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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Flughöhenmessung


Autor: DCW (Gast)
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Hallo!!
Ich will mit einem MPXA4100A6U Drucksensor die Flughöhe von meinem RC 
Flugzeug messen.
Leider weis ich nicht um wie viel sich pro Höhenmeter der Luftdruck 
vermindert und ob das mit diesem Sensor überhaupt möglich ist!!
Kann mir jemand bei dem Problem helfen???
MFG

Autor: Peter (Gast)
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Hallo,
http://de.wikipedia.org/wiki/Barometrische_H%C3%B6henformel
unter Höhenstufen ist das ganze etwas Augenfreundlicher dargestellt.

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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DCW wrote:

> Ich will mit einem MPXA4100A6U Drucksensor die Flughöhe von meinem RC
> Flugzeug messen.
> Leider weis ich nicht um wie viel sich pro Höhenmeter der Luftdruck
> vermindert

Formel bzw. Infos dazu findest du in Wikipedia

> und ob das mit diesem Sensor überhaupt möglich ist!!

Der Sensor misst laut Datenblatt den Absolutdruck (max. Spezifikation 
beachten) gegen einen Referenzdruck (Vakuum). Diesen Referenzdruck hast 
du in deinem Modell nicht. Echte Flugzeuge haben dafür eine Vakuumpumpe 
an Bord.

IMHO ist dieser Sensor bzw. dessen Messprinzip für deine Anwendung 
ungeeignet.

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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Was bzgl. Referenzdruck gehen könnte, ist die SMD-Version (SOP). Die hat 
eine interne versiegelte Vakuumreferenz.

Der Messbereich ist von 20 bis 105 kPa und der max. Fehler ist +- 1,5 
kPa. D.h. du kannst ab Meereshöhe (ca. 101,3 kPa, 1013 hPa) messen und 
nach oben fast "bis in den Weltraum".

Der Messwert kann um 1,5 kPa  (15 hPa) abweichen, das sind unter 
Berücksichtigung der groben Angaben von 
http://de.wikipedia.org/wiki/Luftdruck ca. +- 120 m am Boden, mit der 
Höhe mehr. Aus dem Datenblatt werde ich nicht schlau, ob dieser Fehler 
ein einmaliger Offset ist, den man durch Kalibrieren weg bekommen könnte 
oder ob es ein anderer Fehlertyp ist.

Der Sensor gibt ein analoges Signal (ca. 0-5V) aus. Wenn eine 
Weiterverarbeitung in digitaler Form geplant ist, kommt es auf den 
AD-Wandler und das geschickte  Design der Messchaltung an, wie gross die 
letztendliche Höhenauflösung dann ist.

In welchem Höhenbereich fliegt denn dein Modell und was erwartest du an 
Datengenauigkeit?

Autor: Jean Player (fubu1000)
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Andere Möglichkeit wäre GPS. Allerdings wird das Projekt dann teurer als 
das Flugzeug ^^.

Gruß

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Andere Möglichkeit wäre GPS. Allerdings wird das Projekt dann teurer als
>das Flugzeug ^^.

Du scheinst weder über die Preise von GPS-Modulen noch über die von 
gescheiten RC-Modellen informiert zu sein.


@Stefan "stefb" B.

Wenn 'Figure 4.' richtig deute,ist das ein exemplarbedingter konstanter 
Fehler

MfG Spess

Autor: Thilo M. (Gast)
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Dir genügt die relative Luftdruckänderung.
Wie beim richtigen Flugzeug musst du den Höhenmesser vor dem Start auf 
die jeweilige Höhe kalibrieren. Dann spielen noch Wetteränderung und 
Temperatur mit 'rein. So einfach ist die genaue Höhenbestimmung über den 
Luftdruck nicht.

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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spess53 wrote:

> Wenn 'Figure 4.' richtig deute,ist das ein exemplarbedingter konstanter
> Fehler

Dann könnte man am Boden das Messsystem mit dem aktuellen Sensorwert auf 
Ausgabe "Höhe 0" oder "Höhe 123 m MSL" einstellen  und alle folgenden 
Werte wären auf diese Anfangseinstellung bezogen. Das entspricht dann 
auch dem Vorschlag von Thilo.

Autor: DCW (Gast)
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hi!!
Danke schon mal für die antworten!!!

So genau will ich die Höhe nicht bestimmen können (+- 1m)!!
hab ich mit so gedacht!!

