Ausgangskarte für das AVR-NET-IO/LPT mit Optokopplern
(anstelle einer Ausgangskarte mit mechanischen Relais)
(Eine Unterseite von http://www.oliver-schlenker.dyndns.org)

Beschreibung:

Mit dieser Seite soll gezeigt werden, wie man eine Ausgangskarte mit Optokopplern für das AVR-NET-IO herstellt. Bisher habe ich eine normale Relaiskarte namens K8IO von Pollin und eine Eigenbau-Relaiskarte am AVR-NET-IO-Board im Einsatz. Generell kann man diese Ausgangskarte auch an einer LPT-Schnittstelle betreiben, um dort Geräte zu schalten und/oder Eingangszustände abzufragen. Es stehen 8 digitale Schaltausgänge und 4 digitale Abfrageingänge zur Verfügung. Das AVR-NET-IO bzw. die LPT-Schnittstelle des Rechners wird durch die galvanische Trennung durch die Optokoppler gut vor Beschädigungen durch Kurzschlüsse o. ä. geschützt.

Die Funktionsweise eines Optokopplers wäre wie folgt zu erklären:
Das Teil hat auf der Eingangsseite quasi eine Leuchtdiode eingebaut. (Deshalb muss der Baustein auch mit einem Vorwiderstand betrieben werden, da diese interne LED mit ca. 1,2 - 1,4 Volt arbeitet und das AVR-NET-IO bzw. die LPT-Schnittstelle 5V Ausgangsspannung liefert. Auf der Gegenseite befindet sich dann eine Photodiode bzw. ein Fototransistor, der bei Lichteinfall (stellt quasi die Basis des Transistors dar) die Verbindung von Kollektor und Emitter durchschaltet. Teilweise gibt es hier Optokopplertypen mit denen man am Ausgang direkt 12-35V schalten kann. Ansonsten muss man hier häufig auch eine Transistorstufe als Verstärker nachschalten um z. B. Lastrelais schalten zu können. Die genauen Werte bzgl. Eingangsspannung aus Ausgangsspannung stehen dann auf dem entsprechenden Datenblatt des jeweiligen Optokopplers.

Meine persönlichen Gründe solch eine Karte zu bauen waren:

- kleinere Abmessungen als die K8IO-Relais-Karte; dadurch besser in ein Gehäuse integrierbar
- keine externe Stromversorgung notwendig; die Speisung erfolgt über die Ausgänge des AVR-NET-IO/die LPT
- Schutz des AVR-NET-IO-Boards/der LPT-Schnittstelle; durch die galvanische Trennung mit den Optokopplern
- keine mechanischen Relaisgeräusche; kann manchmal recht nervig sein
- meist schalte ich nur Spannungen um die 5-12V mit geringem Strom; da brauche ich keine belastbaren Relais

Der wichtigste Grund für mich diese Karte zu bauen war wohl allerdings, dass ich unbedingt mal eine kleine Elektronikplatine selbst im Ätzverfahren herstellen wollte. Da bot es sich quasi an das mit diesem kleinen und
überschaubaren Projekt auszuprobieren.

Zuerst habe ich mich mal nach Optokopplern umgesehen. Meine Wahl fiel gezwungener Maßen auf den PC849, da der ortsansässige Elektronik-Shop nur diese Bausteine lagerhaltig hatte. Dieser Baustein beinhaltet 4 autarke Optokoppler-Einheiten. Für das Schalten von 8 Ausgängen benötigt man dann folglich 2 dieser Bausteine. Anschließend habe mir mal ein Layout für das Ätzen erstellt.

(Um die Grafiken klarer und detaillierter zu sehen, solltet Ihr einen Klick mit der linken Maustaste
auf der entsprechenden Grafik ausführen!)

