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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 2 Motoren, die exakt synchron laufen (Indoor Laser GPS)


Autor: Sebastian Geiselhardt (seppelg)
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Hallo Leute,

wir bauen für unsere Studienarbeit ein Indoor GPS System. Wir wollen 2 
Laserstrahlen aus 2 Verschiedenen Richtungen durch ein Feld laufen 
lassen. Hierfür brauchen wir 2 Motoren, die genau mit der allergleichen 
Drehzahl synchron drehen. Wir dachten, dass sich so etwas mit 
Festplattenmotoren (Synchrone Drehstrommotoren) realisieren lässt. Die 
Frage ist dann nur, wie können wir beide Motoren gleich ansteuern? 
Eventuell über die gleiche Spannungsquelle auf einer Platine beide 
Motoren anschließen. Wenn jemand eine andere Idee hat sind wir sehr 
dankbar.
Viele Grüße Sebastian

Autor: Klaus2 (Gast)
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...wenn ihr daran schon scheitert, wie soll das dann mit dem rest 
klappen? :)

die ansteuerung der motoren müsst ihr selber bauen, dann die beiden 
steuerungen vernetzen und eine als master definieren. alleridngs sollte 
bei genügend massenträgheit und ohne äußere einflüsse die drehzahl bei 
SAUBERER ansteuerung nicht schwanken (aber synchron müsst ihr sie 
dennoch einregeln).

Klaus.

Autor: Klaus2 (Gast)
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...ahso: evtl schaut ihr euch die ansteuerung erstmal einfach an nem 
oszi an, ne platte läuft ja bereits mit einfacher stromversorgung an.

Klaus.

Autor: Florian (Gast)
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Hallo,

schaut mal in den letzten elektor Ausgaben nach, dort gab es ein Projekt 
mit Motoren aus Computer Laufwerken zur Laserstrahl Steuerung. Keine 
Ahnung ob das genau genug für Euch ist.

http://www.elektor.de/jahrgang/2008/november/laser...

Bei einer Anmeldung gibt es 10 Credits geschenkt. Den Artikel kann man 
so gratis downloaden :-)

Gruß
Florian

Autor: Falk Brunner (falk)
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Das Zauberwort heisst PLL.

Autor: Stefan (Gast)
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Das Zauberwort heist "Servo" !
Oder für Stundentenbudgets ggf. auch "Schrittmotor"...

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Indoor GPS System
Indoor Global Positioning System System?
Mit LCD-Display und uC-Mikrocontroller?

Zur Sache:
du mußt mur einen zentralen Impuls generieren, und den an die beiden 
Motor-Regler leiten. Die Motoren geben dann z.B. pro Umdrehung einen 
Impuls zurück, und diese beiden Impulse werden pro Motor aufeinander so 
geregelt (mit der bereits angesprochenen PLL), dass eine Phasendifferenz 
von 0 herauskommt. Dann ist nur noch eine evt. unterschiedlich lange 
Laufzeit der Impulse durch unterschiedliche Kabellängen vom Impulsgeber 
zu den Drehzahlreglern zu berücksichtigen und fertig.

Wie ein Drehzahlregler und eine PLL aufgebaut ist, das sollte man aber 
schon selber herausfinden, wenn man eine
> Studienarbeit
macht   :-o

Autor: Andreas K. (derandi)
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Zwei Synchronmotoren benutzen? Die können nicht anders als Netzsynchron 
laufen, da gibts keinen Schlupf, höchstens eine belastungsabhängigen 
Nachlaufwinkel, aber da kann ich dann nicht helfen. Die ans selbe Netz 
hängen, dazu vielleicht noch eine Schaltung* die kontrolliert das auch 
beide mit dem gleichen Winkel laufen und fertig.

* z.B. ne kleine Lichtschranke an der Achse, ein Motor darf Master 
spielen. Zuerst beide Motoren anschalten, hochlaufen lassen und dann 
einen Motor abschalten und etwas auslaufen lassen bis beide 
Lichtschranken gleichzeitig schalten, dann den Motor wieder zuschalten.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Darf ich mal eine Frage stellen?

Unter Indoor GPS mit Lasern kann ich mir nichts vorstellen. Was ist das 
Arbeitsprinzip?

Autor: Hans Wurst (hans_wurst)
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Hallo,

falls es dir eine Hilfe/Tipp ist: ich verwende zwei Schrittmotoren die 
jeweils von einem Steuermodul (SMC11 von der Firma Nanotec) angetrieben 
werden. Man man braucht somit nur einen Takt erzeugen, bei dem das Modul 
den Motor immer einen Schritt weiter drehen lässt.
Verwendest du also ein und den selben Takt für beide Steuermodule, 
brauchst du dich somit nicht mehr darum zu kümmern, dass beide Motoren 
gleich schnell drehen.

