Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hilfe für Projekt gesucht!


von Markus P. (scheunenfund)


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Hallo Community,

Ich bin Elektriker im 2. Lehrjahr und habe mit einem Schulkollegen ein 
Projekt gestartet das uns ein "sehr gut" in der Automatisierung 
verschaffen soll. Damit wollen wir uns nach der Lehre weiter 
qualifizieren für die FH Emden. ;)

Unser Projekt: Ein Roboterarm (selbstgebaut aus Duralblechen und mit 
Streben verbunden, schon fertig) soll farbige Klötze in ein Regal 
einsortieren. Die Klötze sind verschieden Mischfarbig (lila, Gelb, 
Orange etc)
Die Steuerung übernimmt eine SPS.

Ablauf ist so:
Förderband fördert einen Klotz heran, Kapazitivsensor erfasst den, gibt 
eine 1 an den Prozessleiter. Arm fährt herüber (Position 
einprogrammiert) und misst die Farbe. -> Sensorik siehe unten
Dann wird eine von 9 Einprogrammierten Regalpositionen gewählt und der 
Klotz dort abgelegt. Die RGB Analogwerte werden nun dem Regalfach 
zugewiesen und ab sofort werden alle gleichfarbigen auch dort abgelegt.


Später wollen wir dem Arm noch ein HID verpassen, Fernsteuern über Funk 
und  vllt noch auf Räder setzen (Pläne existieren schon)

Zur Sensorik hab ich schonmal nen Fred erstellt. Da geben 3 Fotodioden 
mit Farbfilter einen 0-20µA Helligkeitswert und ein OPV gibt eine 
0-10Volt Spannung am Ausgang. (Funktioniert noch nicht)



Mein Problem ist.. Man findet hier in unserem Kuhkaff ;) Keinen Experten 
der sich Wirklich damit auskennt. Nichtmal Studierte Lehrer in der 
Schule können mir helfen (Antwort: Hab ich nix mit zutun, kenn ich 
nicht.. )
Ich bin in S7 Programmierung und Elektrotechnik ganz fit, aber Diskrete 
Elektronik ist neuland für mich.

Ich möchte in diesem Thread hier euch um Hilfe bitten für ganz Spezielle 
Fragen zur Elektronik stellen, die mir sonst keiner Beantworten kann. 
Und ganz nett wäre dabei ein wenig Lerneffekt. ;)

Fragen Folgen.. ;)

von Markus P. (scheunenfund)


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Problemkind:

Motortreiber

Wir wollen unsere Schrittmotoren (Nanotec ST5909M, 2A 3,3V) über eine 
Selbstgebaute Treiberplatine steuern. (Fertigkaufen ist Langweilig. ;) )
Die SPS kann nur +24V (1) oder kein Kontakt(0) Steuern. Drum haben wir 
eine Platine mit BUZ11 konzipiert, um Masse bzw Plus zu schalten. Siehe 
Anhang.

24Volt Steuerspannung haben wir aufgeteilt auf 12Volt. 3,3 Volt liegen 
am BUZ an. Reichen diese 9Volt bzw 15 Volt um den BUZ11 fast 0 Ohm 
durchlässig zu machen? Im datenblatt ist ne ganz häufige Zahl die 
20Volt. Kenne mich aber nicht mit den ganzen Werten aus. :/

Gleichstrommotor heißt Induktive Spannungsspitzen beim ausschalten bzw 
umpolen. Kann ich diese mit 2 Gegeneinandergeschalteten ZDioden wie im 
Schaltplan kurzschließen? Kenne das Verhalten von Zenerdioden in 
Durchlassrichtung nicht.. :/

Wir wollen das umpolen der Motorwicklung anzeigen durch eine 2Farben 
LED, 3,3 Volt Betriebsspannung bei 20 mA. Umpolen wechselt die Farbe der 
LED.
Kann ich diese LED ohne Vorwiderstand betreiben? Denn eine LED ist ja 
ein einfacher pn Übergang der Niederohmig sein sollte. Muss der Strom 
begrenzt werden?

Der Widerstand am Ende wird mit einem BUZ11 kurzgeschlossen. Zwecks 
Stromabsenkung.

von Skua (Gast)


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Vorwiderstand vor LED immer.
Das mit Q5 und Q10 geht so nicht die sind nicht bidirektional.

Zeichne das ganze mal so das man die H-Brücken ohne Kopfschmerzen 
erkennen kann.

