Drehzahlmessung mit Bürstenimpulsen an kleinem DC-Motor

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Hallo @PICture und alle,

ich habe die von PICture vorgeschlagene Methode zur Drehzahlmessung ausprobiert - und sie funktioniert :-({|=

Weil die Messung der Impulse mit Oszi Spannungen unterhalb von GND zeigte, wollte ich diese unbedingt von den Eingängen des µCs oder anderen ICs fernhalten. Oszillogramm im Attachment zeigt unten den Impuls am MP1 und oben das Rechteck am Ausgang (MP2)

Mir ist leider nichts einfacheres eingefallen als die Schaltung im Code. Sie "verstärkt" und säubert außerdem die doch recht kleinen Impulse. Motor ist ein kleiner DC-Motor aus einem CD-ROM.

EDIT: Vorsicht, Schaltung enthält Fehler. Berichtigte Version weiter unten im thread

Code:

Vorsicht, Fehler in der Schaltung .-------o-------------------------------o---o-----------o---------------. | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | L = 4µH | .-. | .-. | C R = 6 | | | 110k | 4,7k| | | C | | | | | | | C | '-' | '-' | | | | | ___ | | | MP1 | o-----------)----|___|------o | | o | | | 110k | o---. | 100nF | | | |VCC | | | | || | 1N4148 | | |\| | | | o---------||-----o------->|-----)---)---------|-\ | MP2 /+\ |+ | || | | | | >--------------o-------> (5V )=== | | | o---------|+/ zum µC \-/ /-\ | .-. | | |/| LM393 | | | | | 4,7k | | | | | | | | | | | | | | '-' | | | o---' | | | | | | | | ___ | | | | | o-----|___|----' o-----. | | | Motor | 4,7k | | | | / \ R=20 | .-. | | | ( ) L=10mH V 1N4148 | | |4,7nF| | \ / ca 3600Upm - 10k | | --- | | | | '-' --- | | | | | | | | | | | | | '-------o----------------o------------------o-----o-----o | === GND

Zählen der Impulse per Pin Change Interrupt in BASCOM. Der Motor gibt 6 Impulse pro Umdrehung, je Flanke einen Interrupt, also 12 Interrupts pro Umdrehung. Der Motor lief mit ca3600 U/min.

Wie könnte man die Eingangsschaltung für den µC einfacher machen oder das Ganze optimieren. Daten des Motors gemessen, da kein Datenblatt vorhanden.

( :-k Es kann doch eigentlich nur einfacher gehen :-k )

Gruß
Searcher

Hallo Searcher!

Super !!! :lol:

Ich bedanke mich bei dir fürs praktisches Ausprobieren und Weiterentwickeln meiner "verrückter" Idee ! :D

Ab jetzt dank Dir ist es also möglich, das ganze in Antriebe von einfachen Bots zu implementieren ohne irgendwas auf der Motorachse befestigen zu müssen, da die Drehrichtung der Steuerung immer bekannt ist. ;)

Leider Vereinfachung im Gegensatz zum Komplizieren ein Ende hat. :(

MfG

Hallo,

@PICture: Keine Ursache. Du siehst, wie weit mich Deine Ideen getrieben haben :-) Man hat zwar weniger an der Motorachse aber dafür müssen die Achsen stärker ausgelegt werden, damit Sie das Gewicht der zusätzlichen Elektronik tragen können. :-)

Zitat:

Leider Vereinfachung im Gegensatz zum Komplizieren ein Ende hat

Ich kann nicht glauben, daß ich eine einfache Möglichkeit gefunden habe. Das wäre das erste Mal :-)

Gruß
Searcher

Zitat:

Zitat von Searcher

Du siehst, wie weit mich Deine Ideen getrieben haben :-) Man hat zwar weniger an der Motorachse aber dafür müssen die Achsen stärker ausgelegt werden, damit Sie das Gewicht der zusätzlichen Elektronik tragen können. :-)

Es tut mir sehr leid und würde wahrscheilich jetzt nicht mehr ruhig schlafen können, wusste aber nicht, dass du mir ännlich verrückt bist. Dann eignet sich es angeblich nur für sehr starke Motoren ... ;)

Zitat:

Zitat von Searcher

Ich kann nicht glauben, daß ich eine einfache Möglichkeit gefunden habe. Das wäre das erste Mal :-)

Das kenne ich leider sehr gut. Wenn du Zukunftangst hättest, dann die einfachste Lösung wäre mit der Forschung von "verrückten" Ideen aufzuhören, weil ich befürchte, dass es bei Dir nicht das letzte Mal war ... :(

MfG

Hi Searcher,

schön, dass Du das so hübsch dokumentiert hast. Ich vermute, dass Du den Motor mit Gleichstrom versorgt hast. Hast Du Dir schon mal die Signale angesehen, wenn der Motor drehzahlvariabel mit einer PWM angesteuert wird?

Hallo,

Zitat:

Zitat von PICture

...Wenn du Zukunftangst hättest, dann die einfachste Lösung wäre mit der Forschung von "verrückten" Ideen aufzuhören...

@PICture: Auch wenn ich mich manchmal vor mir selber fürchte und nicht weis wohin mich manches führt, hift mir das nichts mehr. Ich glaube ich bin vom Bastelvirus befallen und kann auch nicht mehr verrücktes von "normalem" unterscheiden. :-) :-) :-)

@oberallgeier: Gut daß Du nach PWM fragst. In der ersten Euphorie habe ich die Einschränkungen der Methode nicht aufgeschrieben. Würde der Motor mit PWM angetrieben, wüßte ich nicht, wie ich die Bürstenimpulse aus den PWM Impulsen rausfiltern sollte. Hatte PWM also von vorneherein schon ausgeschlossen und den Motor nur mit Gleichstrom betrieben. -Bin schon wieder am Grübeln, ob es nicht doch gehen würde; ich laß es aber besser :-) -

Außerdem wird der Impuls kleiner, je langsamer der Motor läuft und es wird immer schwieriger den Impuls sicher zu erkennen. Nach obigem Aufbau zieht der Motor etwa 18mA. Drehzahlverringerung mit einfachem Poti in Reihe, geht es gut runter bis etwa 300Upm. Mit kräftigeren Motoren kommt man bestimmt noch tiefer. Der Impuls wird stärker bei Belastung des Motors. Läuft er zu langsam wird er durch die Belastung aber eher noch schwächer.

Noch existiert das als Testaufbau. Ausgereifter und untersuchter würd ich es als Testgerät unbekannter/ausgeschlachteter Motore einsetzen (wobei man immer noch wissen müßte, wieviel Impulse pro Umdrehung anfallen) oder eben als Alternative in einfachen Bots zB. zur Geradeausfahrt oder Streckenmessung. Die Impulse sind da und man kann sie auch, hoffentlich sinnvoll, verwenden... :)

Gruß
Searcher

Hi searcher,

meine Frage war ja fies, ich weiß. Weil ich das ja selbst schon ausprobiert hatte - und meine Ergebnisse waren so, wie es zu erwarten war. Es ist aber immer beruhigend, wenn eigene Ergebnisse von anderen bestätigt werden. Übrigens gibt es noch eine Einschränkung zu dieser Messmethode: Es ist keine Drehrichtungserkennung möglich. Trotz allem ist die Methode bei mir nicht vom Tisch, nur auf der ToDo-Liste deutlich nach unten gerutscht.

Hallo oberallgeier,

Zitat:

Zitat von oberallgeier

...meine Frage war ja fies, ich weiß...

Kein Problem für mich. Hilft jedenfalls, die Methode zu beleuchten. War gerade dabei den letzten Satz in meinen letzten Post zu editieren.

Vielleicht kann man hier im RN irgendwann ein Anwendung von der Bürstenimpulsmethode sehen. (ALLES :) andere war doch schon da )

Dazu müßte aber vermutlich die Auswerteelektronik erst vereinfacht werden.

Vielleicht gibt es da ja doch noch eine Möglichkeit?

Gruß
Searcher

Zitat:

Zitat von Searcher

... Vielleicht gibt es da ja doch noch eine Möglichkeit ...

Zitat:

Zitat von oberallgeier

... Trotz allem ist die Methode bei mir nicht vom Tisch ...

Mal sehen.

Du könntest die EMK ausnützen und die Impulse dann messen, wenn das Signal der PWM 0 ist. Das bedeutet dass du misst, wenn du die Leistungstransistoren/Fets nicht ansteuerst.

