HW 1.0 Lösungsdesign

Ich habe folgende Grundvoraussetzungen für das neue Steuergerät festgelegt:

• Steuern Sie gleichzeitig Azimut- und Elevationsmotoren
• Möglichkeit der Erweiterung zur Steuerung anderer Elemente, z. B. des Motors zum Einstellen des LNB-Skew
• Stellen Sie die Steuereinheit in unmittelbarer Nähe des Rotators auf und steuern Sie alles über Ethernet, entweder per Kabel oder über WLAN
• Die Elektronik der Motoren nicht stören. Im Fehlerfall kann das Originalgerät verwendet werden.

Aus diesen anfänglichen Überlegungen war klar, dass die Wahl mein Lieblings-Raspberry Pi 3 sein würde. Der Universalcomputer ermöglicht die Erstellung jeder Software und damit zukünftiger Erweiterungen. Der GPIO-Anschluss bietet wiederum eine einfache Schnittstelle zur Steuerung der Rotatorhardware. Der Computer ist klein und kann in einer wasserdichten Box am Rotatormast platziert werden. In diese Box muss nur die Versorgungsspannung von 240 V eingespeist werden, sodass für die Wi-Fi-Kommunikation kein zusätzliches Kabel erforderlich ist. Wenn wir uns für die Kabelkommunikation entscheiden, steht standardmäßig eine Ethernet-Verbindung in einer Entfernung von bis zu 85 m zur Verfügung. Und wir müssen die Interferenz von Kabeln, die den Rotator und den Computer in unmittelbarer Nähe (bis zu 2 m) verbinden, nicht dramatisch lösen.

Abb. 1 - Computer Raspberry Pi

Ich mache mir ein wenig Sorgen, ob mit einem solchen Universalcomputer Hardware in Echtzeit gesteuert werden kann. Spezialisiertes Betriebssystem, das in Echtzeit arbeitet (zum Beispiel FreeRTOS) würde leider den Hauptvorteil von Raspbera Pi, dh seine Vielseitigkeit, unterdrücken. Die Leistung des Computers ist jedoch relativ hoch, sodass davon ausgegangen werden kann, dass das reguläre Linux-Betriebssystem Raspbian für eine ausreichend schnelle Reaktion des Steuerungsprogramms ausreicht.

Der zweite Baustein wird eine 24-V-Stromversorgung sein. Heutzutage ist es bereits möglich, ein Modul mit einem ausreichend kleinen, aber gleichzeitig leistungsstarken Schaltnetzteil zu kaufen. Ich habe mich schließlich für den Typ MEAN WELL LRS-75-24 entschieden. Seine Abmessungen betragen 99x97x30mm. Es kann bis zu 75 W liefern, was fast der doppelten Notwendigkeit entspricht, dass beide Motoren gleichzeitig laufen. Und es verfügt über einen internen Schutz gegen Überlastung, Netzüberspannung und Überhitzung.

Abb. 2 - Schaltnetzteil MEAN WELL LRS-75-24

Es muss auch entschieden werden, wie die 24-V-Netzspannung an die Motoren angeschlossen wird. Elektronische kontaktlose Komponenten sind jetzt verfügbar, aber am Ende habe ich mich für klassische Relais entschieden. Der Grund ist die galvanische Trennung des 24-V-Teils vom Raspberry Pi-Computer und die Tatsache, dass sie unabhängig von der geschalteten Leistung keine Kühlung benötigen. Dies könnte im Sommer von Vorteil sein. Schließlich habe ich den Typ OMRON G2R-1-DC24 zum Ein- und Ausschalten der Motoren und den Typ OMRON G2R-2-DC24 zum Ändern der Drehrichtung gewählt. Die Kontakte können Ströme bis zu 5A schalten und die Steuerspannung für die 24-V-Spule kann der Quelle für Motoren entnommen werden.

Es bleibt abzuwarten, wie die Eingangs- / Ausgangssignale zwischen der 24-V-Logik der Motoren und der 3,3-V-Logik des Raspberry Pi umgewandelt werden. Um den Computer konsequent galvanisch vom umgebenden HW zu trennen, werden Optokoppler verwendet. Ich habe TLP627-4 zum Schalten der Relaiswicklung gewählt und für die Eingänge zum Raspberry Pi wird es COSMO PC844 sein. Dies bestimmt die groben Umrisse des Prototyps.