Autor: max (Gast)
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Also generell würd ich sowas auch über Schrittmotoren machen, da hat man 
je nach Motor eine schöne hohe auflösung und kann es recht einfach 
synchronisieren.

Am einfachsten wird für dich sein, du guckst dich mal bei Nanotec um. 
DIe haben mit Sicherheit eine Steuerung im programm die eure 
Anforderungen gewachsen ist.

http://de.nanotec.com/schrittmotor_positioniersteu...

Evtl. ist das sogar schon eine passende Steuerung für euer Vorhaben.

MfG

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ max (Gast)

>Also generell würd ich sowas auch über Schrittmotoren machen, da hat man

Nicht sinnvoll.

>je nach Motor eine schöne hohe auflösung und kann es recht einfach
>synchronisieren.

Kann man mit normalen Motoren ebenso, ausserdem sind diese viel 
einfacher bei höheren Drehzahlen steurbar. Die wesentlichen 
Eigenschaften eines Schrittmotors können hier nicht sinnvoll eingesetzt 
werden.

MfG
Falk

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Karl heinz Buchegger wrote:
> Darf ich mal eine Frage stellen?
> Unter Indoor GPS mit Lasern kann ich mir nichts vorstellen.
> Was ist das Arbeitsprinzip?
Das frage ich mich allerdings auch...
Eine kombinierte Triangulations- und Zeitdifferenz-Messung eventuell?


> Die wesentlichen Eigenschaften eines Schrittmotors können
> hier nicht sinnvoll eingesetzt werden.
Vermutlich sind die "Schritte" und mechanischen Nichtlinearitäten sogar 
eher hinderlich...

Autor: Sebastian Geiselhardt (seppelg)
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Also ziel des Projektes ist in einem Spielfeld von 6x6 Metern die 
Position eines Fahrzeugs zu bestimmen. Auf dem Fahrzeug befindet sich 
eine Photodiode, die den Laser erkennt. Nun sollen 2 Strahlen mit 
verschiedenen Wellenlängen von 2 Ecken aus durch den Raum geschickt 
werden. Diese beiden Strahlen brauchen den selben 0° Durchgang. Nun kann 
man aus den Laufzeiten der beiden Strahlen die beiden Winkel berechnen 
und daraus dann letztlich die exakte Position.

Unser großes Problem sind nun nur die Motoren.
Am liebsten wäre uns eine fertige Lösung für das Ganze, die nicht allzu 
teuer ist. Es waren ja bereits sehr gute Ideen dabei. Wenn wir noch eine 
Ansteuerung und Regelung selbst bauen müssen, sprengt das eigentlich 
schon unseren Zeitplan. Warum würden die Schrittmotoren nicht 
funktionieren? Diese wären in einem preislichen Rahmen, der akzeptabel 
ist.

Habe nun schon mit mehreren Motorenherstellern gesprochen. Viele meinten 
wir bräuchten Servomotoren mit Regelungseinheiten. Da wären wir bei 
ca.2000 - 3000€. Andere haben Bürstenlose Gleichstrommotoren empfohlen. 
(ca. 1000€)
Hat jemand vielleicht ne Idee für fertige Lösung, die sich im Preislich 
überschaubaren Rahmen hält?

Autor: skorpionx (Gast)
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Es gibt’s keinen gleichen Geschwindigkeiten…
Es muss geregelt werden mit dem Prinzip Master-Slave Positionen.
Aber wenn die getriebene Fahrzeuge sind freibeweglich   dann bring das 
andere Probleme.
Das Beste wäre ein eigenes GPS-Home System…

Autor: Blackbird (Gast)
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"... Position eines Fahrzeugs zu bestimmen. Auf dem Fahrzeug befindet 
sich
eine Photodiode, die den Laser erkennt. Nun sollen 2 Strahlen mit
verschiedenen Wellenlängen von 2 Ecken aus durch den Raum geschickt
werden. Diese beiden Strahlen brauchen den selben 0° Durchgang. Nun kann
man aus den Laufzeiten der beiden Strahlen die beiden Winkel berechnen
und daraus dann letztlich die exakte Position."

Linienlaser hochkant?
Nur eine Photodiode für beide Wellenlängen? Wie unterscheidet die die 
Wellenlängen? Hat die Photodiode eine gleichbleibende 
Rundum-Empfindlichkeit?
"In den Ecken" würde bedeuten, das die Laser 90° hin und her schwenken 
müßten und am Umkehrpunkt Fehler machen. Außerdem ist der 
Triangulationsfehler unterschiedlich hoch. Das stellt dann höhere 
Anforderungen an die Genauigkeit der Laser(-dreh-)führung.


