Rasenrobo mit Induktionsschleife, Schaltbilder, Hallsensor

[homedom]

Also ich weiß nicht ob ich das richtig verstanden hab, bin da auch kein Profi, aber ich glaub der Rasenmäher fährt wild drauf los, wenn er auf die schleife trifft dreht er um und fährt weiter bis er wieder auf die schleife trifft...
Korrigiert mich wenn ich da falsch liege...

gruß homedom

[Christian H]

Hi,


an jedem Punkt innerhalb der Schleife zeigt der Sensor ein Signal an, also auch wenn er z.B. innerhalb einer 100 m langen Schleife 15 m Abstand zum Kabel hat. Das Signal sinkt über der Schlefe auf 0. Und ist bis ca. 1 m ausserhalb der Schleife negativ. D.h. Der Robo weiss immer ob er noch innerhalb der Schleife ist. Ein versehentliches Überfahren wie z.B. bei einem stromlosen Kabel und Metalldetektor ist damit nicht möglich. Zeigen mehrere Sensoren des Robos 0 ist damit eindeutig festgestellt, dass die Schleife ausgefallen ist. Wenn ein versehentliches Überfahren einer Schleife ausgeschlossen werden muss, z.B. damit das Teil nicht in einem Teich Baden geht, würde ich nicht auf eine Induktionsschleife verzichten. Alles andere ist zu unsicher.


mfg

Christian

[bluesflyer]

Hallo zusammen
als ich den Beitrag von jguethe gelesen hab, dachte ich schon da beschreibt einer meinen Rasenmäher....

Ich habe auch eine GlexiglasPlatte mit fast den selben Abmessungen genommen. (Günstig, stabil, leicht zu bearbeiten
und man ja sogar noch durchsehen um zu sehen was da unten los ist)
Als Mäher verwende ich ein einfachen billigen Motor (möglichst wenig Stromaufnahme) und 2 Teppichmesser
die ich auf der Achse mit einer Flügelmutter festziehe, so kann ich sie leicht wechseln.

Das Thema Induktionsschleife ist tatsächlich das wichtigste überhaupt,
(mit dem Metallsensor hab ich auch kurz experimentiert, aber dann sein lassen, zu viel Fehler, z.T.
auch angesprochen obwohl nichts war usw..)

Außerdem habe ich das Ziel (wie beim Automover) das der Bot autonom arbeiten soll, also wenn Akku schwach wird, Mähwerk
aus und Ladestation suchen.

Ich habe meinen Signalgeber etwas an denen von Csack und Christian angeleht. Allerdings verwende ich als
Signalquelle eine kleine CPU (C-Control OpenMini) und erzeuge 2 Signale. Eine Begrenzungsschleife und eine
Suchschleife für die Ladestation mit anderen Frequenzen.

Aus dem Code:

' mini Ccontrol mit Openmirco
' Pulsgenerator für ELM
' 2. Version mit Verschieden langen pos und neg Signalen für einfachere Erkennung am Empfänger

' Sensor liefert Signale : -_--_------------------_--_---------------------
' Abstände k T
' T = 52 ms L1 ; k=3,5 ms bei in , 13 ms bei out
' T = 26 ms L2 ; k=3,5 ms bei in , 6,5ms bei out Suchloop zur Ladestation
Also ca 40 Hz und 20 Hz.

Als Enstufe wie immer den BUZ11 über 11Ohm 10Watt, (wird gut warm, aber ok) über diesem "Shunt"-Wiederstand
greife ich sogar noch eine Spannung für eine Kontroll LED ab, so kann ich "Sehen" ob die schleife noch ok ist.


Im Empänger verwende ich auch eine Relaisspule (aus nem 12V Omron 1xum) und nen OP 741 (liefert erstaunlich gute Signale), dann wieder auf nen eigenen Controller (wieder CControl) um die eigentliche Robot-CPU damit nicht zu "belästigen"

Ich generiere daraus
- Schleifentyp
- Innen oder Außen (bzw rechts oder links)
- Signal da
- Interruptausgang wenn ein wechsel stattfindet

Ein paar detail-Probleme (zu viel Singnalgezappel und des wegen zu oft Richtungswechsel des Bot)
gibt es damit noch aber ich bin sicher das lösen zu können.



Zu Christian H nochmal :

Er sagte : " an jedem Punkt innerhalb der Schleife zeigt der Sensor ein Signal an, also auch wenn er z.B.
innerhalb einer 100 m langen Schleife 15 m Abstand zum Kabel hat. Das Signal sinkt über der Schlefe auf 0.
Und ist bis ca. 1 m ausserhalb der Schleife negativ. D.h. Der Robo weiss immer ob er noch innerhalb der Schleife ist."

Im Prinzip kann ich das so bestätigen, So große Abstände habe ich aber noch noch nicht versucht, nur kann ich nicht ganz
glauben das man innerhalb der Schleife immer ein Signal bekommt, da es auf jeden fall in der Stärke mit der Entfernung zum Draht abnimmt.
So Groß ist unser Garten nun auch wieder nicht (30m x 20m) , aber bei den ersten Versuchen konnte ich tatsächlich innerhab der Schleife
das Signal viel besser und stärker finden als außerhalb, obwohl sie wohl einen durchmesser von 3m hatte.
Das verstehen ich nicht ganz denn die Feldlinien um den Draht sind innen wie außen gleich, nur eben anders in der Polung.


