Mikrocontroller an 8mm-Filmprojektor über Tonkopplerbuchse anschließen

[grox (Gast)]

Liebes Forum,

ich habe einen 8mm-Filmprojektor, den ich zur Digitalisierung von alten 
Schmalfilmen verwenden will. Dazu muss der Projektor möglichst exakt mit 
einer Geschwindigkeit von 16 2/3 frames per second (fps) laufen. Am 
Projektor gibt es ein Potentiometer-Drehknopf, mit dem die 
Geschwindigkeit zwischen 16 und 24 fps geregelt werden kann. Damit ich 
genauer regeln kann, will ich die aktuelle Geschwindigkeit auslesen und 
zum Beispiel auf einem LCD anzeigen. (später will ich die 
Geschwindigkeit vielleicht auch noch automatisch regeln lassen oder 
sogar mit dem Videosignal des Camcorders synchronisieren).

Die Frage: wie kann ich hier einen Mikrocontroller (Arduino oder 
ATtiny85) anschließen, ohne die bestehende Schaltung zu verändern?


Im angehängten Schaltbild des Projektors sieht man: Im Projektor ist 
bereits ein Reed-Kontakt verbaut, der bei jedem dritten Bild einmal kurz 
öffnet. Außerdem gibt es eine Anschlussbuchse für einen sogenannten 
Tonkoppler, mit dem theoretisch von einem Tonbandgerät aus die 
Geschwindigkeit des Projektors gesteuert werden kann, um Ton und Bild zu 
synchronisieren. Ich würde genau da gern den Mikrocontroller 
anschließen.

Ich weiß allerdings nicht so recht wie, weil dort zum einen 
gleichgerichtete 24V vorliegen und zum anderen noch ein weiterer, direkt 
im Motor verbauter Generator rumspukt, von dem ich den Sinn nicht 
verstehe.

Vielleicht habt ihr Hinweise?

Gruß und Dank
grox

P.S.: Falls ich im falschen Unterforum gelandet bin, sagt es mir bitte.

[Max G. (l0wside)]

Der Schaltplan ist etwas ungewähnlich zu lesen (Masse ist nicht unten), 
aber schön simpel.

An Pin 5 des DIN-Steckers hast du 26V anliegen, an Pin 2 Masse. Wenn du 
über einen 10kOhm-Widerstand Pin 5 mit Pin 3 verbindest, müsste Pin 3 
bei geschlossenem Schalter auf 0 gehen, ansonsten auf 26V.
Das kannst du am Arduino auswerten, du solltest aber zwischen Pin 3 und 
Pin 2 eine Zenerdiode schalten, die den Arduino-Eingang vor den 26V 
schützt.

Über Pin 4 kannst du die Basis von Y2 verziehen, damit den Motorstrom 
beeinflussen und damit wiederum die Geschwindigkeit. Ich würd´s so 
machen: den Projektor von Hand etwas zu schnell stellen, einen 
Widerstand mit 150 Ohm und einen FET in Serie gegen Masse (Pin 2) 
schalten und dann mit einer PWM mit irgendwas > 10 kHz die 
Geschwindigkeit beeinflussen (ein Arduino-Ausgang kommt dann an das Gate 
des FET). Als FET reicht ein Kleisignaltyp à la 2N7002, er sollte nur 
30V VDS aushalten und 100mA und logic-level sein.

Theoretisch wird am Gate von Y2 zwar eine Gleichspannung erwartet, aber 
die Induktivität der Motorwicklung sollte das locker glattbügeln.

Max

[grox (Gast)]

Vielen Dank für die Erläuterung, ich brauche noch einen Moment, um das 
zu verstehen.

Dabei ist mir noch eine andere Idee gekommen, von der ich nicht weiß, ob 
sie funktioniert oder den Arduino zerstört:


1. Geschwindigkeit auslesen:

An Pin 3 der Buchse schaltet der Reed-Kontakt Masse. Wenn ich nun die 
Masse des Arduino mit der Masse des Projektors verbinde, das Plus des 
Arduino per Pullup-Widerstand von 1kOhm an einen Arduino-Pin gebe und an 
den gleichen Arduino-Pin den Buchsen-Pin 3 (Reed-Kontakt) anlege - 
funktioniert das oder raucht mir alles ab? Dann müsste doch immer LOW 
anliegen, solange der Reed-Kontakt nicht unterbrochen ist, oder?

