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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bei Spannungsänderung (spitzen) schalten


Autor: Philipp F. (feo)
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Hallo,

Ich hätte mal eine Frage,
Unzwar plane ich eine Schaltung und bräuchte dabei eure Hilfe:
Man drückt einen Taster, dieser schließt an einem Mosfet den Stromkreis. 
Dieses Mosfet schließt den Stromkreis bei einem Motor welcher eine Feder 
spannt. Ab einer bestimmten Spannkraft wird die Feder entspannt und der 
Motor dreht frei, bis er nach ein paar umdrehungen wieder automatisch 
mit dem Spannmechanismus arretiert und der zyklus von neuem beginnt....

Nun will ich realisieren, dass der Motor wahlweise nach einem zyklus 
oder 3 zyklen stoppt. Eine überlegung währe, sobald der Motor die Feder 
spannt sinkt die Spannung am Motor, und sobald die Feder entspannt wird 
dreht der Motor wieder kurz frei, wobei die Spannung ansteigt und genau 
da soll dann eine schaltung den stromreis unterbrechen sodass der motor 
zum stillstand kommt. Dabei währe es gut den taster nur einmal kurz 
drücken zu müssen und dann geht der zyklus automatisch je nach 
einstellung einmal oder 3 mal.

Zusätzlcih wollte ich dazu noch eine kleien schàltung hängen, welche auf 
2 7 segment anzeigen cyklen zählt bis diese resettet wird...

Habt ihr vll eine Idee mit welchem ic oder ähnlichem das zu realisieren 
währe?
ahja und es handelt sich dabei um spannungen im bereich von 7,2 bis 12 
V.

Würde mich über hilfreiche Beiträge freuen :)

Gruß Feo

Autor: qwertzuiop (Gast)
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Spannungsteiler aufbauen,so dass aus den 12V 5V werden, an ADC 
anschließen und Auswerten...

Autor: Philipp F. (feo)
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Bin in dem Bereich nicht so erfahren, hab bisher mehr nach bauplan 
gelötet, sodass ich jetzt mehr probleme hätte das ohne konkreten Plan 
genau in die praxis umzusetzen.
Ich denke ich verstehe was du meinst, es also digital auswerten?
Danke schonmal :)

Autor: John Bauer (johnbauer)
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Hallo Philipp,
hab ich das so richtig verstanden: im Leerlauf liegen am Motor 12 Volt 
an, und unter Belastung bricht die Spannung auf 7,2 Volt zusammen?

Dann sollte diese Schaltung Funktionieren. Ich habe sie jedoch nicht 
getestet (habe ja keine entsprechende Apparatur, deshalb ohne Gewähr). 
Je nachdem wie viele Störungen der Motor verursacht, kann das noch 
Probleme geben. Die Schaltschwellen des NAND-Schmitttriggers (4093) 
variieren je nach Hersteller: kann mit Poti abgeglichen werden.

Die Anzahl der Zyklen ist mit einem (Dreh-)Schalter von 1 bis 9 
einstellbar. Wenn Du nur 1 und 3 Zyklen brauchst, kannst Du natürlich 
die zwei Signale über einem einfachen Umschalter schalten.

Gruß
John

Autor: Philipp F. (feo)
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Hallo John,

danke das du dir die Mühe gemacht hast mir schon eine Schaltung zu 
zeichnen :)
Jetzt besteht jedoch die frage wie träge diese Schaltung ist?
In meinem ersten Post hatte ich im bastelfieber vergessen noch ein paar 
daten anzugeben...
Also einmal ist diese Differenz zwischen belastungsspannung und 
leerlaufspannung, so weit ich es messen konnte sehr gering (0,2 V). Da 
ich als Messgerät nur ein einfaches multifunktionsmessgerät (Digital) 
habe, und die Zyklen nur ganz kurz sind, so 0,1 s, kann ich das nicht 
genau sagen...
Leerlaufspannung des Akkus liegt bei so 9 volt.
jetzt stell ich mir aber die Frage, wenn der Akku leerer wird, geht der 
komplette Spannungsverlauf runter, d.h. ich müsste dann mit dem poti 
immer nachregeln? Oder wenn ich mal einen Akku mit weniger/mehr Zellen 
nehme?

