Testaufbau der Begrenzungsschleife, warum auf AD-Wandler
Hallo zusammen
lese hier schon eine Weile mit und bin auch dabei mir einen autonomen Mäher zu bauen. Mechanik, Antrieb und Mähwerk use sind schon fertig.
Der Beitrag von Csack hat mich total begeistert. Ich werde das gleich mal versuchen nachzubauen.
Was für eine Spule/Ferritantenne hast du verwendet?
Kannst du die Empfangsschaltung noch etwas genauer skizzieren?
Die Signalgenerierung werde ich wohl mit einem Ccontrol-Mirco machen. Dann kann ich gleich 2 verschiedene Signale (eine für die Begrenzung, eine für die Einparkschleife für die Ladestation) mit verschiedener Frequenz generieren.
Am Empfänger verstehe ich nicht ganz warum du das auf einen Analogeingang gelegt hast. Ist das nicht zu langsam?
Ich stelle mir hier einen Interrupteingang vor und einen Porteingang um die Polarität festzustellen.
Viele Güße...und danke dir
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Hallo,
anbei die Sender- und Empfängerschaltung. Habe noch etwas optimiert, das ist der aktuelle Stand. Die Induktionsschleife hat eine Windung, und die Ferritkern der Antenne ist ca. 8 cm, Durchmesser 10mm. Ist halt aus einem alten Radio. Die Wicklung habe ich nicht verändert, also weiss ich die Windungszahl nicht, geschätzt sind es wohl um die 300-500 Windungen. Der CD40106 hängt direkt an 12 Volt, habe ich vergessen einzuzeichnen.
Viel Spass beim Basteln,
Gruss Christian
EDIT: Bin über meine eigene Sauklaue gestolpert: Der zeitgebende Kondensator hat nicht 1µF, sondern 1nF. Dann klappt's auch mit den 2 kHz, sonst wären es nur 2 Hz...
Erfahrungsbericht Begrenzungssensoren/schleife
Hi Rasenrobby-Freunde,
mein aktuelles Thema: meine Erfahrungen mit der Induktionsschleife und dem Sensor
ich lese hier schon eine Weile mit und bin – leider erst vor etwa 6 Wochen – auf die Beiträge von Christian H und csack gestossen. Insbesondere die wirklich lobenswerte, umfassende Darstellung von Christian H habe ich mit grossem Interesse gelesen. Sie ist für mein Projekt sehr hilfreich. Ich wäre dankbar, wenn ich zu gegebener Zeit bei der einen oder anderen Detailfrage auf das in diesem Forum versammelte know how zurückgreifen dürfte.
Zu meinem Projekt::
Räder, Getriebemotore dazu (mit Hallsensor auf Rotorachse), Stützräder stammen aus einen ausgeschlachteten Solarmover von Husquarna, den ich mir mal in 1997 zugelegt habe. Der Grundaufbau auf 30 x 50 cm Plexiglas (6mm) mit RNFRA-Board 1.2 mit (vorläufig ) 2 mechanischen Bumpern vorn. Die Grundfunktionen (vorwärts, rückwärts, 180-Grad-Wende, Drehzahlregelung über PWM) sind programmiert und funktionieren prinzipiell. Gleichlauf bei Geradeausfahrt funktioniert befriedigend bis gut, lediglich bei kurzen Strecken (rückwärts, Wende) und ganz besonders im schwierigen Gelände (auf dem Rasen) bin ich nicht ganz zufrieden. Mähteller usw. werde ich mir wahrscheinlich von automower.de / Elektorlux besorgen. Die Ausführungen von Christian H. zum Mähmotor scheinen mir sehr erfolgversprechend zu sein. Wenigsten ist der Mähmotor vom Solarmover zu schwach.
Nun zum Sensor:
Ich schildere hier meine Erfahrungen der letzten Wochen, die ich mit dem Nachbau und Variationen der Sensorschaltungen von Christian H und csack gemacht habe, weil der Nachbau nicht so problemlos ist, wie es sich in den Beiträgen anhört. Vielleicht sind diese Erfahrungen für den einen oder anderen von Nutzen.
Vorab: Ohne Begrenzungsschleife geht’s nicht. Deshalb ist diese Funktion zunächst vorrangig. Wenn diese Hürde nicht genommen wird, macht das ganze Projekt keinen Sinn.
