Laser Tool Box für Barcode Lesegeräte und Netzwerkinstallationen


Mit Microcontroller aus der Z8 Familie von Zilog Z86E40 !

Die 'Laser Tool Box' wurde von mir entwickelt, um Servicetechnikern aus der Industrie ein leistungsfähiges Werkzeug an die Hand zu geben. Mit dieser Box ist es möglich, Barcode Lesesysteme zu programmieren, Industrienetzwerke z. B. RS485 zu installieren, Netzwerkkarten zu überprüfen und Netzwerkkabel zu testen. Außerdem ist die gesamte Spannungsversorgung von +5VDC, +12VDC, +15VDC und +24VDC nach außen zugänglich, so dass der Techniker vor Ort ebenfalls auf diese Spannungswerte zugreifen kann. Die 'Laser Tool Box' wird durch einen 8 Bit Microcontroller aus der Z8 Familie von Zilog gesteuert. Der Z86E40 ist mit seinen 32 programmierbaren Ein- und Ausgängen wie geschaffen für diese Aufgabe. Weiterhin habe ich mit Visual Basic ein unter Windows lauffähiges Programm entwickelt, mit dessen Hilfe die 'Laser Tool Box' komplett vom PC aus steuerbar ist.


Die Oberfläche der Windowssteuerung

Mit diesem Programm kann die 'Laser Tool Box' komplett gesteuert werden. Es können Netzwerkkarten bzw. Schnittstellen überprüft werden, es können Netzwerkkabel auf Durchgang oder Kurzschluß geprüft werden, Barcodelesesysteme können getriggert werden, Daten können gesendet werden und die Kommunikation zwischen zwei anderen PC's kann 'mitgehöhrt' werden. Die Datenübertragung erfolgt seriell per RS232 Interface direkt mit dem Microcontroller auf dem Board.


Spannungsversorgung +5VDC, +12VDC, +15VDC und +24VDC

Der erste Teil der Spannungsversorgung ist mit der o.a. Grafik beschrieben. Mit dem Hauptschalter S4 wird über die Sicherung F1 die Primärspannung an den Tranformator TR1 gegeben. Die Sekundärwicklung des Trafos schaltet anschließend eine Spannung in Höhe von +24VDC an die Gleichrichterdioden D30 bis D33. Das durch die Kondensatoren C9 und C10 gesiebte und entstörte Signal liegt dann am ersten Festspannungsregler IC4 vom Typ L78S24 an (siehe nächste Grafik).


Spannungsversorgung +5VDC, +12VDC, +15VDC und +24VDC

Der zweite Teil der Spannungsversorgung besteht hautpsächlich aus den vier Festspannungsreglern IC4 bis IC7, die jeweils am Ausgang die Spannungen +24VDC, +15VDC, +12VDC und +5VDC erzeugen. Informationen zu den Reglern können direkt bei National Semiconductor abgerufen werden. Die Kondensatoren C11 bis C14 dienen hierbei nur noch der Störunterdrückung. Da die Verlustleistung aller Regler über 1mW liegt, wurden diese auf einen geeigneten Kühlkörper KK1 und KK2 installiert.


Anschluss des Scanners / Barcodelesegerät

Die meisten in der Industrie zum Einsatz kommenden Scanner bzw. Barcodelesesysteme arbeiten mit einer Spannungsversorgung von +24VDC. Bei der 'Laser Tool Box' habe ich mich für eine 15 polige SUB-D Steckerbuchse entschieden, wie Sie z. B. die Scanner der Firma Sick AG aus der Modellreihe CLV410 verwenden. Der Scanner wird an den Stecker X15 angeschlossen und kann durch Betätigen des Tasters S2 getriggert werden. In diesem Fall wird das 5VDC Signal 'Scan', welches vom Microcontroller gesteuert wird (siehe Schaltplan weiter unten), über den Widerstand R21 gegen Masse gelegt. Der Transistor sperrt und an PIN 14 des Steckers X15 liegen somit 24VDC an. Durch das Windowsprogramm kann der Scanner ebenfalls über den Microcontroller und dem Signal 'Scan' getriggert werden.