Und noch eine Frage zur Zeichnung, da gibt es im bereich links-unten 4 
&-module mit negationspunkt, was sind das genau für bausteine, weil so 
kenn ich die nur aus dem info-unterricht :P

andrerseits überlege ich auch ob das nciht alles zu viel aufwand ist und 
ob ich das nicht lieber mit einer lichtschranke mache?

Vielen Dank
Feo

Autor: John (Gast)
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Mit der geringen Spannungsänderung funktioniert die Schaltung nicht.

Wie groß ist die Stromaufnahme des Motors (Leerlauf und unter 
Belastung)?
Wenn man die Detektion über den Strom macht, ist das ganze weniger 
anfällig gegen unterschiedliche Betriebsspannungen.

Das sind NAND: AND mit invertiertem Ausgang (Not-AND). Der 4093 hat auch 
noch einen eingebauten Schitt-Triger.

Gruß
John

Autor: Feo (Gast)
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so aus dem Kopf müssten es 10-20 Ampere sein...
Ich kann das aber gleich wenn ich zuhause bin mal nachmessen, problem 
ist halt das die refreshrate von dem messgerät nicht hoch genug ist um 
die veränderungen unter leerlauf und belastung genau zu definieren...
Ich könnte aber über eine lichtschranke feststellen wenn die feder 
gespannt ist und dann wird der stromkreis getrennt, bzw nach dem 3. mal?
Der stromkreis dürfte aber erst dann unterbrochen werden nachdem die 
lichtschranke wieder freien weg hat...
Da könnte man doch auch den 4017 anwenden?
Gruß Feo

Autor: John Bauer (johnbauer)
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Bei der Belastungserkennung über den Strom stört bestimmt, dass der 
Motor nicht nur unter Belastung mehr Strom zieht, sondern auch beim 
Anlaufen. Und das wird auch mitgezählt.

Am besten ist es wahrscheinlich mit einer Lichtschranke. Die Schaltung 
ändert sich nur geringfügig.

Wie träge ist der Motor? Kommt er, nach abschalten der Spannung, 
innerhalb von 0,1 Sekunde zum stehen, ohne dass ein weiterer Zyklus 
ausgelöst wird?

Bei den kurzen Zyklen von 0,1 s gibt es auch ein Problem mit der 
Bedienung. Der Motor läuft nämlich solange der Taster gedrückt wird 
(plus die restlichen Zyklen der eingestellten Zyklen-Zahl). Entweder man 
drück den Taster nur sehr kurz. Oder man braucht einen 
flankengesteuerten Eingang.

Gruß
John

Autor: Philipp F. (feo)
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jo ich denke über die versorgungsspannung bzw. strom zu gehen ist 
einfach nicht zuverlässig genug und zu aufwendig.

Das ist kein Problem, die Feder ist ziemlich stark und es wird mit einer 
großen übersetzung gearbeitet...

Problem könnte die große Bauform der Schaltung sein, gibt es da nicht 
vll. ein ic welches mehr Aufgaben übernimmt?
Was ist ein "flankengesteuerter Eingang"?
Also der Motor sollte schon nach gedrückt gehaltenem Taster zum stehen 
kommen..

Und gibt es vll. ic welche auch mit den Volt (+-9) arbeiten? das würde 
die Schaltung ja nochmal verkleinern..

Wo ist genau die Unterscheidung zwischen Digital elektronik und analoger 
Elektronik? Weil so wie cih das jetzt betrachte ist diese schaltung auf 
digitaler ebene? Kann man das dann bei einer lichtschranke nicht auch 
analog einfacher machen?

