{"id":5465,"date":"2026-02-12T07:24:46","date_gmt":"2026-02-12T06:24:46","guid":{"rendered":"https:\/\/de.elv.com\/elvjournal\/?p=5465"},"modified":"2026-02-12T07:24:47","modified_gmt":"2026-02-12T06:24:47","slug":"pad-pro-exsb-alarmanlage-mit-vibrationssensor-teil-6","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/de.elv.com\/elvjournal\/pad-pro-exsb-alarmanlage-mit-vibrationssensor-teil-6\/","title":{"rendered":"PAD-PRO-EXSB-Schaltungen erkl\u00e4rt (Teil 6): Alarmanlage mit Vibrationssensor"},"content":{"rendered":"\n

PAD-PRO-EXSB Schaltungen erkl\u00e4rt \u2013 Teil 6<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Alarmanlage mit Vibrationssensor<\/h1>\n\n\n\n

In diesem Teil der Serie besch\u00e4ftigen wir uns mit dem im Experimentierset vorhandenen mechanischen Vibrationssensor. Anhand einer Beispielschaltung in Form einer Alarmanlage zeigen wir die Funktion und wie man die Signale des Sensors auswertet und weiterverarbeitet.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ersch\u00fctterungen auswerten<\/h2>\n\n\n\n

In unserer Serie zum PAD-PRO-Experimentierset<\/span> werden nach und nach alle im Set enthaltenen Bauteile erkl\u00e4rt, und es wird jeweils eine passende Beispielschaltung gezeigt. Ein sehr interessantes Bauteil in unserem Set ist der Vibrationssensor, der rein mechanisch arbeitet und auf Bewegung, Neigung bzw. Ersch\u00fctterung reagiert. Der Aufbau dieses Sensors ist auch im ersten Teil dieser Serie<\/a> detailliert beschrieben.<\/p>\n\n\n\n

Der eigentliche Sensor ist in SMD-Bauweise ausgef\u00fchrt und auf einer kleinen PAD-Platine aufgebracht (Bild 1)<\/mark>. Man kann sich diesen Sensor wie einen Schalter vorstellen, der bei Lage\u00e4nderungen schlie\u00dft bzw. \u00f6ffnet. In Bild 2 <\/mark>ist zu sehen, dass sich im Inneren eine Metallkugel befindet. Die Kammer setzt sich aus zwei metallischen, leitenden Teilen zusammen, die jeweils einen Schaltkontakt bilden. In der Mitte sind diese beiden Kontakte gegeneinander isoliert. Die Metallkugel kann sich in einem gewissen Ma\u00df in der Kammer hin- und herbewegen. Beim Erreichen der Isolierschicht, also in der Mitte der Kammer, werden die beiden Kontakte durch die Metallkugel kurzgeschlossen. Bei Bewegung rollt die Kugel in der Kammer immer \u00fcber diese Isolierschicht und schlie\u00dft dabei die beiden Kontakte f\u00fcr einen kurzen Moment.<\/p>\n\n\n\n

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Bild 1: Vibrationssensor auf einer PAD-Platine verbaut<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
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Bild 2: Innerer Aufbau eines Vibrationssensors und einfache Grundschaltung<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Mit solchen Kontakten k\u00f6nnen z. B. Alarmanlagen f\u00fcr Fahrr\u00e4der gebaut werden. Die Auswertung ist allerdings nicht so einfach, denn man m\u00f6chte ja evtl. die Empfindlichkeit ver\u00e4ndern k\u00f6nnen. In Bild 3<\/mark> ist rechts zu sehen, wie die Ausgangsimpulse des Sensors aussehen, wenn ein Widerstand vorgeschaltet wird.<\/p>\n\n\n\n

Der Vibrationssensor liefert bei Bewegung ein \u201eGewitter“ an Schaltsignalen. In unserem Schaltungsbeispiel zeigen wir, wie man diese Schaltsignale weiterverarbeitet und hieraus ein Schaltsignal mit einstellbarer Schaltschwelle generiert. Doch bevor wir uns der kompletten Schaltung widmen, m\u00fcssen wir uns noch einige Schaltungsbereiche anschauen, die wir noch nicht kennen, wie z. B. den Rechteckoszillator und den Sound-Transducer.<\/p>\n\n\n\n

Rechteckoszillator<\/h2>\n\n\n\n

Um die Schaltung besser verstehen zu k\u00f6nnen, erkl\u00e4ren wir den Rechteckoszillator an einem separaten Teilschaltbild, das in Bild 3 <\/mark>dargestellt ist. Rechts neben dem Schaltbild sind die Oszillogramme zu sehen, die zu den im Schaltbild eingezeichneten Messpunkten geh\u00f6ren.<\/p>\n\n\n\n

