optischer Pegellogger

optische Pegelaufzeichnung

Wie schnell steigt eigentlich der Pegel eines Höhlenbachs?
Wie lange dauert es, bis er wieder fällt?
Wie stark ändert sich der Pegel überhaupt?

Entstehungsgeschichte

Diese Fragen sollten einigermaßen genau aber möglichst billig beantwortet werden.
Um es vorweg zu nehmen: Es wurde weder genau noch billig.

Relativ preiswert wurde noch die Digitalkamera: eine gebrauchte Kodak DC-3200 (1 Megapixel, Fixfocus, CompactFlash) für etwa 40 EUR. Die Kamera habe ich so verändert, daß der Anschluß des Videoausgangs nun der Auslöseeingang ist. Zwei durchtrennte Leiterzüge, zwei SMD-Widerstände und etwas Kupferlackdraht reichten dazu.
Dann mußte ich mich entscheiden, ob ich die Elektronik auf Lochrasterplatine oder echter Leiterplatte aufbauen wollte. Der Fummelaufwand für die Rasterplatine erschien mir zu hoch, so daß ich an den Entwurf einer Platine ging. Fummeln wäre schneller gegangen!
Schaltplan und Platine entwarf ich mit Target3001 (kostenlose Spezialversion ohne Exportfunktion, Zwang zum Online-Bestellen der Platine bei PCB-Pool). Die zweiseitige, verzinnte, durchkontaktierte Epoxy-Platine kostete dann ca. 37 EUR. Also fast so viel wie die Kamera. Dazu kamen nun noch ein IP65-Gehäuse für 10 EUR und einige Kellerabende für den Zusammenbau.
Dann folgte nach dem Zusammenlöten die Ernüchterung: Fehler im Design. Also hieß es nun, Leiterzüge durchtrennen, RC-Glieder einlöten, testen.
Irgendwann funktionierte dann alles, hatte nur nicht mehr sehr viel mit dem Schaltplan im Target zu tun.

Funktionsweise

Eine billige Bad-Quarzuhr liefert den relativ genauen 2-Sekundentakt. Diesen greift ein Transistor an der Antriebsspule ab. Über ein ca. 3 m langes Mikrofonkabel gelangt der Takt in das spritzwasserdichte Kunststoffgehäuse, in dem sich die Elektronik mit der Digitalkamera befindet. Praktischerweise kann so die Uhrzeit mit fotografiert werden (die Kamera hat keine Echtzeituhr).
Auf der Steuerungsplatine sind stromsparende Bauelemente verwendet (CMOS-Zähler 4520, Timer-Baustein ICM7556/7555), so daß deren Stromaufnahme bei wenigen Milliampere liegt. Der Takt wird von mehreren 4-bit-Zählern geteilt. Aus deren letzten 11 Ausgängen wird mittels Jumper einer ausgewählt, der den Fotoapparat auslöst. Dazu wird zunächst dessen Stromzufuhr aktiviert, nach einer Wartezeit von etwa 16 Sekunden (Kamera startet und lädt den Blitz) erfolgt das Auslösen (2s-Impuls). Nach insgesamt 40 Sekunden (Bild speichern dauert einige Sekunden) wird der Kamerastrom wieder abgeschaltet.
Das ganze wiederholt sich je nach gewählter Jumperstellung alle 128, 256, ..., 4096, ..., 131072 Sekunden. Auf eine 64MB-CompaktFlash-Karte passen ca. 300 Fotos mittlerer Auflösung, so daß eine Pegelaufzeichnung länger dauern kann, als die Akkus halten.
Erste Tests in freier Natur (teilweise bei -10°C) verliefen erfolgreich (500 Fotos alle 34 min, 254 Fotos alle 68 min).
Von Test zu Test kamen Erweiterungen dazu: Reedkontakt (von außen mit Magnet auszulösen) für den manuellen Auslöser (für den 40s-Impuls), ein Reedkontakt zum Aktivieren der Taktanzeige-LED (die zum Stromsparen eigentlich aus ist), ein an die Kamera angeklebter Laserpointer zum Zielen, der ebenfalls durch einen Reedkontakt eingeschaltet wird.

Im Februar 2004 folgte dann der erste Einsatz untertage:
Das Bild rechts zeigt den Pegellogger im Einsatz in der Hermannshöhle in Rübeland.
Hier sollte der Wasserstand eines Siphons überwacht werden. Rechts ist der mit einem Brett aufgehängte Pegellogger zusehen, links die Uhr mit Eigenbau-Pegel (5cm-Abstand).
Leider versagten die Klips der Batteriehalter nach 2 Wochen. Die Akkus waren noch lange nicht leer. Zu allem Unglück veränderte sich der Wasserstand so wenig, daß auf den Fotos eine Änderung nur zu ahnen ist. Nach weiteren 2 Wochen stand das Wasser 40cm tiefer. Schade.
Die Klips (wie am 9V-Block) an den Batteriehaltern verwende ich nun nicht mehr, die Litzen sind fest angelötet und dann über einen straffen Steckverbinder mit der Elektronik verbunden (Bild oben, links unten). Um wenigsten ein bißchen Kontrolle zu haben, ob in den vergangenen Tagen/Wochen etwas passierte, habe ich nun noch einen Impulszähler eingebaut, der das Abschalten der Kameraspannung registriert (also ein Bildzähler).
Der nächste untertage-Einsatz wartet schon, wieder in der Hermannshöhle in Rübeland.

Sobald ich den Schaltplan korrigiert habe, stelle ich ihn hier zur Verfügung. Wer ihn kommerziell verwendet, ist selber schuld. Wer ihn aber für den Eigenbedarf nutzen möchte, soll das tun.

LED-Interessenten:
Zähler

letzte Änderung: 05.10.2004

E-Mail:

zur Startseite