Rasenrobo mit Induktionsschleife, Schaltbilder, Hallsensor

[Christian H]

Hallo,

wegen der Problematik mit dem Schwingkreis bei meinem Sensor habe ich noch andere Kondensatoren ausprobiert und siehe da mit 10 statt 100 nF gehts besser.

Also, falls jemand Lust hat meinen Sensor nochmal auszuprobieren, möchte ich ihn bitten auch 10 nF zu verwenden und zu berichten. Das Timing spielt natürlich ebenfalls eine Rolle. Das Programm reagiert ja auf die erste Spannungsänderung welche am ADC gemessen wird. Dies sollte die erste Halbwelle sein. Insofern könnte der Sensor sogar einen Schwingkreis bilden und trotzdem funktionieren.

Insbesondere möchte ich Michael bitten das mit seinem Oszi zu testen. Vielen Dank!

Christian

[MichaelM]

Hallo,
soeben aufgebaut. Am besten man lässt den Kondensator ganz weg. Die Schaltung ist erstaunlich empfindlich, reagiert allerdings recht stark auf die Störungen von Motoren.
Ich habe an meinem Testchassis jetzt mal vier Sensoren angebaut und werde demnächst mal ein wenig probieren. Evtl. passe ich die Dimensionierung der Sensoren noch etwas an.
Danke übrigens für den Artikel im RN-Wissen, ich habe vorhin noch zwei Zeilen ergänzt, mit dem Bild bist du mir ja zuvor gekommen.
Gruß,
Michael

[jguethe]

Hi ChristianH und MchaelM,

ich danke für Eure Geduld, die ihr mit mir habt. Das mit dem „Niveau“ sollte keine Spitze sein; es war vielmehr eine Frustreaktion, weil einige Beiträge nicht auf m e i n e m Niveau sind.
Mein hartnäckiges Nachfragen hat jetzt aber wenigstens ein Missverständnis ausgeräumt. Ich habe – zugegeben – etwas leichfertig unterstellt, dass die Schleifenbegrenzung auch bei Euren Versionen „analog“ erkannt wird. Ich war sozusagen historisch vorbelastet und gedanklich festgelegt, weil der Solarmover von Husquarna so arbeitet. Mein ursprüngliches Kabel liegt deshalb seit 1997 auch unter einer Thuja-Hecke. Mein neues Kabel habe ich genau so verlegt. Dann sah ich die Software von Chistian H.; diese hatte ich auch so interpretiert, dass er die Amplitude oberhalb eines Schwellwertes misst. Und genau so mache ich es bisher auch. Über die Änderung des Schwellwertes bestimme ich die Entfernung vom Schleifendraht. Aber natürlich kann man es auch anders machen, wobei mir der Ansatz von MichalM besser gefällt(definiertes Signal für außerhalb). Das Kriterium „kein Signal“ ist direkt über der Schleife vorhanden, leider aber auch, wenn der Generator nicht an ist. Wenn ich die Methode ändere, muss ich wohl ober übel das Kabel neu verlegen.

Zu den Sensor-Varianten:
Ich habe fleißig gebastelt (Sensor nach MichaelM aufgebaut) und gemessen. Im Prinzip kann ich bestätigen, was Michael M berichtet.

Sensor nach Christian H
ist sehr empfindlich, etwa Faktor 5 gegenüber MichaelM.
Ist aber auch sehr empfindlich gegenüber Störungen.
Zur Impulsbreite, Schwingneigung etc:
Inzwischen beitreibe ich diesen Sensor (erneut räumlich etwas grosszüger aufgebaut) ohne Parallel-C und R. Die Schwingneigung ist zu meiner Überraschung weg. Ob mit oder ohne C (ich habe es mit 10n – 470n probiert, ich kann keine signifikante Veränderung der Impulsbreite am Osci erkennen. Die Impulsbreite (eines Spikes) ist etwa 5ms. Hierzu aber folgende Information: Mein Generatorsignal ist 5ms breit, Wiederholfrequenz ist 5. Zu Christian H: Wenn du Schwierigkeiten mit der Breite des Impulses hast, warum änderst du das nicht an der Quelle, nämlich am Generator. Meine 5ms ziehen zwar etwas mehr Strom, aber das bewegt sich alles noch im erträglichen Rahmen (100 m Kabel, ca. 2,6 OHM, Generator mit 12V (ohne Widerstand vor dem FET) im Mittel ca 150mA ).
Gerade eben habe ich meinen Generator testweise auf eine Impulsbreite von 150 µs umgestellt. Das Signal ist auf dem Osci kaum zu erkennen. Schon aus optischen Gründen bleibe ich deshalb zunächst bei 5 ms.