MfG Hannes

Bei der Eingangschaltung könnte man ein bisschen vereinfachen (1 Diode Weniger), wenn man zulässt dass der Komperator eine leicht negative Spannung bis etwa 0,7 V sehen kann.
Bei der jetzigen Schaltung sehe ich da ein kleines Problem mit der Funktion: Wie fließt der Bias Strom des Komperators duch die Diode am Eingang ?
Ich hätte nicht erwartet das die Schaltung so geht.

Es könnte einfacher gehen, wenn man den Komperator im µC nutzt. Da hat man aber beim AVR keine Möglichkeit eine Hysterese einzubauen und man müsste ggf. einige der Störungen per Software rausfiltern.

Zitat:

Zitat von 021aet04

... EMK ausnützen ... Impulse dann messen, wenn das Signal der PWM 0 ist ...

Hübsche Idee? Bei >1k bis >>2k PWM-Frequenz und 0,5k bis knapp 1k Motordrehzahl (NICHT Kommutatorfrequenz!) verzichten meine Gehirnwindungen auf weitere Überlegungen. Aber lass Dich nicht bremsen, mach mal!

Zitat:

Zitat von 021aet04

Du könntest ...

Ich versuche eigene Ideen meist selbst zu realisierenkontrollierenverifizieren.

@021aet04: War auch mein erster Gedanke. Hatte aber hier gelesen, daß es vorteilhaft wäre, die Frequenz der PWM so zu wählen, daß der Strom durch den Motor möglichst gleichmäßig bleibt und auch nicht zu niedrig sein soll. Ob dann noch ein Bürstenimpuls zu identifizieren ist? Wenn ich die Geduld aufbringe schaue ich da aber nochmal rein.

Zitat:

Zitat von Besserwessi

Bei der jetzigen Schaltung sehe ich da ein kleines Problem mit der Funktion: Wie fließt der Bias Strom des Komperators duch die Diode am Eingang ? Ich hätte nicht erwartet das die Schaltung so geht.

DANKE. Hab beim Abzeichnen der Schaltung vom ungeordneten Steckbrettaufbau Fehler gemacht und Entschuldigung bei allen, die Schaltung aus dem ersten Post nicht zum Laufen kriegen :wink: . Hier die jetzt hoffentlich korrekt übertragene Schaltung, die mehr oder weniger nach dem try and error Prinzip entstanden ist. Vorlage war übrigends eine Transimpedanzverstärkerauswertung, die ich mal bei Allaboutcircuits gefunden hatte.

Code:

.-------o---------------------------o---------------o-----o----------. | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | L = 4mH | .-. | .-. | C R = 6 | | | | | |4,7k | C | 110k | | | | | | C | '-' | '-' | | | | | ___ | | | MP1 | o-----)----|___|-o | | o | | | 110k | o---. | 100nF | | | |VCC | | | | || | 1N4148 | | |\| | | | o---------||---o------->|---)---o-----------)---|-\ | MP2 /+\ |+ | || | | | | | >---------o-------> (5V )=== | | | | o---|+/ zum µC \-/ /-\ | .-. | | | |/| HA17393 | | | | | 4,7k | | | | | | | | | | | | | | | | '-' | | | | o---' | | | | | | | | | ___ | | 10k.-. | | | o-----|___|--' o-----. | | | | | Motor | 4,7k | | | | | | / \ R=20 | .-. | '-' | | ( ) L=10mH V 1N4148 | | | | | | \ / ca 3600Upm - 10k | | --- | | | | | '-' --- | | | | | |4,7nF| | | | | | | | | | '-------o--------------o----------------o-----o-----o-----o | === GND

Zitat:

(1 Diode Weniger), wenn man zulässt dass der Komperator eine leicht negative Spannung bis etwa 0,7 V sehen kann

Da ich noch zu wenig Erfahrung habe, weis ich im Augenblick noch nicht, wie ich das konkret machen soll. Am MP1 ohne weiterführende Schaltung habe ich bei dem kleinen Motor schon mehr als -2V gemessen. Vielleicht einfach mit Diode kurzschließen und den Rest von -0,7 und höher verstärken? Ich glaub, da hab ich rumexperimentiert und mit Schwingungen am Komparatorausgang zu kämpfen gehabt. Könnte man aber nochmal versuchen. Wieviel negative Spannung kann denn der Komparator ab? Meine gelesen zu haben, ziemlich viel, man sollte nur drauf achten, daß der Stom klein bleibt zB unter 1mA.