Z-Dioden im Durchlass wie "Normale" Dioden.

von Markus P. (scheunenfund)


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Problemkind:

Sensorik



Unser Farbsensor besteht aus einer Fotozelle die maximal 20µA liefert.
In der Praxis sind das nurnoch 2 - 3 µA, da wir das Umgebungslicht 
abdämpfen mussten. Dieser "Offset" im Strom hätte uns sonst zu stark das 
Messergebnis verfälscht, denn bei einer Drehung vom Arm haben wir einen 
anderen Offset des Stroms gehabt.
Gelöst haben wir das nun durch ein 10 cm Langes Aluröhrchen, die 
Fotozelle ist am unteren Ende eingelötet. Somit haben wir den 
Einfallwinkel des Lichts auf wenige Grad begrenzt. Leider auch kaum mehr 
Strom am Ausgang.

Gibt es einen OP der mit 0-5 µA arbeiten kann? Bräuchte da einen OPV mit 
niederohmigen Eingang und Hochohmigen Ausgang. Transimpedanzberechungen 
schaffe ich selbst.. ;)

Problem ist das ich mich nicht mit den ewig vielen Kenngrößen eines OPVs 
auskenne..

0-5µA, wenige kHz Bandbreite und Möglichst wenig Leckstrom bräuchte ich.
TLC272 von Taxas Instruments. Kann ich den verwenden? Oder gibts da nen 
Hochohmigen Eingang?


Thema Versorgungsspannung OPV.. Welchen Einfluss hat das ob ich nun +/- 
15 Volt anlege oder +15V/0V ?

von Markus P. (scheunenfund)


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Skua wrote:
> Vorwiderstand vor LED immer.
> Das mit Q5 und Q10 geht so nicht die sind nicht bidirektional.
>
> Zeichne das ganze mal so das man die H-Brücken ohne Kopfschmerzen
> erkennen kann.
>
> Z-Dioden im Durchlass wie "Normale" Dioden.


Mach mich gleich dabei das umzuzeichnen. *g

Was meinst du mit Bidirektional? Der MosFET ists doch egal ob der Strom 
vom  Source oder Drain kommt oder?

von Skua (Gast)


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Hochohmiger Ausgang wozu soll das gut sein

von Markus P. (scheunenfund)


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Hochohmiger Ausgang = Spannungsausgang oder?

Der OPV Soll ja 0-10Volt ausgeben und keine 4-20 mA

@Anhang. In H Schaltung aufgebaut aber nur für eine Motorwicklung..

von Skua (Gast)


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Auf ne Art schon Richtig.
Hochohmiger Ausgang = nicht Belastbarer Ausgang.

Schaltplan schon besser aber + Zweige nach oben.

Q5 nicht in Motorleitung sondern in die GND Leitung zu Q2 Q4.

Gleiche Spannungen mit gleichem Namen versehen.

von Skua (Gast)


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+-15V hat den Vorteil dass das Eingangssignal 0V sein kann ohne das der 
OP anfängt rumzuspinnen.

Beim FET ist es nicht egal wierum der Strom fliesst sondern viele Typen 
haben ein ausgeprägtes Diodenverhalten.

von Markus P. (scheunenfund)


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Hoffe nu ists richtig in der Form. ;)


Nebenbei noch ne Frage..
Es spielt beim BUZ11 doch keine Rolle ob nun am Source oder Drain eine 
Positive Spannung anliegt oder?
Oder spielt die Verbindung des Source auf das Substrat noch eine Rolle?

Werd mal nochmal die Wikipedia Server quälen.. ;)

von Markus P. (scheunenfund)


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Hmkay, Danke für den Tipp Skua.

der BUZ11 zeigt in Gegenrichtung betrieben Diodenverhalten. Liegt an der 
leitenden Verbindung zwischen Source und Substrat. Da wäre die Platine 
bestimmt an die Wand geflogen weils nicht funktioniert. ;)

Aber das Problem ist ja gelöst da der BUZ nurnoch gegen GND schaltet und 
nicht mehr GND oder +3,3V.
Muss das noch fix im Schaltplan mit jedem FET Berichtigen.

Danke! ;)

von Markus P. (scheunenfund)


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Dann noch die Frage nach dem OPV..

Kann ich den TLC272 benutzen um 0-5µA auf 0-10Volt zu verstärken?

von Matthias L. (Gast)


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>Kann ich den TLC272 benutzen um 0-5µA auf 0-10Volt zu verstärken?