2. Geschwindigkeit beeinflussen:

Mit R5 kann die Geschwindigkeit eingestellt werden. In der DIN-Buchse 
ist zwischen Pin 6 und 7 anscheinend ein schaltender Kontakt, der beim 
Einstecken des Steckers unterbrochen wird. Kann ich da nicht ein FET 
sozusagen als zusätzlichen Widerstand einsetzen, den ich per Arduino 
steuere? Ich wüsste nur nicht, welche Anschlüsse an welche PINs.

[grox (Gast)]

Max G. schrieb:
> Wenn du
> über einen 10kOhm-Widerstand Pin 5 mit Pin 3 verbindest, müsste Pin 3
> bei geschlossenem Schalter auf 0 gehen, ansonsten auf 26V.
> Das kannst du am Arduino auswerten, du solltest aber zwischen Pin 3 und
> Pin 2 eine Zenerdiode schalten, die den Arduino-Eingang vor den 26V
> schützt.


Ich verstehe noch nicht, wie ich den Arduino anschließe. Ist das so 
gemeint: Arduino-Masse an Buchsen-Pin 2, Arduino-Input-Pin an 
Buchsen-Pin 3 und fertig?

Die Stromkreise von Arduino und Projektor sind doch dann gar nicht 
verbunden, oder? Woher kommt denn dann das Spannungsgefälle am 
Arduino-Input-Pin?

Tut mir Leid, wenn das eine blöde Frage ist, ich habe noch nicht so viel 
Erfahrung mit der Beschaltung von Mikrocontrollern.

[Max G. (l0wside)]

grox schrieb:

> An Pin 3 der Buchse schaltet der Reed-Kontakt Masse. Wenn ich nun die
> Masse des Arduino mit der Masse des Projektors verbinde, das Plus des
> Arduino per Pullup-Widerstand von 1kOhm an einen Arduino-Pin gebe und an
> den gleichen Arduino-Pin den Buchsen-Pin 3 (Reed-Kontakt) anlege -
> funktioniert das oder raucht mir alles ab?

Ja, das ist vermutlich sogar der bessere Vorschlag als meiner. Du musst 
nur die Masse des Projektors (Pin 2) mit der Arduino-Masse verbinden. 
Dsa solltest du aber sowieso tun, siehe unten.

> Mit R5 kann die Geschwindigkeit eingestellt werden. In der DIN-Buchse
> ist zwischen Pin 6 und 7 anscheinend ein schaltender Kontakt, der beim
> Einstecken des Steckers unterbrochen wird. Kann ich da nicht ein FET
> sozusagen als zusätzlichen Widerstand einsetzen, den ich per Arduino
> steuere? Ich wüsste nur nicht, welche Anschlüsse an welche PINs.

OK, den Schaltkontakt hatte ich übersehen. Mein Vorschlag mit der PWM 
lief auf genau das hinaus. Hier wirst du ein bisschen experimentieren 
müssen. Miss mal in ausgestecktem Zustand die Spannung an Pin 4 (gegen 
Masse an Pin 2) und drehe den Geschwindigkeitsregler je einmal auf seine 
Anschlagspositionen. Dann melde dich wieder mit dem Ergebnis. Ein 
Multimeter hast du?
Die Spannung erzeugst du nachher mittels Pulsweitenmodulation (PWM).

> Ich verstehe noch nicht, wie ich den Arduino anschließe. Ist das so
> gemeint: Arduino-Masse an Buchsen-Pin 2, Arduino-Input-Pin an
> Buchsen-Pin 3 und fertig?

Ja, du musst aber noch den Pullup beschalten, wie du schon selbst 
geschrieben hattest.

> Die Stromkreise von Arduino und Projektor sind doch dann gar nicht
> verbunden, oder? Woher kommt denn dann das Spannungsgefälle am
> Arduino-Input-Pin?

Vom Pullup.

Max

[grox (Gast)]

Max G. schrieb:
> OK, den Schaltkontakt hatte ich übersehen. Mein Vorschlag mit der PWM
> lief auf genau das hinaus. Hier wirst du ein bisschen experimentieren
> müssen. Miss mal in ausgestecktem Zustand die Spannung an Pin 4 (gegen
> Masse an Pin 2) und drehe den Geschwindigkeitsregler je einmal auf seine
> Anschlagspositionen. Dann melde dich wieder mit dem Ergebnis. Ein
> Multimeter hast du?
> Die Spannung erzeugst du nachher mittels Pulsweitenmodulation (PWM).