Hier mal ein Snapshot des Platinen-Layouts:

Nach dem Erzeugen des Layouts habe ich mich mal mit dem Thema "Ätzen einer Elektronikplatine" beschäftigt.
Mein Vorgehen bzw. meine Erfahrungen zu diesem Thema könnt Ihr Euch gerne, hier auf meiner Webseite, unter dem folgendem Link ansehen:

Ätzen einer Elektronikplatine per Toner-Transfer-Verfahren/Toner-Direkt-Methode

Dann habe ich mir noch eine Sub-D-25pol-Buchse mit einem Stück Flachbandkabel gequetscht und entsprechend dem Platinenlayout die einzelnen Pins vom AVR-NET-IO-Board-Stecker verbunden.

Hier mal ein Bild der fertigen Platine mit Verbindungsstecker:

Von links oben seht Ihr die 8 digitalen Ausgänge, dann die 4 digitalen Eingänge, 5V (zur ev. analogen Nutzung der 4 Eingänge; E2000-Firmware) und GND vom AVR-NET-IO-Board auf der Platine, über den Flachbandleiter ankommen. Leider hatte ich keine 8 Vorwiderstände mit 220 Ohm zur Hand und habe hier einfach 470 Ohm genommen. Die Optokoppler sprechen dennoch gut auf Schaltbefehle an. Ohne die eingesteckten Koppler zeigen mir die LEDs die ankommenden Schaltsignale vom AVR-NET-IO-Board an, was für die Pin-Ermittlung/Zuordnung  recht praktisch war. Auch für die LEDs sind die 470-Ohm-Widerstände noch in Ordnung. Wenn dann die Bausteine gesteckt sind, haben die LEDs keine Funktion mehr, deshalb habe ich diese in der aktuellen Layout-Version generell raus genommen. Rechts seht Ihr die Eingangsklemmen für die 4 digitalen Eingänge zum AVR-NET-IO-Board und unten die 8 Ausgangsklemmen um die entsprechenden Verbraucher zu schalten. (Die Ausgangsreihe hatte ich zu nah an die Eingangsklemmen gesetzt. Aus diesem Grund musste ich die letzte Ausgangsklemme ein Stückchen nach Vorne versetzen. Dies ist aber im aktuellen Layout behoben.) Trotz der kleinen Panne funktioniert das Board aber problemlos. Das Teil ist halt so gesehen mal wieder ein Prototyp.

Und hier mal die Rückseite von der Platine mit den selbst geätzten Leiterbahnen:

Diese Platine funktioniert an einer LPT-Schnittstelle oder am AVR-NET-IO-Board mit der Pollin-Firmware oder der E2000-Firmware gleichermaßen. Nun werde ich demnächst vielleicht mal ein AVR-NET-IO-Board und diese Platine in ein kleines Gehäuse stecken und dann eventuell meine Funksteckdosen-Schaltung mit der E2000-Firmware (oder mit der Pollin-Firmware und meiner Zugriffssoftware) darüber laufen lassen oder meine defekte Rollo-Elektronik in der Gästetoilette mit einer E2000-Logik damit ersetzen. Ich bin mir noch nicht wirklich sicher, was ich damit genau machen werde.

Update 31.03.2013: Ein interessierter User hat den Prototypen übernommen und bei sich im Einsatz.
Laut seiner Email-Rückmeldung funktioniert das Teil problemlos.
Lieber Harald, ich wünsche Dir viel Spaß und Erfolg für Dein Projekt mit dieser Optokopplerplatine!

Ich denke mit der kleinen Platine kann man auf engem Raum, in Verbindung mit dem AVR-NET-IO-Board, kleine Steuerungen für geringe Ströme recht gut realisieren. Gerade für autarke Steuerungen mit der E2000-Firmware ist mir die K8IO-Relais-Platine zu groß/zu sperrig. Hier kommt dann bei mir zukünftig diese kleine Optokoppler-Platine zum Einsatz.

Falls Ihr so eine Platine oder die Layout-Datei wollt/braucht, oder Fragen zur Herstellung
oder zur Nutzung habt, könnt Ihr mir natürlich gerne eine Email schicken!

Bei Interesse, Fragen, Wünsche, Anregungen, Lob oder Kritik könnt Ihr mir gerne eine

eMail senden an: Oliver.Schlenker@T-Online.de