Sensor nach MichaelM
P1 ist bei mir ein 100k-Trimmer, eingestellt auf 100k, also maximale Verstärkung.
Warum die Empfindlickeit deutlich niedriger ist gegenüber der Version von Christian H, kann ich nicht so recht nachvollziehen. Wenn ich mal als Laie eine Vermutung wagen darf: Liegt vermutlich an dem anders ausgeführten Gegenkopplungszweig (P1 zu R3,R5,L1 usw. Bei ChristianH scheint mir die Spule als Impedanz für den Impuls ein bestimmendes Element der Gegenkopplung zu sein, während sie bei der Schaltung von MichaelM nicht Teil der Gegenkopplung ist. Ich hänge mich mal wieder weit aus dem Fenster ! Falls das Schwachsinn ist, macht das nichts, wenn ich denn von Euch eine bessere Erklärung bekomme.

Zum Generator
Ich habe mir die Signale ohne Freilaufdiode angeschaut. Der negative Spike ist extrem ausgeprägt.
Ob das gut oder schlecht ist, kann ich im Moment nicht beurteilen, weil ich diesbezüglich noch keine weiterführenden Tests gemacht habe.
In Kladde gesprochen, fällt mir dazu auf Anhieb nur folgendes ein: Wir suchen doch alle nach einem wirklich signifikanten Signal. Je grösser die Amplitude um so besser. Ist der Signalpegel deutlich grösser als die Störsignale, wären die Störungen doch besser in den Griff zu bekommen.

Zum Programmablauf / Verarbeitung der Daten
Vielen Dank für die Erläuterungn zum EVA-Prinzip. Leuchtet mir ein. Das Grundprinzip müsste sich m.E. auch in Bascom verwirklichen lassen. Auf die Problematik, wann die Daten verarbeitet und ausgegeben werden bin ich auch schon gestoßen. Bisher habe diese Probleme aber in den Griff bekommen. Assembler-Programmierung werde ich mir bei meiner persönlichen Restlaufzeit wohl nicht mehr antun.
Von meiner besseren Hälfte habe ich gerade einen Ordnungsruf bekommen, so dass ich jetzt einfach abbrechen muss. Das Wichtigste ist auch gesagt.
Gruss
jguethe

[MichaelM]

Hallo,

nochmal zu meiner Empfängerschaltung:
R4 und R5 bilden eine virtuelle Masse (+2V). Der Rückkopplungszweig (Spannungsgegenkopplung) besteht aus P1 und R3, maximal beträgt daher die Verstärkung (100k+10k)/10k = 11. R2 ist der Lastwiderstand für die Spule. R1 dient lediglich der Offsetkompensationd des OPs (ist ja in Wald- und Wiesen-OP). Meine Schaltung verstärkt also die Spanung die sich an R2 ergibt.

Empfänger von Christian: Diese Schaltng arbeitet mit einem invertierenden Verstärker. Diese Schaltungsart benutzt eine Stromgegenkopplung. Die Spannung an der Spule bleibt immer null, der Ausgang wird soweit aufgesteuert dass der Strom duch den Rückkopplungswiederstand genau so groß ist wie der Strom durch die Spule.

