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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wegberechnung via Beschleunigungssensor - g-Kraft stellt ein Problem dar


Autor: B-man (Gast)
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Hey ho @ all

Grundgedanke:

Ich wollte mit einem Beschleunigungswert(BMA150) einen Weg berechnen, 
indem ich die Zeit messe und in der Zeit (z.B. 5 sekunden) eine 
Durchschnittsbeschleunigung berechne und dann mit s(t)=(a*t^2)/2 mir den 
Weg ausrechne.

Jetzt kommt das Problem:

Der Sensor kann ja während der Bewegung sein Lage irgendwie ändern. Das 
bedeutet auf den drei Achsen verteilt sich die g-Kraft immer irgendwie 
anders, je nach dem wie die Lage zum Zeitpunkt ist.
Doof ist nur das die g-Kraft in die Beschleunigung beim Bewegen ja nicht 
mit reingerechnet werden darf. Wie bekomm ich diese g-kraft 
rausgerechnet?
Mit einem zusätzlichen Neigungssensor wäre es kein Problem.

Hat jemand eine Idee wie es mit nur dem Sensor vielleicht näherungsweise 
möglich wäre?

Das g kann ich nicht einfach abziehen, denn das ist mathematisch nicht 
korrekt

Brauche Hilfe=)!!!

mfg

Autor: Walter (Gast)
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du musst halt den Weg auch in 3d ausrechnen

davon abgesehen wird das durch aufsummieren von Fehlern höchst ungenau!

Autor: didadu (Gast)
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Um aus der Beschleunigung den Weg zu berechnen, musst du 2 mal 
integrieren, da hauen alle Ungenauigkeiten volle Kante rein.

Das mit der Mittelwertbildung kommt mir auch komisch vor.

Wozu soll das sein? Nur mal so ein Test? Dann probier's einfach aus.
Ansonsten wird es wahrscheinlich ein Versuch, um zu sehen, wie man es 
nicht macht.

Das Thema kam hier schon im Forum.

Autor: B-man (Gast)
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Walter schrieb:
> du musst halt den Weg auch in 3d ausrechnen
>
> davon abgesehen wird das durch aufsummieren von Fehlern höchst ungenau!

Problem ist die g-Kraft die mit reingerechnet wird.

Das g besteht aus einem gx,gy und gz.Die größen von den 
unterschiedlichen Anteilen ist von der Lage des Sensors abhängig.

Und das g muss einfach raus, sonst ist ein riesen Fehler drin.
Problem ist ohne Lageberechnung (also Winkel) habe ich keinen Plan wie 
ich es rausrechnen soll. Aus meiner sicht ist es ohne zusätzlichen 
Kreisel unmöglich.

Oder ist es Näherungsmäßig doch möglich?

Autor: Nochwas (Gast)
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Das Problem ist hier mindestens schon dutzendmale erörtert worden. 
Benutze bitte die Forumssuche.

Autor: Nochwas (Gast)
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Und was bitte ist eine "g-Kraft"?

Das Dingens heisst als Beschleunigung "Erdbeschleunigung".
Als Kraft nennt man das "Schwerekraft" oder zur Not auch "Schwerkraft".

Aber "g" ist das Formelzeichen der Erdbeschleunigung hat nichts mit 
Kraft zu tun und ist schon garkein Teil des Namens.

Autor: Manuel (Gast)
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Nochwas schrieb:
> Und was bitte ist eine "g-Kraft"?

Ein allgemein verwendeter Begriff für die Erdbeschleunigung.
Siehe http://en.wikipedia.org/wiki/G-force bzw. 
http://de.wikipedia.org/wiki/G-Kraft.
Weiß eigentlich jeder außer dir... ;)

Autor: B-man (Gast)
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Nochwas schrieb:
> Und was bitte ist eine "g-Kraft"?
>
> Das Dingens heisst als Beschleunigung "Erdbeschleunigung".
> Als Kraft nennt man das "Schwerekraft" oder zur Not auch "Schwerkraft".
>
> Aber "g" ist das Formelzeichen der Erdbeschleunigung hat nichts mit
> Kraft zu tun und ist schon garkein Teil des Namens.

Dafür sind Foren gegründet worden.
Um nicht zu helfen, sondern kluge Sprüche zu reißen. Danke;-)

Außerdem habe ich zu meinem Problem in der suche nicht direkt was 
gefunden!
Aber danke für den Tip=)

Naja ich sehe wohl das Foren nichts bringen, dann werde ich mal wieder 
selber weiter machen.