Und ich hatte übersehen, dass dieser Schaltkontakt ja gar nicht über 
einen Stecker abgegriffen werden kann, der ist nur hinter der Buchse 
verschaltet. Außerdem braucht man einen speziellen Stecker, damit der 
überhaupt schaltet. Alles sehr unpraktisch.

Ich habe die Spannung gemessen, sie bewegt sich zwischen 27,5V (schnell) 
und 28,3V (langsam). Dabei schwankt die Messung jeweils um etwa 0,1 
Volt. (Gemessen als Gleichspannung, richtig? Bei Einstellung des 
Multimeters auf Wechselspannung kommen über 60 Volt raus.)

Ich versuche nachher mal die Geschwindigkeitsmessung. Kann ich statt 10k 
auch 100k oder irgendetwas dazwischen als Widerstand nehmen? Habe leider 
nur noch einen einzigen 10k-Widerstand vorrätig ):

Max G. schrieb:
> du solltest aber zwischen Pin 3 und
> Pin 2 eine Zenerdiode schalten, die den Arduino-Eingang vor den 26V
> schützt.


Wenn ich hier eine 4,7-Volt-Zenerdiode einsetze, wird dann nicht bei 
geschlossenem Reed (der Normalzustand) auch im Projektor die Spannung 
reduziert?

[grox (Gast)]

Max G. schrieb:
> An Pin 5 des DIN-Steckers hast du 26V anliegen, an Pin 2 Masse. Wenn du
> über einen 10kOhm-Widerstand Pin 5 mit Pin 3 verbindest, müsste Pin 3
> bei geschlossenem Schalter auf 0 gehen, ansonsten auf 26V.
> Das kannst du am Arduino auswerten, du solltest aber zwischen Pin 3 und
> Pin 2 eine Zenerdiode schalten, die den Arduino-Eingang vor den 26V
> schützt.

Das habe ich gerade getestet, dabei ist die Sicherung F2 durchgebrannt 
(2 Ampere). Hatte einen 27k-Widerstand zwischen Pin5 und Pin3 sowie eine 
4,7V-Zenerdiode zwischen Pin3 und Pin2, sonst nichts.

Ich war mir bei der Polung der Zenerdiode nicht ganz sicher, muss der 
Ring/Kathode an Pin 3? Kann eine Verpolung den Kurzschluss ausgelöst 
haben? Oder funkt der Generator (direkt am Motor) irgendwie dazwischen?

[c-hater (Gast)]

grox schrieb:

> ich habe einen 8mm-Filmprojektor, den ich zur Digitalisierung von alten
> Schmalfilmen verwenden will. Dazu muss der Projektor möglichst exakt mit
> einer Geschwindigkeit von 16 2/3 frames per second (fps) laufen.

Nein. Er muß exakt synchron zum Aufnahmegerät laufen (ggf. mit einem 
ganzzahligen Teilerfaktor). Das ist etwas völlig anderes.

> später will ich die
> Geschwindigkeit vielleicht auch noch automatisch regeln lassen oder
> sogar mit dem Videosignal des Camcorders synchronisieren).

Nö, nicht später. Das ist von vornherein der einzig zielführende Ansatz.

> Im angehängten Schaltbild des Projektors sieht man: Im Projektor ist
> bereits ein Reed-Kontakt verbaut, der bei jedem dritten Bild einmal kurz
> öffnet.

Nein der öffnet einmal pro echtem Bild. Der Faktor 3 kommt von der 
Flügelblende, die dieses eine Bild dreimal verdunkelt, um dem Auge eine 
höhere Framerate vorzugaukeln, als physisch vorhanden ist.

> Vielleicht habt ihr Hinweise?

Kauf' dir ein auch nur halbwegs hochwertiges digitales Fotogerät als 
Zielgerät, welches hinreichend schnell Einzelbilder aufnehmen kann 
(wenigstens in SD- oder VGA-Auflösung) und über einen externen Auslöser 
verfügt. Diesen Fernauslöser hängst du dann einfach über ein 
einstellbares Verzögerungsglied an das Reed-Relais des Projektors. Das 
Verzögerungsglied stellst du dann so ein, daß in den Aufnahmen keine 
Schatten der Flügelblende mehr zu erkennen sind, also das gesamte 
Nutzbild gleichmäßig ausgeleuchtet erscheint. Und schon bist du fertig. 
Und es ist sogar fast schon der optimale Aufbau für diese Aufgabe.