Ich habe heute meine Schleifenüberwachung fertiggestelt: Dazu führe ich die Impulse von allen Empfängern auf ein Monoflop. Der 555 ist leider von Haus aus nicht nachtriggerbar, mit einem externen Transistor (T2) ist es aber möglich. Die Impulszeit des 555 (R1 und C1) muss etwas größer eingestellt sein als die Periodendauer der Sendeschaltung. Die linke Seite der Schaltung arbeitet nur das Triggersignal auf, man kann auch mehr oder weniger Sensoren anschließen. Zur Funktion: Solange die Schleife funktioniert stehen an K3 Imulse an. Befindet sich der Sensor innerhalb ist das Tastverhältnis groß, befindet er sich außerhalb ist es klein. Zum Triggern wird nur die pos. Flanke benötigt. Befindet sich nun ein Sensor (oder 2) direkt über der Schleife und geben nur noch ein Dauersignal ab wird die Schaltung immernoch von den anderen Sensoren getriggert. Erst wenn kein Sensor mehr Pulse abgibt fällt die Triggerung aus und der Pegel an K7 wechselt nach 0V (LOW). Der Controller fragt (im noch zu schreibenden Programm) immer erst das Signal von K7 ab, ist dieses HIGH funktioniert die Schleife, ist es LOW bleibt das Fahrzeug stehen. Erst wenn die Funktion festgestellt wurde geht es an die Bestimmung der Position (innerhalb / außerhalb).

EDIT: Programm läuft, habe noch einen Kreidehalter angebaut und fahre die Garage ab.

Gruß,
Michael

[MichaelM]

Hallo,

ich habe mir mal die Simulation bei www.automower.de angesehen. Mal abgesehen davon, dass die Proportionen etwas "geschönt" sind (das Grundstück dort hat nur ca. 9 x 14m) ist mir vor allem eines aufgefallen: Der Automower dreht recht weit (meist 90 bis 200°) mehrfach hintereinander in die gleiche Richtung. Der Drehwinkel ist ein Zufallspodukt, die Richtung wahrscheinlich auch (z. B. 15 mal nach links, 5 mal nach rechts, 12 mal links, 22 mal rechts usw.).
Ich habe in Versuchen mit festem Winkel festgestellt, dass der Mäher bei zu kleinem Winkel nur den Bereich an der Schleife abfährt, bei großen Winkeln eher die Mitte der Fläche. Weiterhin kann sich der Mäher bei kleinen Winkeln besser aus Sackgassen befreien. Die Zufallsmethode muss ich noch ausprobieren, das Programm läuft soweit.

@Christian:

Mich würde etwas genauer interessieren wie du die Ladestation anfährst. Soweit ich weis fährst du solange bis du auf die Schleife triffst und dann immer der Schleife entlang. Leider hast du über das genaue Einparken noch wenig berichtet. Ich habe schon überlegt ob ich der Einfachheit halber auf jede Seite der Ladestation einen Kontakt mache und die Station einfach von der Seite anfahre (immer abwechselnd damit der Rand gemäht wird). Fährt dein Mäher täglich oder nur stundenweise?

Gruß,
Michael

[Vogon]

Zur Strategie beim Automower kann ich was sagen. (... ich habe ja einen)

Der AM hat zwei Schleifen-Sensoren mittig im Front- und im Heckbereich. Eine Kollision erkennt er, wenn sich die elastisch befestigte Abdeckhaube ein Stück verschiebt. Dazu hat er zwei Melder die zwar einzeln erkannt, aber nicht unterschiedlich ausgewertet werden. Im normalen Mähbetrieb ist auch keinen unterschiedliche Reaktion beim erkennen der Schleife oder einer Kollision zu bemerken.

1. der AM stopt und setzt ein Stück zurück um von dem Hindernis bzw Schleife frei zu kommen.

2. Er dreht sich um einen zufälligen Winkel. Wenn in dieser Zeit einer der Sensoren anspricht geht er von einem Hindernis auf dieser Seite aus, wechselt die Drehrichtung und versucht es auf der anderen Seite.

3. Für den Fall das auch auf anderen Seite einer der Sensoren anspricht muss er in eine Gasse geraten zu sein. Da er sich die bisher zurückgemeldeten Drehwinkel gemerkt hat, kann er sich in die ursprüngliche Stellung zurück drehen und noch ein weiteres Stück zurück setzen. Dieses Spiel kann sich in einer Gasse noch mehrfach wiederholen.

4. Sollte einer der Sensoren beim zurücksetzen ansprechen ist der Mäher in eine missliche Situation geraten. Er schaltet das Mähwerk aus und versucht sich durch vor, rück und dreh Bewegungen zu befreien. Wenn das nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit gelingt, bleibt er mit Fehlermeldung stehen. Dabei kann er auch schon mal über die Schleife ins Blumenbeet geraten und mit den Rädern Löcher in den Rasen fräsen.

