Fledermaus- (oder Personen) -Zähler

zur Übersicht3 Beiträge Thema abonnieren Neue Antwort
Anzeigen  Sortieren 

Fledermaus- (oder Personen) -Zähler

von godiwaku » 03.04.2013, 18:02 

Bau eines Fledermaus-Zählers mit Flugrichtungsdetektion und Arterkennung

Im Alfelder Windloch hat Kugelschafter (1) Fledermäuse mit einer Lichtschranke gezählt, beim Ausflug fotografiert und dabei festgestellt, dass auch Bechstein-Fledermäuse und insgesamt etwa zehn mal mehr Tiere (genau: 11,8x) in der Höhle waren als mit visuellen Zählungen gefun­den wurden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, Fledermäuse und ihre Bewegung automatisch zu erfassen.

„Die tatsächliche Zahl überwinternder Fledermäuse ist – das zeigen die Untersuchungen mittels Licht­schranken – nur mit technisch hohem Aufwand und an wenigen Quartieren ermittelbar; das Monitoring auf Artniveau über eine so lange Zeit­spanne und so repräsentativ, d. h. an so vielen Quartieren wie in Bayern durchgeführt, wäre gänzlich un­möglich *)“, so das Bayerische Landesamt für Umwelt (2). Der vorliegende Fledermauszähler soll diesem Manko abhelfen – er ist tech­nisch wenig aufwändig, wartungs­frei, kosten­günstig (< ~ 150 €), einfach zu installieren und erfordert keine Einbauten oder Batteriewechsel wie für Lichtschranken. *) Hervorhebung durch mich, W D-G

Die Idee, Bewegungen von Fledermäusen am Höh­leneingang aufzuzeichnen, hatte ich schon vor etwa sechs Jahren. Ich machte mich also im Internet auf die Suche und wurde sehr bald fün­dig: „Selbst­gebaute Sensoren für das PASCO 750 Interface zur Mess­wert­erfassung“ (3) versprach über die Dreh-(=Flug-)Rich­tung (Kap. 2. Wegsensoren) eine Mög­lich­keit zur Zählung von Fleder­mäusen. Nach Aufbau der Schal­tung (mit den ICs NE556, 7408 und 74LS74) in einem Simulations­programm (Franzis' Elek­tronik Design Labor, Electronics Work­bench, jetzt Multisim von NI) er­gab die um­fangrei­che Simu­lation dann zu meiner Überra­schung und Enttäuschung Zustände, in de­nen sich die Schaltung irre­versibel „aufhängte“ (d. h. in einem Zustand des Ausgangs stehenblieb und nicht mehr auf weitere Bewegungen re­agierte), z. B. wenn eine Fledermaus zufällig exakt zu dem Zeit­punkt ausflog, als eine einfliegende Fle­der­maus gerade Detektor 2 verließ (bzw. der von Detektor 2 getrig­gerte Timer abschaltete), was einen Reset – und tägliche Besuche in der Höhle – erfordert hätte. Also zurück auf Suche.

Fündig wurde ich dann bei einem zufälligen Besuch bei Conrad, wo ich das Buch „309 Schaltun­gen“ (4) durch­blätterte. Darin fand ich eine Schaltung, welche die Nachteile des Aufhängens nicht haben sollte, da sie immer wieder in den Grund­zustand zurückkehrt. Nun dauerte es noch einige Monate, bis das Buch bei der Stadtbiblio­thek in Nürnberg verfügbar war und ich endlich loslegen konnte. Im folgenden nun also meine Erfahrungen mit der neuen Schaltung.

Der Fledermauszähler beruht auf zwei PIR-Sensoren (Conrad (5) 172526, Reichweite 4 – 12 m, wählbar), einer Aus­wertungselektronik (ICs: ICM 7556 (dito, Reichelt, 6) und CMOS CD 4093, ELV (7) 005552) und
ei­nem Da­ten­spei­cher SDSD1 (ELV Bausatz 091491, Fertiggerät 099277). Die Auswertungs­elek­tronik wur­de in Anleh­nung an die Schaltung „Rich­tungs­abhängige Lichtschranke“ (Nr. 131, Robert Edlinger, S. 230 in „309 Schaltungen“ (4a)) entwickelt. Die Schal­tung wird mit 5 V betrieben, generiert durch zwei ½ AA 3,6 V Li-Batterien in einer AA-Halterung, einen „Low Drop“ Fest­spannungsregler (LM2940CT 5V 1A, Conrad 175714 ) und Sta­bi­lisie­rungs­kondensatoren (C8/9, Abb. 2).

