Autor Thema: Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee  (Gelesen 73466 mal)

Offline PeMue

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 4217
Hallo zusammen,

ich denke, wir sollten vordringlich das Kondesatorproblem klären, weil dann könnte:
- PeMue eine Platine machen
- Einige was Besseres als Lochraster aufbauen, um verschiedene Aufbauvarianten zu testen
- Wir das Rauschen vergleichen
Stimmt, die anderen Platinen wären dann mal soweit  ;D

Ich habe mal recherchiert:
Es gibt Elektrolytkondensatoren SMD, 10 µF, allerdings haben die eine Bauhöhe von 5,8 mm, dies würde bedeuten, dass man ein Loch in die Schirmung bohren müsste -> suboptimal für die Schirmung.

Eine Alternative wäre die Referenzspannung des OPV1 auf z.B. 3 V, die des OPV2 auf 2.5 V zu legen.
Dann würde ein 10uF Tantal ausreichen (zumindest solange das Radar-Sensor Signal unter 36 mVpp bleibt!).
Die Referenzspannungen könnte man mit einem Spannungsteiler aus 3 Widerständen (z.B. 27k, 5.6k, 33k) generieren.
Bei dieser Lösung habe ich noch nicht verstanden, warum der Tantal zwischen den zwei OPs (C2 in chunter1's Schaltung) weniger zum Rauschen beitragen soll als vorher mit der zweiten Referenzspannung von 2,5 V. Aber ich gebe zu, ich habe mich noch nicht so detailliert mit der Verstärkerschaltung beschäftigt. Ich sollte vielleicht mal die Ausführungen aus dem Link weiter vorne studieren (bzw. meine Kenntnisse in Verstärkertechnik auffrischen  8)). Warum gilt das über das Rauschen Gesagte nur für C2 und nicht auch für C1 bzw. C7?

Hier sind alle Infos über die Leiterplatte gesammelt:

Version 1.0:

Schaltplan:
Schaltplan v1.0 siehe Anhang.

Layout:
Layout v1.0 siehe Anhang.

Stückliste und Aufbau:
Stückliste v1.0 siehe Anhang bzw. aktualisierten Bestückungsdruck.

Achtung:
Bitte den Radarsensor über Kabel anbinden, ich habe die Pinbelegung leider nicht kontrolliert. Daher ist Masse und Ausgang/IN auf der Platine im Vergleich zum Radarsensor leider vertauscht!!!

Verbesserungen:
- Pinbelegung Radarsensor ist falsch (s.o.)
- R5/C8-Beschriftung anpassen.
- Die Polung der Tantals einzeichnen.
- Bei IC1 Pin1 einzeichnen.
- Die Pads der Diode 4148 anpassen.
- 10 µF Tantalkondensatoren in Baugröße BA (statt C)

Bilder vom Aufbau der v1.0 gibt es hier und hier.

Version 1.1:

Schaltplan:
Schaltplan v1.1 siehe Anhang.

Layout:
Layout v1.1 siehe Anhang.

Platinenbedarf:
Platinenbedarf v1.0:
0x chunter1 -> erl.
2x HCS -> erl.
1x oli82 -> erl.
1x networker -> erl.
1x PeMue (ohne Schirm/Deckel) -> erl.
1x sentinel1 (+Schirm/Deckel) -> erl.
1x Maista (+OP, +Folien-C, +Schirm/Deckel, per Mail) -> erl.
1x sbiermann (vollständig bestückt inkl. Schirm/Deckel ;)) -> erl.
1x Mario67 (+Schirm/Deckel, +passive Bauteile, per PM) -> erl.
1x Edi77 (+Schirm/Deckel +passive Bauteile, per PM) -> erl.
1x SusisStrolch (+Hühnerfutter, +Schirm/Deckel, per Mail) -> erl.

Platinenbedarf v1.1:
2x PeMue
2x AxelSchweiss
2x HCS
1x sentinel1
1x Maista (Komplettbausatz, per PM)
1x max333 Platine, Abschirmgehäuse
1x nanocosmos, Abschirmgehäuse
1x tndx, Abschirmgehäuse
1x klausw, Abschirmgehäuse+Hühnerfutter (außer Tantal)
1x chopsor
1x Darkmann

Kosten:
Abschirmgehäuse WE-SHC  3,50 €
Abschirmgehäuse-Deckel  3,50 €
RC4580IDR Audio SOIC-8  1,00 €
Folienkondensator 1nF   0,50 €
Folienkondensator 100nF 0,60 €
10 µF Tantal Cs         0,25 €
Rs bzw. nicht Folien Cs 0,05 €

Edit: 2017/09/23
Schaltplan prel3 angehängt, Spannungsregler und 4-pol. Stecker am Ausgang hinzugefügt.

