Kabel
Pinbelegung XLR-Stecker:
| 2 3 1 |
GND Kabel zur Master-Station Data +24V |
blau grün-gelb braun |
GND Kabel zur Master-Station
Bemerkung: Mit den Werstattlehrern gab es heftige Diskussionen über die „nicht fachgerechte“ Verwendung des grün-gelben Leiters. Meine Einstellung war es, die Farben (nach Ingenieurs-Logik?) so zu verwenden, wie es ihre Nähe zu den „richtigen“ Farben suggerierte (schwarz = Masse, blau= Minus, rot = Plus, gelb = Signal).
Im Verlauf der Diskussion habe ich mich von den Argumenten der Gegenseite zum größten Teil überzeugen lassen: dass der Schutzleiter „heilig“ sein muss und grün-gelb nur für diesen verwendet werden sollte, aus Sicherheitsgründen.
Bei der praktischen Realisierung ist es dann aber doch bei der anfangs von mir festgelegten Farbzuordnung geblieben. Mögen die Sicherheitsexperten uns verzeihen!
Potentielle Probleme durch das Kabel
- Spannungsabfall der Betriebsspannung am Widerstand des Kabels
- Reflektionen
- Tiefpasswirkung des Kabels
Kabelwiderstand
Verwendet wird dreiadriges NYM-J 3x1,5GR
(N = genormt, Y=PVC, J=mit PE , 1.5mm2)
Bei 500m Lange ergibt sich ein Leitungswiderstand
Beim Einschalten der Heizung (I = 20V/100Ω = 0.2A) verursacht dieser Widerstand einen
Sprung der Betriebsspannung von 2.4V.
Bei Pufferung durch einen Elco sollte dies kein Problem darstellen, vor allem da die
Betriebsspannung des Mikrocontrollers stabilisiert ist.
Untersuchung der Reflektionen auf dem Kabel
Testgenerator zum untersuchen der Reflektionen :
R2 passt den Ausgang an den (geschatzten) Wellenwiderstand des Kabels an.
Mit P1 kann die Impulsbreite von ca. 50ns bis 22&mus eingestellt werden.
Anschluss an ein Oszilloskop:
CH2: Triggersignal,
CH1: Signal am Eingang des Kabels
Messungen an einer Trommel mit 500m aufgewickeltem Kabel.
Kabelende unbelastet:
Der Generator .siehtg zunachst ein unendlich langes Kabel, solange noch kein reflektierter
Impuls eingetroffen ist. Dieses wirkt wie ein ohmscher Widerstand mit dem Wert des
Wellenwiderstandes, die Leerlaufspannung von 5V wird auf ca. die Halfte heruntergeteilt.
Nach ca. 6&mus trifft der reflektierte Impuls ein und .meldetg einen Leerlauf am Kabelende.
Die Spannung steigt auf die Leerlaufspannung von 5V an. Hier macht sich die kapazitive
Komponente beim Anstieg bemerkbar.
Mit kurzen (ca. 2 &mus langen) Impulsen sieht man den reflektierten Impuls deutlich:
Nach ca. 6 &mus ist der reflektierte Impuls einzeln zu sehen, verzerrt durch die
Tiefpasswirkung des Kabels.
Aus der Laufzeit von 6&mus fur Hin- und Ruckweg uber die 500m Kabel kann die
Ausbreitungsgeschwindigkeit auf der Leitung berechnet werden:
Reflexion mit Kurzschluss am Kabelende, mit Einzelimpuls:
Abschluss mit 75Ω am Kabelende: praktisch keine Reflexion.
Also ZL = ca. 80 Ω
Der Wellenwiderstand des Kabels beträgt ca. 80Ω
Weitere Untersuchungen (Ende im Leerlauf):
gemessen am Leitungsanfang mit Ri = 83Ω, 2 Leiter benutzt:
gemessen am Leitungsanfang mit Ri = 83Ω, 3. Leiter auf +15V / Masse. Die Beschaltung des dritten Leiters andert wenig am Reflektionsverhalten.
Messungen am Leitungsende
Der Generator am Leitungsanfang wurde mit dem Wellenwiderstand von ca. 80Ħ
abgeschlossen, so dass keine Mehrfachreflektionen auftreten konnen.
In diesem Fall ergab sich eine Signalspannung die praktisch nur durch die Tiefpasswirkung
des Kabels verzerrt wird.
am Leitungsende (2 Leiter benutzt):
am Leitungsende , 3. Leiter auf +15V:
Wenn mit angepasstem Generator eingespeist wird (Ri = 80O), ist ein anständiges Impulsverhalten zu erwarten, wenn die Impuls- und Pausendauer lang gegenüber der Zeitkonstanten des Kabels ist. Im obigen Beispiel wäre die „Bitzeit“ ca. 40µs, dies wären 25kBit/s, die noch unverzerrt übertragen werden müssten.
Weitere Untersuchungen der Reflektion (Ende im Leerlauf):
am Leitungsanfang mit Ri = 83O, 2 Leiter benutzt:
am Leitungsanfang mit Ri = 83O, 3. Leiter auf +15V / Masse
am Leitungsende (2 Leiter benutzt):
am Leitungsende , 3. Leiter auf +15V:
