Umbau des W2022A auf Akkubetrieb
Von Welec gab es vor einiger Zeit günstige Digitalsozilloskope die sich als schöne Bastelgeräte herausstellten. Sowohl die Hardware als auch die Firmware wurde nach und nach verbessert. Hier beschreibe ich, wie man das Oszilloskop auf Akkubetrieb umbauen kann.
Das Oszilloskop besitzt intern ein 230 V -> 12 V Schaltnetzteil, sodass man da sehr einfach eingreifen kann um einen Akku einzubauen. Vorher ist es aber erforderlich, abzuschätzen in welchem Spannungsbereich die restliche Elektronik funktioniert und wie hoch die Stromaufnahme ist.
Da es eine extra Platine gibt mit allen benötigten Schaltreglern, muss man nur dort nach schauen in welchem Spannungsbereich diese Regler funktionieren.
Zulässiger Bereich W2022A (ohne Garantie):
Spannung: 8 - 16 V
Strom: 1,8 - 1 A
Man könnte hier problemlos einen 12 V Bleiakku verwenden, 10 NiMh oder NiCd Akku, oder einen 3s Li+ Akku. Meine Wahl fiel auf einen Li-Ion Akku, da hier die Leistungsdichte am höchsten ist. mit 6 Zellen (3 in Reihe, 2 parallel) erreicht man eine Kapazität von rund 4 Ah bei 12,6 V Ladeschluß. Entladeschluß liegt bei rund 10,6 V.
Natürlich muss hier eine Lade-, Umschaltung-, Entladeschutzschaltung eingebaut werden. Da gibt es vor allem für Lithium Akku zahlreiche ICs zur Auswahl bei allen großen Herstellern, da diese in jedem Notebook Verwendung finden. Beispielsweise der BQ24703 von TI.
Dieses IC ermöglicht alles was gefordert ist in einem IC. Laden des internes Akkus soll über das vorhandene Netzteil funktionieren. Ein Problem hatte ich mit der Überlegung, wie ich den Schalter des Gerätes umfunktionieren soll. Ich wollte, dass sich das Gerät mit dem Schalter komplett abschalten lässt, sodass es keinen Strom mehr verbraucht. Aber auch so, dass es nicht komplett an ist wenn es lädt. Das Problem lies sich nur mit einem zusätzlichen Schalter lösen. Ist zwar nicht so schön, erfüllt aber seinen Zweck.
Das vorhanden Netzteil muss etwas in der Spannung angehoben werden, aber nicht zu weit, da sonst die Crowbar des Netzteils anspricht und das Netzteil abschaltet.
Die komplette Elektronik und das Akkupack lässt sich gut neben den Lüfter einkleben. Zu sehen ist auch der Schalter bei dem Griff.
Jetzt muss nur noch alles angeschlossen werden, und schon hat man ein Akku betriebenes Oszi mit langer Akkulaufzeit.
Wenn man nichts falsch gemacht hat:
Update 10.12.2011: Erweiterung des Akkus
Bisher hatte der Akku keine Überwachungselektronik, die den Ladezustand überwacht. Man wusste also nie wie voll der Akku ist und wie lange das Gerät noch durchhalten wird. Fand ich etwas nervig, vor allem wenn das Gerät plötzlich aus ging.
Abhilfe konnte ich mit der Schutz- und Überwachungsschaltung aus Notebookakkus schaffen. In den meisten (nicht in allen!) Notebookakkus ist eine Schutzschaltung, die die Zellen einzeln überwacht mit einem MM1414 zu finden. Außerdem ein BQ2060, der die Kapazität errechnet, den Lade- und Entladestrom überwacht, die Temperatur, die Spannung uvm. Zusätzlich noch die verbleibende Akkulaufzeit errechnet. Also alles was man einem Notebookakku entlocken kann, ermittelt dieses IC.
Die Kommunikation mit dem Notebook findet üblicherweise über den SMBus statt, über den auch einiges an interner Konfiguration (RAM timings, Spannungen, Temperaturen) kommuniziert wird. Im Prinzip ist der SMBus fast identisch mit I²C, bis auf ein paar Kleinigkeiten, was das Auslesen leicht macht.
Also kann man die Daten problemlos mit einem Mikrocontroller über I²C auslesen und über UART zum Oszi übertragen. Da die Firmware des Oszilloskops OpenSource ist, kann und darf man die Firmware problemlos verändern. Wenn man ein Zweikanalgerät hat, ist in der Statuszeile oben genug Platz um den Ladezustand und den aktuellen Lade-/Entladestrom anzuzeigen.
Um weiterhin die serielle Schnittstelle für Screenshots u.a. nutzen zu können reicht es intern Pin 9 des Pegelwandlers über eine Diode mit dem Rx des Oszilloskops zu verbinden, einen Pull Up Am Rx vom Oszi einzulöten und den Tx vom Mikrocontroller ebenfalls über eine Diode mit dem Rx des Oszis zu verbinden.
Wenn man erstmal rausgefunden hat wie die Firmware aufgebaut ist, ist es fast einfach zu erweitern. Momentan übertrage ich folgende Daten zum Oszi:
0x02 0x45 0x7E 0x??
Wobei ?? dem Akkufüllstand in % entspricht.
0x02 0x45 0x2B 0x?? 0x??
Wobei ?? dem Lade-/Entladestrom entspricht. Der Strom wird mit Vorzeichen übertragen, Das Highbyte zu erst.
Beide bzw. alle Befehle in diesem "Extended" Modus müssen auf 8 Byte (ohne die zwei Startbytes 0x02 und 0x45) aufgefüllt werden, sodass ein Kommando immer aus 10 bytes besteht.