Abbildung 1. Aufbau des Detektors, ohne Daten-
logger und zweiten Timer (Arterkennung).

Nicht sichtbar: Widerstände (R1/2) zur Erzeu­gung
der Referenz­spannung U/2 (unter PIR-Sensoren),
Batterien und Fest­span­nungs­regler.

Die PIR-Sensoren stecken in SIL-Packungen
(halbierte DIL mit Flach­kontakten), ICM 7556
(„556“) und CD 4093 in Buchsenleisten.
Unter dem ICM 7556 sind die Brücken
S/D 1, S/D 2 und R(eset) 1/2,
unter dem CD 4093 die Brücken I8/I1,
I5/I4 und die 1,0 µF Tantal­kondensatoren
lokalisiert (vgl. Abb. 2).

h = Höhe der Buchsenleisten.


Die beiden PIR-Sensoren bilden den Eingang der Schaltung, sie haben einen gemeinsa­men Plus­pol und ge­meinsame Masse, zudem eine gemein­same Referenzspannung von etwa U/2 (das Mo­dul PIR13 ELV Bau­satz 056367, Fertiggerät 057723, sollte ge­nau­so gut geeignet sein, ist einfacher zu beschal­ten und kostengüns­tiger, hat jedoch „nur“ 4 m Reich­weite, was für Höhlen wie das Al­felder Wind­loch reichen sollte). Die pul­sierenden Sig­nale der beiden OC-Ausgänge (OC = open collector) werden über „Pull-Up“-Widerstände und „Edge-Trigger“ auf ei­nen Doppeltimer ICM 7556 („556“, (8)) geführt, wo sie 0,8 sec lange positive Aus­gangs­signale er­zeu­gen (t = 1,1 x R5/6 x C3/4).

Das Edge-Triggern funktioniert folgendermaßen: Bei jedem Anschalten des offenen Kol­lektors (Anspre­chen des PIR-De­tek­tors) wird die Spannung an den Widerständen R3/4 heruntergezogen, die 556-fernen Seiten der Kondensa­toren C1/2 laden sich ne­ga­tiv auf und stoßen damit Ladungen auf der ande­ren Seite der Konden­satoren ab, die als negative Trigger- Impulse zu den Eingängen des 556 wandern. Die Im­pulse bauen sich über die Wi­derstände R7/8 ab.

Beim Ab­schal­ten der OCs entstehen kurz­zeitige positive Impulse, die von den Dioden D1/2 auf etwa 0,7 V über V+ be­grenzt und von C8 abgepuffert werden sowie sich ebenfalls über R7/8 abbauen. Außer dem jeweils 1. ne­gativen Im­puls (der 556 wird nur von negativen Impulsen getriggert) wer­den alle wei­teren an den beiden Eingängen des 556 innerhalb der 0,8 sec ignoriert. Die Zeit von 0,8 sec sollte für den Vor­bei­flug (Totzeit des Sen­sors) der Fleder­maus vor einem Sensor rei­chen (mind. 2,88 km/h). Die posi­tiven Aus­gangs­signale des 556 wer­den von einem IC CD 4093 aus­gewertet (Abb. 2, 3).

Abbildung 2. Aufbau der Schaltung
(mit LT-Spice (9)) auf ei­ner 3-Loch-
Streifen-Platine (vgl. Abb. 1; Reichelt
H25PS200, reicht für 4 Zähler);
PIR-Sensoren 1, 2: Gd=Masse,
O=Ausgang (OC), Rf=Referenz-
spannung U/2;
ICM 7556: S=Schwelle,
D=Discharge (Entladung),
C=Control, R=Reset,
O=Output (Aus­gang),
T=Trigger (Eingang);
CD 4093: I1-8 (Eingänge),
O1-4 (Ausgänge);
Allg.: V+ positive, V- negative Ver-
sorgungs­spannung (Gd/Masse)

Die Kontakte V+ bis Rf, V+ bis T, S
bis V-,V+ bis I5 und I1 bis V- sind
natürlich nicht leitend miteinander
verbunden.
Die Kästen/Linien repräsentieren nur
die SIL- (PIR) oder DIL- (ICM 7556,
CD 4093) -Packungen/Buchsenleisten.


