Datenlogger Version 2

Autor: Jochen Hartig, DAV Höhlengruppe Frankfurt/Main, 2008

Inhaltsverzeichnis

   1. Datenlogger
   2. Sensoren
   3. Links

1. Datenlogger

Für eine geplante 24-monatigen Messung des Höhlenklimas wurde der bereits erfolgreich eingesetzte Windmesser der DAV Höhlengruppe Frankfurt/Main zu einem universell anwendbaren Datenlogger weiterentwickelt. Mit diesem Gerät können in einem stündlichen Intervall Temperatur, Luftdruck, Windgeschwindigkeit und Windrichtung gemessen und aufgezeichnet werden.

    

Abb 1: Datenlogger Version 2

 

Kern des Datenloggers ist ein C-Control Pro Mega128 Microcontroller (Conrad), der in C programmiert wird. Die Datensätze der Messungen werden auf einer auswechselbaren EEPROM-Karte gespeichert. Bei einer Datensatzlänge von 12 Byte können Messdaten über einen Zeitraum von 2,5 Jahren aufgezeichnet werden.

Abb 2: Architektur Datenlogger

 

Aufgrund des geringen Stromverbrauchs sind mit einem Satz Lithium-Ionen-Batterien stündliche Messung in einen Zeitraum von weit über 5 Jahren möglich. Ein Wechsel der Batterie sollte aber sicherheitshalber nach zwei Jahren zusammen mit der EEPROM-Karte erfolgen.

• Sleep-Modus: 3µA = 0,026 Ah pro Jahr
• Log-Modus: 45mA für 3 Sekunden pro Stunde = 0,328 Ah pro Jahr
• Kapazität AA-Lithium-Ionen-Batterien: 2,9 Ah - 10% wg. Einsatz bei 0°C
• Theoretische Laufzeit: 7,3 Jahre

Die 256 KB EEPROM-Karte ist für über 21.000 Messungen ausgelegt. Folgende Daten werden aufgezeichnet:

• Datum: 2 Bytes
• Zeit: 2 Bytes
• Temperatur: 2 Bytes
• Luftdruck: 2 Bytes
• Windgeschwindigkeit und -richtung: 1 Byte
• Batteriespannung: 2 Bytes
• Interne Temperatur: 1 Byte

Abb 3: 256 KB EEPROM-Karte (4 x 24C512)

 

Einmal pro Stunde wird der Datenlogger über eine, durch einen 1F Goldcap gepufferte Real Time Clock gestartet. Die Pufferung ist für mehrere Wochen Sleep-Modus ausgelegt. Die 3 Sekunden Log-Modus pro Stunde reichen aus, um die Pufferspannung auf über 4,5 V zu halten. Am Ende der Messperiode schaltet der Microcontroller wieder in den Sleep-Modus, d. h. die Stromversorgung wird abgeschaltet.

Über eine serielle Schnittstelle kann der Datenlogger per PC gesteuert und die Daten hochgeladen werden.

Abb 4: Steuerung über serielle Schnittstelle

2. Sensoren

Als Temperatursensor wird ein, in einer Edelstahlhülse vergossener KTY81-110 eingesetzt. Die Spannung wird über einen 24-Bit Analog-Digital-Wandler (LTC2400) gemessen und auf zwei Byte heruntergerechnet.

• Temperaturbereich: -55°C - 105°C
• Genauigkeit: 0,2° C im Bereich 0°C - 35°C
• Auflösung: 0,01°C

Abb 5: Vergossener Temperatursensor

 

Als Windmesser wird ein modifizierter Skywatch Xplorer1 (www.jdc.ch) eingesetzt. Über angebrachte Magnetfeldsensoren wird die Rotationsfrequenz des magnetischen Flügelrads gemessen. Aus den Signalen der beiden um ca. 90° versetzten Magnetfeldsensoren kann mit Hilfe eines D-Flipflops die Drehrichtung ermittelt werden. Die Sensoren und die Verstärkerelektronik sind vergossen und mit Schrumpfschlauch am Anemometer fixert.

• Windgeschwindigkeit: -16,5 m/s - 16,5 m/s
• Genauigkeit: 5%
• Auflösung: 0,065 m/s im Bereich 0 - 4,1 m/s, 0,13 m/s im Bereich 4,1 - 8,2 m/s, 0,26 m/s im Bereich 8,2 - 16,5 m/s

    

Abb 6: Magnetfeldsensoren zur Windmessung

 

Der Luftdrucksensor MGX4115A ist im Innern des Gehäuses angebracht. Ebenfalls im Innern des Gehäuses befindet sich eine Temperatursonsor LM75, über den der Luftdrucksensor temperaturkompensiert wird.

• Luftdruck: 650 - 1150 mBar
• Genauigkeit: 5 mBar im Bereich -10°C - 50°C
• Auflösung: 0,5 mBar

Abb 7: Barometeröffnung und Sensoranschlüsse

3. Links

   DAV Höhlengruppe Frankfurt/Main
   Bauanleitung Windmesser