Besser wird es nur noch (bei sonst gleichbleibendem Aufbau), wenn man 
die Leinwand durch einen "Repro-Schirm" ersetzt.

[grox (Gast)]

@ c-hater:
Sicher, wenn ich optimale Ergebnisse haben will, hast Du viel richtiges 
gesagt. Ich will es aber nicht übertreiben, dann kann ich die Filme auch 
einem Digitalisierungsprofi übergeben. Ich will mit dem, was ich habe, 
soweit wie möglich kommen. Und vor allem will ich dabei Spaß am Lernen 
haben.

c-hater schrieb:
> Nein der öffnet einmal pro echtem Bild. Der Faktor 3 kommt von der
> Flügelblende

Der öffnet in meinem Projektor tatsächlich einmal alle drei Bilder bzw. 
alle 9 "Flügelschläge", das habe ich überprüft.

c-hater schrieb:
> Diesen Fernauslöser hängst du dann einfach über ein
> einstellbares Verzögerungsglied an das Reed-Relais des Projektors.

Genaus für diese Idee, ein externes Gerät an den Reed-Kontakt zu hängen, 
suche ich Hinweise. Wenn ich die Schaltung im Projektor nicht verändern 
will, ist das gar nicht so einfach. Jedenfalls für mich.

[grox (Gast)]

grox schrieb:
>> Nein der öffnet einmal pro echtem Bild. Der Faktor 3 kommt von der
>> Flügelblende
>
> Der öffnet in meinem Projektor tatsächlich einmal alle drei Bilder bzw.
> alle 9 "Flügelschläge", das habe ich überprüft.

Noch einmal überprüft: es stimmt beides nicht, er öffnet alle vier 
Bilder.

[grox (Gast)]

grox schrieb:
> dabei ist die Sicherung F2 durchgebrannt

Hatte doch tatsächlich die Belegung des Steckers verdreht, die Z-Diode 
hat also einen Kurzschluss verursacht. Wie blöd.

Neuer Versuch mit folgendem Aufbau:

10k-Pullup-Widerstand zwischen Arduino-Pin und Arduino-5-Volt.

Arduino-Pin über eine Diode (Ring Richtung Projektor) mit Projektor-Pin3 
(Reed-Kontakt) verbunden.

Arduino-Masse mit Projektor-Pin2 (Masse) verbunden.


Das funktioniert soweit. Allerdings ist die darüber ausgelesene 
Geschwindigkeit erstens sehr schwankend (mind. +/- 10 FPS) und zweitens 
in der Regel zu hoch. Trotz Software-Debouncing (Werte von 10-100ms 
ausprobiert) im Arduino.

Ich habe keine Ahnung, wie das zu Stande kommt. Irgendetwas ist da 
falsch, der Projektor läuft nämlich ruhiger, als die angezeigten 
Geschwindigkeitsschwankungen. Was könnte ich noch probieren?

[grox (Gast)]

grox schrieb:
> Das funktioniert soweit. Allerdings ist die darüber ausgelesene
> Geschwindigkeit erstens sehr schwankend (mind. +/- 10 FPS) und zweitens
> in der Regel zu hoch. Trotz Software-Debouncing (Werte von 10-100ms
> ausprobiert) im Arduino.
>
> Ich habe keine Ahnung, wie das zu Stande kommt. Irgendetwas ist da
> falsch, der Projektor läuft nämlich ruhiger, als die angezeigten
> Geschwindigkeitsschwankungen. Was könnte ich noch probieren?

Soweit gelöst...ohne genau zu wissen, wo der Fehler liegt. Jedenfalls 
hat der Interrupt im Arduino zu oft zwischendurch ausgelöst, habe 
deshalb in der Interrupt-Funktion einfach noch einmal den Pin ausgelesen 
und ausgewertet (digitalRead), jetzt haut es hin.

Vielen vielen Dank für die bisherige Unterstützung, ich mache mich bei 
Gelegenheit an die Steuerung der Motorgeschwindigkeit.

