, BLE mit MAUI, Objektzählung mit Edge Impulse und vieles mehr.

 

• Nominierte für den Wettbewerb STM32 Wireless Innovation Design: Am 8. März, gaben Elektor und ST die Nominierten für den Designwettbewerb bekannt. Die Projekte sind: Zigbee Environmental Measurement Center für Zimmerpflanzen oder Gewächshäuser, The Electric Meter that Matters, BLE Ski & Snowboard Performance Evaluation Platform, Connected and Democratic Air Conditioning IR Remote sowie The Open-Source Multifunction Variometer for Paragliding. Die drei besten Gewinner werden am 10. April auf der embedded world 2024 bekannt gegeben.
• Elektor @ EW: Planen Sie die Teilnahme an der embedded world 2024 vom 9. bis 11. April in Nürnberg, Deutschland? Dann besuchen Sie die Ingenieure und Redakteure von Elektor am Stand 5-181. Können Sie nicht persönlich anwesend sein, werden wir den Elektor Lab Talk am Mittwoch, den 10. April per Livestream übertragen. Besuchen Sie uns!
• Project Challenge: Suchen Sie eine neue Herausforderung? Diesen Monat hat Elektor den Elektor Labs 2024 Project Contest gestartet. Sehen Sie sich die Regeln an und probieren Sie es aus!

Übersetzung: Juergen Donauer