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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Hmm, also der Sensor hat eine Empfindlichkeit (Sensitivity) von 54 
mV/kPa.

1 m entspricht nach Wikipedia ca. 0,125 (1/8) hPa oder 0,0125 kPa, d.h. 
du bräuchtest 0,675 mV Spannungstufen. Wenn der AD Wandler den ganzen 
0-5V Messbereich abdecken soll (was an sich nicht nötig ist, d.h. die 
Schaltung kann besser entworfen werden), wäre mindestens ein 13-Bit 
AD-Wandler nötig.

Aber

Bei der Genauigkeit (Accuracy) ist worst-case +- 1,8 %VFSS angegeben. 
bei VFSS 4,59 V  (Boden) wären das worst-case +- 83 mV. Das sind 
umgerechnet mit der Empfindlichkeit oben 1,54 kPa (15,4 hPa) und das 
sind worst-case +- 122 m.

Einige der Fehler, die in die Ungenauigkeit reinspielen kannst du durch 
Kalibrierung ausgleichen, andere nicht. Wenn es um einen überschaubaren 
Höhenbereich geht und wenn der Sensor fürs Ausprobieren nicht zu teuer 
ist (18-26€/Stk.?) kann man sich auf das Wagnis einlassen und im 
Hochhaus mal testen...

IMHO ist 1 m Auflösung zu anspruchsvoll. Du wirst mit einem guten AD 
Wandler und entsprechender Software zwar 1m-Werte bekommen, aber mit der 
Realität werden die wenig gemeinsam haben und z.B. bei Rekordhöhenflügen 
(gibt es das bei Modellen? Bei Modellraketen bestimmt.) nicht anerkannt 
werden.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Hallo DCW

Erst mal handelt es ein Absolutdrucksensor, das ist gut!
The Freescale MPX4100A/MPXA4100A series Manifold Absolute Pressure
MPX4100A ...

Das bedeutet, dass auf einer Seite der Membrane eine geschlossene 
evakuierte Kammer angebracht ist und auf der anderen Seite kann der 
Absolutdruck gemessen werden. Der Sensor zeigt deshalb im Ruhezustand 
schon ca. 1000 mbar an.

Das Sensorsignal muss mittels eines Instrumentenverstärkers aufbereitet 
werden. Dabei das Differenzsignal der Drucksensor-Messbrücke so 
verstärkt, dass das Ausgangssignal z.B. 2000mV bei 1000mBar bezogen auf 
Masse beträgt.

Die Höhe wird nach der ICAO Höhenformel berechnet. Die Fehler dieser 
Formel  (z.B. Feuchtigkeit) sind für Dich im 100m Bereich aber 
unbedeutend. Dabei entspricht, wie schon oben gesagt, 1 mbar Änderung 
einem Höhenunterschied von 8m. Um auf 1m Auflösung zu kommen, muss dein 
AD-Wandler eine Auflösung von mindestens 1000 * 8 -> mindestens 13 Bit 
haben.

Falls Du vor dem Start den Höhenmesser nullst,  wird er für eine gewisse 
Zeit danach korrekte Werte liefern.

Die Höhenanzeige wird sich aber bei Luftdruckänderungen deutlich ändern. 
Der Luftdruck auf Meereshöhe kann ungefähr zwischen 970 und 1030 mbar 
betragen. Normale Schwankungen liegen im Bereich von +2 und -4%.

Gruß, Bernd

Autor: Ralph (Gast)
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Wieso 13 Bit Auflösung ?
Soll die Flughöhe bis zur Rand des Weltraums bestimmt werden ?

So ein RC modell fliegt doch nur einige wenige 100 m hoch, also muss 
doch nur der Meßverstärker so dimensioniert sein, das er den Luftdruck 
im Bereich von 0 - ~1000 m auf einen Spannungsbereich von 0 - 5 Volt 
streckt.

Dann reicht der 10 Bit vom µC geradeso. Reichen 500 m maximale Höhe, 
dann wären es sogar nur 9 Bit bei einer Auflösung von 1 m.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Nachwort an DCW und Stefan:

Nehmen wir mal an, Du befindes dich in 264m über NN.
Dein Sensor zeigt 980mbar. Dieser Wert wird genullt.

Dann soll der Höhenmesser zeigen:
mbar Höhe[m]
979   8
978  16
977  32
...

