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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Impulsaufbereitung für Moped-Zündung (Pickup-Spule)


Autor: Robert B. (robertb)
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Hallo!

Ich würde gerne das Drehzahlsignal meines 2-Takt-Mopeds direkt mit dem 
Signal von der Pickup-Spule auswerten. Dafür habe ich heute ein paar 
Messungen am Moped mit einem mobilen Oszi gemacht - das Signal 
entspricht dem im Anhang dargestellten Signal (Bild ist von 
motelek.net!). Der Impuls auf den es "ankommt" ist zwar mit 15V stehts 
höher als die anderen Impulse, aber halt nicht der einzige.

Da ich in Analogtechnik nicht so bewandert bin jetzt die Frage an euch: 
Wie bereite ich das Signal am besten auf. Die "Hans Krause" 
Eingangsstufe scheint die niedrigeren Impulse gar nicht zu filtern und 
auch die AN2159 von Freescale ist diesbezüglich wahrscheinlich 
suboptimal...

Vielen Dank!

Grüße
Robert

Autor: Silvio K. (exh)
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Es sieht so aus, als wenn die Leute das mit nem Schmitt-Trigger machen.

http://www.datasheetarchive.com/pdf-datasheets/Dat...

Ist auch eine einfache Lösung. Also Google: Schmitt-Trigger mit OPV



Gruß

Autor: Robert B. (robertb)
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Hallo!

Nachdem wieder etwas Zeit war habe ich mir Gedanken zu dem Signal 
gemacht. Das Ergebnis ist im Anhang dargestellt. Ich würde mich freuen 
wenn ihr da mal einen Blick drauf werfen könntet.

Idee:

Über D3 werden nur die positiven Anteile verarbeitet. D2 ist eine 15V 
Z-Diode und "subtrahiert" ca. 15V vom Signal. Das erscheint mir besser 
als ein Spannungteiler da die Anteile oberhalb 15V nicht gedämpft 
werden!? R7 und C6 bilden einen Tiefpass mit ca. 800 Hz (Das Signal 
liegt bei max. 133 Hz). R6 mit 1k soll es dem Kondensator ermöglichen 
sich auch wieder zu entladen. Als Schutz für den Eingang habe ich 
entweder die Z-Diode D6 (4,7V Typ) oder die Schottky-Dioden D1 
vorgesehen. Da überlege ich auch noch was besser ist.

Das ganze geht dann an AIN1. An AIN0 liegen abhängig von Pin PB0 auf 
3,3V * 0,4 oder 3,3V * 0,6. Durch entsprechende Abfragen in den 
Interrupts (ein rising im Input-Capture-Int, eins falling im AC-Int) 
kann ich eine Entprellung und Hystherese realisieren.

Vorschläge?

Grüße
Robert

Autor: Valentin Buck (nitnelav) Benutzerseite
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Also ich finde die Schaltung gut so.
Vielleicht solltest du das ganze noch mit einem Optokoppler isolieren, 
das ist sicherer.
Valentin

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Robert,

>Über D3 werden nur die positiven Anteile verarbeitet. D2 ist eine 15V
>Z-Diode und "subtrahiert" ca. 15V vom Signal.

Schwankt die Signalhöhe nicht stark in Abhängigkeit von der Drehzahl?

Was mir auch noch einfällt: Dieses Signal wird doch sicher noch von 
anderer Elektronik verwendet. Macht das dann nichts, wenn du es 
veränderst?

Umgekehrt: Die andere Elektronik leitet doch sicher ebenfalls ein 
solches Drehzalsignal aus der Impulsfolge ab. Kannst du nicht dieses 
Drehzahlsignal verwenden?

Kai Klaas

Autor: Robert B. (robertb)
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Hallo!

Danke für Eure Antworten!

Ein Opto-Koppler würde das (einstellbare) Auswerten mittels 
Analog-Comparator und die Hystherese unmöglich machen. Da fällt mir 
leider nichts anderes ein - hoffe das die Schutzbeschaltung reicht.

Die Signalhöhe schwankt (geringfügig) mit der Drehzahl. Ich war selber 
überrascht wie wenig. Hatte aber auch überlegt ob man quasi eine 
Mittelung des Signals als Bezugsgröße verwenden könnte oder z.B. nur die 
"hochfrequenten" Anteile des Signals oder die zeitliche Änderung 
(Ableitung) verwenden könnte. Also kapazitiv einkoppeln oder so. Da 
fehlt mir leider eine Idee bzw. Erfahrung.

Ich hoffe dass ich mein CDI-Steuermodul nicht durch die Schaltung 
beeinflusse. Bis zum Erreichen der Durchbruchspannung der Zener + 0,7V 
der normalen Diode sollte der Eingangswiderstand nahezu unendlich sein, 
ab da dann für den Betrag darüber mindestens 1k. In der Spitze zwacke 
ich mir also so ca. (20V-15V)/1k=5mA ab!?