Die Eingänge des realen CD 4093 sind
gleichwertig (kein +/–, vgl. Anhang) .



Einflug: Richtung PIR 1 → PIR 2. Unmittelbar nach dem „Vorbeiflug“ am 2. Detektor (Timer 2 schaltet ab) ent­steht über C6/R10 auf Kanal O1 ein kurzer negativer Impuls (ca. 72 msec, Low, Abb. 3). Das „Low“-Signal wird dem Datenlogger SDSD1 direkt auf dessen TTL-Eingang CTS zuge­führt. Kanal O2 bleibt unberührt (High).


Abbildung 3. Einflug einer Fledermaus: Signale an den Ausgängen O4 (n018), O3 (n017) und O1 (n020) des CD 4093. Der re­ale CD 4093 liefert auf seinen Ausgängen 4,95 – 5 V (statt 1 V wie in der Simulation (9)). Screenshot (10), bearbeitet mit GIMP (11).

Entsprechend ergibt sich über C7/R11 beim Ausflug aus der Höhle (Timer 1 schaltet ab) ein „Low“-Sig­nal (ca. 72 msec) auf Ka­nal O2, das zum TTL-Ein­gang RTS des Datenloggers geht. Kanal O1 bleibt un­be­rührt (High).

Die Signale („Low“, Abb. 3) können so belassen werden, da Low-Sig­nale vom Datenlog­ger als H=1 be­wertet werden und umge­kehrt: High=L=0 (12, S. 11). Jeder Pegelwech­sel auf den beiden TTL-Ein­gän­gen (den Hand­shake-Leitungen CTS und RTS) wird vom Daten­logger mit einem Da­tums-/Zeit­stempel versehen und auf einer Micro-SD-Karte gespei­chert, wie aus dem „Beipackzettel“ des SDSD1 hervorgeht (12).

Die Kar­te wird mit dem PC aus­ge­lesen und ist mit OpenOffice CALC (jetzt LibreOffice (13), kos­tenlos http://de.libreoffice.org/download/ ), CSV ((14) kostenlos, http://csved.sjfrancke.nl/ ) oder MS Excel direkt darstell- und auswertbar (Tab. 1). RxD und TxD können keine Pegelwechsel, dafür aber die Signale der durch den Divisor 8 geteilten Rufe aufzeichnen.


























Aufzeichnung
ohne Rufe!

Tabelle 1. Eingangssignale des Datenloggers, beispielhaft. LibreOffice-Tabelle (13, 10, 11), bereits ergänzt mit Auswertung: rein (C24) – raus (D24) = drin (E24)). Minus-Zeichen „-“ vor „SUMME(D2;D22)“ setzen! frei bezeichnet einen ungenutzten Kanal (Low=H=1).

Der Fledermauszähler kann nur Zahlen, jedoch keine Arten feststellen. Die Arterkennung ist einer Aufzeich­nung der Rufe vorbehalten. Dies erfolgt mit je einem „Simple Bat Detektor“ (15) mit direktem An­schluss des SDSD1 an der Teilung durch 8 (CD 4024, Pin 9) und Masse auf den TTL-Kanälen RxD oder TxD (je nach Ein- bzw. Ausflug, zweiter 556 Timer, ca. 1,7 sec). Die Auswertung (für eine spätere Veröffentlichung vor­gesehen (16)) geschieht durch Mustervergleich der aufgezeichne­ten Frequenzen.

Die Simulation ergab auch, dass sich die Schaltung unter Bedingungen wie bei der PASCO-Schal­tung (falls eine Fle­dermaus zufällig exakt zu dem Zeitpunkt ausfliegt, wenn der von Detektor 2 getrig­gerte Timer abschaltet) nicht aufhängt, sondern ein sehr kurzes Ein- und ein normales Ausflugsignal liefert. Die CD 4093-Schal­tung sollte (mit – bei 90° Abdeckung – um etwa 45° versetzten Lichtschranken, ohne den 556 Timer und mit kleine­ren C6/7 Kondensatoren, etwa 0,47 bis 0,68 µF) auch für das PASCO Inter­face geeignet sein (s. Anh., Abb. 4).

