Messschieber Auslese System V1.0

Das nachfolgend beschriebene System dient zum auslesen von digitalen Messschiebern. Zum Zeitpunkt der Programmerstellung stand ein Messschieber der Firma Pollin Elektronik zur Verfügung der die gleiche Elektronik verwendet wie die horizontalen Anbaumessschieber chinesischer Herkunft. Inwieweit Messschieber anderer Hersteller eingesetzt werden können, konnte nicht getestet werden. Dies bedeutet für die Hardware und Software Kompatibilität dass beim Einsatz anderer Messschieber eventuell die Software angepasst werden muss.

Das Projekt ist frei für die private Nutzung. Eine kommerzielle Nutzung des Projektes bedarf meiner ausdrücklichen schriftlichen Genehmigung.

2. Grundkonfiguration

Das komplette System besteht minimal aus:

- Digitalem Messschieber

- Auslese Elektronik MAS V1.0

- Anzeige Terminal : PC oder VT100 kompatibles ASCII Terminal

Der Messschieber wird mittels einem geschirmten 4 adrigen Kabel mit der Auslese Elektronik verbunden. Die Batterie des Messschiebers muss zu vor entfernt werden da die Stromversorgung über die Auslese Elektronik erfolgt.

Es können bis zu 3 Messschieber an die Auslese Elektronik angeschlossen werden. Den Anschlüssen auf der Platine sind die Achsen X , Y und Z zu geordnet.

Die Auslese Elektronik verfügt über 2 RS232 Anschlüsse. Anschluss 1 dient der Datenübertragung zu PC oder Terminal. Anschluss 2 ist ein serieller Programmier Anschluss für den Mikroprozessor. Dieser kann mit Programmen wie z.B. PonyProg mit eigenen Programmen programmiert werden.

Die Kabellänge der RS232 Schnittstelle darf bis zu 13m betragen. Bei den geschirmten Kabeln der Messschieber sollte man möglichst kurze Kabel einsetzen. Je kürzer desto besser. Eine Länge von 2m stellte sich bei den Tests als Obergrenze für einen störungsfreien Betrieb heraus. Die Abschirmung darf nur einseitig aufgelegt werden, hierzu ist auf der Platine der Auslese Elektronik ein Masseanschluss vorgesehen.

Die für den Datenanschluss erhältlichen Kabel mit Stecker für den Messschieber sind unbrauchbar. Von ihrem Einsatz ist abzuraten. Ein direktes anlöten der Kabel am Messschieber stellte sich als die bessere Variante heraus.

Was die Montage der Messschieber anbetrifft stellte sich eine elektrische Isolierung der Messschieber vom Rest der Maschine als günstig, für einen störungsfreien Betrieb, heraus.

3. Messschieber Protokoll

Die digitalen Messschieber verwenden ein getaktetes serielles Protokoll mit 28 Bit. Der BASCOM Befehl SHIFTIN ist in der Lage bis zu 32Bit synchron einzulesen. Wie dieser Befehl arbeitet findet man gut beschrieben in der BASCOM Dokumentation.

Die Belegung der einzelnen Bits ist wie folgt:

Bit 28 – 25 : 4 Bit für die 1/100 Stelle der Messwertanzeige

Bit 24 – 21 : 4 Bit für die 1/10 Stelle der Messwertanzeige

Bit 20 – 17 : 4 Bit für die 1er Stelle der Messwertanzeige

Bit 16 – 13 : 4 Bit für die 10er Stelle der Messwertanzeige

Bit 12 – 9 : 4 Bit für die 100er Stelle der Messwertanzeige

Bit 7 : 1 Bit für das Vorzeichen (+/-)

Bit 5 : 1 Bit für die Maßeinheit (mm/inch)

Wie man sieht sind nicht alle Bits dekodiert, weil leider mit unbekannter Funktion. Wer hierzu weitere Infos hat kann mich gerne kontaktieren.

Die Tasten an den Messschiebern behalten ihre gewohnte Funktion. Interessant ist die Tatsache dass die Messschieber auch dann Daten liefern wenn das Display am Messschieber ausgeschaltet ist.