[Max G. (l0wside)]

Vermutlich hat der Schalter geprellt, deine Lösung ist gefühlt ein 
bisschen ungewöhnlich, aber legitim. Du kannst noch10 nF (Wert aus dem 
Bauch heraus) zwischen Pins 3 und 2 hängen, wenn es noch weiter Probleme 
gibt.

Wen dein Stecker den Kontakt nicht schaltet, ist das nicht tragisch.Mein 
Vorschlag von oben müsste trotzdem funktionieren.

Viel Erfolg, du schaffst das!

Max

[grox (Gast)]

Am Ende sieht es so einfach aus :-)

Die Schaltung funktioniert tatsächlich, wenn auch immer mal Schwankungen 
auftreten. Irgendwie scheint der Arduino auch noch gestört zu werden, 
auf dem LCD erscheinen hinter meiner Ausgabe merkwürdige Zeichen.

Was mir nicht klar ist, vielleicht hast Du/habt ihr noch Hinweise: wie 
schütze ich den Arduino besser?

Ich habe vor allem Bedenken, dass die Grounds nicht immer auf dem 
gleichen Niveau sind oder dass irgendwo Spannung anliegt, die nicht sein 
darf. Weil dieser ominöse Generator im Projektor ja auch noch Spannung 
erzeugt. Und weil der Transformator beim Ausschalten vermutlich auch 
umgedrehte Spannung erzeugt. Oder nicht?

D1 ist zum Beispiel einfach eine "Angstdiode", keine Ahnung ob die 
überhaupt sinnvoll ist.

Kann man zwischen die Grounds von Arduino und Projektor auch noch eine 
"Angstdiode" setzen?


Der Vollständigkeit halber noch mein Arduino-Code:

/*
 *  Control speed of projector MEOS DUO
 
 
 * LCD Setup:
 * LCD RS pin to digital pin 9
 * LCD Enable pin to digital pin 8
 * LCD D4 pin to digital pin 7
 * LCD D5 pin to digital pin 6
 * LCD D6 pin to digital pin 5
 * LCD D7 pin to digital pin 4
 * LCD R/W pin to ground 
 * 10K resistor:
 * - ends to +5V and ground
 * - wiper to LCD VO pin (LCD pin 3)
 
 * Pin Setup:
 * Reed (projector) to pin 2
 * Mosfet gate to pin 3
 *
 */

#include <LiquidCrystal.h>
#include <PWM.h>

//Global variables and constants
LiquidCrystal lcd(9, 8, 7, 6, 5, 4);

const signed long int  pwm_frequency = 10000; //frequency of pwm (in Hz)
const int pin_pmw = 3; 
const int pin_touch = 2;

// 16 2/3 fps = 240mspt
unsigned long mspt_target = 240ul; //Target Milliseconds per touch 
unsigned long mspt = 0ul; //Current milliseconds per touch
int state_touch = HIGH; //Is reed contact in touch?
int state_newdata = LOW; //Is there a new measure to adjust speed to?

void setup() {    
  //Init LCD
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("MsPT");
  lcd.setCursor(8, 0);
  lcd.print("FPS");

  //Input
  pinMode(pin_touch, INPUT);  

  //Initialize pwm timers (except for 0, to save time keeping functions)
  InitTimersSafe(); 
  SetPinFrequencySafe(pin_pmw, pwm_frequency);  

  //Attach touch interrupt
  attachInterrupt(0,count,CHANGE);
}

void loop() {
  static unsigned long time_current;
  static unsigned long time_lcd;  
  float fps = 0.0;
  static char buff_lcd[8];
  static int value_pwm = 255;
  static int diff_pwm = 0;
  
  //reference time
  time_current = millis();

  //adjust speed  
  if (state_newdata & (mspt != mspt_target)) {

    //too fast..slow down..increase pwm   
    //too slow..accelerate..decrease pwm

    diff_pwm = (mspt_target - mspt);
    if (abs(diff_pwm) < 10) diff_pwm = diff_pwm / abs(diff_pwm); 
    value_pwm = value_pwm + diff_pwm;
    
    value_pwm = constrain(value_pwm,0,255);

    pwmWrite(pin_pmw,value_pwm);
    state_newdata = LOW;
  }
  
  //lcd
  if ((time_current - time_lcd) > 1000) {

    //Calculate fps
    if (mspt == 0) fps = 0.0f;
    else fps = (4ul * 1000ul) / (float)mspt;
    