Ein hoch auf solche Leute die Foren nutzlos machen!

Autor: B-man (Gast)
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B-man schrieb:
> Ein allgemein verwendeter Begriff für die Erdbeschleunigung.
> Siehe http://en.wikipedia.org/wiki/G-force bzw.
> http://de.wikipedia.org/wiki/G-Kraft.
> Weiß eigentlich jeder außer dir... ;)
>
>
>
>
>
>     Beitrag melden | Bearbeiten | Löschen |

Danke ;-)

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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B-man schrieb:

> Und das g muss einfach raus, sonst ist ein riesen Fehler drin.

Auch, aber nicht nur.

> Problem ist ohne Lageberechnung

Dein Problem ist, das du nur durch Betrachtung der Kräfte bzw. der 
gemessenen Beschleunigungen die Lage nicht bestimmen kannst.

Dein Problem ist aber ein noch viel größereres:
Du gehst naiv davon aus, dass du den Messwert einfach so übernehmen 
kannst. Viel Spass! Dein Messwert ist nämlich verrauscht. Selbst wenn 
dein Beschleunigungsmesser liegt, wird er ständig irgendwelche 
zusätzlichen Beschleunigungen dir mitteilen, die du dann brav 
aufintegrierst. Das Ende vom Lied ist, dass dir deine Auswertung 
mitteilt, dass dein Sensor mitlerweile in Australien ist, während er 
doch die ganze Zeit vor dir auf dem Tisch lag.

Autor: Mega Nilp (Gast)
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Ja. Das Problem ist nicht nur die Erdbeschleunigung, die koennte man 
noch rausmachen indem man's immer senkrecht  zur Oberflaeche 
positioniert. zB im Auto fest auf das Dashboard. An einem Huegel bekommt 
man dann eine horizontale Komponente im Stehen. Wenn man dann bei fester 
Steigung die Bremse loest, so beschleungt zwar der Wagen, aber die 
horizontale Komponente wird kleiner. In freien Fall misst man dann Null 
Beschleunigung - auf allen Achsen.

Nun, darauf wollt ich nicht raus. Das Muehsame wird dann das Geschuettel 
und die Vibrationen sein. zB in einem Auto, in einem Zug. Diese signale 
werden groesser wie das rauschen sein.

Autor: B-man (Gast)
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Ich wollte eigentlich ein Objekt damit sichern und schauen, wenn das 
Objekt um einen bestimmten Radius weggenommen wird, dass dann ein Alarm 
ausgelöst wird.

Dabei war meine Idee, dass ich quasi am Anfang einmal das rauschen auf 
allen Achsen mittel. Dann wartet der Sensor so lange, bis er eine 
Beschleunigung ermittelt(any_motion_mode). Wurde eine Beschleunigung 
ermittelt, so fängt mein Controler an einen Timer zu starten (5 
sekunden) und  der BMA (Beschleunigungssensor) ermittelt in der Zeit mit 
dem new_data_int Beschleunigungswerte an allen 3 Achsen. Dabei wird von 
jedem Wert der gemittelte Rauschwert abgezogen. Zusätzlich wird in den 5 
Sekunden gezählt, wieviel Werte aufgenommen werden.
Sind die 5 Sekunden rum, so werden die aufaddierten Beschleunigungswerte 
der einzelnen Achsen noch durch die Anzahl der aufgenommenen Werte 
geteilt (Durchschnittsbeschleunigungs aller einzelnen Achsen).

Schließlich soll mit obiger Formel der Weg berechnet werden. Das ein 
Fehler durch rauschen auftritt ist mir bewusst. Der liegt bei meinem 
Sensor zwischen 0.015g und 0.03g.

Problem ist nur das der Fehler durch die 9,81g die drin sind sehr groß 
ist.

Und diesen möchte ich weg haben.

Zusätzlich sollte dazu noch gesagt werden, dass das Objekt beim 
wegnehmen sich beliebig drehen kann. Dass heißt die Lage ist nich wie im 
Auto konstant. Das Koordinatensystem dreht sich quasi. Aus meiner sicht 
wäre es also nur mit einem zusätzlichen Kreisel möglich.

mfg

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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B-man schrieb:

> Auto konstant. Das Koordinatensystem dreht sich quasi. Aus meiner sicht
> wäre es also nur mit einem zusätzlichen Kreisel möglich.

