1-Wire - Die kleinen schlauen Dinger  

(für Temperatur- und Spritverbrauchs- und Drehzahlmessung) 





Die 1-Wire-Komponenten von Dallas/Maxim haben sich bei mir in der Haus- und Heizungssteuerung bewährt. Zudem hatte ich hierfür schon ein relativ umfangreiches Datenerfassungsprogramm erstellt. So war klar diese genialen Dinger kommen auch ins Boot! Ich wollte darüberhinaus nach dem Einbau der Zweikreiskühlung sichergehen, dass mit dem Motor thermisch alles in Ordnung ist und bleibt. Auch war ich einfach neugierig, welche Temperaturen sich so im laufenden Betrieb einstellen werden.
Da der bisher ins Boot eingebaute Navman Fuel3100 leider nur eine eingeschränkte Verbrauchsanzeige hatte (l/h und nautische Meilen pro l), wollte ich zusätzlich auch den Spritverbrauch über einen entsprechenden Durchflußsensor ermitteln. Damit ist z.B. die Angabe in l/100km und die Berechnung der unterschiedlichsten Durchschnittsverbräuche und eine Hochrechnung auf die verbleibende Reichweite möglich.
Da das verwendete 1-Wire-Zählmodul über zwei 32-Bit-Zähler verfügt, habe ich mich entschieden darüberhinaus noch die Drehzahl zu ermitteln. Diese Zähler sind nicht durch Software rückstellbar. Eine kurze Überschlägige Berechnung ergab, dass bei 4000 U/min der Motor knapp 18000 Stunden laufen könnte bis der Zähler am Ende wäre. Denke das reicht ;-). Der Zähler für den Durchfluß hat bei ca. 1000 Impulsen pro Liter Luft bis ca. 5 Millionen Liter Sprit. Auch das wird der Motor nicht erleben (und kann ich nicht bezahlen).
Durch die umfangreiche Logging-Funktion des Erfassungsprogrammes kann ich alle relevanten Daten gleichzeitig erfassen, anzeigen und protokollieren. Erfaßt werden mittlerweile sechs Motortemperaturen, die Motorraumtemperatur, die Wassertemperatur, die Innenraumtemperatur, die Motordrehzahl, der Spritverbrauch und die gefahrene Geschwindigkeit. Da ich noch einige Sensoren übrig hatte habe ich auch noch einen in den Kühlschrank verfrachtet.
Als weiterer Ausbau ist noch ein Monitoring der beiden Batterien (für Starter und Verbraucher) geplant aber bisher noch nicht verwirklicht. Auch hierfür werde ich die entsprechenden 1-Wire Komponenten einsetzen.
Bisher wurde alles auf Lochraster-Platinen aufgebaut. Wenn sich dann die entsprechenden Schaltungen bewährt haben möchte ich eine entsprechende gedrucke Schaltung entwerfen und Freunden und Bekannten zur Verfügung stellen.
Um Fehler durch schlechte Kontakte auszuschließen habe ich alle Verbindungen bis zum USB-1-Wire-Dongle am Rechner gelötet und auf Klemmen verzichtet.


Anfertigen der Temperatursensoren

Der Sensor ist hier rechts im Bild in der Krokodilklemme zu sehen.
Als Draht wure eine vieradrige, geschirmte Telefonleitung verwendet.
Die beiden verdrillten Kabel stellen den 1-Wire-Bus dar. Um trotz sternförmig verteilter Sensoren eine Ringstruktur zu erzielen läuft die eine Busleitung (rot) zum Sensor und dann in der anderen Leitung vom Sensor weg zum nächsten Sensorkabel und ist dort wiederum mit der roten Leitung verbunden. Damit wird der Bus zwar doppelt so lang, elektrísch jedoch wesentlich stabiler.
Der weiße Draht führt 5V+ der schwarze Ground.
Die Pins wurden anschließend einzeln mit Schrumpfschlauch isoliert und dann noch mit einem gemeinsamen Schlauch überzogen. Vor dem Schrumpfen habe ich einen Tropfen Sekundenkleber aufgebracht um die Anschlüße gegen das Eindringen von Flüßigkeiten zu sichern.
Verdrahtung 1-wire
Verdrahtung 1-wire Verdrahtung 1-wire
Verdrahtung 1-wire Der fertige Sensor
Die 1-Wire-Verteilerdose mit dem 2-fach Zählmodul.


Rechs oben ist der Anschluß für den Durchflußmesser. S=Signal, +/- 5V
Die fest eingelötete Batterie des Zählmoduls (oben Mitte) hat sich als Schwachpunkt erwiesen und wurde mittlerweile durch einen Batteriehalter wie er auch auf PC-Mainbords zu finden ist ersetzt. 

Die blanken Drähte im unteren Teil dienen als Lötstützpunkte für die Temperatursensoren.
Da man nach dem Einbau nicht mehr an die Rückseite der Platine herankommt, wurde diese verkehrt herum verwendet.

