65238-4 Handbuch 20.03.
Gewitterwarner Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. Alle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt, geprüft und getestet. trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht vollständig ausgeschlossen werden.
1 Wissenswertes vor dem Start 3 Inhalt Vorwort 1 2 3 4 Der Aufbau des Geräts Die Bauteile Die technischen Daten Der Aufbau Die Montage Der erste test 5 6 9 10 11 12 testmodus Warnstufen Empfindlicher Modus Speichermodus lautstärkeeinstellungen 18 22 25 27 28 29 Der Gewitterwarner im Einsatz 30 Schaltungsbeschreibung Die Schaltung Erweiterungen 34 36 40 Sicherheitshinweise Bildnachweis 44 45
Vorwort Mit Gewittern ist nicht zu spaßen! Sturm- und Wasserschäden können erheblich sein, Blitze stellen eine tödliche Gefahr dar. Etwa 50 Personen werden pro Jahr in Deutschland vom Blitz getroffen. Eine frühe Warnung vor Gewittern ist oft hilfreich. So können Sie rechtzeitig Ihre Gartenparty ins Haus verlagern, die Fenster schließen, empfindliche Geräte vom Netz trennen und Ihre Haustiere in Sicherheit bringen. Auch beim Outdoor-Sport kann eine rechtzeitige Warnung im Extremfall lebensrettend sein.
Kapitel 1 Die Bauteile klar? Alles rd jetzt i dann w t! gebau Die technischen Daten Der Aufbau Die Montage
Der Aufbau des Geräts Ihr Gewitterwarner hat drei Warnstufen. So können Sie selbst entscheiden, was zum jeweiligen Zeitpunkt zu tun ist. Das Gerät wertet die elektromagnetischen Impulse eines Gewitters aus und hat damit eine größere Reichweite als die normale Wolkenbeobachtung. Diese Signale kann man auch mit einem ganz normalen Radio auf Lang- oder Mittelwelle hören. Das charakteristische Knistern verrät einiges über ein nahes Gewitter.
Gewitterwarner Der Energieverbrauch des Gewitterwarners ist so gering, dass die Batterien für den ganzen Sommer ausreichen. Stellen Sie Ihr Gerät einfach ans Fenster und lassen Sie es den Sommer über eingeschaltet. Die Batterielebensdauer ist für ein halbes Jahr ausgelegt, sofern nur relativ selten ein Gewitter aufkommt. Leuchtet die grüne LED, zieht vermutlich ein Gewitter in der Nähe auf. Bei der gelben Warnung sollten Sie überlegen, was zu tun ist.
1 Der Aufbau des Geräts Die Bauteile 1 SMD-bestückte Platine 1 Empfängerbaustein TA7642 1 Spule mit 220 µH 2 grüne LEDs 1 rote LED 1 gelbe LED 1 Widerstand 22 kΩ (Rot, Rot, Orange) 1 Widerstand 100 kΩ (Braun, Schwarz, Gelb) 1 Piezo-Schallwandler 1 Pfostenstecker, 3 x 2 Kontakte 1 Jumper-Stecker 1 Batteriefach 2 x 1,5 V 9
Gewitterwarner Die technischen Daten Betriebsspannung: 3 V Ruhestrom: 1 mA Stromaufnahme im Warnzustand: 5 mA Empfangsfrequenz: 500 kHz Mikrocontroller: HT46F47 LED 1 (G): Grün, Warnstufe 1, 20–40 km LED 2 (Y): Gelb, Warnstufe 2, 10–20 km LED 3 (R): Rot, Warnstufe 3, nahes Gewitter LED 4 (Bl): Grün, Blitzanzeige Lautsprecher: Piezokristall Jumper 1: hohe Empfindlichkeit für ferne Gewitter Jumper 2: Simulationsmodus Jumper 3: Speicherfunktion für erreichte Warnstufe M1, M2
1 Der Aufbau des Geräts Der Aufbau Der Bausatz enthält eine vollständig bestückte SMDPlatine, an die nur noch wenige Bauteile gelötet werden müssen.
Gewitterwarner Die Montage Beginnen Sie mit dem AM-Radio-IC tA7642 (IC2) im dreipoligen transistorgehäuse. Der Platinenaufdruck zeigt die Einbaurichtung. löten Sie die Spule an die Anschlüsse SP und SP-. Die Polung ist beliebig. Bauen Sie auch den sechspoligen Pfostenstecker JP1 bis JP3 ein.
1 Der Aufbau des Geräts Kontrollieren Sie abschließend die lötstellen auf der Unterseite auf mögliche Kurzschlüsse oder fehlende Verbindungen.
Gewitterwarner So bauen Sie die lEDs ein. Bauen Sie dann die vier lEDs G (grün), Y (gelb) R (rot) und Bl (Blitzanzeige, ebenfalls grün) ein. Der Minuspol ist die Kathode und jeweils der kürzere Anschluss der lED. Der längere Anschluss wird mit dem jeweiligen Pluspol verbunden. Bauen Sie die lEDs stehend mit langen Anschlüssen ein, weil sie für den Einbau umgebogen werden müssen.
1 Der Aufbau des Geräts 15 Biegen Sie die LEDs passend um, damit sie in die Löcher des Gehäuses gesteckt werden können. Zunächst reicht es, wenn die LEDs die Platine festhalten. Später sollte die Platine zusätzlich mit doppelseitigem Klebeband oder Heißkleber fixiert werden. Löten Sie den Piezo-Schallwandler an die Anschlüsse So setzen Sie den LS+ und LS-. Befestigen Sie den Schallwandler mit Klebeband Schallwandler ein. oder Kleber auf dem Karton. Der Schallwandler nutzt den gesamten Karton als Membran.
Gewitterwarner dige llstän o v r e D u des Aufba rwarners e Gewitt Piezo-Schallwandler Batteriefach für 2 AA-Batterien
1 Der Aufbau des Geräts Widerstand (100 kΩ) Die 4 LEDs Die Platine enthält alle elektronischen Bauteile und verbindet sie elektrisch miteinander.
Kapitel 2 Testmodus Warnstufen Empfindlicher Modus Speichermodus Lautstärkeeinstellungen
Der erste Test Legen Sie zwei Mignonbatterien (AA) mit zusammen 3 V ein. Verwenden Sie beim ersten Test zur Sicherheit nur normale Zink-Kohle-Batterien (Beschriftungszusatz: R6), keine Alkalizellen (LR6) und keine Akkus, weil diese im Fehlerfall einen großen Kurzschlussstrom liefern können, der sogar Drähte zum Glühen bringen kann. Erst später, wenn alle Tests erfolgreich durchgeführt wurden, können auch Alkalibatterien verwendet werden, die eine längere Betriebsdauer garantieren.
Gewitterwarner An der Länge des Mit dem Einlegen der Batterien schalten Sie das Gerät Testlaufs erken- ein. Die grüne Blitz-LED leuchtet etwa eine Sekunde lang auf nen Sie, wie voll und geht dann aus. Damit ist die grundsätzliche Funktion beIhre Batterie ist. reits getestet. Der Mikrocontroller auf der Platine hat die Be- triebsspannung und die Verstärkung der Empfängerschaltung überprüft und passend eingestellt. An der Länge des Testlaufs können Sie erkennen, wie voll Ihre Batterie ist.
2 Der erste Test 21 Achtung, das Einschalten des Geräts und damit der Test- Einschränkungen lauf sollten nicht gerade stattfinden, während ein Gewitter beim Testlauf aufzieht, da damit eine falsche Verstärkung eingestellt wird. Das Gerät misst nämlich den Unterschied zwischen Ruhe und Gewitter und stellt sich auf einen mittleren Ruhepegel der empfangenen elektromagnetischen Signale ein.