Blackbird

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Wie man Motoren in der Phase nachregelt wird in jedem Videorecorder 
vorgemacht. Dort wird der Kopftrommelmotor auf die Phase des 
Zeilenimpulses nachgeregelt damit der Videokopf in der Spur bleibt. 
Vielleicht koennte ihr euch ein paar alte Kopftrommelmotoren aus 
Videorecordern besorgen. Der Hallsensor fuer die Positionserkennung ist 
dort auch schon eingebaut. Auch gibt es dafuer fertige ICs die den Motor 
regeln.

Gruss Helmi

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Unser großes Problem sind nun nur die Motoren.
Da würde ich mich mal nicht so drauf versteifen...
Das ist nur eines eurer Probleme.

Soll sich der Strahl mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehen?
Bewegst du mit dem Motor einen Spiegel (wie in der Kasse beim 
Kaufladen)?


> Nun kann man aus den Laufzeiten der beiden Strahlen die beiden Winkel
> berechnen und daraus dann letztlich die exakte Position.
Mit "Laufzeit" ist wohl eher die "Zeitdifferenz" zwischen den beiden 
Impulsen gemeint.
Ich bin mir noch nicht so ganz sicher, dass das reicht. Du brauchst doch 
auf jeden Fall noch einen Null-Impuls. Nur dann kannst du sagen, wo du 
z.B. auf der Mittelgeraden zwischen den beiden Sensoren bist. Denn dort 
kommen die beiden Strahlen immer zeitgleich an, d.h. die Zeitdifferenz 
ist immmer 0.

Autor: Sebastian Geiselhardt (seppelg)
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>Linienlaser hochkant?
>Nur eine Photodiode für beide Wellenlängen? Wie unterscheidet die die
>Wellenlängen? Hat die Photodiode eine gleichbleibende
>Rundum-Empfindlichkeit?
Richtig, genau Linienlaser hochkant.
Ob wir eine oder 2 Photodioden nehmen, steht noch nicht fest. Haben 
momentan ne Testschaltung mit ner Diode, die Rot, Blau, Grün erkennt.
>"In den Ecken" würde bedeuten, das die Laser 90° hin und her schwenken
>müßten und am Umkehrpunkt Fehler machen.
Die Laser sollen um 360° drehen, alledings ist für uns nur ein 90° 
Winkel relevant. Beim Nulldurchgang soll ein Synchronisationsblitz 
gesendet werden. Nun können wir, wenn wir eine bestimmte drehzahl haben 
die Zeit messen, die der Laser von 0° bis x° braucht und das aus zwei 
Richtungen. Je nach der Art des Spiegels, den wir für die Ablenkung 
verwenden brauchen wir unterschiedliche Drehzahlen. (2800 Umdrehungen 
bei Dreiecksspiegel, 4200 Umdrehungen bei Doppelspiegel)
> Das stellt dann höhere Anforderungen an die Genauigkeit der 
Laser(-dreh-)>führung.

Genau da liegt unser Problem:
Bisher konnte uns keiner sagen, mit welcher Motorkombination wir die 
gewünschte Sache realisieren könnnen.

Autor: Zapp (Gast)
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Ich wuerd Schrittmotoren im Mikroschrittmodus verwenden. Da bekommt man 
nahezu beliebig hohe Winkelaufloesung. Dann kann man sich beschraenken 
nur sas Feld  des Interesses zu scannen. Die zwei Wellenlaengen mit 
Farbfiltern wuerd ich ersetzen durch Modulation des Lichtes. Wenn man 
das licht des diodenlasers mit einigen MHz einer Pseudozufallssequenz 
moduliert kann man die Quellen auseinanderhalten.

Autor: Klaus2 (Gast)
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"Unser großes Problem sind nun nur die Motoren."

Das glaubst aber auch nur du :)

Schon alleine deinen Wellenlängengeschichte nehm ich dir nicht ab.

WENN, dann geht sowas über LAUFzeiten eines modellierten Bursts.

Klaus.

Autor: Martin S. (lurch)
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Ich weiß nicht, ob's hilft, aber einen etwas anderen Ansatz in der 
Richtung habe ich mal bei einem per WiFi steuerbaren Auto mit Webcam 
gesehen. Der findet sich selbständig im Raum zurecht, indem an die Decke 
ein Raster von Linien über IR - LEDs projiziert wird:

http://www.wowwee.com/en/products/tech/telepresenc...

Gruß, Martin

Autor: Sebastian Geiselhardt (seppelg)
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Frage zu den Schrittmotoren:
Wenn wir die 2800 Umdrehungen bei Dreiecksspiegel, 4200 Umdrehungen bei 
Doppelspiegel haben und um 360° drehen wollen, ist das möglich? Bin mir 
grade nicht sicher, ob klar war mit welcher Umdrehungszahl wir arbeiten 
müssen, um die gewünschte Auflösung zu erhalten.