Gruß
Searcher

Zitat:

Außerdem wird der Impuls kleiner, je langsamer der Motor läuft und es wird immer schwieriger den Impuls sicher zu erkennen.

ich habe auch schon etwas experimentiert damit. Ich denke, dass die Impulsenergie etwa proportional zum Ankerstrom ist. Es gibt deshalb durchaus Zustände (Generatorspannung ist fast gleich der angelegten Klemmenspannung) bei denen auch bei angelegter Gleichspannung beliebiger Höhe kein meßbarer Impuls mehr kommt. Damit ist die Anwendbarkeit der Methode in der Praxis beschränkt.
Ich vermute, die Impulse sind Folge der Selbstinduktion, die beim Abschalten eines Stranges am Kommutator entsteht: kein Ankerstrom - kein Strangstrom - kein Abschaltimpuls.

moin moin,

ohne mich weiter in die Schaltung zu vertiefen...
warum wird der Motor über eine Spule betrieben? Weil die schon da war?
oder könnte es reichen, die 6 Ohm dieser Spule und dann im Massezweig zum abgreifen der Impulse zu nutzen? Wenn dann auch noch "hohe" negative Spannungen erzeugt werden...diese mit einer Basisschaltung (npn, Basis über 100Ohm an Masse, Emitter an die 6Ohm, Kollektor mit 1K an Ub) umgesetzt werden.
Bei PWM sollte die Messung während der "Stom-Ein-Zeit" auch funktionieren.

Mit Gruß
Peter

Zitat:

Du könntest die EMK ausnützen und die Impulse dann messen, wenn das Signal der PWM 0 ist. Das bedeutet dass du misst, wenn du die Leistungstransistoren/Fets nicht ansteuerst.

Bei ELV gab es mal vor vielen Jahren eine (analoge) Motorregelung die genau so (hervorragend) funktioniert.
Dort wird allerdings die Spannung verwendet und nicht die Impulse.

Habe ich seit Jahren z.B. für meinen "Drehmel" im Einsatz.
Kann sehr gut bis ca. 100U/min. runterregeln.

Hallo!

@ Searcher

Ich denke, dass sich die Schaltung sogar ohne OpAmp mit nur einem retrigerbarem Monoflop (Entprellung) aufbauen lässt, da die fallende Flanke muss eigentlich für Drehzahlmessung nicht gezählt werden.

Bei der "verrückter" Idee wurde PWM nicht berücksichtigt, weil nicht geplannt war. Ich bin gespannt, wie die einfachste Schaltung aussieht. ;)

@ Peter1060

Zitat:

Zitat von Peter1060

... warum wird der Motor über eine Spule betrieben? Weil die schon da war?

Nein. Die Spule stellt einen passiven "Verstärker" der Impulse dar, die bei jeder Unterbrechung der Rotorwicklung durch Komutator erzeugtes Impuls nicht mit GND kurzschliessen lässt. Im Idealfall sollte die Spule unendliche Induktivität und keinen eigenen Widerstand haben. Praktisch: je höher die Induktivität und geringer der Eigenwiderstand der Spule, um so besser. ;)

MfG

@ Searcher,

wenns dem Versuch hilft, ich habe hier noch einige SMD Spule,
470µH, 1,1Ohm, 0,5A

Mit Gruß
Peter

Hallo,
vielen Dank an euch für den Input. Vielleicht gibt es noch weitere, die PICtures Idee ausprobiert haben oder noch werden und Lust haben über Erfahrungen hier zu schreiben.

@PICture: Den Hinweis auf Monoflop hatte ich schon bei Deiner Vorstellung der Idee gelesen. Irgendwie, ich glaube wegen der negativen Spannung, bin ich davon abgedriftet. Werd ihn aber wieder aufgreifen.