Als Gehäuse findet ein wasserdichtes ABS-Gehäuse mit den Abmessungen 195x80x55 mm (z. B. ELV 030562) oder größer Verwendung. Es enthält zwei 24 mm Bohrungen (14 mm bei PIR 13 (ELV)) für die Sensoren im Deckel, die mit Sili­kon abge­dichtet werden. Das Gehäuse nimmt so­wohl die Detek­tor­platine als auch den Daten­logger auf, der durch das Feilen von ca. 1 mm tiefen halbrunden Kerben etwa 1/6 links von sei­ner Mitte an das Ge­häuse anzupassen ist. Zwischen sowie links und rechts von den Sen­soren sind Blenden aus schwarzem Kunst­stoff zur Begrenzung des Gesichtsfeldes angebracht.


Stückliste (bezogen auf Abb. 2; ohne zweiten Timer; zweiter Timer siehe 16)
R 1, 2, 5, 6 22k
C 6, 7 1,0 µF Tantal 35 V
R 3, 4, 7, 8, 9 4,7k
C 9 0,47 µF Elko
R 10, 11 100k
IC 1 ICM 7556 („556“)
C 1, 2, 5 0,01 µF
IC 2 CMOS CD 4093
C 3, 4, 8 33 µF Tantal 16 V IC 3 LM2940CT 5V 1A („V1“)
PIR 1, 2 PIR-LP (40 µA 5 V) von Hygrosens (Conrad 172526), alternativ PIR 13 ( ELV 056367 / 057723 40 µA 5 V
Ǿ 13 mm 4 m Reich­weite), evtl. PIR MR16 (ELV 085889 32 µA 3,3 – 24 V Ǿ 26 mm 6 m Reichweite)
Quellen:
(1) Kugelschafter 2009, pers. Mitteilung
▬▬ 2009, Fledermauserf. i. 4 bay. Winterquartieren. Gutachten i. A. d. Bay. Landesamtes f. Umwelt, 39 S.
▬▬ 2013, diese Veröffentlichung, S. 3 – 20
(2) Bayerisches Landesamt für Umwelt 2010, 1985–2009: 25 Jahre Fledermausmonitoring in Bayern (S. 33)
(3) http://www.physik.uni-regensburg.de/infra/vorlvorb/TreffenVorlesungsassistenten/
Selbstbausensoren.pdf (2 Zeilen = 1 Link, ohne Leerzeichen)
(4) a) 309 Schaltungen, Elektor-Verlag, Aachen, 2006 (beim Verlag vergriffen)
b) http://scans.hebis.de/17/86/74/17867448_toc.pdf, nach „Richtung“ suchen
c) http://www.rapidsharedata.com/tag/1003+schaltungen/
(5) http://www.conrad.de/
(6) http://www.reichelt.de/
(7) http://www.elv.de/
(8) E.A. Parr, IC 555 Projects. B. Babani (publ.) Ltd., London, 1991 (S. 9, 15–18, 125/6, 135 ...)
(9) LT-Spice von http://www.linear.com/
(10) Screenshots (<Strg/Druck>wink mit Screenshot303CaptorSetup.exe (ScreenshotCaptor) von
http://www.chip.de/, Bildbearbeitung mit GIMP 2.6 (11)
(11) http://www.gimp.org/downloads/
(12) SDSD1 Bau- und Bedienungsanleitung (Beipackzettel) https://files.elv.com/Assets/
Produkte/9/914/91491/Downloads/91491_SDSD1_KM_G_110829_um.pdf (2 Z. = 1 Link o. LZ)
(13) http://de.libreoffice.org/
(14) http://csved.sjfrancke.nl/
(15) Simple Bat Detector http://pw1.netcom.com/~t-rex/BatDetector.html
(16) Arterkennung von Fledermäusen mit dem SDSD1 Datenlogger
vorgesehen für: Mitteilungsblatt der Abt. f. Karst- u. Höhlenkunde der NHG Nbg., (2013?) Heft 46

Diese Datei wurde erstellt (als .odt und – für den Druck – als .pdf) mit LibreOffice WRITER 3.4 (13)

Autor:
Dr. Walter Dietrich-Goetz © 2013
Kontakt:
godiwaku(at)gmail.com



Anhang: Die Simulation mit LT-Spice (9)

























Abb. 4. Impulse auf O1 (n017) erzeugt für das PASCO-Interface (Lichtschranken statt PIR/Timer, C6/7 0,47 µF); O2 = const. (n018).