Autor: Zapp (Gast)
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Nein, Schrittmotoren sind langsamer.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Sebastian Geiselhardt wrote:

> Die Laser sollen um 360° drehen, alledings ist für uns nur ein 90°
> Winkel relevant. Beim Nulldurchgang soll ein Synchronisationsblitz
> gesendet werden. Nun können wir, wenn wir eine bestimmte drehzahl haben
> die Zeit messen, die der Laser von 0° bis x° braucht und das aus zwei
> Richtungen. Je nach der Art des Spiegels, den wir für die Ablenkung
> verwenden brauchen wir unterschiedliche Drehzahlen. (2800 Umdrehungen
> bei Dreiecksspiegel, 4200 Umdrehungen bei Doppelspiegel)
>> Das stellt dann höhere Anforderungen an die Genauigkeit der
> Laser(-dreh-)>führung.

Ah, jetzt hab ichs verstanden.
Das ist dasselbe Prinzip, nachdem in der Fliegerei das VOR funktioniert.
Nur warum die Motoren da phasengleich laufen müssen ist mir nicht klar.
Verpass jeder Sendeeinheit einen eigenen Synchronimpuls und sorg dafür, 
dass der Empfänger die beiden Sender auseinanderhalten kann. Das dürfte 
einfacher sein als 2 solcher Einheiten absolut synchron laufen zu 
lassen.


Edit: Hab nochmal im Ursprungsposting nachgelesen: Phasengleichheit war 
ja gar nicht gefordert. Lediglich die Drehzahl muss konstant sein, was 
ja auch logisch ist. Das sollte dann aber doch nicht so schwer sein, 
einen Motor der keine Laständerung erfährt, auf eine bestimmte Drehzahl 
einzuregeln.


Darf ich noch was fragen: Was betreibt ihr da im Raum, damit ihr ~8000 
mal pro Sekunde die Position feststellen müsst? Indoor Jet-Fliegen?

Autor: SeppelG (Gast)
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Nein, falsch verstanden glaube ich.
Nicht 8000 mal pro Sekunde die Position messen, sondern ~140 mal pro 
sekunde:
Wenn wir Doppelspiegel also die Hälfte (70 mal) mal 60 sind dann 4200 
Umdrehungen pro minute, die wir brauchen.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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SeppelG wrote:
> Nein, falsch verstanden glaube ich.

Aneinander vorbeigeredet.

> 2800 Umdrehungen bei Dreiecksspiegel

Du hast U/min gemeint und ich habs auf 1 Sekunde bezogen.
OK. U/min wäre logischer gewesen. Mein Fehler.

Autor: Sebastian Geiselhardt (seppelg)
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Karl heinz Buchegger wrote:

> Edit: Hab nochmal im Ursprungsposting nachgelesen: Phasengleichheit war
> ja gar nicht gefordert. Lediglich die Drehzahl muss konstant sein, was
> ja auch logisch ist. Das sollte dann aber doch nicht so schwer sein,
> einen Motor der keine Laständerung erfährt, auf eine bestimmte Drehzahl
> einzuregeln.
>
Aber meiner Ansicht brauchen wir doche eine Phasengleichheit, damit die 
beiden Motoren immer den selben Nulldurchgang haben.

>Nur warum die Motoren da phasengleich laufen müssen ist mir nicht klar.
>Verpass jeder Sendeeinheit einen eigenen Synchronimpuls und sorg dafür,
>dass der Empfänger die beiden Sender auseinanderhalten kann. Das dürfte
>einfacher sein als 2 solcher Einheiten absolut synchron laufen zu
>lassen.

Man muss ja bedenken, dass das Fahrzeug ja evtl. in Bewegung ist und 
nicht still steht. Wenn nun der Strahl von Laser 1 erkannt wird haben 
wir diesen Winkel, aber den zweiten haben wir ja dann schon an einer 
anderen Position.
Oder mach ich nun einen Denkfehler?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wenn nun der Strahl von Laser 1 erkannt wird haben wir diesen Winkel,
> aber den zweiten haben wir ja dann schon an einer anderen Position.
Den zeitlichen Versatz hast du sowieso. Abhängig von der Scanrichtung 
der beiden Sender zueinander wirst du bei (gleicher Phase und 0 
Phasenversatz) entweder nur auf der Geraden zwischen den beiden Sendern 
oder auf einer Kurve von einem Sender zum andern beide Strahlen zugleich 
sehen. Zeichne dir das einfach mal auf...

Und: hast du beachtet, dass auch Licht eine Laufzeit hat (immerhin 
3,33ns/m in Luft)? Und 6mx6m sind doch schon 8,5m in der Diagonalen  ;-)

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