Gibt es eine Seite im Internet die einem Tipps zu Standardschaltungen 
der analogen Signalaufbereitung gibt? Also nicht das Berechnen von einem 
Verstärker etc., sondern "was mache ich um dieses Signal sauber zu 
verarbeiten" etc um sich Anregungen zu holen. Gerne würde ich eben wie 
oben bereits gesagt das Signal kapazitiv einkoppeln oder mit einem 
variablen Bezugspunkt arbeiten.

Vielen Dank!

Grüße
Robert

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Robert,

>Hatte aber auch überlegt ob man quasi eine Mittelung des Signals als
>Bezugsgröße verwenden könnte oder z.B. nur die "hochfrequenten" Anteile
>des Signals oder die zeitliche Änderung (Ableitung) verwenden könnte.
>Also kapazitiv einkoppeln oder so.

Normalerweise werden induktive Pick-ups mit einer recht hohen Kapazität 
und einem niederohmigen Widerstand verkuppelt, um ein tiefpaßgefiltertes 
Signal zu erzeugen, bei dem Störspikes kaum eine Auswirkung haben. Um 
genügend Signal zu erhalten, muß die Kapazität über die ganze Periode 
vom Pick-up gefüttert werden.

Bei dir ist aber das Problem, daß du das Signal eben gerade nicht 
nenneswert verändern darfst, da es noch für das CDI-Steuermodul 
gebraucht wird. Deshalb solltes du das Signal eher hochohmig abgreifen 
und seinen Signalverlauf weitgehend unverändert lassen.

Eine weitere unangenehme Eigenart deines Signals ist, daß der Hauptpeak 
von einem zweiten Peak gefolgt wird, der die Auswertung des Signals über 
die Impulshöhe schwierig macht, vor allem, wenn die Höhe des Peaks auch 
noch von der Drehzal abhängt. Daran ändert sich auch nichts, wenn du 
"nur" die zeitliche Ableitung, also die Änderungsgeschwindigkeit des 
Signals auswerten wilst. Die erste Flanke des zweiten Peaks ist ja sogar 
noch steiler als die der Hauptflanke!

Normalerweise kann man solche Impulse durch geeignete Filterung so 
säubern, daß ein Schmitt-Trigger anschließend kein Problem mehr damit 
hat. Hier kommt aber erschwerend hinzu, daß bei Änderung der Drehzahl 
auch die Zeitkonstanten dieser Filterung geändert werden müßten.

Bei deiner Zenerdioden-Lösung mußt du beachetn, daß diese besonders 
empfindlich auf Schwankungen der Impulshöhe reagiert. Nimm mal als 
Beispiel, daß das Signal zwischen 15V und 20V schwanken kann. Ein 
konstanter Abzug von 15V ergibt dann eine Signalschwankung zwischen 0V 
und 5V!

Mit einem 4:1 Spannungsteiler erhälst du statt dessen eine Schwankung 
zwischen 3,75V und 5V. Das ist eine riesige Verbesserung!!

Genial dagegen ist die von dir ausgedachte mitlaufende Schaltschwelle 
des Schmitt-Triggers! Du könntest die Schaltschwelle in Abhängigkeit von 
der gemessenen Drehzahl ganz leicht modifizieren: Höhere Schaltschwelle 
bei höherer Drehzahl. Aber übertreiben solltest du das nicht, sonst kann 
es sein, daß der Mikrocontroller nie die richtige Drehzal findet.

Also, ich würde das mit einem Spannungsteiler von vielleicht 51k und 10k 
und einem nachgeschalteten Schottkydiodenbegrenzer versuchen. Der 
Spannungsteiler sollte das Signal so teilen, daß du bei maximalem, 
positivem Signal (höchste Drehzahl) am Eingang des Komparators knapp 
unter 3,3V liegst.

Kai Klaas

Autor: Robert B. (robertb)
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Hallo Kai,

herzlichen Dank für den ausführlichen Beitrag!

Anbei einmal einer mitternächtlichen LTSpice-Sitzung. Ich habe das 
Eingangssignal grob als PWL eingefügt und mit verschiedenen Stufen 
durchgespielt:

Oben (mit unterbrochener Leitung) die von mir Eingangs vorgeschlagene 
Eingangsstufe. Liefert theoretisch gute Ergebnisse, ist aber genau wie 
Du sagst extrem abhängig von der Amplitude des Eingangssignals. Auch 
wenn diese nicht stark schwankt und man es irgendwie "hintüdeln" könnte 
nicht schön. Zumal es dann nur für eine Zündung taugt.

Unten links ist der Ansatz mit dem Differenzierglied. Erwartungsgemäß 
ist hier die Ausgangsspannung beim "zweiten" Peak deutlich größer, was 
an sich ja auch ok wäre. Allerdings weiß ich nicht sicher wie sich eine 
variierende Drehzahl auf so etwas auswirkt.