Die Feinsicherung sichert die Spannungsversorgung durch den USB-Dongle ab.
Das Kabel links oben ist die Verbindung zum USB-1-Wire-Dongle. Hierüber erfolgt auch die 5V-Stromversorgung der Temperatursensoren. Das Zählmodul braucht keine Fremdspannung. Im Gegenteil durch das Anlegen einer Hilfsspannung hat sich bei meinen ersten Versuchen die Batterie innerhalb kürzester Zeit entladen. Erst beim genaueren Studieren der englischen Unterlagen fand ich den Hinweis, dass nach Möglichkeit auf das Anlegen einer Fremdspannung verzichtet werden soll, da sich sonst im ausgeschalteten Zustand die Batterie darüber entladen kann. Was sie ja auch prompt getan hat.
Dass das Zählmodul keine externe Spannungsversorgung braucht, hat auch den enormen Vorteil, dass der Durchfluß bzw. die Menge des durchgeflossenen Benzins auch bei ausgeschalteten PC gemessen wird.
1-wire Verteiler
Verteilerkasten Hier der Verteilerkasten im Motorraum.
Die meisten Temperatursensoren und auch der Durchflußmesser ist schon angeschlossen.
Die vorhandenen Gewindelöcher in den Abgasknie wurden zweckentfremdet. Hier fanden die Sensoren für die Temperatur Aufnahme. Die Bohrung mit wurde zwecks besserer Wärmeleitung mit Kupferpaste gefüllt, der Sensor hineingesteckt und mittels einer Drahtschlinge gesichert. Einbauort der Temperatursensoren
Einbauort Temperatursensoren Selbes auch auf der Steuerbordseite.



Jeweils ein Sensor wurde in nicht verwendeten Gewindelöchern neben den Krümmerflanschen am  Motorkopf angebracht.

Ein zusätzlicher Sensor in einem Gewindeloch an der Ölwanne (ohne Bild) ermittelt die Öltemperatur. Hier liegt übrigens die höchste bisher gemessene Temperatur an.
Sensor auf Backbordseite neben Krümmer
Sensor im Verteiler Ein weiterer Sensor wurde zum Wasserverteiler oben auf dem Motor geführt und in ein dafüür von mir gebohrtes Sackloch im Verschlußstopfen eingebracht. 
Hier der Benzin-Durchflußmesser zwischen Vorfilter und Motorfilter.
Der zuerst gewählte Düsendurchmesser von 2,5mm erwies sich als zu groß. Im Leerlauf konnte damit kein Durchfluß ermittlet werden. Mittlerweile ist eine 2,0mm Düse eingebaut. Messergebnisse liegen damit aber noch nicht vor.

Darunter ist der Sensor für den Benzinwarner,
 welcher bei vorhandenen Benzindämpfen die
Blower einschaltet und ein Warnsignal ausgibt.
Durchflußmesser
Verteiler komplett verdrahtet Das Kühlblech auf dem Verteilerdeckel ist für den 7805 der Spannungsversorgung des Durchflußmessers. Sobald die Zündung eingeschaltet wird, wird auch dieser mit Spannung versorgt.

Ursprünglich sollte hiermit auch das Zählmodul versorgt werden, was sich - siehe oben - aber als unnötig und kontraproduktiv herausgestellt hatte.

Mittlerweile habe ich das Zählmodul noch über Optokoppler galvanisch von der Bordspannung getrennt.
Die Inbetriebnahme der Sensoren erfolgte noch mit dem Laptop. Die spätere Erfassung erfolgt selbstverständlich mittels Board-PC Inbetrienahme mit Notebook
Inbetriebnahme Hier die Daten bei der Inbetriebnahme der Zweikreiskühlung und der Sensoren.

Hier sind einzelne Temperaturen im roten Bereich.
 Dies jedoch nur, weil ich noch keine echten Grenzen angegeben hatte.
Mittlerweile habe ich bei mehreren Fahren die absoluten Maxima ermittelt und diese mit geringen Zuschlägen als Maximalwerte konfiguriert. So ist normalerweise alles im grünen Bereich und eventuelle Überschreitungen werden sofort durch die rote Farbe ersichtlich.
Die nächste Version meines "Loggers" wird zusätzlich eine Warnlampe und eine akustische Meldung beinhalten.

Man sieht der Kühlschrank war eindeutig zu warm. ;-)    



Hier die Grafik der geloggten Daten der Erstfahrt
Grafik der Motortemperaturen

Wie man sieht wird ein Knie deutlich wärmer als das andere. Der Ursache dieser Differenz werde ich noch auf den Grund gehen. Eventuell kann ich hier mit der Verlegung der Schläuche bzw. der Verwendung der geraden Fittings statt der gebogenen noch etwas verbessern.
Hier noch die während der gesamten Tour gemessenen Maximaltemperaturen:
Motorraum-T Knie-T1 Knie-T2 Kopf-T1 Kopf-T2 Motor-T (Verteiler) Öl-T Cockpit-T Wasser-T
47,0 °C 48,5 °C 60,5 °C 92,0 °C 90,0 °C 72,5 °C 107,5 °C 22,5 °C 22,6 °C

Die höchste Temperatur wird an der Ölwanne gemessen. Das ist insofern nicht verwunderlich, da dort keinerlei Kühlung besteht. Ein gutes Öl sollte diese Temperaturen aber problemlos verkraften.

(c) Erich Freibert, Juni 2008


Hinweis: Sämtliche Warenzeichen, Markennamen, Trademarks etc. sind Eigentum der jeweiligen Firmen auch wenn dieses nicht ausdrücklich kenntlich gemacht ist und der Trademarks-Eigener nicht namentlich genannt wird und werden selbstverständlich anerkannt!

Das hier gezeigte ist nur eine Beschreibung von mir vorgenommer Um- bzw. Einbauten. Es ist keine Aufforderung dies ebenfalls zu tun und ist auch keine entsprechende vollständige Bauanleitung. Fehler und Irrtum ist vorbehalten. Auch die rechtliche Zuläßigkeit wird von mir nicht garantiert.


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