Gruß Feo

Autor: John Bauer (johnbauer)
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> Was ist ein "flankengesteuerter Eingang"?
Flankengesteuert heißt: die Schaltung reagiert nur auf die Flanke. Der 
Zustand (low oder high) hat keinen Einfluss auf die Schaltung. Nur bei 
einer Änderung von high nach low (oder umgekehrt) wird eine Aktion 
ausgelöst.

> Problem könnte die große Bauform der Schaltung sein, gibt es da nicht
> vll. ein ic welches mehr Aufgaben übernimmt?
Die ICs gibt es auch als SMD. Dann wird die ganze Schaltung kleiner.
Oder Du nimmst einen Mikrocontroller. Bei den wenigen Ein-/Ausgängen die 
Du brauchst, würde ein 8-Poliger ausreichen.

> Und gibt es vll. ic welche auch mit den Volt (+-9) arbeiten? das würde
> die Schaltung ja nochmal verkleinern..
Der 4093 und 4017 sind CMOS-ICs. Die können mit 3-15 Volt betrieben 
werden. Eine Stabilisierte Spannung ist nicht unbedingt erforderlich. 
Bei Störungen auf der Betriebsspannung kann allerdings auch die Funktion 
der Schaltung gestört werden. - Einfach mal ausprobieren.

> Wo ist genau die Unterscheidung zwischen Digital elektronik und analoger
> Elektronik? ...
Digitaltechnik kennt nur 1 und 0 (high/low, ein/aus).
Bei dieser Anwendung gibt es eigentlich nur digitale Zustände:
- Taster gedrückt / Taster nicht gedrückt
- Motor an / Motor aus
- Position erreicht / Position nicht erreicht (Feder -> Lichtschranke)
- Anzahl Zyklen 1 oder 3
- Zählerstand erreicht / nicht erreicht
Da bietet sich eine digitale Schaltung an.
Eine analoge Lösung ist da bestimmt viel aufwendiger. (Wie z. B.: an der 
Feder wird ein Magnet befestigt, der bei jedem Zyklus in einer Spule 
eine Spannung induziert. Mit der dann ein Kondensator stufenweise 
aufgeladen wird. Ein Komparator vergleicht die Spannung an Kondensator 
mit einer vorgegebenen, wählbaren Spannung, und schaltet beim erreichten 
der Spannung den Motor ab.)

Gruß
John

Autor: Philipp F. (feo)
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hmm joa ok,
also ich denke ich verbleibe bei der Schaltung mit der Lichtschranke...
Ist es jetzt in der letzten Schaltung so, dass bei los lassen des 
Tasters der Motor auch weiter läuft?
Wenn ich einen Microcontroller nehmen würde, müsste ich doch auch die 
Spannung stabilisiert auf 5 volt runter setzen? Umd in welcher Sprache 
wird der Programmiert?
Last but not least, was für ein Bauteil ist das oben rechts in der 
Schaltung mit dem "M" im Kreis?
Gruß Feo

Autor: ju (Gast)
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Das mit dem M ist Dein Motor

Autor: John Bauer (johnbauer)
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Philipp F. schrieb:

> Wenn ich einen Microcontroller nehmen würde, müsste ich doch auch die
> Spannung stabilisiert auf 5 volt runter setzen?
Ja.

> Umd in welcher Sprache wird der Programmiert?
Üblich sind Assembler, C und Basic.

> Ist es jetzt in der letzten Schaltung so, dass bei los lassen des
> Tasters der Motor auch weiter läuft?
Bei der kurzen Zyklen-Zeit ist das Problem eher, dass der Motor läuft, 
solange der Taster gedrückt wird. Nach los lassen des Tasters wird bei:
- 1 Zyklus eingestellt: noch ein Zyklus ausgeführt
- 3 Zyklen eingestellt: noch ein, zwei oder drei Zyklen ausgeführt (je 
nach internem Zählerstand bei los lassen des Tasters).