Sicher.

von Skua (Gast)


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Jetzt frag ich mich nur noch wo deine DUO-LED geblieben ist.

von Markus P. (scheunenfund)


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Okay. Eine Frage hab ich dann für heute noch. ;)

Nach meinem Verständnis ist der BUZ11 ein n Kanal Anreicherungs FET.

Das Bedeutet für mich in der Praxis also.

Source -> -3,3V
Gate -> 12V

Transistor Schaltet durch mit 0,04 Ohm.

Oder

Source -> 3,3V
Gate-> xxx

In diesem Fall ist die Gatespannung egal, der Transistor fungiert als 
BodyDiode denn die Positive Spannung geht über den Source->Bulk Kontakt 
auf das Substrat und bildet mit dem Drain einen leitenden p-p-n 
übergang?

Richtig?

von Markus P. (scheunenfund)


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Kommt. Moment. ;)

von Skua (Gast)


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So hab ichs auch verstanden.

von Markus P. (scheunenfund)


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Matthias Lipinsky wrote:
>>Kann ich den TLC272 benutzen um 0-5µA auf 0-10Volt zu verstärken?
>
> Sicher.

Matthias,

ich hab ne Note aus der Technischen Beschreibung rausgezogen. Vom 
TLC272.
High Input impedance ...10hoch12  Typ

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tlc272.html


Ist das nicht sehr schlecht für die Strommessung der Fotozelle?

Und..

Mir stehen nur +3,3V zur Verfügung.. Ich kann aber doch einfach den 
Source an GND klemmen und +3,3V an Drain um mit dem Transistor zu 
arbeiten oder?

Sorry für diese Masse an Fragen.. Aber ich find irgendwie nur hier 
Kompetente Leute.. ;)

von Skua (Gast)


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Ganz im Gegenteil so kannst du deinen R frei Wählen.
z.b. 10K * 5µA = 50 mV
mit V=200 sind 10V

von Matthias L. (Gast)


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>Ist das nicht sehr schlecht für die Strommessung der Fotozelle?

Warum? So ist sicher gestellt, dass kein Strom in den OPV 
"verschwindet". Sondern alles über den Rückkoppel-R zum AUsgang fließt.


>Mir stehen nur +3,3V zur Verfügung.. Ich kann aber doch einfach den
>Source an GND klemmen und +3,3V an Drain um mit dem Transistor zu
>arbeiten oder?

Was?

von Markus P. (scheunenfund)


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Matthias Lipinsky wrote:
>>Ist das nicht sehr schlecht für die Strommessung der Fotozelle?
>
> Warum? So ist sicher gestellt, dass kein Strom in den OPV
> "verschwindet". Sondern alles über den Rückkoppel-R zum AUsgang fließt.

Aber der OPV hat dann ja gar keinen Strom mehr mit dem er arbeiten 
kann..
Angenommen die Fotozelle gibt 5µA im Kurzschluss.. Dann wird der Strom 
mit einem Hochohmigen Verbraucher in Reihe doch fast null sein. Der OPV 
hat ja nun keinen "Messwert" zum Verstärken mehr. Ich habs ja so 
Verstanden das beim TLC272 ein Kleiner Strom eine Große Spannung zur 
Folge hat.

Wenn man nun aber eine kleine Spannung auf eine große Spannung 
verstärken will ist das ja Gewünscht das der Input ne hohe Impedanz hat.

Ich gebs auf den OPV zu verstehen und vertrau euch da jetz einfach. ;)


>>Mir stehen nur +3,3V zur Verfügung.. Ich kann aber doch einfach den
>>Source an GND klemmen und +3,3V an Drain um mit dem Transistor zu
>>arbeiten oder?
>
> Was?

Da gings um die Annahme das der BUZ11 als n-Channel Enhancement MosFET 
eine Negative Source Spannung aber eine Positive Gatespannung braucht.

Richtig? :/

von Matthias L. (Gast)


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>Aber der OPV hat dann ja gar keinen Strom mehr mit dem er arbeiten
>kann..

Hm.. Ich glaube, du solltest dich mal mit den Grundlagen des OPVs 
befassen.


>Angenommen die Fotozelle gibt 5µA..

Oh man.. ALso OK:

Ein OPV wird gewöhnlich (auch hier) mit Gegenkopplung betrieben. Das 
bedeutet. Es gibt eine elektrische Verbindung vom Ausgang zum 
invertierenden Eingang. (Hier über einen Widerstand).

