Buchscanner zum Zusammenklappen
Seite 4: Steuerzentrale
Als Steuerung des Scanners wollte ich eine Lauflichtschaltung nutzen, die nacheinander alle erforderlichen Module aktiviert respektive Schritte durchführt. Zum Aufbau eines 4-Kanal-Lauflichts setzte ich TTL-Monoflops ein (74LS123). Auf jedem IC befinden sich je zwei Monoflops. Die Signaldauer der einzelnen Kanäle lässt sich mittels RC-Glieder getrennt voneinander einstellen. Die Lauflichtkanäle steuern jeweils Relais an, die die eigentlichen Module und Verbraucher schalten. Damit sind Elektronik und Endverbraucher galvanisch getrennt.
Die ersten beiden Kanäle liefern die für das Fokussieren und Knipsen erforderlichen Impulse per USB an die Kamera. Die Impulsdauer des dritten Kanals muss der Zeit entsprechen, die die Kamera benötigt, um wieder einsatzbereit zu sein. Der Impuls des vierten Kanals schaltet die Scheinwerfer aus, löst das Pendel aus der Verriegelung und startet den Motorantrieb.
Ein großes Problem der TTL-Schaltung war die Störanfälligkeit gegenüber Störimpulsen von induktiven Lasten wie Motor, Hubmagnet und Relais. Die Ein- und Ausgänge der Monoflops sind mit diversen Widerstands-Kondensator-Gliedern gesichert worden. Aber ein Problem ließ sich durch all diese Vorkehrungen nicht beherrschen: Nach dem Einschalten reagierte das Lauflicht mit unvorhersagbaren Impulsfolgen. Durch das Trennen der Versorgungsspannungen der TTL-Bausteine und der Relais bekam ich das Problem in den Griff: Erst wenn die TTL-Bausteine sich nach dem Einschalten "ausgetobt" hatten, wurden die Relais mittels des Startknopfes für das erste Foto auch in Betrieb genommen.
Startmodul
Der 12-Volt-Stromkreis für die Relais des Lauflichtmoduls wird mittels eines bistabilen Relais geschlossen. Zwar gibt es bistabile Relais im Handel, doch nicht in meiner Elektroschrott-Sammelkiste. Dafür hatte ich jedoch eine erkleckliche Sammlung an monostabilen Relais. Was lag da näher, als ein derart einfaches Relais in ein bistabiles umzurüsten?
Normalerweise funktioniert ein Relais derart, dass die Schaltkontakte sich schließen, wenn an die Spule eine Spannung angelegt wird. Wird die Spannungsversorgung unterbrochen, fällt der Kontakt ab. Bei einem bistabilen Relais reicht ein kurzer Impuls aus, die Kontakte zu schließen. Erst ein kurzer Löschimpuls öffnet diese wieder. Um ein monostabiles Relais in ein bistabiles umzurüsten, nutzte ich eine bauartbedingte Eigenschaft eines Relais' aus: Um es zu schließen, bedarf es einer bestimmten Anzugsspannung. Ist das Relais geschlossen, kann die Spannung reduziert werden, die Kontakte bleiben geschlossen. Man spricht von der sogenannten Haltespannung, die deutlich niedriger liegt als die Anzugsspannung. Erst wenn die Haltespannung unterschritten ist, öffnen sich die Kontakte. Anzugs- und Haltespannung sind typenbedingt und können einfach experimentell ermittelt werden. Mein bipolares Relais arbeitet nach dem Prinzip eines Spannungsteilers.
Die Gesamtspannung wird im Verhältnis der Widerstände R1 und R2 in die Teilspannungen U1 und U2 aufgeteilt. Nehmen wir an, dass unser Relais mit einer Versorgungsspannung von 12 V arbeitet, die Anzugsspannung 10 V und die Haltespannung 6 V beträgt. Das Relais sollte geöffnet sein. Hierfür sorgt der Widerstand R1. Er ist so groß, dass am Innenwiderstand des Relais R2 weniger als die Anzugsspannung anliegt, aber mehr als die Haltespannung. Wird jetzt R1 mittels eines Schalters kurzfristig überbrückt, werden die Relaiskontakte geschlossen. Nach dem Öffnen des Schalters liegt immer noch die Haltespannung an und die Kontakte bleiben geschlossen. Sollen sie geöffnet werden, so muss R2 mittels eines Schalters überbrückt werden. Die Spannung am Relais fällt unter die Haltespannung ab und die Kontakte öffnen sich. R3 ist ein kleiner Lastwiderstand, der einen Kurzschluss verhindert, wenn aus welchem Grund auch immer die beiden Schalter gleichzeitig durchgeschaltet sind. Als elektronische Schaltung realisiert, sieht das aus wie im Bild rechts.
Der Transistor BC 547 (T1) dient als Pegelwandler, damit man beide Eingänge mit High-Impulsen ansteuern kann. Bei einem Impuls an der Basis von T1 zieht das Relais an. Einfacher wäre zwar ein NPN-Transistor anstelle des PNP-Typen BC 307, aber ein Versuch schlug fehl, er schaltete nicht durch. Ein Impuls an T3 lässt das Relais wieder abfallen. Einige Relais in meinen Scanner werden nur einmal beim erstmaligen Start des Gerätes geschaltet und benötigen keinen Löscheingang.