Edit: 2017/09/30
Schaltplan prel4 angehängt, micro USB Stecker hinzugefügt.

Edit: 2017/10/15
Schaltplan, Board Ausdruck und Stückliste angehängt.

Edit: 2017/10/22
Kommentierten Bestückungsdruck angehängt.

Edit: 2017/10/30
Bilder Platine und Schirmgehäuse angehängt.

Edit: 2017/11/30
Wie von networker richtig erkannt, war die Polung von C2 falsch angegeben. Korrigierten Bestückungsdruck angehängt. Aktualisierte Stückliste angehängt.

Edit: 2018/04/02
Schaltplan und Bestückung der Platine v1.1 angehängt.
« Letzte Änderung: 31 Juli 2018, 11:51:50 von PeMue »
1x FB7170 (29.04.88) 5.7 1xCUNO2 1.67 2xEM1000WZ 2xUniroll 1xASH2200 3xHMS100T(F)
1x RPi BV2LCDCSM 1.63 5.7 2xMAX HKT, 1xMAX RT, V200KW1
1xFB 7490 (113.06.05) 5.7 1xCUL V3 1.63 1xHM-CC-RT-DN 1.4 1xHM-TC-IT-WM 1.1 1xHB-UW-Sen-THPL-O 0.15 1x-I 0.14OTAU 1xRFXtrx 90 1xWT440H 1xCM160 3xTFA30.3150 5xFA21
Gefällt mir Gefällt mir x 3 Liste anzeigen

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 755
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #511 am: 21 September 2017, 22:52:41 »
Bei dieser Lösung habe ich noch nicht verstanden, warum der Tantal zwischen den zwei OPs (C2 in chunter1's Schaltung) weniger zum Rauschen beitragen soll als vorher mit der zweiten Referenzspannung von 2,5 V. Aber ich gebe zu, ich habe mich noch nicht so detailliert mit der Verstärkerschaltung beschäftigt. Ich sollte vielleicht mal die Ausführungen aus dem Link weiter vorne studieren (bzw. meine Kenntnisse in Verstärkertechnik auffrischen  8)). Warum gilt das über das Rauschen Gesagte nur für C2 und nicht auch für C1 bzw. C7?
Ich bin mir jetzt nicht ganz sicher ob ich dich richtig verstanden hab? ;)
Die Schaltung mit der dual-Referenzspannung hat primär den Zweck, als Koppelkondensator zwischen den OPVs einen gepolten Typen verwenden zu können.
Dadurch würden wir in der gesamten Schaltung mit 10uF/16V Tantals auskommen und die gibts in kompakter Bauform.

Wenn sich eine ultra-kompakte Bauform des Preamps ausgeht, sollten wir den Trimmer streichen.
Bei mir hat das Parallelschalten eines 220k Widerstandes zum 680 Ohm im Ausgangsspannungsteiler (siehe Schaltplan unten) den Offset gut korrigiert (lag dann um die -4).

Anbei die Simulationsergebnisse und die Schaltung der dual-Referenz Lösung bei einem 1.3 mV / 1 kHz Signal am Eingang.

Legende:
V(n001) = 5V Supply
V(n002) = Vref OPV1 (ca. 2,9 V)
V(n003) = Vref OPV2 (ca. 2,5 V)
V(n007) = Ausgang OPV1
V(n010) = Ausgang OPV2
V(n011) = Ausgang Richtung ADC

Man sieht schön, dass die Ausgangsspannung des OPV1 stets höher ist als die Vref des OPV2 Einganges (2,5 V).

Ich würde diese Anpassung in den bereits von dir erstellten Schaltplan übernehmen und damit ins Layout gehn.

EDIT:
Hab die Schaltung grade real nochmal aufgebaut um zu prüfen, ob sich der RC vom Range her gleich verhält wie der LME.
Die sind leider unterschiedlich.
Für den RC4580 muss R21 = 18k sein.
Für den LME49720 muss R21 = 27k sein.