MERKE
1
Der OPV regelt die Ausgangssspannung jetzt so, dass die Spannung zwischen
2
 dem Invertierenden und dem nicht-invertierenden Eingang NULL ist. Diese
3
 Spannung nennt man Differenzspannung.

Also. Wenn jetzt die Fotodiode unter Beleuchtung 5µA liefert (in 
Pfeilrichtung), dann muss dieser Strom durch den Widerstand fließen. Der 
OPV kann ja keinen Strom aufnehmen, da er einen (fast) unendlichen 
Innenwiderstand hat. Da der OPV weiterhin die Differenzspannung zu Null 
regelt, ist die Fotodiode quasi im Kurzschluss betrieben (und liefert 
den Kurzschluss-fotostrom). Die Ausgangsspannung muss aber jetzt R mal 
5µA sein, da sonst die Diff.spannung nicht NULL ist.
                   <--I
         .-----[R]------.
         |   .-----.    |
 | I     |   |     |    |
 |   .---o---|-    |    |
\|/  |       |     |----o-------
    _|_    .-|+    |              |
    /|\    | |     |             \|/ UA
     |     | '-----'
GND==o=====o====================

Falls der OPV aber selbst Strom durch seinen Eingang aufnimmt, "fehlt" 
dieser im Widerstand, und somit fehlt Spannung am Ausgang.
Soweit klar?

>Da gings um die Annahme das der BUZ11 als n-Channel Enhancement MosFET
Ja.
>eine Negative Source Spannung aber eine Positive Gatespannung braucht.
>Richtig? :/


Kommt drauf an, auf was du diese beiden Angaben beziehst.

Folgende Aussage reicht aber:
Die Gate-Source-Spannung (also von Gate nach Source gemessen) muss 
positiv sein. Wie diese Spannungen zur Schaltungsmasse stehen, ist eine 
andere Sache und für den FET egal.

von Michael G. (linuxgeek) Benutzerseite


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Skua wrote:
> Vorwiderstand vor LED immer.

Das sagst mal gewissen, gestandenen E-Technik und Physik-Professoren. 
Ich dachte damals, mein Schwein pfeift, als er mit "... naja dann haben 
wir den Widerstand halt gleich weg gelassen, hat auch funktioniert." kam 
:D

von Markus P. (scheunenfund)


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Diese Schaltung habe ich mir heute geätzt und warte nun auf meine 
Bauteile zum bestücken.

Meld mich sobald ich weiß obs funktioniert. :D

von Matthias L. (Gast)


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>iese Schaltung habe ich mir heute geätzt und warte nun auf meine
>Bauteile zum bestücken.

Die wird nicht gehen. Du hast ja viermal denselben Typ FET für die 
Brücke verwendet.

Soweit wäre das ja noch ok. Aber die oberen beiden sind falsch herum 
angeschlossen.


Weiterhin, wozu soll D1 und D2 gut sein? FETs haben interne Dioden. Die 
begrenzen die Motorspannung (bei ner H-Brücke) immer auf maximal Ub+2Uf.

Hinter den Sinn von R1..R6 steige ich auch nicht. Falls diese 
Gatewiderstände sein sollen, viiiiiel zu groß. Da nimmt man die 
Größenordnung 10Ohm.

Wozu ist Q5 und R7? Begrenzung des Inrush-Current für den fehlenden! 
Zwischenkreiselko?

von Markus Paals (Gast)


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>Soweit wäre das ja noch ok. Aber die oberen beiden sind falsch herum
>angeschlossen.

Warum falsch herum?
Die 3,3V kommen vom Trafo aufs Source, Drain ist mit dem Motor 
verbunden.
Unten kommen die 3,3V aus dem Motor in den Source und drain mit GND 
verbunden.

Die D1 und D2 sollen die Induktive Spannungsspitzen kurzschließen. 
Wusste nicht das die BUZ schon freilaufdioden drinne haben.

Die Widerstände sollen einen Spannungsteiler darstellen die mir die 
Gatespannung auf 12 Volt holt.. Denn die SPS steuert mit 24 Volt an. 
Laut Datenblatt will der BUZ aber nur maximal 20 Volt zwischen Gate und 
Source.Und ich dachte mir, der Widerstand kann ruhig sehr hoch sein, 
denn die Spannung am Gate wird dadurch nicht weniger.. Nur die Zeit in 
der sich des Gate "Lädt" ...
Erstmal so geplant um auf nummer sicher zu gehen.. Andere Widerstände 
kann ich immernoch einlöten.