Der AM behält die einmal eingeschlagene Drehrichtung solange bei bis er durch ein Hindernis beim Wenden dazu gezwungen wird. Der Drehwinkel ist zufällig aber im Programm bei Gartenform zu beeinflussen.

Offen: der AM wendet überwiegend mit Werten zwischen 90° bis 180°.
Komplex: er wendet fast nur Winkel unter 90 Grad an.
Normal: hier wechselt er das Programm ab und zu zwischen Offen und Komplex.

[MichaelM]

Hallo,
danke für die Info. Anscheinend bin ich ja auf dem richtigen Weg. Zum testen muss ich allerdings erst wieder die Garage freiräumen (Metallgroßbearbeitung). Eine Suchschleife sowie ein Suchfeld um die Ladestation möchte ich eigentlich vermeiden. Wozu ist eigentlich der Lautsprecher im AM gut, nur für den Diebstahlalarm?.
Gruß,
Michael

[Vogon]

Wozu ist eigentlich der Lautsprecher im AM gut ...

Zur wirkungsvollen Diebstahlsicherung müsste er lauter sein!

Sinnvoll ist er für Rückmeldungen bei Tastatureingaben.

Er benutzt den Lautsprecher auch zum signalisieren bestimmter Ereignisse, zB Warntöne wenn er das Mähwerk starten will.

[MichaelM]

Hallo,
mal wieder ein kleiner Zwischenbericht.
Ich habe jetzt das Verhalten des Automowers einigermaßen nachgebildet, mal sehen ob es sich so bewährt.

Wenn vorne die Grenze überfahren wird setzt der Roboter zurück, dreht um einen zufälligen Winkel und fährt wieder vorwärts.
Wenn beim Zurückfahren die Grenze überfahren wird dreht er auf der Stelle um einen zufälligen Winkel.
Wenn beim Drehen seitlich die Grenze überfahren wird setzt er ein Stück zurück, dreht sich um einen zufälligen Winkel in die andere Richtung und fährt wieder vorwärts.
Nach 15 bzw. 31 Drehungen nach links bzw. rechts wird die Richtung automatisch gewechselt. (Die Werte müssen noch erprobt werden.)

Soviel zur Softwareversion Nr. 9, mittlerweile schon 520 Befehlszeilen lang.

Weiterhin habe ich mir einmal Gedanken über die Ladestation gemacht. Zuerst wollte ich die Schleifensteuerung über einen Printtrafo versorgen (10VA) und den Trafo zum Laden (Ringkern 160VA) wegen der Ruheversluste nur bei Bedarf einschalten. Nach einem Blick in die Datenblätter bin ich dazu übergegangen die Schleife auch aus dem Ringkerntrafo zu versorgen. Grund: der Printtrafo hat 1,5W Ruheverluste und 75% Wirkungsgrad, der Ringkerntrafo jedoch nur 0,9W Ruheverluste.

Fazit: Alle Steckernetzteile daheim rausschmeißen und Ringkerntrafos mit 30VA einbauen und schon können wir ein Kraftwerk sparen und die Feuerwehr muss auch weniger arbeiten.

Der Printtrafo ist übrigens von Block, also nicht der schlechteste.

Muss jetzt leider wieder etwas für den Fernlehrgang tun, es wird also in der nächsten Zeit etwas langsamer vorangehen.

Gruß,
Michael

[Christian H]

Hi,


endlich ist der Umbau von Rasenrobo weitgehend fertig. Hatte hierfür leider wenig Zeit. Die Größe des Rasenrobo ist jetzt o.k.. 40 cm ist er lang. Wesentlich kleiner gehts´wohl nicht, da ansonsten das Risiko zu hoch ist zwischen die rotierenden Messer zu geraten.

http://www.youtube.com/watch?v=v-EaSPodC-I

Insgesamt habe ich versucht ihn zu vereinfachen. Die Drehgeber mit den kleinen Magneten und Hallsensoren habe ich von beiden Radachsen entfernt. Dadurch passt der Deckel besser. Dafür habe ich jetzt einen neuen Drehgeber an einem der nicht angetriebenen Vorderräder. Dies hat den Vorteil, dass damit auch festgestellt werden kann, ob die Antriebsräder durchdrehen. Zeigen also dieser Drehengeber und der Kompass keine Änderung geht der Robo davon aus dass er festhängt. Er versucht dann nacheinander nach hinten, nach vorne, nach rechts und nach links zu fahren um sich zu befreien.

