Sensorverkabelung
Diese Seite behandelt die elektrische Schnittstelle der FG-3+, FG-3C und FG-4 Sensoren – einschließlich Ausgangstypen, Versorgungsanforderungen und Verkabelungsempfehlungen.
Sensorvergleich
| Sensor | Achsen | Ausgangstyp | Versorgungsspannung | Typische Integration |
|---|---|---|---|---|
| FG-3+ | 1 | 5-V-Rechteckimpuls (Frequenz) | Geregelte 5 V | Frequenzzählung am MCU oder Converter Board → ADC |
| FG-3C | 1 | UART / Analog / PWM (wählbar) | Geregelte 5 V | UART RX am MCU, Analogeingang oder DAQ |
| FG-4 | 3 | 5-V-Rechteckimpuls (Frequenz) pro Achse | Geregelte 5 V | Frequenzzählung (3 Kanäle) am MCU |
FG-3+
Der FG-3+ gibt einen 5-V-Rechteckimpuls aus, dessen Periodendauer proportional zur magnetischen Feldstärke entlang der Sensorachse ist. Eine höhere Feldstärke entlang der empfindlichen Achse führt zu einer kürzeren Impulsdauer.
Verkabelung
Der FG-3+ wird über eine 3-Draht-Schnittstelle angeschlossen:
| Verbindung | Beschreibung |
|---|---|
| VCC | Geregelte 5-V-Stromversorgung |
| GND | Signal- und Versorgungsmasse |
| OUT | 5-V-Impulsausgang — an MCU-Timer/Zählereingang anschließen |
Die genaue Stecker-Pinnummerierung ist nicht öffentlich dokumentiert. Für die Identifikation von VCC / GND / OUT siehe die Beschriftung oder den Aufdruck auf Ihrer spezifischen Sensoreinheit.
Praktische Hinweise
- Frequenzzählung: Der MCU muss die Periodendauer des eingehenden Impulses mit einem Timer im Eingangs-Erfassungsmodus oder durch Zählen von Flanken messen. Verwenden Sie kein einfaches
digitalRead()-Polling für genaue Ergebnisse. - Pegelwandlung: Der Ausgang ist 5-V-Logik. Wenn Ihr MCU mit 3,3 V arbeitet (z. B. ESP32, Arduino Due), verwenden Sie einen Spannungsteiler oder einen dedizierten Pegelwandler an der OUT-Leitung.
- Kabellänge: Verwenden Sie bei längeren Kabelstrecken geschirmtes Kabel, um eingekoppelte Störungen zu reduzieren. Schließen Sie den Schirm nur an einem Ende an GND an.
- Versorgungsentkopplung: Platzieren Sie einen 100-nF-Keramikkondensator nahe am VCC-Pin des Sensors, um Versorgungsrauschen zu unterdrücken.
FG-3C
Der FG-3C ist ein einachsiges Fluxgate-Magnetometer mit einem konfigurierbaren Ausgangsmodus. Der Ausgangsmodus wird durch die Pinkonfiguration beim Start gewählt.
Ausgangsmodi
| Modus | Ausgang | Hinweise |
|---|---|---|
| UART | Digitaler serieller Text bei 115200 Baud | Feldwert in nT als ASCII-Text |
| Analog | Spannung proportional zum Feld | Geeignet für ADC oder Oszilloskop |
| PWM | PWM-Tastverhältnis proportional zum Feld | Geeignet für einfache MCU-Erfassung |
Dokumentierte Pinbelegung
| Pin | Funktion |
|---|---|
| 1 | VCC (geregelte 5 V) |
| 2 | GND |
| 3 | Moduswahl / Analogausgang |
| 4 | UART TX (im UART-Modus) / PWM-Ausgang |
| 5 | Moduswahl |
Pinfunktionen für Nicht-UART-Modi sind nicht vollständig öffentlich dokumentiert. Für die vollständige Konfigurationstabelle siehe das FG-3C-Datenblatt oder wenden Sie sich an FG Sensors.
UART-Modus Verkabelung
Verbinden Sie Pin 4 (UART TX) des FG-3C mit dem RX-Pin Ihres MCU oder USB-UART-Bridges.