Q5 und R7..
Plan ist das Q7 sich 10ms vor jeder Bewegung zuschaltet und den R7 
kurzschließt. Nach der Bewegung wird Q5 wieder abgeschaltet..
Sinn der Übung.. Begrenzung des Motorstroms in Ruhezustand.. Denn ich 
brauche keinen vollen Strom für vollen haltemoment.. Da reicht schon die 
Hälfte.

Also sind die oberen NUZ falschrum angeschlossen? Warum? :/

von Markus Paals (Gast)


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Naja das scheints zu sein.

BUZ schaltet eine Negative Source->Drain spannung. Also An Source Masse 
und + auf Drain.

Dann wären ja folglich alle 5 Transistoren falschrum.? :/

von Uwe (Gast)


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Hi!
Q1-Q4 sind falschrum, Q5(Source ist an GND) passt. Die R's bitte so 
berechnen das sich ca. 10+3,3V am Gate von Q1-Q4 (Ugs=10V)einstellen.
Mach die R's nicht zu gross.

Viel Erfolg, Uwe

von Markus P. (scheunenfund)


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Uwe wrote:
> Hi!
> Q1-Q4 sind falschrum, Q5(Source ist an GND) passt. Die R's bitte so
> berechnen das sich ca. 10+3,3V am Gate von Q1-Q4 (Ugs=10V)einstellen.
> Mach die R's nicht zu gross.
>
> Viel Erfolg, Uwe

Das ist mal ne Hilfe!

Danke! :D

von Markus P. (scheunenfund)


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Schaltung funktioniert! Danke für eure Hilfen..

Nun mein neuestes.. Siehe Anhang.

Das ist eine Platine die 6 Motortreiber der Sorte ansteuern kann die ich 
mit eurer Hilfe gebaut hab.

Ausgang sind 6 Pole, A - A/ - B - B/ - Stromabsenkung - GND

Eingang für einen Motor: Takt/Richtung/Stromabsenkung.

Funktion:

Clock wird mit einem Positive Flanken JK und einem Negativen Flanken JK 
halbiert und die Ausgänge einen Clock voneinander versetzt.
Richtungssteuerung kommt nun durch einen SPS input, der die Ausgänge des 
ersten JK nochmal invertiert. Somit laufen die Schritte Rückwärts. 
Beliebig Erweiterbar.

Bin noch dabei die Schritte feiner aufzulösen um auch die Bipolar 
Motoren mit 4 Windungen ansteuern zu können oder evtl 
Microschrittbetrieb.
Trick ist den Eingangsclock immer weiter zu zerhacken mit JK Flipflops 
als Toggle geschaltet. Die gewünschte Auflösung soll später per Jumper 
einstellbar sein. Ob Vollschritt, Halbschritt oder noch weniger..

Weiteres in Arbeit.


Zwei Probleme bei denen ich Hilfe bräuchte..

Den 5V TTL Pegel auf 12 bzw 24 Volt zu bringen um MosFets anzusteuern. 
Wie mach ich das?
So Schlagworte waren Pullup Widerstand oder Pegelwandler.
Könnt ihr mir da nen Tipp geben?
Und ich möchte die Stromabsenkung auch vom Steuergerät weghaben. Drum 
sollte es ein Retriggerbarer Monostabiles Kippglied sein was nach 300 ms 
sowas in 0 zurückfällt.
Wie mach ich denn sowas? Gibts da Fertige TimerICs?

von Markus P. (scheunenfund)


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Hm Schaltplan vergessen.. ;)

von Uwe (Gast)


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Hi!
>Den 5V TTL Pegel auf 12 bzw 24 Volt zu bringen um MosFets anzusteuern.
Schraubt ihr jetzt eure Kreativität zurück?
Wie wäre es mit ULN29xx oder gleich richtigen Mosfettreibern.
Wenn unbedingt Eigenbau, schaue mal nach Totempolschaltung...
>sollte es ein Retriggerbarer Monostabiles Kippglied sein was nach 300 ms
>sowas in 0 zurückfällt. Wie mach ich denn sowas?
???? Monoflop und Gogle eventuell.
>Gibts da Fertige TimerICs?
Aber natürlich ist sowas zu bekommen.

Jetzt aber hingesetzt und Hausaufgaben gemacht, beim Abschreiben lernt 
man nichts.

Viel Erfolg, Uwe

von Markus P. (scheunenfund)


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Totem Pole und Monoflop..

Wiedermal 2 Schubse in die Richtige Richtung. :D

Danke Uwe!

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