Haftungsausschluss:

1. Inhalt des Artikels und der darin zitierten Links
Der Autor übernimmt keinerlei Gewähr für die Aktualität, Richtigkeit und Vollständigkeit der bereitgestellten Informationen in dieser Veröffentlichung. Haftungsansprüche gegen den Autor, welche sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, die durch die Nutzung oder Nichtnutzung der dargebotenen Infor­mationen bzw. durch die Nutzung fehlerhafter und unvollständiger Informationen verursacht wurden, sind grundsätzlich ausgeschlossen, sofern seitens des Autors kein nachweislich vorsätzliches oder grob fahr­lässiges Verschulden vorliegt.
Alle Angebote sind freibleibend und unverbindlich. Der Autor behält es sich ausdrücklich vor, Teile der Seiten oder das gesamte Angebot ohne gesonderte Ankündigung zu verändern, zu ergänzen, zu löschen oder die Veröffentlichung zeitweise oder endgültig einzustellen.
2. Verweise und Links
Bei direkten oder indirekten Verweisen auf fremde Webseiten ("Hyperlinks"), die außerhalb des Verantwortungsbereiches des Autors liegen, würde eine Haftungsverpflichtung ausschließlich in dem Fall in Kraft treten, in dem der Autor von den Inhalten Kenntnis hat und es ihm technisch möglich und zumutbar wäre, die Nutzung im Falle rechtswidriger Inhalte zu verhindern.
Der Autor erklärt hiermit ausdrücklich, dass zum Zeitpunkt der Linksetzung keine illegalen Inhalte auf den verlinkten Seiten erkennbar waren. Auf die aktuelle und zukünftige Gestaltung, die Inhalte oder die Urheberschaft der verlinkten/verknüpften Seiten hat der Autor keinerlei Einfluss. Deshalb distanziert er sich hiermit ausdrücklich von allen Inhalten aller verlinkten/verknüpften Seiten, die nach der Link­setzung verändert wurden. Diese Feststellung gilt für alle innerhalb dieses Artikels oder des eigenen Internetangebotes gesetzten Links und Verweise sowie für Fremdeinträge in vom Autor eingerichteten Gästebüchern, Diskussionsforen, Linkverzeichnissen, Mailinglisten und in allen anderen Formen von Datenbanken, auf deren Inhalt externe Schreib-/Lesezugriffe möglich sind. Für illegale, fehlerhafte
oder unvollständige Inhalte und insbesondere für Schäden, die aus der Nutzung oder Nichtnutzung solcherart dargebotener Informationen entstehen, haftet allein der Anbieter der Seite, auf welche ver­wiesen wurde, nicht derjenige, der über Links auf die jeweilige Veröffentlichung lediglich verweist.

godiwaku
Beiträge: 2
Registriert
08.03.2013
Dieser Beitrag wurde von 2 Foren-Nutzern als besonders hilfreich ausgezeichnet.

AW: Fledermaus- (oder Personen) -Zähler

von godiwaku » 04.04.2013, 13:50 

Hallo Alle,

die Abbildungen zu vorigem Artikel gibt es bei mir
auf Anfrage:

godiwaku@gmail.com
godiwaku
Beiträge: 2
Registriert
08.03.2013
Dieser Beitrag wurde von 1 Foren-Nutzern als besonders hilfreich ausgezeichnet.

AW: AW: Fledermaus- (oder Personen) -Zähler

von godiwakunbg » 14.12.2014, 15:03 

Für kommerzielle Zwecke (z. B. geförderte Untersuchungen) muss ich eine Schutzgebühr von € 100.-- für die Abbildungen fordern (geistiges Eigentum).

W. D.-G.
godiwakunbg
Beiträge: 1
Registriert
14.12.2014
Anzeigen  Sortieren 
zur Übersicht3 Beiträge Neue Antwort