OSX Typ350 ADS1220 Universal-ADC Sensor - Benutzerhandbuch

• Device-Typ: Typ350
• Chip: Texas Instruments ADS1220 (24-Bit Sigma-Delta ADC)
• Schnittstelle: SDI-12 V1.3
• Stand: V0.1/28.02.2026/JoEm
• Info: Docu wurde mit AutoDoc erzeugt

PCB V1.1 für 0/4-20 mA (weitere Versionen: PT100, Brücke, ...)

1. Überblick

Der T350 ("OSX Typ350") ist ein hochpräziser, universeller analoger Datenerfassungsknoten auf Basis des ADS1220. Er unterstützt bis zu 8 physikalische Messkanäle (Betriebsarten), die über das Array ad_physkan[] im Firmware-Source fest konfiguriert sind.

Typische Anwendungen:

• Hochpräzise PT100-Temperaturmessung (–70 … +120 °C, Genauigkeit < 0,05 °C)
• 0/4–20-mA-Strommessung
• Brückensensoren (Last-/Druckzellen)
• (Solar-)Strahlungssensoren
• Allgemeine differential- und single-ended Spannungsmessung

Hardwareanschluss (SPI-Signale)

2. Physikalische Kanäle (ad_physkan[])

Die Firmware kennt 8 physikalische Kanäle (Indices 0–7). Jeder Kanal hat eine fest konfigurierte Betriebsart (typ), ADS1220-Registerkonfiguration, Mittelwertbildung und Einheit.

2.1 Betriebsarten (typ)

2.2 Kanalübersicht

Kalibrierung (Kali-Flag): Wenn aktiv, wird vor der eigentlichen Messung automatisch ein Offset-Nullpunkt durch internes Kurzschließen der Eingänge (AIN_p/n auf AVDD/2) ermittelt und subtrahiert. Dies verdoppelt näherungsweise die Messzeit.

2.3 Technische Details der Betriebsarten

Typ 1 – Interne Temperatur (oC_int)

• Nutzt den internen Temperatursensor des ADS1220
• Auflösung: Rohwert / 32768 = °C
• Konfiguration: ITEMP_CONFIG = 0x5022E0
  • TS_ENA (interner Temperatursensor aktiv), Single-Shot, externe Referenz (irrelevant), FIR 50/60 Hz
• Messzeit: ca. 22 ms (1 Sample, kein Kali)

Typ 2 – PT100 (oC_PT100)

• 2-Leiter-PT100 mit 2 kΩ Referenzwiderstand und 1-mA-IDAC
• Polynom-Linearisierung 2. Grades (koeffizientenbasiert, ermittelt per Kalibrierung):

T = c₀ + c₁ ⋅ x + c₂ ⋅ x²

mit der Linearisierung:

c₀ = −2, 457390 × 10²,  c₁ = 7, 022650 × 10⁻⁵,  c₂ = 8, 966090 × 10⁻¹³

• Gültigkeitsbereich: Rohwert 2 427 000 … 4 910 000 Counts (ca. –70 … +120 °C)
• Konfiguration: PT100_CONFIG = 0x80562406
  • AIN0/AIN1, GAIN=8, PGA AN, EXT-REF, IDAC1 → AIN3, 1 mA
• Messzeit: ca. 453 ms (8 Samples, Kali aktiv)

Typ 3 – Standard-AD (mV_…)

• Single-Ended (SE): AIN0–AIN3 gegen AGND, GAIN=1, PGA deaktiviert
  • Umrechnungsfaktor: SE_MULTI_G1 = 2.4414e-4 (2,4414 × 10⁻⁴) → Ergebnis in mV
  • Interne Referenz (ca. 2,048 V → Messbereich 0 … 2048 mV)
  • Konfiguration SE0: SE_CONFIG = 0x102481
• Differentiell (DE): AIN0–AIN1 bzw. AIN2–AIN3, GAIN=128, PGA aktiv
  • Umrechnungsfaktor: DE_MULTI_G128 = 1.907e-6 (1,907 × 10⁻⁶) → Ergebnis in mV
  • Interne Referenz → Messbereich ± 16 mV (bei GAIN=128)
  • Konfiguration DE01: DE_CONFIG = 0x10240E

3. SDI-12 Standard-Messbefehle

3.1 Befehlsübersicht

a = SDI-12-Adresse des Sensors (Standard: 0)

Fehlerwerte im Messergebnis:

4. SDI-12 Erweiterte Befehle (X-Kommandos)

Alle Konfigurationsbefehle beginnen mit aX gefolgt vom jeweiligen Befehlsbuchstaben. Zum Lesen wird kein =-Zeichen verwendet, zum Schreiben mit =Wert. Jeder Befehl wird mit ! abgeschlossen.

4.1 Koeffizienten (K) – Individuelle Skalierung pro Kanal

Jeder physikalische Kanal hat 2 Koeffizienten: Multi (Index gerade) und Offset (Index ungerade).

Anwendungsreihenfolge:

Ergebnis = (AD-Rohwert × Kanal-Multi) × Kn_Multi − Kn_Offset

Koeffizienten-Tabelle:

Syntax:

Antwort: aKn=Wert (z. B. 0K3=0.500000)

4.2 Kanalmaske (B) – Aktive Kanäle bei M / M1

Die Bitmaske m0_mask (1 Byte) steuert, welche Kanäle bei M und M1 gemessen werden.
Bit 0 → Kanal 0 (iTemp), Bit 1 → Kanal 1 (PT100), … , Bit 7 → Kanal 7 (DE23).