Schlußendlich die Version mit variabler Bezugsspannung. Über die Diode 
und den Ladewiderstand wird dem Kondensator stets ein gewisser Anteil 
der Spitzenspannung zugeführt und tiefpassgefiltert. Über einen 
Spannungsteiler geht es an den Komparator, der in diesem Fall sogar 
schon im AVR sitzen könnte (im Plot grün). Das ungefilterte 
Eingangssignal liegt über einen gleich oder etwas geringer 
dimensionierten Spannungsteiler am zweiten Komparatoreingang (im Plot 
blau). Der Komparator detektiert nun bei korrekter Auslegung nur den 
höchsten Peak im Signal (im Plot rot). Das der Kondensator über den 
Spannungsteiler belastet wird ist gewünscht, da so bei sinkender 
Drehzahl (und damit kleineren Peaks) auch der nächste, evtl. kleinere 
Peak sicher erkannt wird. Das ganze müsste über einen einzigen, in einem 
der Zweige befindlichen Spannungsteiler einstellbar sein. Zur Not könnte 
auch der Ladewiderstand angepasst werden.

Möglich wäre es evtl. das ganze Eingangssignal mit Spannungsfolgern noch 
hochohmiger abzugreifen - allerdings ist der Strom eh mit unter 5,5mA 
recht gering, oder?

Würde mich über Anmerkungen freuen.

Grüße
Robert

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Robert,

in der Erzeugung der Referenz aus dem Signal selbst, liegt auch eine 
mögliche Schwachstelle, da die Schaltung dann auch auf Störspikes 
reagiert, wenn sie schnell genug sein soll, um den Spitzenwert erfassen 
zu können.

Außerdem belastet der Spitzenwert-Detektor ziemlich stark den Pick-up, 
da er doch recht niederohmig ausgelegt ist.

Ich würde das erstmal versuchen, ganz simpel zu lösen, mit einer festen 
Referenz am "+" Eingang des Komparators, die du allenfalls mit einem 
Pull-up (oder Pull-down) geringfügig drehzahlabhängig modifizieren 
könntest. Den Eingangszug zum "-" Engang des Komparators mit dem 
Spannungsteiler R7/R8 würde ich so lassen wie er ist.

Ich denke, du solltest eine Schaltschwelle zwischen Haupt- und 
Neben-Peak finden können, die dir eine stabile Drehzahlmessung 
ermöglicht. Du sagtest ja selbst, daß das Signal kaum von der Drehzahl 
abhängt.

Wenn das nicht klappt, könntest du dir auch eine Softwarelösung 
überlegen, die die Zeiten zwischen den einzelnen Peaks mißt und einen 
eventuell fälschlich mitdetektierten Neben-Peak einfach wegrechnet: Die 
Zeit zwischen dem Haupt-Peak und dem Neben-Peak ist ja viel kürzer, als 
die Zeit zwischen zwei Haupt-Peaks...

Kai Klaas

Autor: roger friedmann (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> ußerdem belastet der Spitzenwert-Detektor ziemlich stark den Pick-up,
>
> da er doch recht niederohmig ausgelegt ist.

also du scheinst mal so garkeine ahnung zu haben. regel: je 
niederohmiger eine spannungsquelle ist, umso weniger wird sie von einem 
verbraucher belastet.
falls jemand interesse hat. ich habe so eine analoge auswertung bereits 
vor monaten schonmal vorgestellt.
gruss roger

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>also du scheinst mal so garkeine ahnung zu haben.

Ja, das wirds sein.

>regel: je niederohmiger eine spannungsquelle ist, umso weniger wird sie >von 
einem verbraucher belastet.

Du solltest die Dinge nicht aus dem Zusammenhang ziehen. Robert hat an 
dem Sensor ja noch ein reguläres CDI-Steuermodul hängen und die 
Diskussion war, ob die zusätzliche Beschaltung das Steuermodul stören 
könnte. Und wenn du dir R4, D4 und C3 anschaust, dann könnte das sehr 
wohl eine unzulässige Belastung des Sensors darstellen.

Kai Klaas

Autor: Udo S. (udo)
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roger friedmann schrieb:
> falls jemand interesse hat. ich habe so eine analoge auswertung bereits
> vor monaten schonmal vorgestellt.

warum schreibst du nicht einfach den Link dazu?

Gruß
Udo

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)
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Ich finde die gleitende Mittelwertbildung schon i.o.,

das Problem mit kleineren Spikes liese sich lösen, wenn man im negtiven 
Zweig  ebenfalls einen Tiefpas(RC-glied) jedoch mit kürzere 
Zeitkonstante einbaut und zusätzlich die Schaltschwelle noch ein wenig 
anhebt, in dem man dem Positiven Zweig noch einem konstanten Anteil 
hizufügt. z.B. in dem man noch ein R(220K-470K?) nach U+ einfügt.

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