In den Herbstferien 2013 hatte ich die Gelegenheit an der Uni Erlangen im Institut Didaktik der Physik von Professor Meyn eine Woche an den dort vorhandenen Experimenten im Schülerlabor und im QuantumLab zu forschen. Idee war, diese Experimente auch an unserer Schule im Rahmen des normalen Lehrplanes der SEK I und der SEK II zu übertragen. Diese Idee wird von Professor Meyn sowohl wissenschaftlich, wie auch technisch unterstützt. Dabei ist eine enge Kooperation zwischen Hochschule und Schule die Grundlage für die Zusammenarbeit.

Ein exakter Nachbau erwies sich im Laufe des Entwicklungsprozesses als nicht unbedingt sinnvoll, dafür sprachen mehrere Gründe:

• Einige der verwendeten Bauteile sind nur schwer zu besorgen oder unverhältnismäßig teuer
• Die Aufbewahrung der angestrebten 8 Experimentsboxen benötigen sehr viel Platz, welcher im Übungsraum nicht zur Verfügung steht.
• Eine Weiterentwicklung des Experimentes ist durch die technische Realisierung nur schwer möglich
• Ein Anschluss von Computern zur Automation ist nicht möglich

Besonders die beiden letzten Punkte führten dann zu einem Einsatz von Mikrocontrollern sowohl im Sender, wie auch im Empfänger.

Der Sender wurde komplett durch einen Mikrocontroller der Firma ATMEL Attiny2313 ersetzt, der die geforderten 100µs langen Laserpulse mit ausreichender Genauigkeit liefern kann. Sollte später eine noch genaueres Timing notwendig sein, kann der Mikrocontroller auch mit einem externen Quarz getaktet werden. Die dafür notwendigen Anschlüsse sind auf der Platine schon vorhanden. Bei der Software wurden gerade mal 10% des vorhandenen Speichers ausgenutzt, der Rest steht für spätere Weiterentwicklungen zur Verfügung. Optional sind zusätzlich eine ISP bzw. SPI und eine RS232-Schnittstelle vorhanden. Diese kann auch als I²C-Bus genutzt werden. Somit ist eine Vernetzung mit einem PC oder mit anderen Mikrocontrollern kein Problem. Die Software kann jederzeit über die ISP-Schnittstelle mit einem handelsüblichen ISP-Programmiergerät ausgetauscht werden.

Die Konzeption im Empfänger wurde grundlegend überarbeitet. Geblieben ist die Signalaufbereitung mit einem Operationsverstärker. In der Entwicklungsphase zeigte es sich, dass der ursprüngliche Operationsverstärker OPA2111P problemlos durch den TL072 ersetzt werden kann. Beide Verstärker werden in der hochwertigen Audiotechnik eingesetzt und sind rauscharm. Die nur schwer zu beschaffende Spezial-Photodiode S6430-01 der Firma Hamamatsu wurde durch die Photodiode BPW34 ersetzt und auf einen Filter verzichtet. Selbst bei hellem Tageslicht oder dem Licht einer Halogenlampe zeigten sich keine Störungen im Betrieb. Da der Attiny13 der Firma ATMEL einen Komparator eingebaut hat, kann auf den ebenfalls deutlich teuren Komparator AD8561 verzichtet werden. Die Signalauswertung geschieht daher vollständig im Mikrocontoller. Auch hier ist eine ISP/SPI-Schnittstelle vorhanden. Die Software ist ersetzbar und ungefähr 86% des Speichers stehen noch für eigene Entwicklungen zur Verfügung. Beide Empfänger wurden zu einer Schaltung zusammengefasst und in ein Gehäuse untergebracht.

Die Neuentwicklungen führten dazu, dass sowohl Sender als auch Empfänger erheblich kleiner ausfallen als die Originalentwicklungen.