Der Rechteckoszillator ist eigentlich ein Komparator mit Schmitt-Trigger-Eing\u00e4ngen. Der Ausgang B<\/strong> kann nur zwei unterschiedliche Spannungszust\u00e4nde annehmen: High (+UB) oder Low (GND). Es gibt sowohl eine Mitkopplung \u00fcber R7 als auch eine Gegenkopplung \u00fcber R8. Die Widerst\u00e4nde R5 bis R7 kennzeichnen einen klassischen Schmitt-Trigger<\/a>. Je nach Spannung am Ausgang B<\/strong> liegt der Mitkoppelwiderstand R7 einmal parallel zu R5 oder R6. Hierdurch ver\u00e4ndert sich die Spannung am Eingang \u201e+“ (nichtinvertierender Eingang C<\/strong>) in Abh\u00e4ngigkeit zum momentanen Zustand am Ausgang. Die Schaltschwelle des Komparators wird hierdurch dynamisch ver\u00e4ndert, was als Hysterese bezeichnet wird. Im Oszillogramm (Bild 3)<\/mark> gibt es deshalb zwei unterschiedliche Schaltschwellen (Schaltschwelle 1 und Schaltschwelle 2). Allgemein gilt: Wenn das Ausgangssignal auf den nichtinvertierenden Eingang \u201e+“ eines Operationsverst\u00e4rkers zur\u00fcckgef\u00fchrt wird, handelt es sich um eine Mittkopplung.<\/p>\n\n\n\n

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Bild 3: Der Rechteckoszillator in der Grundschaltung mit Oszillogrammen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Im Gegensatz zur Mitkopplung findet mit dem Widerstand R8 eine Gegenkopplung statt. Sobald der Ausgang B<\/strong> einen High-Pegel f\u00fchrt, l\u00e4dt sich der Kondensator C3 \u00fcber den Widerstand R8 auf, was an der Ladekurve B<\/strong> im Oszillogramm erkennbar ist. Sobald diese Spannung die Schaltschwelle 1 erreicht hat, wechselt der Ausgang B<\/strong> auf Low-Pegel (Kurve B<\/strong>). Hierdurch \u00e4ndert sich die Schaltschwelle am Eingang des Komparators C<\/strong> und die Schaltschwelle 2 ist nun aktiv. Nun entl\u00e4dt sich C3 \u00fcber R8, bis die Schaltschwelle 2 erreicht ist, wodurch der Ausgang B<\/strong> wieder zur\u00fcck auf den High-Pegel wechselt. Dieser Vorgang wiederholt sich zyklisch, wir sprechen nun von einem Oszillator. Die wesentlichen und frequenzbestimmenden Bauteile sind der Kondensator C3 und der Widerstand R8, mit denen sowohl die Lade- als auch und Entladezeit bestimmt werden.<\/p>\n\n\n\n

Sound-Transducer<\/h2>\n\n\n\n

Ein weiteres Bauteil, das wir in unserer Beispielschaltung einsetzen, ist der Sound-Transducer (Bild 4)<\/mark>. Dieser ist ein elektroakustisches Bauelement, das wie bei einem Lautsprecher akustische Signale wiedergeben kann. Dieses Bauteil sollte nicht mit einem Piezo verwechselt werden, denn im Gegensatz zu einem Piezo besitzt der Transducer eine Schwingspule aus Kupferdraht, hat also einen ohmschen Widerstand. Um die Ansteuerung zu vereinfachen, ist ein Transistor auf der Modulplatine untergebracht. Ab einer Spannung von 1,5 V schaltet der Transistor durch und steuert (schaltet) somit den eigentlichen Transducer. Die Ansteuerung geschieht mit einem Rechtecksignal mit einer minimalen Signalspannung von 1,5 Vpp. Wichtig ist, dass es sich um ein Rechtecksignal handeln muss. Zu erw\u00e4hnen sei noch die Resonanzfrequenz, die bei diesem Transducer bei ca. 2 kHz liegt. Die Resonanzfrequenz ist die Frequenz, bei der die h\u00f6chste Lautst\u00e4rke erreicht wird. Dies ist bei der Auswahl der Steuerfrequenz zu beachten. Die technischen Daten des Sound-Transducers sind in Teil 1 dieser Serie<\/a> beschrieben.<\/p>\n\n\n\n

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Bild 4: Schaltbild und Platine des Sound-Transducers<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Beispielschaltung Alarmanlage mit Vibrationssensor<\/h2>\n\n\n\n

Bild 5 <\/mark>zeigt die komplette Beispielschaltung unserer Alarmanlage. Das wichtigste Bauteil ist der beschriebene Vibrationssensor S1. Da wir nicht wissen, ob der Sensor im Ruhezustand offen oder geschlossen ist (die Kugel k\u00f6nnte ja in der Mitte liegen bleiben und den Kontakt schlie\u00dfen), koppeln wir das Signal mit einem Kondensator (C1) ab und betrachten die Sensorsignale als Wechselspannung. Das bedeutet, dass nur wechselnde Impulse durchgelassen werden. Mit den beiden Dioden D1 und D2 wird das Signal anschlie\u00dfend gleichgerichtet und \u00fcber den Widerstand R2 auf den Kondensator C2 gegeben.<\/p>\n\n\n

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