Die Schaltung im Anhang würde das beheben. Dazu würde aber kein 
einfacher Taster (1x Ein) sondern ein Taster (1x Um) und ein 
zusätzliches IC benötigt. Da zusätzlich noch ein Zähler mit Anzeige 
eingebaut werden soll, und es anscheinend Platzprobleme gibt, ist es 
wohl das Beste das Ganze in einen Mikrocontroller zu programmieren 
(inklusive Zähler für die Anzeige).

Gruß
John

Autor: Philipp F. (feo)
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Jo ich denke auch das ich es microprozessorgesteuert aufbauen sollte, da 
hab ich snschließend auch deutlich mehr variationsmöglichkeiten, und der 
Lernfaktor ist deutlich größer ;) :)
Ich will dich jetzt nicht noch weiter mit der Problematik (zeitlich) 
belasten, aber wäre es vll. möglich mir kurz zu erläutern welches ic ich 
da bräuchte und wie ich die Belegung machen sollte?

Vielen Dank
Feo

Autor: John Bauer (johnbauer)
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Hallo Feo,

Diese Anwendung stellt keine besonders hohen Ansprüche an den 
Controller. Ein einfacher AVR oder PIC reicht hier vollkommen aus.

Benötigt werden 14 digitale Ein-/Ausgänge:
9-> zwei Siebensegment-Anzeigen
1-> Anzeige-Reset
1-> Start-Taster
1-> Motorsteuerung
1-> Lichtschranke
1-> Wahl: 1 oder 3 Zyklen

Einen Timer mit Interrupt (zum multiplexen der Anzeige).

Da es nicht auf absolute Zeiten ankommt, reicht ein interner Oszillator 
(spart den externen Quarz).

Die Belegung kannst Du frei wählen (ausser natürlich ein paar feste Pins 
wie Spannung, Reset etc.). So wie es an günstigsten ist für den späteren 
mechanischen Aufbau. Die Funktion der Pins wird ja durch die Software 
bestimmt.

Infos zum Einstieg (AVR) findest Du hier auf dieser Seite:
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial

und hier für PIC:
http://www.sprut.de/electronic/pic/index.htm

Gruß
John

Autor: Philipp F. (feo)
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Hallo,

Danke, hast mir sehr geholfen :)
Habe mich ein bisschen in die funktionsweise eines AVR's eingerbeitet 
und ich denke ich werde das auch so hinbekommen...
Der Atmel mega 8 hat ja einen analogen eingang zum spannungsmessen? Ist 
dieser schnell genug um diese kleine Spannugsdifferenzen bei der 
belastung des Motors auszuwerten (wenn ich jetzt wieder auf meinen 
ersten vorschlag des zyclen zählens zurückkomme)?

Gruß Feo

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Philipp F. schrieb:
> Habe mich ein bisschen in die funktionsweise eines AVR's eingerbeitet
> und ich denke ich werde das auch so hinbekommen...

Aber klaro kriegst du das hin, so extrem schwierig ist das auch nicht.
Hier gibts viele, oder fast alle Infos: AVR-GCC-Tutorial

> Der Atmel mega 8 hat ja einen analogen eingang zum spannungsmessen?
> Ist dieser schnell genug
Ja hat er und er ist schnell genug.

> um diese kleine Spannugsdifferenzen bei der belastung des Motors
> auszuwerten

Genau genug ist er auch.
Allerdings schlage ich wie John vor, dass du den Strom mit einem kleinen 
Widerstand misst, das geht genauer und einfacher als über den 
Spannungsabfall der Batterie.
Widerstand z.B. 0,01 ohm = 10 MilliOhm
Ergibt nach U = R*I welchen Spannungsabfall?

Autor: Philipp F. (feo)
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Joa das Tutorial ist da echt sehr hilfreich :)

Also ich messe über den kleinen widerstand sozusagen den spannungsabfall 
an der motor zuführung?
Weil ich denke nicht, dass ich da 10 Ampere durch den controller hauen 
kann?^^
Gruß

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