FG-3C Pin 4 (TX) ──────► MCU RX
FG-3C Pin 1 (VCC) ─────► 5 V
FG-3C Pin 2 (GND) ─────► GND
- Baudrate: 115200
- Daten: 8N1
- Ausgabe: ASCII-Text, Feldwert in nT
Pin 4 ist ein 5-V-UART-Signal. Für 3,3-V-MCUs nur über einen Pegelwandler oder Spannungsteiler anschließen.
FG-4
Der FG-4 ist ein 3-Achsen-Fluxgate-Magnetometer, das drei unabhängige Frequenzausgangskanäle bietet – einen pro Achse (X, Y, Z) – sowie einen NTC-Thermistor-Ausgang zur Temperaturkompensation.
Steckerbelegung
Der FG-4 verwendet einen 10-poligen Stecker mit zwei Spalten:
| Linker Pin | Rechter Pin |
|---|---|
| GND NTC | NTC |
| GND X | OUT X |
| GND Y | OUT Y |
| GND Z | OUT Z |
| +5V | +5V |
Achsen-Aktivierung — GND-geschaltetes Design
Die +5-V-Versorgung speist alle Achsen über eine gemeinsame Versorgungsschiene. Um eine bestimmte Achse zu aktivieren, muss GND mit dem GND-Pin dieser Achse verbunden werden:
- Nur X lesen → GND mit GND X verbinden
- Alle drei Achsen lesen → GND mit GND X, GND Y und GND Z verbinden
Die drei Achsen können sich bei gleichzeitiger Aktivierung gegenseitig beeinflussen. Für höchste Messqualität eine Achse nach der anderen lesen. Das gleichzeitige Lesen aller drei Achsen ist möglich, wenn die Anwendung dies erfordert.
NTC-Temperaturausgang
Der NTC-Thermistor-Ausgang verwendet einen Spannungsteiler, der aus TH1 (10 kΩ 1%) in Reihe mit R19 (10 kΩ 1%) zwischen +5 V und GND gebildet wird.
| Bedingung | NTC-Ausgangsspannung |
|---|---|
| 25 °C | ~2,5 V |
| Unter 25 °C | Nimmt ab |
| Über 25 °C | Nimmt zu |
Den NTC-Pin mit einem ADC-Eingang am MCU verbinden, um die Temperatur zu lesen. GND NTC mit Signalmasse verbinden.
Schmitt-Trigger / Pegelwandlung
Ein Schmitt-Trigger auf den OUT-Leitungen ist nicht zwingend erforderlich, wird jedoch für saubere digitale Flanken empfohlen – besonders bei längeren Kabeln. Auf dem MAG-BOARD fungiert der Schmitt-Trigger auch als Pegelwandler und konvertiert den 5-V-PWM-Ausgang des FG-4 auf den 3,3-V-Logikpegel für den ESP32.
Bei direkter Integration des FG-4 in ein 3,3-V-System ohne MAG-BOARD einen Pegelwandler oder resistiven Spannungsteiler auf jeder OUT-Leitung hinzufügen.
Praktische Hinweise
- Auf dem MCU sind drei unabhängige Timer/Zähler-Kanäle erforderlich – einer pro Achse
- Alle drei Ausgänge sind 5-V-Logik; für 3,3-V-Systeme Pegelwandlung anwenden
- Die drei Achsen sind orthogonal und werkseitig ausgerichtet — den Sensorkörper nicht relativ zum Messrahmen drehen
- Die Stromversorgung muss sauber und geregelt sein; alle drei Achsen teilen eine gemeinsame +5-V-Versorgung
Allgemeine Verkabelungs-Best Practices
- Verwenden Sie immer eine geregelte 5-V-Versorgung — die Sensorgenauigkeit wird durch Versorgungsrauschen beeinträchtigt
- Halten Sie die Sensorverdrahtung von Hochstrompfaden oder Schaltnetzteilen fern
- Verwenden Sie bei Mehrsensorsystemen (Gradiometern) separate geschirmte Kabel für jeden Sensor und stellen Sie eine gemeinsame GND-Referenz sicher
- Beschriften Sie alle Sensorkabel an beiden Enden, um Achsenverwechslungen bei Mehrachsen- oder Mehrsensor-Setups zu vermeiden