Hallo!

Interessen: AVR, Wikis, Linux, Elektronik Musik: Gitarren-Pop, Techno, elektronisches

Leistungen

• mal da mal dort Verbesserungen
• Kategorisieren
• Klangerzeugung überarbeitet
• Serielle Schnittstelle unter Java, als IP

Helium-Starter

Luftbildaufnahmen mit Helium-Ballon

Idee

Ein Ballon mit 50 cm Druchmesser trägt etwa 60g (theoretisch) vier oder fünf sollten also reichen

Drahtgestell aus NYM-Leitungen (o.ä. aus dem Baumarkt) mit starrer Geometrie und tiefem Schwerpunkt ergibt eine stabile Fluglage trotz ungleicher Auftriebskräfte.

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Steuerung erfolgt automatisch, jede Minute ein Bild und Höhenkontrolle über Schnur. Probleme sind die Kamera mit Selbstauslöser und Ausrichtung auf das gewünschte Objekt.

Mechanische Lösung:

• Zusätzliches gestell mit hoher Spannweite
• Einigermaßen Exakt abgemessene Seile
• Bei Wind möglicherweise Einschränkungen im Aufnahmewinkel durch Seile

Eletronische Lösung:

• Kompass-Modul
• Mikrocontroller
• 9V Block-Batterie
• Modifizierter Servo
• Gesamtgewicht ca. 100g bleibt für Kamera bei fünf Ballons 200g (knapp)

Luftballons mit Tiefkühl-Clips verschließen, denn dadurch werden sie wiederverwendbar. Nebenbei Luftballons mit Heliumfüllung verlieren das Gas, weil es durch die Gummihülle entweicht und nicht durch den Verschluss.

Als Heliumquelle kommt Schutzgas oder Ballongas zum Einsatz. Die sollte bei Baumärkten oder Schlosserbetrieben gegen einen Obolus von ca. 20 Euro für einen Start zugänglich sein.

PWM-DA-Wandler

Mikrocontroller haben heute fast alles im Gepäck, was man so zum Basteln braucht. Nur etwas Grundlegendes fehlt, nämlich der Analoge-Ausgang und die Auswahl an DA-Wandler-ICs für Bastler löst sicher keine Begeisterungsstürme aus. Eine einfache Lösung bildet ein PWM-Signal und ein RC-Glied, wobei die Ausgangsspannung dem Tastgrad entspricht.

Tastgrad:

PWM mit RC-Glied

Verbesserung

Der Wirkungsgrad einer solchen Schaltung ist gering und beginnt die Suche nach Verbesserungsmöglichkeiten. Der hier vorgestellte Ansatz entspricht dabei einem Abwärtswandler.

Such nach den richtigen Werten unter folgenden Randbedingungen:

• g = 90 % mit Kurzschluss
• g = 50 % mit 1 kΩ Last
• f_PWM = 8 MHz / 256 = 31,250 kHz
  • außerhalb des Hörbereichs
  • Stromanstieg in der Spule gering (ΔI/Δt)
  • höchste verfügbare PWM-Frequenz
• R_AVR ≈ 0,7 V / 20 mA = 35 Ω (Datenblatt)

Gefundene Bauteilwerte:

• L = 15 mH (Reichelt: 09P 15M)
• R_v = 45 Ω
• C = 10 µF
• R_i = 100/50 Ω

Simulation

Zur Simulation der Schaltung dient das Mathematik-Programm mit MATLAB kompatible GNU octave. Mancher wird sich Fragen warum keine Schaltungssimulation? Ersteres war besser einfach besser verfügbar und die Schaltung nicht so komplex, das sie sich nicht auch mit normaler Mathematik berechnen liese.

% mik81 2008
% PWM-Analogausgang für Mikrocontroller
 
% f_PWM = 31,250 kHz
% f_step = 625, kHz => t_step = 1,6 us
% f_step/f_PWM = 20
 
deltaT = 1.6e-6
 
L = 0.015 % 15 mH
R_v = 60. % Ohm Spulen und Treiverluste
R_i = 100. % Ohm
C = 10.e-6 % 10 uF
R_L = 500. % Ohm
 
% Speichergrößen
 
I_L = 0;
U_C = 0;
 
% sonstiges
 
U_DD = 5.0 % Volt
PWM = 1. % 0/1
steps = 5000
PWMratio = 20 % = f_step/f_PWM 
dutyCycle = 10
 
% strom über Spule und Verlustwiderstand R_v
% Kondensator über Spule auf/entladen
% Kondensator über R_i und R_L entladen
 
dataU_C = zeros(1, steps);
dataI_L = zeros(1, steps);
 
for i=0:1:steps-1
  if rem(i,PWMratio) >= dutyCycle
    PWM = 0.;
  else 
    PWM = 1.;
  end
 
  % Kondensatorspannung, PWM-Signal, Spulenverluste
  U_L = (U_DD * PWM) - I_L * R_v - U_C;
  deltaI = (U_L * deltaT)/L;
  I_L = I_L + deltaI;
 
  % Spulenstrom, Laststrom
  I_RL = U_C / (R_L+R_i);
  deltaU_C = ((I_L-I_RL) * deltaT)/C;
  U_C = U_C + deltaU_C;
 
  dataU_C(1, i+1) = U_C;
  dataI_L(1, i+1) = I_L;
 
end
 
plot(deltaT*(0:1:steps-1), dataU_C,";U_C in V;", \
    deltaT*(0:1:steps-1), dataI_L*1000.,";I_L in mA;");
pause
 
U_C
I_L

Realisierung

TODO

Ergebnis

Mit etwa 200 Ω Innenwiderstand fällt das Resultat eher mager aus. Die Abwärtswandler-Struktur ergibt ein exotisches Bild und zudem steht bei den meisten Controllern nur ein PWM-Ausgang zur Verfügung. Insgesamt kein durchschlagender Erfolg, jedoch ein interessanter Mittelweg zwischen PWM mit RC und DA-Wandler.

Alternativen

Alternativ bieten sich DA-Wandler an (siehe Standardbauelemente#DAC), da aufgrund der hohen Prozessorbelastung die vorgeschlagene Lösung nicht für alle Zwecke Perfekt geeignet ist. Am besten eignen sich bei reiner 5V Versorgung der TDA8444, LTC1257 und LTC1661 wegen der Verfügbarkeit bei mehreren Versendern.