    //Display values  
    lcd.setCursor(0, 1);
    sprintf(buff_lcd,"%-5d", (int)mspt);
    lcd.print(buff_lcd);
    
    lcd.setCursor(8, 1);
    dtostrf(fps,5,2,buff_lcd);
    lcd.print(buff_lcd);
    
    time_lcd = time_current;
  }    
}

/*
    Interrupt function for touches of reed contact
*/
void count() {
  static unsigned long time_current;
  static unsigned long time_touch = 0ul;
  static unsigned long time_debounce = 0ul;
  
  time_current= millis();
  
  if (digitalRead(pin_touch) != state_touch) {
    if ((time_current - time_debounce) > 30) {
      state_touch = !state_touch;
      
      if (state_touch == HIGH) {
        if (time_touch > 0) {
          mspt = time_current - time_touch;
          state_newdata = HIGH;
        }  
        time_touch = time_current;
      }
      time_debounce = time_current;   
    }    
  }      
}

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

grox schrieb:
> Kann man zwischen die Grounds von Arduino und Projektor auch noch eine
> "Angstdiode" setzen?

Nein, damit verschiebst du die Potentiale und riskierst das Gegenteil 
von dem, was du eigentlich bezwecken wolltest. Besser ist es, einfach 
vernünftige, stabile Anschlussleitungen zu nehmen.
Sorge vor allem dafür, das der Arduino gut abgeblockt wird (mit einem 
sauberen Netzteil und evtl. zusätzlichem Abblockkondensator an der Vcc 
des Boards.

grox schrieb:
> Die Schaltung funktioniert tatsächlich, wenn auch immer mal Schwankungen
> auftreten.

Du bist jetzt soweit, das du dir die Implementation eines PID Reglers 
überlegen kannst, der als Sollwert den V-Impuls der Kamera bekommt und 
als Ist das mit 3 multiplizierte Reed-Signal des Projektors. Der 
Reglerausgang steuert dann deine MOSFet Routine an.
Du wirst mit den P,I und D Faktoren ein wenig rumexperimentieren müssen, 
aber dann den Projektor stabil und phasensynchron regeln können.

[grox (Gast)]

Sehr hilfreiche Hinweise, bin dabei sie umzusetzen!

[grox (Gast)]

Matthias Sch. schrieb:
> Du bist jetzt soweit, das du dir die Implementation eines PID Reglers
> überlegen kannst

PID Regler habe ich nun, siehe unten. Fehlt nur noch die Synchronisation 
mit der Kamera, habe mir dafür einen LM1881N bestellt. Allerdings 
bezweifle ich, dass das mit dem Projektor gut funktioniert, der läuft so 
unruhig; außerdem misst der Reed-Kontakt nur alle vier Bilder, ich 
müsste wohl eine extra Lichtschranke einbauen.

Der Arduino hängt an einem Batteriepack und ich habe einen 
100nf-Keramik-Kondensator vor die (vom Arduino abgezweigte) 
Stromversorgung des LCD gehängt, trotzdem kommen merkwürdige Zeichen. 
Sind wohl die dünnen Signalleitungen, das ist ja alles nur auf ein 
Breadboard gesteckt.

Der R4-Widerstand wird im Betrieb ziemlich warm, ist so etwas eigentlich 
normal? Auch ist zwischenzeitig die Sicherung im Projektor mal wieder 
durchgebrannt, das PWM-Geflimmer scheint den Motor zu beanspruchen.

Mit der bisherigen Lösung bin ich aber schon ganz zufrieden, den Rest 
erledigt AviSynth mit srestore ganz passabel.

/*
 *  Control speed of projector MEOS DUO
 
 
 * LCD Setup:
 * LCD RS pin to digital pin 9
 * LCD Enable pin to digital pin 8
 * LCD D4 pin to digital pin 7
 * LCD D5 pin to digital pin 6
 * LCD D6 pin to digital pin 5
 * LCD D7 pin to digital pin 4
 * LCD R/W pin to ground 
 * 10K resistor:
 * - ends to +5V and ground
 * - wiper to LCD VO pin (LCD pin 3)
 