Obwohl ich das temperaturabhängige Rauschen noch nicht getestet habe, tendier ich zum RC4580.
« Letzte Änderung: 21 September 2017, 23:54:12 von chunter1 »

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 755
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #512 am: 22 September 2017, 10:59:28 »
...na, was sagen die "Insider" hierzu? :)

Offline HCS

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 2962
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #513 am: 22 September 2017, 11:00:39 »
...na, was sagen die "Insider" hierzu? :)
Dein Analogeingang ist kaputt  :D :D :D

Offline PeMue

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 4217
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #514 am: 22 September 2017, 12:05:17 »
Dadurch würden wir in der gesamten Schaltung mit 10uF/16V Tantals auskommen und die gibts in kompakter Bauform.
Ich gehe mal mit diesem Schaltplan ins Rennen (Bezeichnung analog zu denen oben).
Ggf. werde ich den C8 an die höhere Spannung hängen (weil da Störungen höher verstärkt werden).
Minimalgröße der Schirmung ist 25x25 mm, kleiner geht es leider nicht. Die Platine wird ca. 33x27 mm groß werden.

Gruß PeMue
1x FB7170 (29.04.88) 5.7 1xCUNO2 1.67 2xEM1000WZ 2xUniroll 1xASH2200 3xHMS100T(F)
1x RPi BV2LCDCSM 1.63 5.7 2xMAX HKT, 1xMAX RT, V200KW1
1xFB 7490 (113.06.05) 5.7 1xCUL V3 1.63 1xHM-CC-RT-DN 1.4 1xHM-TC-IT-WM 1.1 1xHB-UW-Sen-THPL-O 0.15 1x-I 0.14OTAU 1xRFXtrx 90 1xWT440H 1xCM160 3xTFA30.3150 5xFA21

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 755
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #515 am: 22 September 2017, 13:31:04 »
Ggf. werde ich den C8 an die höhere Spannung hängen (weil da Störungen höher verstärkt werden).
Ok - oder gleich auf beide einen drauf ;)
C5 und C6 sollten wir auch auf 10uF ändern.
Wäre ideal, wenn wir bei den Tantals nur einen Wert für die gesamte Schaltung verwenden.

Zitat
Minimalgröße der Schirmung ist 25x25 mm, kleiner geht es leider nicht. Die Platine wird ca. 33x27 mm groß werden.
Ok, bin schon gespannt!  ;)

Grade noch aufgefallen... in deinem Schaltplan ist noch der LME49720 statt des RC4580 drin.

« Letzte Änderung: 22 September 2017, 13:32:40 von chunter1 »

Offline HCS

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 2962
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #516 am: 22 September 2017, 13:41:17 »
Wollen wir das Radar an den PeAmp stecken oder löten?
Stecken hat vermutlich den Nachteil, dass es mit der Zeit durch Luftfeuchtigkeit und Temperatur eine weitere Rauschquelle generiert.

Offline PeMue

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 4217
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #517 am: 22 September 2017, 18:19:23 »
Hallo zusammen,

Ok - oder gleich auf beide einen drauf ;)
Mache ich, ich spendiere auch am Ausgang einen dritten Pin für die 5 V und einen Blockkondensator.

C5 und C6 sollten wir auch auf 10uF ändern.
Pluralis Majestatis  ;D? Ja, machen wir  ;). Die Werte sind egal, solange sich die Baugröße (Typ C) nicht ändert.

Grade noch aufgefallen ... in deinem Schaltplan ist noch der LME49720 statt des RC4580 drin.
Die haben das gleiche Gehäuse und die gleiche Pinbelegung (schaue ich aber zur Sicherheit nochmal nach).

Wollen wir das Radar an den PreAmp stecken oder löten?
Löten ist die bessere Alternative.

Wird aber ganz schön eng, siehe Bild. Vermutlich brauche ich außenrum noch jeweils 1 mm umlaufend.

Ich mache auch ein paar Massepins dran, damit man die Platine auf eine Lochrasterplatine löten kann.

Grundidee:
- Radarsensor dranlöten
- von unten den Ausgang + Masse zum ESP32, die 5 V direkt von der Spannungsversorgung und dann erst zum ESP32

Gibt es sonst noch Vorschläge/Wünsche?

Gruß PeMue

Edit: Das Bild ist noch ein alter Stand, da wollte ich nur schauen, ob das einigermaßen vernünftig zu Löten geht  8) 8) 8) Dei 25 x 25 mm Abschirmung ist schon eine Herausforderung. Bis auf eine Brücke habe ich auch alles auf der Oberseite layoutet -> die Schirmung sollte dicht sein.
« Letzte Änderung: 22 September 2017, 18:21:35 von PeMue »
1x FB7170 (29.04.88) 5.7 1xCUNO2 1.67 2xEM1000WZ 2xUniroll 1xASH2200 3xHMS100T(F)
1x RPi BV2LCDCSM 1.63 5.7 2xMAX HKT, 1xMAX RT, V200KW1
1xFB 7490 (113.06.05) 5.7 1xCUL V3 1.63 1xHM-CC-RT-DN 1.4 1xHM-TC-IT-WM 1.1 1xHB-UW-Sen-THPL-O 0.15 1x-I 0.14OTAU 1xRFXtrx 90 1xWT440H 1xCM160 3xTFA30.3150 5xFA21