Gewitterwarner Testmodus Blitze mit dem Gerät simulieren. Die AA-Batterien sind ins Bateriefach eingelegt. Das Gerät ist nun bereit. Wahrscheinlich ist gerade kein Gewitter in Sicht. Sie können aber einen Versuch starten, indem Sie einzelne Blitze selbst simulieren. Stecken Sie dazu einen Kontaktstecker (Jumper) auf Position 2. Aus dem Lautsprecher hören Sie ein leises Knistern, die Simulation eines Gewitters.
2 Der erste Test Nun kommt es darauf an, wo die Drähte zum Schallwandler liegen. Wenn beide Drähte genau parallel liegen und weit entfernt von der Empfangsspule sind, haben sie keine weitere Wirkung. Wenn sie aber in der Nähe der Empfangsspule verlegt sind oder sogar als Schlaufe um die Empfangsspule gelegt werden, entstehen magnetische Impulse wie bei einem Gewitter. Nun werden Blitze erkannt. Die grüne BlitzLED leuchtet regelmäßig auf, und aus dem Schallwandler hört man Signaltöne.
Gewitterwarner Testen Sie die Sie sehen ein regelmäßiges Blitzen der grünen LED, Reichweite der ähnlich, wie es bei einem realen Gewitter auch zu beobachsimulierten Blitze. ten sein wird. Testen Sie die Reichweite der simulierten Blitze, indem Sie die Drähte in eine andere Position bringen. Noch im Abstand von einigen Zentimetern zwischen Draht und Spule sollten die künstlichen Blitze erkannt werden. Durch die Lautsprecherdrähte fließen kurze Stromimpulse.
2 Der erste Test 25 Warnstufen Lassen Sie den Test einige Zeit laufen. Nach wenigen Sekunden schaltet sich die grüne LED ein, die erste Warnstufe. Nach weiteren zehn Sekunden leuchtet die gelbe LED und zeigt damit die zweite Warnstufe. Nach insgesamt einer halben Minute leuchtet die rote LED, dies ist jetzt die letzte Warnstufe. Ausgewertet wird die mittlere Anzahl der Blitzimpulse pro Minute. Schalten Sie nun den Simulationsmodus aus, indem Sie den Jumper abziehen.
Gewitterwarner Türklingeln älterer Anders sieht es allerdings aus, wenn ein Gerät eine DauBauart können erserie von Störimpulsen erzeugt. Dies kann bei Türklingeln Störimpulse älterer Bauart vorkommen, aber auch bei schlecht entstörerzeugen. ten Elektromotoren oder bei Störungen im Zündsystem von Benzinmotoren. Diese Art von Störung wird zwar als Gewitterereignis gewertet und löst grüne Blitzimpulse aus, aber sie dauern meist nicht lange genug, um eine Warnstufe zu erreichen.
2 Der erste Test 27 Empfindlicher Modus Stecken Sie nun den Jumper in Position 1. Damit wird Der Hochempfindein hoch empfindlicher Modus eingeschaltet, der dazu dient, lichkeitsmodus auch weit entfernte Gewitter zu erkennen. Während bei einem nahen Gewitter immer mehrere Teilentladungen pro Blitz erkannt werden, empfängt das Gerät bei einem Gewitter in 100 km Entfernung oder mehr nur noch einen einzelnen Impuls des Hauptblitzes.
Gewitterwarner Speichermodus Speichermodus Testen Sie nun auch den Speichermodus mit aufgesetzmit aufgesetztem tem Jumper 3. Eine einmal erreichte Warnstufe bleibt dann Jumper 3 gespeichert, die zuletzt eingeschaltete LED bleibt an. Wenn Sie diesen Modus verwenden und in der Nacht ein Gewitter vorbeizieht, können Sie am nächsten Morgen noch sehen, welche Stufe erreicht wurde. Sie sehen z. B. die gelbe LED und wissen dann, dass irgendwann ein relativ nahes Gewitter erkannt wurde.
