Rasenrobo mit Induktionsschleife, Schaltbilder, Hallsensor

[Christian H]

hallo jmetzkow,

hab gerade mal wieder ins forum geguckt und bin total erfreut, dass der thread noch gelesen wird und bezügl. der Induktionsschleife noch Beiträge kommen! Die Induktionsschleife ist meiner Meinung nach für Rasenrobos das geeignesten, um auch kompliziert geformte Begrenzungen sicher und einfach festzulegen. Mein Robo ist zumindest noch nicht im Teich gelandet.


Für den Operationsversärker denke ich, kannst Du jeden beliebigen nehmen. Ich habe zwar nur 2 ausprobiert, da aber keine besondere Ansprüche bestehen, müsste eigentlich jeder funktionieren.

Die Lösung von csack für den Sensor finde ich auch interessant. Ich habe mich zu Beginn für eine Verstärkung unmittelbar nach der Spule entschieden, da ich sicher gehen wollte, dass von dem Sensor bis zum Mikrokontroller auch ohne Abschirmung und über längere Leitungen keine Störungen auftreten. Ob eine Ferritantenne oder eine Relaisspule effizienter ist, kann ich nicht beurteilen, da nicht selber ausprobiert. Eine Spule aus einem Relais ist halt klein, braucht nur 1 cm lang zu sein. Eine Ferritantenne mit 8 cm Länge ist vielleicht nicht immer gut zu verbauen. Wichtig ist sicher eine hohe Windungszahl.

Gut in csack´s Lösung ist sicherlich, dass man auf ein Programm mit Schleife, so wie ich es geschrieben habe, verzichten kann. Hab dies aber noch nicht ausprobiert, da meine Sensoren bis jetzt problemlos und sicher funktionieren. Never touch a running system !

Die Induktionsgeneratoren von csack und mir sind ja fast identisch. Wichtig ist ja nur einen Rechteckimpuls zu generieren, der für kurze Zeit den mosfet durchschaltet, z.B. mit der 1% Impulsbreite von csack. Mit der Frequenz kann man spielen. Mir reichen z.B. etwa 10 Hz. Wie die Ansteuerung erfolgt, ist ja letztlich beliebig. Ein NE555 würde auch ausreichen. Bei meiner Schaltung habe ich allerdings festgestellt, dass sie temperaturabhängig ist. Da ich den Generator in einem schwarzen Gehäuse verbaut habe, ist im Sommer die Frequenz deutlich nach oben gegangen. Die Frequenz hat dann nicht immer optimal zu dem Programmablauf auf der Empfängerseite gepasst. Ich mache deshalb inzwischen die Ansteuerung mit einem ATTiny2313 mit entsprechenden Miniprogramm in dem ich Impulsdauer und Frequenz genau vorgeben kann. Meine und csacks Lösungen kann man sicher kombinieren. Z.B. die Sache mit den 2 antiparallelen Dioden + Relaisspule + OP. Wieso das mit den antiparallelen Dioden funktioniert, verstehe ich allerdings noch nicht. Bewirken diese nicht einfach einen Kurzschluss?

Ein Tip zum Erbroben des Induktionsgenerators:
Zum Testen ob die Schleife funktioniert, kann man einfach die Spule direkt an einen simplen Kopfhörer (wie für mp3-Player) etc. hängen und hört - wenn er funktioniert - ein Knacken, entsprechend der gewählten Frequenz. Ist man soweit, kann man den Sensor weiter ausbauen.


Viel Erfolg! Würde mich freuen, wenn Du uns mitteilst, dass die Induktionssache erfolgreich nachgebaut werden kann!


Christian

[jmetzkow]

Hallo

Danke erstmal für deine Info.

Ich habe mir die Teile bei Ebay Ersteigert (kleine Grundausstatung)
Aber sag mal wie gross im Durchmesser kann die Schleife sein, damit der Sensor noch in der Mitte korekt arbeitet ?
Wie weit kannst du den Robo etwa hochheben (bis der Sensor keine Signale mehr liefert)?

Sobald die Teile da sind werd ich Basteln und hier wieder Meldung machen

Bye

[Christian H]

Hi,

meine Schleife ist über etwa 15 x 10 m ausgelegt. Überraschender Weise war die Signalstärke etwa dabei genauso groß wie bei meinen Anfangsversuchen mit einer kleineren Schleife von 1,5 x 1,5 m. Ich habe für diese ersten Versuche von einer Rolle mit etwa 15 m üblichen Verbindungsdrahtes ( vielleicht 0.5 mm Stärke) etwa 6 m abgerollt. Kürzer sollte man vielleicht nicht gehen, da man ja kurzzeitig die Spannungsquelle (Netzgerät und Kondensator) über die Schleife fast kurzschließt. Ansonsten könnte man das Netzgerät ja überlasten. Das Pulsverhältnis sollte man deshalb auch entsprechend sein, z.B. 1:100. Da bei mir die Sache von Anfang an funktioniert hat, habe ich aber nichts anderes ausprobiert.

Ein interessanter physikalischer Effekte war übrigens zu beobachten. Hiegen z.B. von der Schleife 2 Drähte nebeneinander parallel von der Tischkante, war das Magnetfeld so stark, dass die Drähte im Rhythmus der Pulse gezuckt haben. Die Plastikspule auf der der Rest vom Draht aufgewickelt war ist nach einiger Zeit ziemlich heiss geworden und hat sich verbiogen.