 * Pin Setup:
 * Reed (projector) to pin 2
 * Mosfet gate to pin 3
 *
 */

#include <LiquidCrystal.h>
#include <PWM.h>
#include <EEPROM.h>

//Global variables and constants
LiquidCrystal lcd(9, 8, 7, 6, 5, 4);

const long pwm_frequency = 10000; //frequency of pwm (in Hz)
const int pin_pwm = 3; 
const int pin_touch = 2;

long mspt = 0l; //Milliseconds per touch
int state_touch = HIGH;
int state_newdata = LOW; 
long value_pwm = 0L;

void setup() {    
  //Init LCD
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("MsPT");
  lcd.setCursor(5, 0);
  lcd.print("FPS");

  value_pwm = (long)EEPROM.read(0);

  //Input and output
  pinMode(pin_touch, INPUT);  

  //Initialize pwm timers (except for 0, to save time keeping functions)
  InitTimersSafe(); 
  bool success = SetPinFrequencySafe(pin_pwm, pwm_frequency);  
  //if(success) digitalWrite(pin_led, HIGH);    

  //Attach touch interrupt
  attachInterrupt(0,count,CHANGE);
}

void loop() {
  static long time_current;
  static long time_eeprom = millis();  
  static long time_lcd = 0L;  
  static long time_adjust = 0L;
  float fps = 0.0f;
  static char buff_lcd[8];
  
  
  //reference time
  time_current = millis();

  //adjust speed  
  if (state_newdata) {
    //too fast..slow down..increase pwm   
    //too slow..accelerate..decrease pwm      
    value_pwm = value_pwm + calculate_pid(mspt);
    value_pwm = constrain(value_pwm,0L,255L);
    pwmWrite(pin_pwm,value_pwm);
    state_newdata = LOW;
  }
  
  //lcd
  if ((time_current - time_lcd) > 1000L) {

    //calculate fps
    if (mspt == 0L) fps = 0.0f;
    else fps = (4L * 1000L) / (float)mspt;
    
    //Display values  
    lcd.setCursor(0, 1);
    sprintf(buff_lcd,"%-5d", (int)mspt);
    lcd.print(buff_lcd);
    
    lcd.setCursor(5, 1);
    dtostrf(fps,5,2,buff_lcd);
    lcd.print(buff_lcd);
        
    time_lcd = time_current;
  }    
  
  //Save current pwm to eeprom every 30 seconds for next startup
  if ((time_current - time_eeprom) > 30000L) {
    EEPROM.write(0,(byte)value_pwm);
    time_eeprom = time_current; 
  }
}

/*
 *  PID regulator 
 *
 *  Todo: pid is called in irregular intervals,
 *        integration and differentiation should 
 *        be relative to time of last calls
 */
 
long calculate_pid(long value_in) {
  const float param_p = 1.5f;
  const float param_i = 0.1f;
  const float param_d = 0.1f;
  const long output_min = -200L;
  const long output_max = +200L;

  //Target Milliseconds per touch -> 16 2/3 fps = 240mspt
  const long value_target = 240L; 

  static long value_error = 0L;
  static long value_out = 0L;
  static long value_lastin = 0L;
  
  static float value_pterm = 0.0f;
  static float value_iterm = 0.0f;  
  static float value_dterm = 0.0f;
  
  //Proportional term
  value_error = value_target - value_in;
  value_pterm = param_p * value_error;
  
  //Integrate with windup limit
  value_iterm += param_i * value_error;
  value_iterm = constrain(value_iterm,(float)output_min,(float)output_max);  

  //Derivative on Measurement, not Error
  value_dterm  = -param_d * (value_in - value_lastin); 
  value_lastin = value_in;
  
  value_out = round(value_pterm + value_iterm + value_dterm);
  return constrain(value_out,output_min,output_max);
}

/*
    Interrupt function for touches of reed contact
*/
void count() {
  static long time_current;
  static long time_touch = 0L;
  static long time_debounce = 0L;
  
  time_current= millis();
  
  if (digitalRead(pin_touch) != state_touch) {
    if ((time_current - time_debounce) > 30) {
      state_touch = !state_touch;
      
      if (state_touch == HIGH) {
        if (time_touch > 0) {
          //mspt = runningAverage(time_current - time_touch);
          mspt = time_current - time_touch;
          state_newdata = HIGH;
        }  
        time_touch = time_current;
      }
      time_debounce = time_current;   
    }    
  }      
}

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

grox schrieb:
> Der R4-Widerstand wird im Betrieb ziemlich warm, ist so etwas eigentlich
> normal?