@Peter1060: Ich hatte es natürlich auch sofort mit einem 10 Ohm Widerstand probierte - nix von verwertbarem Impuls zu sehen. Die Spule hat da schon ihren Sinn. Herzlichen Dank für Dein unerwartetes Angebot. Brauche ich jedoch erstmal nicht. Hab selbst noch ausreichend verschiedener Induktivitäten zum Experimentieren da.

Auch wenn die Methode mit Einschränkungen verbunden ist - bei mir ist sie nicht vom Tisch. Steckbrett aufräumen und nochmal von vorne. Eine Anwendung wird sich schon noch ergeben...

Gruß
Searcher

Bei Elektor gab es eine Schaltung, die die EMK misst und so die Drehzahl regelt. Im Heft 11/2010 ist das Prinzip erklärt und im Heft 12/2010 ist eine Schaltung.

Hier der Link zum Heft 12/2010.

MfG Hannes

Hallo!

Ich habe meine Vorstellung über einfachste nichtausprobierte Schaltung im Code skizziert.

Kurzbeschreibung (mehr auf Anfrage):

Der Spannungsverdoppler mit C und D (Schottky) schneidet die negative Impulse ab und ehöht die Amplitude von positiven. Diese werden durch C auf Basis von T zugeführt und nach Verstärkung sollten den Monoflop mit negatiner Flanke triggern. Mit dem P wird eine optimale Spannung fürs Triggern auf dem Monoflopeingang eingestellt. Falls die Verstärkung mit einem Transistor zu niedrig wäre, könnte man noch ein Transistor einsetzen und die invertierte Spannung dann auf B Eingang des Monoflops zuführen.

Viel Spass beim eventuellem Ausprobieren. :)

MfG

Code:

VCC + | +-----+----------+ | | | | .-. .-. | P| |<--+ | |Rc / \ | | | | | ( M ) '-' .-. '-' \_/ | | |Rb | _ | === | | +-----> Monoflop A | GND '-' | | | | | || | |/ +----||----+---| T | || | |> C| | | C|L C D ~ | C| ^ | | | | === === === GND GND GND (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Hallo,

@021aet04: kann denn Link nicht entdecken und hab selbst mal gesucht. An den Heftinhalt kommt man wohl nur ran, wenn man Elektor Credits hat.?

@PICture: ich bin begeistert. Dein Vorschlag mit Transistor funktioniert. Hab es mit einem BC550C, Rb=1k, Poti=3k, Rc=10k, C=0,1µ ausprobiert und funktioniert bei mir mindestens genauso gut wie mit dem OPV. Die Induktivität in den ganzen Versuchen war immer 4mH und hab das jetzt auch in der Zeichnung berichtigt. Wenn einmal der Wurm drin ist... Hatte lange keine Schottky Diode bis ich auf einem defekten PC Motherboard ss12 entdeckt hab :) Damit messe ich an der Basis des Transistors noch maximal -0,3V.

Gruß
Searcher

Hallo Searcher!

Herzlichen Dank fürs Ausprobieren meiner Schaltung, die ich sicher in meinen einfachen Bots verwenden werde. :D

Die Schaltung wird auch mit normaler Diode Funktionieren, bloss die Amplitude der grösseren Impulsen auf Basis des Transistors um den Unterschied zwischen Durchflussspannungen der Dioden kleiner wird (also um ca. 0,4 V). Ausserdem sollte die Schaltung bei Umpolung des Motors z.B. durch eine H-Brüdke auch richtig funktionieren. ;)

Ich verwende OPV's ungerne wegen meistens nötiger negativer Versorgungsspannung die bei einem Akku im Bot für mich problematisch bzw. ziemlich kompliziert ist (ausser "Inverter" z.B. ICL7660, MAX660, usw.).

Vielleicht findet sich für deine Erfahrungen noch einen geeigneten Platz für Anfänger in Wiki ? ;)

MfG

Sorry, habe dden Link nicht gepostet. Hier der Link www.elektor.de/100571

MfG Hannes

Hallo,

Zitat:

Vielleicht findet sich für deine Erfahrungen noch einen geeigneten Platz für Anfänger in Wiki ?