Im Garten habe ich ein dickeres Kabel mit etwa 2 mm Stärke verlegt. 2 Adern, eine zur Reserve.

Meine Sensoren sind auf dem Robo etwa 10 cm über dem Boden.

In der Mitte der Drahtschleife ist das Signal fast genauso stark wie am Rand. Das ist einfach ein physikalisches Gesetz und gilt für beliebig große Drahtschlingen. In der Mitte würde der Sensor sicher auch 1 bis 2 m über dem Boden ansprechen.


Christian

[jguethe]

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

[apfelsafft]

Hallo zusammen,

da ich auch versuche einen Rasenmäher zu bauen ist dieser Thread sehr interessant!!
Zum Thema Induktionsschleife hätte ich vielleicht noch einen anderen Denkanstoß. Warum dreht man das nicht um und der Rasenmäher hat den aktiven Part?
Die Idee ist, diese Rohr-, Leitungs- und Metallsuchgeräte zu verwenden mit denem man selbiges vor dem Bohren in der Wand findet.

Idealerweise verlegt man immer noch einen Draht im Boden, nah unter der Oberfläche und läßt den dann über ein oder zwei solcher Sucher im Robi erkennen. Dieser Draht ist dann aber stromlos und einfach nur Metall.

Was ich jetzt nicht weiß, ist wie dick muss so ein Draht sein? Eine Eisenstange zu verlegen macht wenig Sinn. Wieviel Leistung hat/braucht so ein Sensor im Robi?

Der Sensor sollte dann so intelligent sein und andere Metalle oder evtl. verborgene Schätze im Garten nicht als Leitfaden zu erkennen (sondern höchstens die Position an den Besitzer melden).

Wie gesagt, das ist nur so eine Idee. Über Machbarkeit, Qualität und Sinn habe ich mir noch keine weiteren Gedanken gemacht!

Viele Grüße und fröhliches mähen,
René

[jeffrey]

Wie gesagt, das ist nur so eine Idee. Über Machbarkeit, Qualität und Sinn habe ich mir noch keine weiteren Gedanken gemacht!

Vielleicht solltest du dir die Gedanken mal machen. Wo ist der Vorteil deiner Lösung? Es gibt eigntlich nur Nachteile: aufwendigerer sensor, zusätzlich Stromverbrauch, falsche Messergebnise durch Schätze, ...

MfG Jeffrey

[Lunarman]

Bevor ich das versuche, würde ich mit nem Metallsuchgerät den Boden absuchen. Sonst könntest du bemerken, dass dein Bot irgendwie das Stromkabel von deiner Lampe, die im Garten steht, nicht mag, und sie meidet. Sämtliche Kabel werden erkannt, auch eingegrabene Klappstühle, wo ein Metallgelenk drinne is... Von kriegsbeilen reden wir erst gar nicht.
Aber das ist auch ein problem: bei uns im Garten gibts so Steckdosen. Kennt ihr bestimmt, deutlich massiver als ein Erdspieß. Der Vorbesitzer hat sich Steckdosen an alte Stahlträger oder Eisenbahnschienen drangepackt ,das ganze ist wahrscheinlich einbetoniert - spielt aber auch keine Rolle. Auf jeden Fall gehen da Wecheslstromleitungen hin, falls ihr blickt, was ich meine. ich versteh noch nicht ganz, wie die Induktionssensoren funzen, aber könnte Wechselstrom das ganze nicht stören?

[apfelsafft]

Naja, an soviel Unrat im Garten habe ich jetzt nicht gedacht. Da macht es Sinn eine aktive Schleife zu haben.
Allerdings hat man sich um nichts zu kümmern. Wenn der Sender ausfällt fährt der Robi nicht über den toten Draht.
Den zusätzliche Stromverbrauch schätze ich als recht gering ein und bei einem Rasenmäher der mit Bleigel Akkus gepowert wird ist das meiner Ansicht nach vertretbar.
Der Sensor ist vielleicht aufwendiger, dafür gibts keinen Sender. Auch wenn Sender und Empfänger der aktiven Schleife hier wirklich minimal sind.
Einzig Fehlmessungen durch Stromkabel usw. stellen ein Problem dar.

Also ich finde den Gedankengang nicht so abwegig (je nach Voraussetzungen im Garten). Auch wenn er einige Nachteile hat so kann eben kein Sender ausfallen.

Viele Grüße René

[Klingon77]

hi apfelsafft,

wenn der Sender ausfällt erhält der Robby, der innerhalb der Schleife ist auch kein entsprechendes Signal mehr (eben das, welches ihm anzeigt daß er noch innerhalb der Schleife operiert).

Wenn das so ist, muß man programmtechnisch davon ausgehen, daß der Sender ausgefallen ist und den Robby veranlassen, sofort alle Aktivitäten einzustellen und eine Fehlermeldung "Sender ausgefallen" auszugeben.

Die Idee, welche Du hast wurde, neben anderen (Infrarotbarken, mech. Hindernisse, GPS usw.) in einem länger zurückliegenden Thread schon mal ausführlichst diskutiert und die Leute kamen, wenn ich mich recht erinnere zu der Meinung, daß die Schleifenlösung zwar nicht die einfachste, aber die praktikabelste ist.

Gruß, Klingon77

[Lunarman]

Woher weiß der Bot denn eigentlich, wo er ist???? Das blick ich nicht, das muss mir eienr aufzeichnen. Er kann die Schleife doch nur sehen, wenn er nah genug is?