Generator
- ist problemlos Ich habe beide Versionen (Chistian H und csack) nachgebaut. Die Version von Csack gefällt mir besser, weil dort die Impulsbreite nach meinen Geschmack besser einzustellen ist. Obwohl nur Hobbybastler verfüge ich über ein Oscilloscop. Die Impulsbreite kann nach meinen Erfahrungen so schmal wie möglich eingestellt werden. Der IRL3803 scheint sehr robust zu sein; das bestätigen meine diversen Fehleinstellungen bei meinen Versuchen. Ich habe mir an dem Ding schon die Finger verbrannt, es funktioniert immer noch.
Versuchsbedingungen: Von einer 100 m-Rolle isolierter Litze von beiden Enden etwa 5 m abgewicklet und im Raum ausgelegt. Die aufgewickelte Rolle mit den restlichen 90 Metern liegt in eine Ecke des Raumes. Das Generatorsignal schicke ich also durch insgesamt 100 m Litze. Je nach eingestellter Impulsbreite messe ich eta 10 – 50 mA. Der Wert, also die Impulsbreite, ist unkritisch. Zuviel ist überflüssig.
Sensor von csack
Empfangsspule: ca 450 Windungen auf Ferritstab ca 8cm Länge, 10 mm Durchmesser (Conrad). Mit dieser Windungszahl habe ich bisher die besten Erfahrungen gemacht (siehe weiter unten zu Sensor von Christian H).
Am ausgelegten Draht kann ich leider nicht den geringsten Ausschlag messen (mV-Bereich eines Vielfachmessgeräts). Nur wenn ich, den Sensor in die Nähe der aufgewickelten Rest-Rolle (s.o.) bringe, gibt es eine Messung (sogar bis zu 1,5 V, wenn ich den Sensor in der Mitte der Draht-Rolle platziere). Ich habe es mit Generatorfrequenzen von rd. 2 KHz und 100 Hz versucht; auch mit allen anderen mir zur Verfügung stehenden Spulen (s.u.). Ich kann nicht den geringsten Ausschlag am Voltmeter feststellen. Den Versuch, das nicht messbare Signal mit einm OP zu verstärken habe ich dann gar nicht mehr unternommen.
Sensor von Christian H
Ich habe mir 5 OP’s vom Typ LM358 (2 OP’s im Gehäuse) besorgt. Den 2. OP habe ich als schlichten Komparator hinzugefügt und an den Ausgang über einen Widerstand eine LED angeschlossen.
Mit der Spule 450 Windungen auf Ferritkern habe ich die besten Erfahrungen gemacht. Eine Spule mit ca. 900 Windungen war nicht so gut. Auch eine Spule aus einem Relais (wie von Christian H beschrieben) ist nicht so empfindlich.
Die Schaltung neigt zur Selbsterregung (mit C= 100nF ca. 4 Kkz, mit C= 1µ F ca. 1,3 Khz). Den Dämpfungs-Trimmer muss man auf sehr geringe Werte einstellen (< 150 Ohm bis < 1 K), um die Selbsterregung zu vermeiden. Am besten geht’s mit dem Osci und bei Empfang des Generatorsignals. Die Neigung zur Selbsterregung ist ja auch kein Wunder. Die Schaltung von Christian H. sieht ja eine 100%ige Mitkopplung vor (Schmitt-Trigger-Funktion). Tagelang habe ich mich jedoch mit einer weiteren sehr störenden Folge der Schmitt-Trigger-Funktion beschäftigt. Der Ausgang des OP’s war – auch ohne Signal – in keinem definierten Zustand. Es konnte durchaus sein, dass der Ausgang im Ruhezustand 0 V (genau etwa 44 mV) war, dann jedoch – irgendwann - ohne äußeren Anlass auf max Spannung (ca. 4,1V bei U = ca. 5,3 V) durchschaltete und in diesem Zustand verharrte. Auch ist es vorgekommen, dass bei Anlegen der Versorgungsspannung, der OP sofort durchgeschaltet hat. Bei Empfang des Generatorsignals waren die Werte dann normal (Volt-Meter und am Osci). Auf jeden Fall hatte ich keinen definierten Ausgangszustand zur Verfügung. Aus latuer Verzweiflung habe dann gestern nacheinander die anderen 4 OP’s vom gleichen Typ ausprobiert. Ergebnis: bei allen diesen OP’s ist der Ausgangszustand offensichtlich stabil (bei ca. 0 V). Selbst wenn ich den Dämpfungstrimmer so justiere, dass gerade eben noch die Selbsterregung bei Empfang des Generatorsignal vermieden wird, bleibt der Ausgang des OP’s bei ca. 0 V bzw. nimmt diesen Zustand wieder ein, nachdem das Generatorsignal nicht mehr da ist.