Hatte ich in der Tat schon mal dran gedacht. Bei meinen Vorhaben fühl ich aber noch zu oft und zu sehr und vor allem in der Elektronik den Regenwürmern in Versuch und Irrtum nach :-) Vielleicht aber gerade deshalb, da es anderen Anfängern vermutlich auch so geht!? Ich lese viel im RN-Wissen und bin allen Autoren dankbar, die da so viel Engagement reingesteckt haben. Ich selber fühle mich aber (noch?) zu klein und unsicher um da jetzt schon was reinzuschreiben.

@021aet04: Danke für den Linknachtrag.

Bevor ich da jetzt noch tiefer reinsehe, möchte ich jedoch mit der gerade angefangenen Mikrokontrollerprogrammierung/-erforschung weitermachen. Allein das Kramen nach einer Schottky Diode hat mich da um Tage zurückgeworfen :wink: weil ich deswegen Versandkosten nicht investieren wollte. Dieses nützliches Bauelement darf ich jetzt auf keinen Fall bei der nächsten Bestellung vergessen.

Gruß
Searcher

Zitat:

Zitat von Searcher

... Ich selber fühle mich aber (noch?) zu klein und unsicher um da jetzt schon was reinzuschreiben.

Es gibt auch eine Abstufung, beispielsweise am Ende eines Artikels zu Motoren könnte man einen Link einfügen auf den Thread, der das noch unsichere Thema beschreibt.
Man hält damit den Hauptartikel übersichtlich, findet den Beitrag aber doch leicht wieder.

Hallo!

@ Manf

Ich habe genauso, wie du gedacht. :)

Wer sich einen neuen Artikel für Ergebnis von "kleiner" Forschung, wie Searcher, noch nicht traut, könnte nutzlich und leicht auffindbar für alle seine Erfahrung in bereits vorhandenem Artikel "verewigen".

@ Searcher

Es ist mir klar, dass es für dich nur eine kleine Nebenforschung auf deinem Weg zum Erlernen von µC war. Ich hätte es gerne selber gemacht, leider wegen Alter und vor allem aus Gesundheitsgründen, traue ich mir es nicht mehr zu. Wie im jeden Team sollte irgendwann der Nächste das Vorhandene weiterentwickeln und das heutige Wissen nur deshalb so weit ist. ;)

Du brauchtst wirklich keine Angst zu haben, weil ich mich immer sehr freuen werde, wenn ich dir mit meinem noch übriggebliebenen Fachwissen helfen könnte. Du hast aber sicher den Vorteil, in Gegensatz zu mir, dass du es verständlicher für Anfänger erklären kannst. Ich werde sehr gerne das von dir Geschriebene lesen und notfalls korrigieren. :D

MfG

OK, OK, werd zunächst den Link diesen threads im RN-Wissen eintragen 8) Hatte schon nach der passenden Stelle gesucht, aber mich noch nicht recht entschieden :-k Außerdem stoße ich auf Handlingsschwierigkeiten im Wiki. Falls jemand schneller ist, kann das auch gerne jemand anderes übernehmen, sonst noch bitte etwas Geduld.

@PICture: Ich werde sicher noch weiter im Forum bleiben und ich weis noch nicht, was ich noch alles nicht weis :evil: :wink: :)

:D
Gruß
Searcher

Hallo Searcher!

In meinem Kopf hat sich inzwischen schon so viel gesammelt, dass ich wirklich nicht mehr weiss, was ich noch weiss, also pass gut auf dich auf ! :feuer

MfG

Hallo,
um den Motor mit PWM anzusteuern wäre es doch möglich eine hohe PWM-frequenz zu verwenden und dann einen Tiefpassfilter davor zu setzen.
MfG Jeffrey

Hallo jeffrey

Das habe ich schon überlegt und denke, dass wenn durch Glättung mit Tiefpass fast keine (also nur kleine) Impulse von PWM auf der Motorspannung vorhanden würden (quasi Gleichspannung), sollte es gut funktionieren. Mit den Spannungimpulsen an Bürsten könnte sich auch bis auf 1/3 Umdrehung die Position des Rotors feststellen, also ännlich zum Schrittmotor mit Schrittwinkel 120°. Das müsste aber noch praktisch ausprobiert werden.

Bei Motoren mit Kohlenbürsten, die gar keine vollständige Unterbrechung des Motorstromes verursachen, kann diese Methode praktisch nicht angewendet werden. ;)