3 Kreisel. Einer pro Raumachse

Bau ins Podest (oder wo auch immer) einen schwachen Sender ein, ins 
Objekt kommt ein Empfänger und wenn der das Signal vom Sender verliert 
löst er Alarm aus.

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Outdoor könnte man GPS verwenden.


Gruß

Jobst

Autor: Walter Tarpan (nicolas)
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Eine Schnur zwischen Podest und Gegenstand würde auch den gedachten 
Zweck erfüllen.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Oder 2 Drähte und im Gegenstand ein komplexer Widerstand, der über die 2 
Drähte ermittelt wird.

Oder ein RFID Tag.

Oder ein Schwingkreis im Sockel, der durch Entfernen des Gegenstands 
verstimmt wird.

Oder ....

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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B-man schrieb:
> (z.B. 5 sekunden) eine Durchschnittsbeschleunigung berechne

Schon ein komplett falscher Ansatz von der Mathematik her.
Geh mal in ein Naturkundemuseum (Technikmuseum Mannheim, Mathematikum 
Gießen). Dort gibt es einen Versuchsaufbau mit 3 Bahnen auf denen Kugeln 
herunterrollen können. Eine mit konstantem Gefälle, eine mit am Anfang 
geringer und dann steigendem Gefälle, und eine mit am Anfang großem und 
dann abnehmendem Gefälle. Man kann 3 Kugeln hineinlegen und gleichzeitig 
starten.
Nach deiner Durchschnittsrechnung müssten alle 3 Kugeln gleichzeitig 
unten ankommen!
Versuchs mal aus oder denk mal darüber nach warum das absolut nicht so 
ist.

Und wie schon weiter oben gesagt. Jeder kleine Fehler bei der ersten 
Integration (zur Geschwindigkeit) ergibt einen konstant wachsenden 
Fehler bei der 2. Integration zur Positionsbestimmung.
Ist also ohne zusätzliche Eichpunkte eine vollkommen untaugliche 
Methode.

Autor: Jenny Ioannidis (jenny-i)
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Hallo B-man,

mal eine Frage den Sensor von BOSCH BMA150 musst du ja programmieren.
Hast du damit schon Erfahrungen sammlen können?

Gruß
JennyI

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Ein weiteres Stichwort für jeden der je mit Beschleungigungssensoren od. 
Gyros garbeitet hat sollten die sog. Kalmanfilter sein.

Die Abblidung ist zwar mathematisch-theoretischer Natur aber so sieht's 
leider zum Teil auch auf einem Oszi aus ...

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fx_files/12...

Man beachte die vielen kleinen Punkte um das eigentliche Gewirr herum 
und wie die Werte Rauschen ...

Autor: Johann L. (gjlayde) Benutzerseite
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B-man schrieb:

> Der Sensor kann ja während der Bewegung sein Lage irgendwie ändern. Das
> bedeutet auf den drei Achsen verteilt sich die g-Kraft immer irgendwie
> anders, je nach dem wie die Lage zum Zeitpunkt ist.
> Doof ist nur das die g-Kraft in die Beschleunigung beim Bewegen ja nicht
> mit reingerechnet werden darf. Wie bekomm ich diese g-kraft
> rausgerechnet?
> Mit einem zusätzlichen Neigungssensor wäre es kein Problem.
>
> Hat jemand eine Idee wie es mit nur dem Sensor vielleicht näherungsweise
> möglich wäre?

Es ist nur g (als Vektor) vom Messergebnis abzuziehen -- Probleme durch 
Messungenauigkeit mal unberücksichtigt.

Das Problem ist aber, daß nur die Länge von g bekannt ist, nicht seine 
Richtung. Diskutiert wird das auch in

Beitrag "Beschleunigungssensor - Kompensation Erdbeschleunigung"

D.h. die Richtung von g muss irgendwoher kommen:
  -- Das Objekt ändert die (bekannte) Orientierung im Raum nicht --> das
     ist idR eine zu große Einschränkung an die zu lösende Aufgabe
  -- Weitere Sensoren wie Gyroskop.
  -- Tiefpass und hoffen, daß Becshleunigungen, die von g abweichen,
     nicht so lange dauern, daß sie vom Filter geschluckt werden.

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