Offensichtlich liegt die Triggerschwelle des ersten OP’s aufgrund von Fertigungs-/Materialtoleranzen deutlich niedriger als bei den anderen, so dass vagabundierende Einstrahlungen schneller zu einem Durchschalten führen. Also wenn’s nicht so richtig funktioniert, mal den OP auswechseln.
Mit den 4 nutzbaren OP’s stellen sich folgende Werte ein (Generator ca. 100 Hz).
Signal wird erkannt bei etwa 150 – 100 cm Abstand (innerhalb der Schleife); Amplitude steigt mit abnehmender Entfernung; maximale Amplitude bei ca. 10 cm Entfernung erreicht (Abstand in der Vertikalen etwa 10 cm). Mit dem Osci kann man sehr gut die Amplitudenänderung des Rechteckimpulses (Impulsbreite am Ausgang des Empfangs-OP’s geschätzt ca. 4% ) erkennen. Direkt über dem Schleifendraht kein Empfang, dahinter, also außerhalb der Scheife ist die Empfindlichkeit bei weitem nicht so hoch, wie innerhalb der Schleife. Der Sensor (die Spule) muss vertikal wie horizontal max 10cm entfernt sein, um das in der Phase um 180% gedrehte Signal zu detektieren. Die Impulsbreite (positiver Impuls) beträgt aber nicht 96 %, sondern nur etwa das 5 – 6-fache, was wohl mit den Schmitt-Trigger-Eigenschaften des OP’s zusammenhängt. Mit dem zunächst benutzten, aber aus den genannten Gründen ausgemusterten OP, hatte ich „außerhalb“ der Schleife auf dem Osci eine 100 %-ige Phasendrehung beobachtet, also positiver Impuls 96%, negativ bzw. 0 4%. Das war aber wohl nur Zufall und hängt mit den besonderen Eigenschaften dieses einen OP’s zusammen.
Mit dem Voltmeter habe ich bei allen 4 als brauchbar befundenen OP’s folgende Messwerte gefunden (Am Ausgang des 1. oder 2. OP’s, max Amplitude).
Innerhalb: 0,14 – 0,17 V (hohe Empfindlichkeit)
Ausserhalb: 0,59 – 0,72 V (geringe Empfindlichkeit)
Ich denke, hiermit lässt sich etwas anfangen. Zumindest kann man auswerten, wenn der Robby beginnt, sein Betätigungsfeld zu verlassen.
Zu den Frequenzen: ich habe es mit 5 Hz, 10 Hz, 100 Hz, 200 Hz, 1kz, 2 Khz, 10 kHz, 20 KHz und 40 KHz probiert. Die besten Ergebnisse liegen im unteren Frequenzbereich bis etwa 200 Hz, wenigsten bei der von mir verwendeten Spule. Mein Versuch, mit einer Relaisspule (Metallbügel etc. entfernt) war nicht so erfolgreich. Meine Spule auf Ferritstab mit ca. 450 Wingungen geht am besten.
Mir scheint übrigens eine deutlich höhere Frequen als etwa 5 Hz (Version Christian H) besser geeignet, weil dann m.E. die Programmlaufzeit unkritisch ist. Oder sehe ich das falsch ?
Generator und Sensor für Ladestation
Hier würden mich weitere Einzelheiten interessieren. Wie ist das realisiert, das Signal muss sich doch irgendwie von dem der Begrenzungsschleife unterscheiden. Mir fällt da im Moment als Lösung nur eine abweichende Frequenz ein, was aber dann bedeutet, dass diese Frequenzen empfangsseitig detektiert werden müssen. Mich interessiert jedes Detail.
Das wär’s fürs erste.
gruss
jguethe
Sensor für Induktionsschleife
Hi Christian H,
vielen Dank für die Reaktion auf meinen Beitrag. Bin irgendwie erleichtert, weil ich nun die Version "Schwellwertschaltung / Schmitt-Trigger" als Sackgasse nicht weiter verfolgen muss (obwohl ich noch nicht alle Varianten durchgetestet habe. Immerhin hat diese Version einen gewissen Charme insofern, als sie durch ihre Neigung zur Selbsterregung prinzipiell sehr empfindlich ist).
Die Verstärker-Version hatte ich auf meinen Steckbrett auch schon mal verdrahtet, jedoch ohne Erfolg. Wahrscheinlich habe ich dabei einen Fehler gemacht, den ich nicht bemerkt habe.
Noch eine Anmerkung zur Sensor-Spule:
Meine Relaisspule, die nicht so gut reagiert, hat einen ohmschen Widerstand von 117 OHM. Ist offenbar zu wenig. Besorge mir jetzt ein handelsübliches 12 V Relais mit Spulen-R von etwa 250 OHM, ferner ein 24V-Relais mit R = 900 OHM; mal sehen, welches besser geht.