2 Der erste Test 29 Lautstärkeeinstellungen Während der Signalton für die ersten Tests sehr nützlich ist, Lautstärkeeinkann er im Dauereinsatz störend wirken, besonders wenn auch stellungen für den einzelne Störimpulse technischer Natur vorkommen. Deshalb Dauereinsatz hat die Platine einen Anschluss für ein optionales Lautstärkepotentiometer (Poti) mit den Anschlüssen PM (Masse), PS (Schleifer, Mittelanschluss) und P+ (+3 V).
Kapitel 3
Der Gewitterwarner im Einsatz Stellen Sie den Gewitterwarner in die Nähe eines Fensters mit möglichst viel Abstand zu elektrischen Leitungen und Geräten auf. Legen Sie die Batterien erst am Einsatzort ein, damit sich das Gerät optimal auf den dort herrschenden Störpegel einstellen kann. Beobachten Sie das Gerät zuerst zu einer Zeit, in der weit und breit kein Gewitter in Sicht ist. Falls dennoch Impulse erkannt werden, muss es sich um technisch bedingte Störimpulse handeln.
Gewitterwarner Das Aufstellen des Geräts Stellen Sie das Gerät an einem möglichst störungsfreien, aber gut sichtbaren Ort auf, sodass Sie jederzeit rechtzeitig auf ein nahendes Gewitter aufmerksam werden. Im Normalfall kann es viele Monate lang ohne Batteriewechsel im Einsatz bleiben. Besonders in den Sommermonaten kann ein Gewitter sehr plötzlich auftreten. Ihr Gewitterwarner liefert dann die Vorwarnung oder auch eine Entwarnung, wenn das Gewitter mit genügendem Abstand an Ihnen vorbeizieht.
3 Der Gewitterwarner im Einsatz 33 Sie sich bei passenden Wetterlagen einen Überblick über die Entfernung aktueller Gewitter. Vergleichen Sie diese Ergebnisse mit den Warnmeldungen Ihres Geräts. So entwickeln Sie ein besseres Gefühl für die Beurteilung der LED-Anzeigen. Tatsächlich ist es technisch nicht möglich, jede Gefahr vorauszuerkennen. Der sprichwörtliche Blitz aus heiterem Himmel kann nicht im Voraus erkannt werden. Dagegen werden breite Gewitterfronten im Normalfall zuverlässig ausgemacht.
Kapitel 4 Die Schaltung Erweiterungen
Schaltungsbeschreibung Der Gewitterwarner verwendet einen integrierten AMEmpfänger TA7642 zusammen mit einer fest auf 500 kHz abgestimmten Mini-Ferritantenne in Form einer Fest induktivität. Das IC besitzt eine sehr große Verstärkung, die in weiten Grenzen vom Betriebsstrom abhängt. Die Versorgungsspannung für den Empfänger wird daher vom Mikrocontroller über ein geglättetes PWM-Signal geliefert. So kann die Verstärkung bei der Initialisierung der Schaltung passend eingestellt werden.
Gewitterwarner Die Schaltung Das NF-Signal des Empfängers wird mit einem Transistor verstärkt. Das NF-Signal des Empfängers wird mit einem Transistor ca. 100-fach verstärkt. Das verstärkte Signal gelangt dann an den Eingang PA4 des Mikrocontrollers, der als Impulszähler eingang verwendet wird. Der Ruhepegel am Kollektor von T1 liegt bei ca. 0,6 V und damit deutlich unter der Auslöseschwelle des Zählers von ca. 1,5 V.
4 Schaltungsbeschreibung 37 Dies gelingt durch eine automatische Einstellung der Ver- Gewitterimpulse stärkung. Nach dem Neustart erhöht der Controller seine PWM- ragen aus dem Ausgangsspannung langsam und kontinuierlich, bis das Grund- Grundrauschen. rauschen den Zähler anspricht. Dann wird die PWM-Spannung um einen gewissen Betrag verringert. Damit ist die Gesamtverstärkung optimal eingestellt. Die Initialisierung dauert länger, wenn die Batteriespannung geringer wird, und gelingt gerade noch bei 2,6 V.