4. Beschreibung der Software

Die Software ist komplett in BASCOM geschrieben und belegt ca. 2/3 des im Atmega8 verfügbaren Speicherplatzes. Dies bedeutet, es ist noch Platz für eigene Programmanpassungen.

Der im Projekt eingesetzte Compiler ist auf folgender Webseite zu finden: http://www.mcselec.com . BASCOM ist in der Demoversion auf eine maximale Programmgröße von 2KByte begrenzt.

Das Programmier Interface ist für die Software Ponyprog ausgelegt. Ponyprog kann man hier herunterladen: http://www.lancos.com/prog.html . Ponyprog ist Freeware.

BASCOM Quelltext MAS_V1_0.BAS

Compilierter Hexcode

4.1 Messschieber installieren (Taste „e“)

Ist der korrekte elektrische Anschluss der Messschieber erfolgt (Beschreibung im Hardwareteil der Dokumentation) muss beim ersten einschalten der Auslese Elektronik dieser mitgeteilt werden welche Achsen angeschlossen sind. Hierzu erscheint folgender Bildschirm Dialog:

Mit der Eingabe von x, y, oder z können die angeschlossenen Achsen aktiviert werden. Die Eingabe muss mit der Entertaste beendet werden. Es können alle angeschlossenen Achsen auf einmal eingegeben werden. Sollte sich einer der Messschieber nach 1024ms nicht melden, so erscheint dieser Dialog wieder.

Wird „l“ eingeben so werden alle Einstellungen gelöscht.

Die gemachten Eingaben werden im EERAM des µProzessors abgelegt und von dort bei einem Neustart wieder eingelesen. Dies erspart die nochmalige Eingabe der Achsenkonfiguration.

Will man die Achsenkonfiguration ändern kann man durch Eingabe von „e“ im Dezimal Modus den Einstellungsdialog aufrufen.

4.2 Ausgabe Bildschirm

Der Standard Anzeige Bildschirm ist in 3 Teile aufgeteilt.

Oberster Teil, Anzeige der 3 Achsen Messwerte.

In der Mitte, Eingabe Zeile für den Dialog.

Unterer Teil, in der Umrahmung, Anzeige der zugelassenen Eingaben.

Der Startbildschirm erscheint immer im Dezimal Modus.

4.3 Betriebsart Dezimal (Taste „d“)

Die Betriebsart Dezimal ist die Normale Betriebsart. In dieser Betriebsart werden die Messwerte direkt und unverändert ausgegeben. Durch drücken der Taste „d“ kann diese Betriebsart jederzeit aktiviert werden.

4.4 Betriebsart Binär (Taste „b“)

Die Betriebsart Binär kann durch betätigen der Taste „b“ aktiviert werden. Es werde alle eingelesen Bits eines Messschiebers einzeln angezeigt. Dies ist sehr hilfreich wenn man es mit einem unbekannten Messschieber Protokoll zu tun hat. Durch drücken der Taste „d“ kann zum normalen Betrieb zurückgekehrt werden.

4.5 Betriebsart Durchmesser (Taste „r“)

Die Betriebsart Durchmesser ist für die Drehmaschinen Besitzer, hierbei wird der Messwert der X-Achse mit 2 multipliziert. Die beiden anderen Achsen bleiben unverändert. Eingeschaltet wird die Betriebsart mit der Taste “r“. Durch betätigen der Taste „d“ wird wieder zurückgeschaltet in den Normal Modus der Dezimal Anzeige.

4.5 Fastmodus (Taste „f“)

Normalerweise liefern die Messschieber 3-mal pro Sekunde einen Messwert. Wem das nicht genügt kann die Messschieber mit der Taste „f“ in den Fastmodus schalten. In diesem Modus werden 50 Messwerte pro Sekunde ermittelt. Dadurch wird die Anzeige zwar schneller aber auch unruhiger. Durch nochmaliges betätigen der Taste „f“ wird wieder in den Normal Modus zurück geschaltet.