Ich hoffe meine Beschreibungen ermutigen andere auch was nachzubauen.
Richtige Schaltpläne habe ich leider nicht, sonst würde ich die anhängen. (nur handskizzen, für mich halt)

Ach ja noch was:
Ich hab zur Sicherheit noch einen Handsender (als notstopp und kommandogeber, kurz lang usw) mit einem sehr günstigem
Haustürklingelgeber eingebaut. Das geht sehr gut !!!

Bis dann
Gruß
Wolfgang

[Christian H]

Hallo,

um über die Magnetfeldstärke in der Schleife etwas genaueres aussagen zu können, müssen wir den alten Laplace (1749 - 1827) bemühen. Es gibt nämlich das Laplacesche Elementargesetz für die Berechnung des von Strömen erzeugten Magnetfeldes. Denkt man sich einen Leiter in kleine Elemente der Länge dl zerlegt, erzeugt jedes ein Magnetfeld dH

dH = I / 4pi*dl *sin(phi)/r^2

in einem Punkt P. r ist der Abstand vom P zum Leiter dl und Phi der Winkel zwischen Längsrichtung des Leites und der Verbingungslinie von dl nach P.
I=Stromstärke.

Damit kann man berechnen, dass ein sehr langer, gerader Leiter ein Magnetfeld der Stärke H wie folgt erzeugt:

H = I/2pi / a . a ist der Abstand zum Leiter.


In der Mitte einer kreisrunden Leiterschleife beträgt die Feldstärke

H = I / 2 / R R ist der Radius der Leiterschleife.

D.h. Die Feldstärke in der Mitte einer Schleife von z.B. 15 m Durchmesser ist in etwa genauso groß wie in 2 m Abstand von einem geraden Leiter. D.h. in den "mittleren 2/3" einer Schleife ist das Magnetfeld ziemlich homogen. Natürlich wirds zur Mitte hin etwas schwächer, aber nicht wesentlich und die Magnetfeldstärke nimmt insgesamt nur linear mit dem Durchmesser ab und nicht etwa quadratisch (bei gleich großem I). Wegen I= U / R muss man natürlich den Leitungsquerschnitt einer Schleife verdoppeln, um bei doppelten Radius weiterhin die gleiche Stromstärke zu haben.

Grüsse

Christian

[Christian H]

Hallo,

Vielen Dank an bluesfire, csak, jguethe, dass sie in diesem thread ihre Ergebnisse mitteilen!

Der Aufbau von bluesfire mit 2 Schleifen ist ja super. Nachdem Du die Probleme mit meinem Sensor beschrieben hast, und dass die Schaltung ein Schmitt-Trigger wäre, habe ich die Abbildung von meinem ersten Beitrag soeben angesehen und bin dabei fast vom Hocker gefallen. Die Eingäng + und - sind vertauscht. Sorry! Es sollte nur eine simple Verstärkerschaltung sein wie im Text beschrieben. Ich werde die Abbildung heute noch korrigieren.

Vielleicht kann man sich demnächst auf eine Schaltung einigen, die alle Vorteile vereinigt. Also hohe Frequenz und am Ausgang eine Spannung die angibt, ob man innen oder aussen ist, damit man auf ein Programm wie ich es noch brauche verzichten kann. Wenn das solide wäre, könnte man es in RN-Wissen reinstellen, damit andere nicht wieder bei 0 mit dem experimentieren anfangen müssen


Viele Grüsse

Christian

[jguethe]

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

[MichaelM]

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

[Christian H]

Hallo,

noch eine kurze Anmerkung zum Beitrag von jguethe. Du schreibst, dass Du zum Testen 10 m von einer 100 m Rolle abgerollt hast. Wenn Du später im Garten 100 m auslegst, könnte das Signal sogar stärker sein. Die Rolle mit ihrer Induktivität verlangsamt den Stromfluss beim An- und Abschalten. Die Flanken sind damit weniger steil und es wird weniger Spannung in den Sensoren generiert.

An MichaelM. Ich bin erstaunt dass, es so einfach geht. Super! Ich habe generell das Problem, dass in meinem Sensor beim Ausschalten der Spannung an der Schleife, eine entgegengesetzte Spannung, wenn auch schwächer, induziert wird. Deswegen habe ich ja auch die niedrige Frequenz gewählt und das Programm mit der Schleife, um den 1. Peak zu detektieren. Sehe ich es richtig, dass Du auch mit einer relativ hohen Frequenz arbeitest und an den Ausgängen durch die Kondensatoren relativ konstante Spannungen das Messergebnis anzeigen. Du musst also keine Impulse mehr auswerten.

Mich erstaunt,dass Du mt einem OP die Spannung von der Relaisspule so verstärken kannst, dass die Anzeige mit LEDs funktioniert. Ich komme am Ausgang meines OP auf Spannungen von etwa 0.5 bis 1 V.

Wie schwierig ist die Nullpunkteinstellung über die Potis ? Welche Frequenz verwendest Du? Wie groß ist die Schleife mit der Du den Sensor getestet hast.

An bluesfire. Könnte es sein, dass dieser 2. entgegengesetzte Impuls Dir die gelegentlichen Messfehler (Signalgezappel) liefert?


grüsse

Christian

[jguethe]

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

[MichaelM]

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