Gewitterwarner Die Widerstände 2,2 kΩ und 4,7 kΩ bilden einen einfachen Digital-Analog-Wandler mit einer Auflösung von zwei Bit, also vier Anzeigestufen. Alle Ausgänge werden über die Firmware des Mikrocontrollers in Abhängigkeit von der Anzahl der empfangenen Impulse gesteuert. Die Eingänge an den Jumpern JP1 bis JP3 arbeiten mit internen Pull-up-Widerständen und haben im Ruhezustand einen High-Zustand. Der Poti-Eingang ist hoch ohmig und darf nicht frei bleiben.
4 Schaltungsbeschreibung 39 Die Batteriespannung gelangt über einen Schutzwiderstand von 10 Ω an den Mikrocontroller. Eine antiparallele Diode schützt die Schaltung gegen Falschpolung. Anders als bei einem Verpolungsschutz mit einer Diode in Reihe zur Batterie hat man im Ruhezustand nur einen sehr geringen Spannungsabfall von 10 mV, weil der Ruhestrom etwa 1 mA beträgt. Wenn eine der lEDs leuchtet, erhöht sich der Spannungsabfall am Schutzwiderstand auf etwa 50 mV.
Gewitterwarner Erweiterungen Gestalten Sie Ihr Gerät individuell. Die Platine bietet zahlreiche Möglichkeiten für Erweiterungen. Sie können Ihr Gerät individuell gestalten. Schließen Sie z. B. ein Poti als Lautstärkeregler an. Alle Potis zwischen 10 und 100 kΩ sind dafür geeignet. Falls Sie ein Poti mit Schalter verwenden, können Sie zusätzlich den Pluspol des Batteriefachs über den Schalter leiten.
4 Schaltungsbeschreibung 41 Statt des Piezo-Schallwandlers kann ein dynamischer Lautsprecher mit einem Widerstand von 8 Ω oder mehr angeschlossen werden. Damit erreichen Sie eine größere Lautstärke. Als Alternative zur Anzeige über drei LEDs kann die Warnstufe auch über ein Messwerk mit ca. 2 mA Endausschlag angezeigt werden. Geeignet ist z. B. das Messwerk, das in zahlreichen Franzis-Radiobausätzen und in einigen Franzis-Lernpaketen verwendet wurde.
Gewitterwarner Noch weniger Strom für die Anzeige braucht eine Variante mit zwei LEDs an den Messwerkausgängen. Man hat dann eine binäre Anzeige für die einzelnen Warnstufen (01, 10, 11). Möglichkeit zum Anschluss einer externen Warneinrichtung. Am Ausgang M1 kann auch ein digitales Signal abgenommen werden, das die Schaltstufen zwei und drei zusammenfasst. Hier könnte man eine externe Warneinrichtung anschließen. Geeignet wäre z. B. eine Transistorschaltstufe mit einem Relais.
4 Schaltungsbeschreibung Gewitter-Rekorde Gewitter sind eine beeindruckende und gefährliche meteorologische Erscheinung. Sturmböen und Blitzschlag, Regen und Hagel können dabei gewaltige Ausmaße erreichen. So kann ein Blitz bis zu 20 Kilometer zwischen der Gewitterwolke und der Einschlagstelle im Boden zurücklegen. Bei einem einzigen Gewitter in Deutschland im Jahr 2012 wurden rund 150.000 Blitze registriert. Ein Blitz kann durch seine hohe elektrische Energie sogar Flugzeuge zum Absturz bringen.
Gewitterwarner Sicherheitshinweise ! Achtung – Augenschutz und LEDs Blicken Sie nicht aus geringer Entfernung direkt in eine LED, denn ein direkter Blick kann Netzhautschäden verursachen! Dies gilt besonders für helle LEDs im klaren Gehäuse sowie in besonderem Maße für Power-LEDs. Bei weißen, blauen, violetten und ultravioletten LEDs gibt die scheinbare Helligkeit einen falschen Eindruck von der tatsächlichen Gefahr für Ihre Augen. Besondere Vorsicht ist bei der Verwendung von Sammellinsen geboten.