4.6 Messschieber Nullen (Taste „c“)

Die Messschieber können sowohl über die am Messschieber befindliche Taste zurückgesetzt werden, als auch über das Terminal. Nach betätigen der Taste „c“ erscheint eine Abfrage welche Achse zurückgesetzt werden soll. Es kann x, y oder z eingegeben werden und die entsprechende Achse wird zurückgesetzt. Wird „a“ eingegeben werden alle 3 Messschieber zurückgesetzt.

4.7 Escape (Taste „Esc“)

Da es sich bei der Übertragung der Daten um ein ungesichertes Protokoll handelt, kann es zu Störungen im Bildschirmaufbau kommen. Sollte dies ausnahmsweise Mal der Fall sein so kann durch betätigen der Taste „Esc“ der Bildschirm gelöscht und neu aufgebaut werden. Messwerte gehen dabei keine verloren.

4.8 Einstellungen Terminal Programm

Als Terminal Programm habe ich das in Windows 2000/XP/Vista mitgelieferte Programm Hyperterminal eingesetzt. Es wird in seiner Grundbetriebsart ANSI oder auch VT100 Terminal Emulation verwendet. Anstelle eines PC’s kann auch ein ASCII Terminal verwendet werden, die es billig überall zu kaufen gibt.

Für DOS User gibt es die Möglichkeit das Programm Kermit einzusetzen. Die aktuelle Freeware Version von Kermit kann man hier herunterladen: http://www.columbia.edu/kermit/current.html . Hier kann auch Windows 95/98 Usern geholfen werden mit einer passenden Version.

4.8.1 Generelle RS232 Parameter

Bei der asynchronen Datenübertragung müssen Sender und Empfänger auf die gleichen Übertragungsparameter eingestellt sein.

Dies sind in diesem Projekt folgende:

Übertragungsgeschwindigkeit (Baudrate) : 38400 Baud

Paritäts- Bit : keine

Anzahl Bits : 8

Stopp Bit : 1

Flusssteuerung : keine

4.8.2 Einstellungen Hyperterminal

Im Hyperterminal müssen neben der Einstellung der korrekten Übertragungsparameter auch Zeichensatz und Kodierungseinstellungen vorgenommen werden. Nachfolgend einige Screenshots mit den vorgenommenen Einstellungen.

Einstellung der Übertragungsparameter.

Die Terminal Einstellungen.

Einstellung der Kodierungs-Methode.

Weitere Terminal Einstellungen.

Einstellung der Standard Schriftart.

4.9 Fuse Bits Einstellung Atmega8

Damit der µProzessor korrekt arbeiten kann, müssen mit Ponyprog die Fuse Bits richtig gesetzt werden. Wird dies vergessen arbeitet der Prozessor nur mit 1MHz Systemtakt was absolut zu langsam ist und zu wilden Anzeigen auf dem Terminal führt.

Fuse und Security Bit Einstellung für Atemega8 für 16MHz Takt

5. Beschreibung der Hardware

Die Hardware besteht aus folgenden Funktionsblöcken

- Netzteil mit +5V und +1,55V ohne Trafo

- 3 fach Komparator Eingangsschaltung für 3 Messschieber

- ATMEGA 8 µProzessor

- Programmier Interface für serielle Programmierung

- RS232 Schnittstellen Wandler

5.1 Netzteil

Das Netzteil kann mit Spannungen von 7 – 35V versorgt werden. Es kann sowohl Wechselspannung als auch Gleichspannung verwendet werden. Je höher die Spannung desto wärmer wird der LM7805 und muss eventuell gekühlt werden.

Die rote LED auf der Platine zeigt die korrekte 5V Versorgung an.

5.2 Achseneingänge

Die 3 Achseneingänge werden über Komparatoren auf TTL-Pegel gehoben. Mit R22 wird die Schwellspannung der Komparatoren eingestellt, die an TP1 gegen Masse gemessen werden kann. Es sollte ein Wert von 0,7 – 0,9 V eingestellt werden dies hängt aber stark vom Messschieber Signal ab.