Zu gegebener Zeit werde ich wieder berichten.
Gruss an alle
jguethe
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Hallo,
ich lese seit einiger Zeit mit und plane auch gerade einen Roboter zum Ausprobieren (Universalplattform). Ich habe neulich einen Versuch mit der Induktionsschleife unternommen und war positiv überrascht. Als Empfangsspule nehme ich auch eine 24V-Relaisspule, Ferrit-Entstördrosseln haben zu wenig Windungen. Da die Empfangsschaltung so einfach ist, wollte ich immer 2 Relaisspulen über kreuz anordnen. Für meinen ersten Test habe ich noch zwei Operationsverstärker als Spannungsfolger geschalten um direkt 2 LEDs anschließen zu können.
Ein Hinweis noch zu C5 beim Sender: Dieser kleine Elko wird mit ca. 3A belastet, man sollte also einen schaltfesten Typ nehmen.
Gruß und viel Erfolg
Michael
Sensor für Induktionsschleife
Hi,
zu Christian H:
Habe früher schon mal einen „Freiland“-Versuch gemacht. Es geht draussen tatsächlich eher besser. Im Moment ist das Wetter jedoch so besch…. , dass ich draussen nichts zustande bringe.
zu ManfredM (und Christian H): Die Empfängerschaltung scheint mir sehr vielversprechend zu sein. Werde sie so bald wie möglich nachbauen und dann berichten.
Rechnerisch beträgt die Generatorfrequenz von Manfred M etwa 70 Hz, die Impulsbreite etwa 51%. Wie gesagt: rechnerisch (Datenblatt des NE555 und Formeln, u.a. ex „kreatives-chaos.com“. Irrtum vorbehalten.
Meine eigenen Versuche mache ich zur Zeit mit etwa 100 Hz, Impulsbreite deutlich < 10%. Eine Erhöhung der Impulsbreite bringt nach meinen Versuchen absolut nichts. Wenn ich mich nicht verrechnet habe: Warum ist der Impuls bei Dir so breit ?
zum Thema LED an Ausgang der Verstärkerschaltung (Anmerkung von Christian H):
Direkt an den Ausgang des OP’s (korrgierte Verstärkerschaltung von Christian H) habe ich – ohne nennenswerte Einschränkung der Empfindlichkeit eine LED über 220 OHM nach Masse gelegt, mit folgenden Ergebnissen:
1. Innerhalb der Schleife (bei mir sehr kurze positive Impulse)
LED leuchtet mittelhell U=ca. 0,8 V mit Voltmeter gemessen
2. Ausserhalb der Schleife(deutich längere positive Impulse)
Rechtecksignal ist etwas unsauber und schwankt/pumpt mit etwa 1Hz in der Impulsbreite
LED leuchtet deutlich heller; U = ca. 2,0V. Die Ursache für das Pumpen kann ich bisher noch nicht feststellen. Eine Änderung aller C’s hat nichts gebracht.
Nach wie vor stelle ich aber immer wieder fest:
Die Empfindlichkeit ist „aussen“ deutlich schlechter. Die Ausführungen von Christian H in einem der vorangehenden Beiträge lassen erahnen, dass das möglicherweise auch normal ist.
Zur Anschaltung einer LED usw.
Den 2. OP habe ich dann als Trennstufe nachgeschaltet (Pin 1 an 5, Pin 6 über Spannungsteiler auf ½ U; und Pin 7 über C=10µF an GND. An Pin7 kann man nun eine einigermassen geglättete Gleichspannung abgreifen. Die Gleichspannungspotenziale gemessen mit Voltmeter innen und aussen sind etwa so wie an Pin1.
Bei der Auswertung mit ADC wird jedoch das „Pumpen“ besonders deutlich. Wenn der untere Wert in die Nähe des Wertes für „innen“ kommt, kann man das Signal nicht brauchen. Genaues kann ich dazu noch nicht sagen. Meine Auswertung mit ADC basieren noch auf der „Schmitt-Trigger“-Version, welche dieszbezüglich das gleiche Verhalten zeigte. Im Prinzip hat es aber auch dort schon funktioniert. D.h. die Verarbeitung von Impulsen wäre nicht mehr erforderlich. Die unterschiedlichen Gleichspannungspotenziale würden zur Unterscheidung, ob innen oder aussen ausreichen.