Schaltplan der Schnittstellenseite der 'Laser Tool Box'

An den Stecker X1 kann der Host des Netzwerkes angeschlossen werden. Entweder wird die Box an einem RS485 Netzwerk betrieben oder an einer normalen RS232 Verbindung angeschlossen. Bei einer RS485 Netzwerkkonfiguration wird mit Hilfe des IC9 die Kommunikation durchgeführt. Informationen über diesen RS485 Netzwerktreiber gibt es direkt bei Maxim. Um Reflektionen am Leitungsende zu vermeiden, sollte bei einer RS485 Installation in der Regel immer ein Abschlusswiderstand von 120 Ohm am letzten Verbraucher angeschlossen werden. Allgemeine Informationen über die serielle RS485 Verbindung können hier nachgelesen werden. Der Bediener hat mit dem Schalter S3 die Möglichkeit, einen Widerstand von 100 Ohm bis 130 Ohm in Zehnerschritten zu selektieren. Die Kommunikation zwischen dem Microcontroller und dem Windowsprogramm geschieht über den Stecker X8 und den RS232 Schnittstellentreiber IC3, ebenfalls von Maxim. Um mit dem Programm die gesendeten Zeichen des Host zu bewerten, kann mit Hilfe der Logik von IC12A bis IC12C und IC13 zwischen den einzelnen Empfangsmodi umgeschaltet werden. Mit diesem Feature ist es möglich, z. B. Netzwerkkarten oder Schnittstellen direkt zu überprüfen um Konfigurationsfehler direkt während der Inbetriebnahme zu vermeiden. Mit IC8 ist der Microcontroller bezeichnet, der die zentrale Steuerung des gesamten Schaltkreises übernimmt. Information zu der Z8 Microcontroller Familie gibt es bei Zilog. über den Widerstand R2 und der LED D3 wird lediglich der Prozessortakt ausgegeben. Mit dem Port P36 bzw. PIN24 steuert der Microcontroller mit dem 'Scan' Signal, wie bereits oben beschrieben, den Scanner.


Schaltplan des Kabeltesters

Aus Platzgründen kann an dieser Stelle leider nicht der gesamte Schaltplan des integrierten Kabeltesters angezeigt werden. Dies ist jedoch auch nicht unbedingt erforderlich, da die Grundfunktionen dieser Einheit ersichtlich sind. Hiermit können sowohl 9 polige SUB-D Kabel als auch Kabel mit RJ45 Steckern auf Durchgang oder Kurzschluss geprüft werden. Ein SUB-D Kabel wird dafür in die Steckerleisten X2 und X4 (nicht sichtbar, direkt nach den Dioden D11 bis D39) gesteckt. Der Prozessor IC8 schaltet nun die vier Ausgänge P00 bis P03 hexadezimalkodiert von 1 bis 10 durch. Der Hexadezimalkonverter IC2 von Philips Semiconductors schaltet die Ausgänge der Reihe nach durch, beginnend mit Q0. Mit Hilfe der Leuchtdioden D1 bis D10 und D37 auf der Sendeseite können alle Adern und der Schirm getestet werden. Die Leuchtdioden D21 bis D29 und D38 zeigen das entsprechende Testergebnis an, welches jedoch auch von der Windowssteuerung visualisiert wird. Bei möglichen Kurzschlüssen verhindern die Dioden D11 bis D20 und D39 unerlaubte Potentiale. Mit einem entsprechenden Adapterstecker können sogar Kabel überprüft werden, die bereits verlegt sind und bei denen es nicht möglich ist, eines der Enden an die 'Laser Tool Box' anzuschliessen.


Schaltplan der Lauscheinheit

Mit der Lauscheinheit können serielle Kommandos über die RS232 Schnittstelle 'mitgehört' werden. Die Verbindung zwischen den beiden Hosts wird aufgetrennt und in die Anschlüsse X16 und X17 gesteckt. Mit Hilfe des Windowsprogramms und zweier serieller Schnittstellen am eigenen PC X18 und X19 können anschließend die Daten aufgezeichnet werden. Der bereits bekannte Treiber IC1 sorgt für eine saubere Potentialtrennung, so dass die Hauptkommunikation der beiden Hosts nicht gestört wird.


Die Oberseite der Platine


Die Unterseite der Platine




Zum Schluß möchte ich noch darauf aufmerksam machen, daß ich keine Garantie bezüglich der Funktionsfähigkeit der Schaltung übernehmen kann, da diese stark vom Platienenlayout abhängig ist !




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