5.3 µProzessor

Es ist ein ATMEGA 8 µProzessor im Einsatz der extern mit 16 MHz getaktet wird. Der Taster S1 dient zum rücksetzen des Prozessors, wenn er sich mal aufgehängt hat. Da aber kein Windows auf dem Prozessor läuft wird die Taste eher selten benötigtJ.

5.4 Programmier Interface

Das Programmier Interface wandelt die RS232 Pegel in TTL Pegel um. Es ist dafür ausgelegt mit Ponyprog zusammen zu arbeiten.

5.5 RS232 Schnittstelle

Die RS232 Pegel werden mit einem MAX232 erzeugt mit Hilfe der integrierten Ladungspumpe.

5.6 Anschlusskabel Messschieber

Der Datenanschluss befindet sich oberhalb des Batterieschachtes abgedeckt durch eine Kunststoffkappe die nach oben geschoben werden muss um sie zu entfernen.

Die Belegung ist wie folgt:

Violett : + 1,55V

Grau : Takt

Weiß : Daten

Schwarz : GND

Am besten nimmt man ein abgeschirmtes Kabel dessen Schirm auf der Platinenseite aufgelegt wird. Auf der Messschieberseite wird der Schirm nicht aufgelegt.

5.7 RS232 Kabel

5.8 Programmier Kabel

5.9 Platine

Die Platine wurde mit Sprint Layout 5.0 gezeichnet. Die Firma ABACOM stellt einen kostenlosen Viewer zur

Verfügung mit dem das anzeigen und das ausdrucken der Original Layout Datei möglich ist.

Sprint Layout 5.0 Viewer

Layoutdatei MAS_1_0.LAY

Bestückungsplan

Layout

Platinengröße 75 x 100 mm

5.10 Schaltplan

5.11 Stückliste

Menge	Wert	Bauteile
1	DF04 o. DF08M	B1
5	6,8µF	C1, C2, C3, C4, C11
1	470µF/16V	C14
7	0,1µF	C5, C6, C7, C10, C12, C13, C15
2	22pF	C8, C9
2	Z5,1V	D1, D3
1	BA157	D2
3	LM393N	IC1, IC3, IC4
1	MAX232	IC2
1	MEGA8-P	IC5
1	LM317	IC6
1	7805	IC7
1	3mm rot	LED1
1	Quarz 16MHz	Q1
1	BC550C	Q2
8	10k	R1, R4, R7, R10, R13, R15, R24, R26
1	330	R19
8	4,7k	R2, R5, R8, R11, R16, R17, R21, R25
1	220	R20
1	10k Trimmer	R22
1	47	R23
1	33k	R27
6	22k	R3, R6, R9, R12, R14, R18
1	Taster	S1
3	5pol. Stiftleiste	SV1, SV2, SV3
1	2pol. Stiftleiste	X1
2	Sub-D 9	X2, X3

6.0 Version 1.1

Auf Grund der Wünsche einiger Anwender habe ich die Anzeige der Achsen, in der Höhe und in der Breite in der Größe
verdoppelt.

       Des Weiteren hatte ich die Gelegenheit einen weiteren Messschieber erfolgreich zu testen. Er war bei LIDL im Angebot und
        verwendet ein 2 x 24 Bit Protokoll . Wobei die ersten 24 Bit nicht ausgelesen werden sondern nur die zweiten 24 Bit. Diese
        liefern eine 20 Bit 2er Komplement Zahl.
        R23 muss gegen einen 220 Ohm Widerstand getauscht werden da der Lidl Messschieber mit 3V arbeitet.
        Der Fast Read Modus hat leider nicht immer funktioniert. Auch hat einer der beiden Test Messschieber von LIDL pro 10mm
        0,08 mm Differenz zur Anzeige ausgegeben. Ursache ist mir nicht bekannt.

       Hier nun die neuen Programme:

       POLLIN Messschieber

BASCOM Quelltext MAS_V1_1.bas

Compilierte Hexdatei

LIDL Messschieber

BASCOM Quelltext MAS_V1_1a.bas

Compilierte Hexdatei