Gruss
jguethe
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Hallo,
Danke für das Interesse. Da ich momentan sehr wenig Zeit für sowas habe, dachte ich mir ich stell die Ergebnisse mal dem Forum zur Verfügung. Ich habe das Ganze soeben nochmal angeschlossen und zwei (miserable) Fotos der Oszillogramme gemacht. Die Frequenz beträgt ca. 185 Hz. Für die Fotos habe ich die Senderschaltung mit 24V dc versorgt, sowie einen 10m Draht und einen 2 Ohm Widerstand angeschlossen. Um die negativen Spitzen in Grenzen zu halten ist es wichtig, den Kondensator C5 richtig zu wählen und die Freilaufdiode einzubauen.
Die Einstellungen des Oszis im Einzelnen:
zu Foto "U (C5)":
Spannung am Kondensator
1000 bzw 20 µs/div
10 V/div
Nulllinie unterer Bildschirmrand bzw. Bildmitte
zu Foto "I (Draht)":
Strom im Draht
5 µs/div
1 A/div
Nulllinie 2 div von unten
Ach ja, man darf sich um den NE555 nicht verwirren lassen: Die Pausenzeit wird von dem 220k Widerstand und die Pulszeit von den 330r bestimmt. (Die 10k sind eigentlich unnötig).
Die OPs arbeiten als Komparator und somit mit der offenen Schleifenverstärkung von etwa 1 Million (oder so ähnlich). Am OP-Ausgang liegen somit digitale Pegel von 0V oder 5V an. Die Einstellbereiche der Potis passen halbwegs.
Ich hoffe ich konnte helfen
Gruß,
Michael
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Hallo,
habe soeben einen Fehler im Sender-Schaltplan entdeckt: Ich habe eine Diode vergessen, in der Schaltung ist sie aber eingebaut. Doch gut, wenn man nochmal drüber schaut.
Gruß,
Michael
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Hallo,
zu den Dioden:
Die sind dazu da, damit sich der Kondensator in den Impulspausen (der Impuls ist sehr kurz, im µs-Bereich) nicht über den OP entlädt, da der OP eine Gegntaktausgangsstufe hat. Es gibt jetzt 2 Möglichkeiten:
1. Man legt die Schaltung 2,2µF 47k hochohmiger aus (kleinerer C, größerer R) damit der OP in der kurzen Zeit den Kondensator laden kann.
2. Man ersetzt die Diode durch einen NPN-Transistor (z.B. BC547, C an +5V, B an OP-Ausgang, E an Kondensator), hierdurch wird der Strom verstärkt. Diese Anordnung ist z.B. seit Jahren in meiner Aussteueranzeige im Einsatz.
Zu den Potis:
wenn die gebrückt sind, ist die Spannung der Spule sehr klein. Ohne Potis ist man dem Offset der OPs ausgeliefert. Der Offset der OPs ist nämlich Exemplar und Temperaturabhängig. Man könnte die beiden 47k Widerstände mit zwei Kondensatoren puffern. Bei mir waren auch Abblockkondensatoren auf der Betriebsspannung unerlässlich, ohne hatte ich keine Funktion. Diese Kondensatoren sind in meinen Schaltplänen jedoch i. d. R. nicht eingezeichnet, weil obligatorisch. Anhaltswerte 150nF direkt am IC und 100µF in direkter Nähe der Schaltung (max. 5cm).
Ich habe die Schaltung bzgl. der Potis noch etwas verändert, Plan im Anhang. Außerdem noch ein Bild der Spulenspannung in ca. 50cm Abstand.
zu Foto "Spulenspannung":
Sender mit 24Vdc versorgt
15m Draht
10µs/div
200mv/div
50cm Abstand
Man darf zum Test des Empfängers keinen Wiederstand in den Sendedraht schalten, sondern muss gleich 20m Draht anschließen. Die Impulsform im Empfänger ist davon wesentlich abhängig.
Gruß,
Michael
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Hallo,
ich habe die Empfangsschaltung nochmal verbessert. Das Problem mit den Potis ist beseitigt. Das größte Problem an meiner Schaltung war die Überlastung der OP-Ausgänge, die damit in die Sättigung kamen was große Recoveryzeiten zur Folge hatte. Durch die beiden Transistoren ist das jetzt gelöst. Dies wirkt sich auch positiv auf den Ableich aus. Wahrscheinlich werde ich an der Schaltung nichts mehr verändern (ich hoffe der Test an der großen Schleife verläuft positiv). Ich muss jetzt nur noch Zeit haben den Robi zu bauen, aber das kann dauern. Bis dahin wird halt weiterhin ferngesteuert gemäht.
Gruß,
Michael