Da das Vorderrad ja nachläuft und auch um die Hochachse drehbar ist, habe ich durch die Achse der Befestigungsscheibe des Rades ein schmales Metallrohr (4mm Durchmesser) senkrecht nach unten bis knapp vor das Rad geführt. In diesem Metallrohr ist unten ein Reed-Kontakt. Die Anschlüsse gehen durch das Metallrohr nach oben. Das Rad kann sich jetzt um den Reedkontakt drehen und behält immer den gleichen Abstand. In das Rad selbst habe drei Löcher durch die Lauffläche gebohrt und starke Neodym-Magnete (von Geomag) hineingesteckt. Den Kompass muste ich nach dieser Aktion allerdings auf die andere Seite des Robos verlegen. 2 bis 3 Grad Missweisung treten leider noch immer auf.



Beim 1. Rasenrobo war der ganze Deckel beweglich. Feindberührung habe ich mit Drucksensoren zwischen Chasis und Deckel erfasst. Jetzt bin ich wieder zu einfachen Schaltern zurück, da der jetzige Deckel enger anliegt und nicht mehr verschieblich ist. Als Stossstangen sind einfach 4 Plexiglasscheiben beweglich am oberen Deckelrand mit Klebeband befestigt. Die Plexiglasscheiben hängen einfach lose nach unten. Durch schmale Schlitze im Deckel ragen die Hebel der Schalter und weden bei Berührung durch die Plexiglasscheiben nach innen gedrückt. Funktioniert bis jetzt gut. Scheint wenig anfällig zu sein. Man braucht keine Federn.

Bewährt haben sich die Antriebsräder welche einfach aus 4 mm Plexiglas bestehen. Durch den großen Durchmesser gute Kraftübertragung. Kein Durchdrehen, obwohl die Räder schmal sind und kein Profil haben. Durch den kurzen Achsabstand zu den Vorderrädern dreht der Robo problemlos auf der Stelle.

Die beiden solid state-Relais zum Aus- und Einschalten der gesamten Elektronik und Motoren habe ich unverändert übernommen.

Ein Ladegerät (von ELV) habe ich leider abgefackelt. Akku dusseligerweise falsch angeschlossen. Automatisches Laden ist deshalb noch nicht möglich. Auch die Kontakte mit denen der Robo später an der Ladestation andockt muss ich noch anpassen.

Einige Sharp-Sensoren habe ich zwar angeschlossen, aber noch nicht in Betrieb. Ich hoffe irgendwann damit in etwa die Rasenhöhe messen zu können, um den Rasenrobo effektiver arbeiten zu lassen.

Bis jetzt habe ich den Robo immer im Zick-Zack fahren lassen (also z.B. 175 °, 5° ,175° etc.). Ist er am Rand angekommen, hat er dies durch den häufigeren Kontakt mit der Begrenzungsschleife festgestellt und danach den Zich - Zack - Kurs geändert (185° , 355° etc.) . Sonderlich effektiv ist dies aber auch nicht. Ausserdem hängt er manchmal relativ lange am Rand fest, bis er die Orientierung ändert. Im Moment habe ich deshalb wieder zu dem einfacheren Zufallsmodus zurückgewechselt, bei dem der Robo einfach schräg von der Begrenzungsschleife zurückfährt.

Easyradio ist angeschlossen und funktioniert. Zusätzlich Graupner Fernsteuerempfänger angeschlossen. Funktioniert auch, benutze die Fernsteuerung aber trotzdem nicht.

Drehzahlmessung des Rasenrobomotors wie gehabt, optisch mit CNY70. Kompass und LCD-Anzeige (Spannung der Akku etc.).

Nächsten Jahr wird ihm noch der Regensensor (fertig von Conrad) aufs Dach gesetzt.

Begrenzungsschleife funktioniert problemlos. Wegen etwas stärkerer Störung von den Motoren habe ich softwaremäßig nur die Grenzwerte für das Ansprechen der Sensoren erhöhen müssen.

Noch ein Video zum Ende der Rasenrobosaison: http://www.youtube.com/watch?v=6B8TxPeCObI.



mfg

Christian