Datenlogger mit PIC

Einen kleiner Temperatur-Logger kann man auch direkt zwischen die Kohlköpfe im Garten legen, und ihn nach Stunden oder Tagen wieder einsammeln und am PC auslesen. Wird jede Minute eine Messung durchgeführt, reicht der Flash-Speicher des 16F876 (je nach gwählter Auflösung) wenigstens für 4 Tage, bei Bedarf aber auch eine Woche.

Um den Hardwareaufwand gering zu halten, kann man die von Microchip in der AN828 vorgeschlagene Temperaturmessung über den WDT benutzen. Sie nutzt die Temperaturabhängigkeit der Frequenz des WDT-RC-Oszillators zur Temperaturmessung, kommt also ohne jegliche externe Bauelemente aus. Microchip erreichte bei einem 16F84A im Temperaturbereich von -40°C bis +55°C eine Genauigkeit von 1°C. Für den Garten sollte das reichen, für Tiefkühlkost auch.

Um den Stromhunger des PIC zu minimieren, muss ein kleiner PIC-Takt oder der Sleep-Modus gewählt werden:

• Ein PIC16LF876-04 verbraucht bei 32 kHz nur noch 20 µA ( am Tag also 0,5 mAh). Das wäre wohl die beste Lösung. Eine 3V-Lithium-Knopfzelle garantiert den Betrieb über Monate.

 
• Ein PIC16F876-20 benötigt bei 4 MHz pro Tag 50 mAh (LP-Mode ist für diesen Typ nicht garantiert). Damit würde der Einsatz von 3V-Lithium-Knopfzellen unverantwortlich sein, da eine solche Zelle innerhalb eines Tages (oder weniger Tage)  in Sondermüll verwandelt wäre. Eine 4,5V-Flachbatterie ist eine sperrige, aber bessere Lösung. Man könnte auch 2 Akkus im AAA-Format einsetzen, allerdings ist deren Kapazität schon bei Temperaturen um den Gefrierpunkt stark eingeschränkt.

 
• Man kann den PIC aber auch zwischen den Messungen in den Schlafmodus versetzen, und ihn vom WDT oder vom Timer1 (mit asyncronem externen Takt) wieder aufwecken lassen. Obwohl der WDT aufgrund seiner Temperaturdrift als Zeitnormal nicht in Frage zu kommen scheint, kann er doch als solches benutzt werden. Man rechnet das Später am PC wieder heraus, die WDT-Geschwindigkeit wird ja über die Temperatur indirekt aufgezeichnet.

Verwendet man den Timer1 als 'Wecker' für den schlafenden PIC, so kann man den Timer1 mit einem externen Uhrenquarz (32,768 kHz) takten. Dadurch hat man gleich ein genaues Zeitnormal. Der Stromverbrauch des PIC im Schlafmodus mit laufendem Timer1 beträgt nur ca. 30 µA.

Die Schaltung ist für einen möglichst geringen Stromverbrauch optimiert. Zwischen 2 Messungen wird der LM75 abgeschaltet, und der PIC geht in den Sleep-Modus. Dabei bleibt der Timer1 aktiv, und wird asynchron mit dem Takt des Uhrenquarzes an RC0/RC1 getaktet. Timer1 weckt den PIC regelmäßig aus dem Slepp-Modus auf, um eine Messung durchzuführen. Während der Datenerfassung bleibt der RS232-Treiber abgeschaltet, um Strom zu sparen.

Das sollte eher eine Warnung als ein Vorschlag sein! Ein PIC16F876 in einem kurzen Adapterkabel zwischen PC-Tastatur und PC. verschwindet unauffällig an der PC-Rückseite. Hier hat der PIC keine Stromversorgungsprobleme (+5V liegen im Kabel) und kann in aller Ruhe 6000 Tastanschläge aufzeichnen (im Flash-Speicher), in der heutigen mausdominierten Windowswelt reicht das über mehrere Tage. Schon weiß man, was die eigenen Kinder im Inernet suchen, oder jemand anders weiß welches Passwort Sie vorhin eingetippt haben. Für das Passwort reicht auch ein kleiner 12F629, der immerhin 128 Tastanschläge in seinem EEPROM speichern kann und dabei praktisch ohne externe Bauelemente auskommt Wie man die Daten einer PS2-Tastatur mit einem PIC einlesen kann, ist in der Microchip-Application TB056 beschrieben. Von mir gibt es dafür natürlich keine Software. Überprüfen Sie doch mal gleich das Tastaturkabel ihres PCs!

Wer langsame Spannungsänderungen aufzeichnen muss (z.B. die Entladungskurven von Akkus) kann dazu einen Digitaloszi, oder einen PC mit AD-Wandlerkarte benutzen. In beiden Fällen ist teure Technik für lange Zeit blockiert. (Sicherlich könte man auf dem PC parallel andere Dinge erledigen, aber bitte nichts kompliziertes. Nach einem Absturz wären die Akku-Daten verloren.)

Der PIC16F876 hat 5 Analogeingänge, mit denen er sich zum Spannungslogger eignet. Die 10-Bit  ADC-Werte des PIC passen sogar komplett in jeweils eine Flash-Zelle.
Werden 4 Akkus überwacht, und wird von jedem Akku alle 15 Sekunden die Spannung gemessen, reicht ein 16F876 für eine mehr als 6-stündige Aufzeichnung. (belegt ca. 3/4 des Flash-Speichers)

Die nebenstehende Schaltung ist auf höhere Genauigkeit und minimalen Stromverbrauch optimiert. Auf einen der Analogeingänge wird verzichtet, dafür wird RA3 als Eingang für eine externe Referenzspannung verwendet. Die Referenzspannung wird (zum Strom sparen) über RC4 ein- und ausgeschaltet. An allen 4 Spannungseingängen können Spannungen von 0V bis 2,5 V gemessen werden. Zur Komunikation wird eine RS232-Schnittstelle verwendet, die über RC5 ein/ausgeschaltet wird.  Der 32,768-kHz-Uhren-Quarz an RC0/RC1 taktet den Timer1, und bildet das Zeitnormal. Der PIC wird zwischen den Messungen in den SLEEP-Modus versetzt, und vom Timer1 wieder geweckt. Während der Messung verbraucht der PIC ca. 1,5 mA und der LM385 ca. 1 mA. Im Sleep-Mode benötigt der PIC ca. 30 µA.