Offline sbiermann

  • Full Member
  • ***
  • Beiträge: 369
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #518 am: 22 September 2017, 18:37:18 »
Hossa, so klein, das kann ich nicht löten. Daher wäre die Frage gibt es fertige bestückte Platinen?
Gefällt mir Gefällt mir x 1 Zustimmung Zustimmung x 1 Liste anzeigen

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 755
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #519 am: 22 September 2017, 21:32:26 »
Die haben das gleiche Gehäuse und die gleiche Pinbelegung (schaue ich aber zur Sicherheit nochmal nach).
Pinout ist ident.

Zitat
Gibt es sonst noch Vorschläge/Wünsche?
Wenn man D1 und D2 gegen eine BAT54S tauscht, ginge sich evtl. noch ein 5V Regler aus?
Der sollte wirklich mit drauf sein.

Offline PeMue

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 4217
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #520 am: 22 September 2017, 22:02:27 »
Hallo zusammen,

Hossa, so klein, das kann ich nicht löten.
Hm, sonst geht es halt nicht unter den Schirm drunter.

Daher wäre die Frage gibt es fertige bestückte Platinen?
Bei ein paar (<= 5) kann man darüber reden. Für mehr fehlt mir schlichtweg die Zeit.

Wenn man D1 und D2 gegen eine BAT54S tauscht, ginge sich evtl. noch ein 5V Regler aus?
Der sollte wirklich mit drauf sein.
Ich glaube nicht, dass ich den Regler noch unter den Schirm bekomme. Kann der auch außerhalb hin? An welchen hast Du denn gedacht?

Der Schaltplan ist hier, die Infos über die Platine versuche ich in diesem Post zentral zu sammeln (ist am Anfang der Seite  ;)).

Gruß PeMue
« Letzte Änderung: 22 September 2017, 22:04:53 von PeMue »
1x FB7170 (29.04.88) 5.7 1xCUNO2 1.67 2xEM1000WZ 2xUniroll 1xASH2200 3xHMS100T(F)
1x RPi BV2LCDCSM 1.63 5.7 2xMAX HKT, 1xMAX RT, V200KW1
1xFB 7490 (113.06.05) 5.7 1xCUL V3 1.63 1xHM-CC-RT-DN 1.4 1xHM-TC-IT-WM 1.1 1xHB-UW-Sen-THPL-O 0.15 1x-I 0.14OTAU 1xRFXtrx 90 1xWT440H 1xCM160 3xTFA30.3150 5xFA21

Offline networker

  • Full Member
  • ***
  • Beiträge: 134
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #521 am: 22 September 2017, 22:21:40 »
Du meinst am oberen Rohrende?

Eigentlich sollte der Preamp und der Sensor in einen Veschluß-Stopfen eines DN40 passen und als Abdeckung des Sensor der 1/2 Tischtennisball.

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 755
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #522 am: 22 September 2017, 22:35:49 »
Zitat
Kann der auch außerhalb hin? An welchen hast Du denn gedacht?
Yup.
Eckdaten:
Temp.: -20...+85 °C (oder mehr)
Uin max.: >14 V
I: > 100 mA

Auf die Schnelle hab ich folgende Regler gefunden:
LD2985BM50R
SPX5205M5-L-5-0
AP2204K-5.0
L78L05ABU
SPX1117M3-L-5-0

Eigentlich sollte der Preamp und der Sensor in einen Veschluß-Stopfen eines DN40 passen und als Abdeckung des Sensor der 1/2 Tischtennisball.
Wenn du die Leiterkarte senkrecht hinter den Sensor montierst, müsste es sich mit dem DN40 ausgehen.

Planst du den Sensor nach unten aus dem Rohr blicken zu lassen?
Wenn ja, dann rinnen die Tropfen an die Spitze des Tischtennisballs in die Mitte des Sensors und tropfen dann in einem perfekten Dopplersignal-peak runter. ;)
« Letzte Änderung: 22 September 2017, 22:39:30 von chunter1 »

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 755
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #523 am: 22 September 2017, 23:53:35 »
Wenn man D1 und D2 gegen eine BAT54S tauscht...
Sorry, Schottky ist bei den +/-300 mV Offset Spannung des IPM-170 keine gute Idee.

Offline networker

  • Full Member
  • ***
  • Beiträge: 134
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #524 am: 23 September 2017, 00:01:24 »
Nein, nach oben