Default-Wert: m0_mask = 60 = 0b00111100 → Kanäle 2, 3, 4, 5 aktiv (SE AIN0–AIN3)

60 = 4 + 8 + 16 + 32 = Bit 2 + Bit 3 + Bit 4 + Bit 5

Antwort: aB=Wert (z. B. 0B=60)

Bit-Zuordnung der Kanäle:

Beispiel: Alle SE-Kanäle + PT100 aktivieren

0XB=62!        62 = 2+4+8+16+32 (PT100 + SE AIN0…AIN3)
0XWrite!

Kanal-Aktivstatus und vollständige k-Ausgabe → Abschnitt 5.1.

4.3 Individuelle Einheit (U) – Kanalbezeichnung überschreiben

Jeder Kanal hat eine Standard-Einheit aus ad_physkan[] (z. B. oC_PT100). Diese kann pro Kanal überschrieben werden (max. 8 Zeichen). Bei leerem String wird die Standard-Einheit verwendet.

Antwort: aUn='Text' (z. B. 0U1='degC')

4.4 Ausgabegenauigkeit (P) – Nachkommastellen

Legt die Anzahl der Nachkommastellen für die SDI-12-Ausgabe fest (0–9).
Sonderwert 7, 8, 9: Standardformat %+f (printf-default).

Formatcodes:

Antwort: aPn=Wert (z. B. 0P1=3)

4.5 Parameter speichern / Sensor identifizieren

5. Kommandozeilen-Befehle (TB-UART / Debug-Terminal)

Diese Befehle sind über die serielle Debugschnittstelle (tb_tools UART) verfügbar.

5.1 Gerätebefehle (device_type_cmdline)

Beispielausgabe k (bei m0_mask = 60 – nur SE AIN0…AIN3 aktiv):

>k
K0: 1.000000 Temp_int.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'oC_int' Prec:2 OFF(1)
K1: 0.000000 Temp_int.Offset(f) (Def: 0.0)
K2: 1.000000 Temp_PT100.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'oC_PT100' Prec:3 OFF(2)
K3: 0.000000 Temp_PT100.Offset(f) (Def: 0.0)
K4: 1.000000 SEnd_0.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'mV_S0' Prec:9 ON(4)*
K5: 0.000000 SEnd_0.Offset(f) (Def: 0.0)
K6: 1.000000 SEnd_1.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'mV_S1' Prec:9 ON(8)*
K7: 0.000000 SEnd_1.Offset(f) (Def: 0.0)
K8: 1.000000 SEnd_2.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'mV_S2' Prec:9 ON(16)*
K9: 0.000000 SEnd_2.Offset(f) (Def: 0.0)
K10: 1.000000 SEnd_3.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'mV_S2' Prec:9 ON(32)*
K11: 0.000000 SEnd_3.Offset(f) (Def: 0.0)
K12: 1.000000 Diff_01.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'mV_D01' Prec:9 OFF(64)
K13: 0.000000 Diff_01.Offset(f) (Def: 0.0)
K14: 1.000000 Diff_23.Multi(f) (Def: 1.0) Unit:'mV_D23' Prec:9 OFF(128)
K15: 0.000000 Diff_23.Offset(f) (Def: 0.0)
Bitmask Channels: 60

Die Spalte am Zeilenende zeigt:

• ON(Bitwert)* – Kanal ist aktiv (Bit in m0_mask gesetzt)
• OFF(Bitwert) – Kanal ist inaktiv (Bit nicht gesetzt)
• Nur Multi-Koeffizienten (gerader Index) zeigen den Status; Offset-Koeffizienten (ungerader Index) bleiben ohne Status-Suffix.

5.2 Debug-Befehle (nur wenn #define DEBUG aktiv)

Beispielausgabe a1 (PT100):

Val:1
AD-Reset: 0
Res:3456789 (P:470/Real:463 msec) => +21.456 oC_PT100
Res:3456901 (P:470/Real:461 msec) => +21.458 oC_PT100
...
AD-Deepsleep

6. Parameterspeicherung (NVM)

Alle veränderbaren Betriebsparameter werden im internen Flash des Prozessors gespeichert:

Speichern erfolgt ausschließlich durch aXWrite! (→ Abschnitt 4.5).

7. Gerätekennzeichnung

Die Sensor-ID hat folgendes Format:

TT_A24_A_0350_OSX<MAC_Low_HEX>

Beispiel: TT_A24_A_0350_OSX1A2B3C4D

• TT = TT (interne Kennung)
• A24 = Analog Sensor 24 Bit
• A = Software-Kennung
• 0350 = Device-Typ
• OSX = OSX-Master-Plattform
• <MAC> = Untere 32 Bit der BLE-MAC-Adresse (entspricht Standard BLE-Advertising-Name)

8. Standardkonfiguration ab Werk

9. Schnellreferenz SDI-12-Befehle

aM!           Alle aktiven Kanäle messen
aM1!          Alle aktiven Kanäle + Versorgungsspannung
aM2! – aM9!   Einzelkanal 0–7 messen
aXKn!         Koeffizient n lesen
aXKn=val!     Koeffizient n setzen
aXB!          Kanalmaske lesen
aXB=val!      Kanalmaske setzen  (z. B. 60 = nur SE AIN0…AIN3)
aXUn!         Einheit Kanal n lesen
aXUn=str!     Einheit Kanal n setzen
aXPn!         Präzision Kanal n lesen
aXPn=val!     Präzision Kanal n setzen (0–9)
aXWrite!      Parameter in Flash speichern
aXSensor!     Sensortyp abfragen