Jetzt könnte man das Signal invertieren, also einfach am Sensor die 
beiden Ausgänge tauschen und die Verstärkung entsprechend erhöhen, bis 
1m ungefähr 2,49 mV entspricht. Dann hätte ein 10Bit Wandler (ATmega) 
ca. 1m Auflösung

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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Alright.

But statt bei diesem Sensor 90% des Messbereichs "wegzuwerfen" und die 
nachfolgende Schaltung und den AD-Wandler auf den Rest zu tunen, könnte 
man gleich einen Sensor nehmen, der für den interessanten 
Luftdruckbereich satte Signalpegel liefert. An ein Mofa baue ich ja auch 
keinen Porsche-Tacho.

Die 13-Bit waren als "worst-case" gemeint. Die Diskussion über die 
Genauigkeit des AD-Wandlers ist IMHO müssig, weil der Sensor vielleicht 
zu ungenau für +- 1 m ist.

Die Gesamtmenge aller Fehler kann allein vom Sensor her auf eine 
Ungenauigkeit von max. +- 120 m hochgehen. Es bringt wenig diesen Fehler 
dann durch einen auf "1 m genauen AD-Wandler" zu schicken.

Man kann bestimmt durch Nullen/Kalibrieren den Gesamtfehler etwas 
vermindern. Man darf aber nicht erwarten, dass man mit diesem Sensor auf 
+- 1 m genaue Werte kommt.

Genau jetzt im Sinn von einer Wiedergabe der echten Verhältnisse, also 
in St.Peter-Ording auf 3 m stellen und auf dem Matterhorn 4478 m 
ablesen...

Autor: DCW (Gast)
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Hi!!

Um eines mal klarzustellen:

Ich will wenn ich den sensor einschalte das er 0m ausgiebt - also auf 0 
kalibriert wird. Ich will ja gar nicht die echte Höhe wissen!!
Und von meinem Standpunkt aus sollte er danach so ca. 500m mit 1m 
genauigkeit messen können.

Ich dachte da daran, das ich dem Sensor einen Verstärker nachschalte und 
dieses Signal dann mit einem OPV auswerte, so wie hier beschrieben:

http://images.google.at/imgres?imgurl=http://www.k...

Wobei ich diese erklährung nicht verstehe - der redet da von einer 
auflösung von 20cm!!!!

MFG

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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Kaufen. Aufbauen. Testen. Berichten ;-)

Die < 10 cm bzw. 20 cm beziehen sich IMHO auf die Auflösung der 
nachfolgende ADC-Schaltung. Was der Sensor leistet... der "worst-case" 
scheint nicht das Maß der Dinge zu sein, zum Glück.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Diese Drucksensoren sind alle temperaturabhängig. Für eine Auflösung im 
Zentimeterbereich muß man eine Temperaturkompensation einbauen. Im 
Flugmodell kommt vermutlich noch eine Fehler durch den Staudruck hinzu, 
Beschleunigung und Abbremsen bewirken eine Höhenänderung. Ich habe das 
mal im Zug ausprobiert, im Tunnel änderte sich der Druck um etwa 20 m.

Autor: Maria (Gast)
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Nimm einen SCP1000 mit integriertem ADC (SPI/I2C) auf Breakout Board.

http://shop.hy-line.de/index.php?cPath=2_4
http://www.sparkfun.com/

Der geht auf 10cm Höhe genau.

Autor: Peter (Gast)
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Hallo,
GPS sind heutzutage garnicht mehr allzuteuer. Schau doch mal bei Markt 
da werden Modul teilweise für 20€ Angeboten. Ich habe übrigens mal 
versucht einen XFPM-115 auf ein mBar genau auswerten. Das war allerdings 
nur relativ über 2-3 Minuten möglich weil der Sensor schon von sich aus 
über eine relativ kurze Zeit getriftet ist. Das ganze konnte ich damals 
mit einen hochgenauen Multimeter nachmessen. Also an der Schaltung wird 
es nicht unbedingt gelegen haben. Außerdem war dieser Sensor auch noch 
Temperaturabhängig. Das driften hat auch nicht nach 20min "warmlaufzeit" 
aufgehört.
Gruß
Peter

Autor: Klaus (Gast)
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@Peter
Der Höhenwert ist bei GPS das aller-Ungenaueste.
Kannste vergessen.

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