Der bildet ja im Betrieb zusammen mit dem Projektorinternen R1 einen 
Spannungsteiler für ca 26V(!) und das an zusammen 300 Ohm. Da fliessen 
also im geschlossenen Zustand des MOSTFet mal eben um die 100mA und das 
erwärmt den Widerstand ganz schön (P=U*I, wobei U=13V, I~0,1A, also 
P~1,3Watt).

Ich würde mit dem PWM Signal eher auf die Basis von V1 gehen (den 
KF508), natürlich über einen Basisvorwiderstand. Da reicht dann ein 
kleiner Steuerstrom. Polarität ist hier high=Motor läuft langsamer, 
Low=Motor läuft schneller, aber das ist an der Drain deines MOSFet ja 
genauso. PWM ist für so einen Motor auch oft nicht das richtige, es kann 
besser sein, das du die PWM schon auf der MC Platine filterst und nur 
noch ein Analogsignal auf die Basis von V1 schiebst.

[batman (Gast)]

Was soll der R4 in der Schaltung auch anderes machen als zu heizen? Ich 
sehe da keine andere Funktion, weg damit. Widerstände wären eher vor den 
Prozessoreingängen von Nutzen, um Stör-Spikes zu dämpfen, dann kann die 
D1 da z.B. auch weg.

[grox (Gast)]

batman schrieb:
> Was soll der R4 in der Schaltung auch anderes machen als zu heizen? Ich
> sehe da keine andere Funktion, weg damit.

Wenn ich R4 entferne: erhöht sich dann nicht der Strom im Projektor 
enorm, sobald der Mosfet schließt?

Habe soweit verstanden, dass ich eine kleine Heizung gebaut habe, vielen 
Dank für die Erläuterungen. Der Widerstand kann 1W ab, läuft also 
möglicherweise am Limit.

Matthias Sch. schrieb:
> Ich würde mit dem PWM Signal eher auf die Basis von V1 gehen (den
> KF508), natürlich über einen Basisvorwiderstand.

Da komme ich leider nicht über die Buchse ran, die eingezeichneten 
Kontakte 6 und 7 sind in der Buchse verborgene Schaltkontakte.

[grox (Gast)]

Matthias Sch. schrieb:
> PWM ist für so einen Motor auch oft nicht das richtige, es kann
> besser sein, das du die PWM schon auf der MC Platine filterst und nur
> noch ein Analogsignal auf die Basis von V1 schiebst.

Kann ich dazu einfach ein Elko zwischen Mosfet-Drain und Masse schalten? 
Habe mich vorhin über Tiefpass-Filter belesen. Aber noch nicht so ganz 
durchdrungen, wie man die dimensioniert und anschließt.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

grox schrieb:
> Kann ich dazu einfach ein Elko zwischen Mosfet-Drain und Masse schalten?

Es ist vllt. gar keine dumme Idee, die Stufe um V1 extern nachzubauen, 
also richtig mit einem NPN, der den Strom verträgt. Ich kenne mich mit 
den Russen nicht aus, aber ein z.B. BC639 oder BC337 kann die 100mA 
leicht ohne Rotbäckchen. Den steuerst du dann über den Tiefpass an. Der 
ist leichter linear zu bekommen als der MOSFet und die Schaltung im 
Projektor zeigt ja, das es so auch gedacht ist.
Ein Tiefpass am Ausgang des jetzigen MOSFet kannst du mal probieren, 
aber der muss schon recht kräftig dimensioniert sein, weil dir ja die 
Verstärkung von V1 fehlt. Mit dem jetzigen 150R in Reihe können da 
schnell mal ein paar µF zusammenkommen, um das glatter zu kriegen. Je 
höher deine PWM Frequenz, desto kleiner kann der Elko sein.

grox schrieb:
> Aber noch nicht so ganz
> durchdrungen, wie man die dimensioniert und anschließt.

Du möchtest die PWM Frequenz am besten völlig unterdrücken und trotzdem 
die Regelung schnell lassen. Also wählst du eine hohe PWM Frequenz und 
schaust dann am besten mit dem Oszi, wie gross der C sein muss.

[grox (Gast)]

Matthias Sch. schrieb:
> Ein Tiefpass am Ausgang des jetzigen MOSFet kannst du mal probieren,
> aber der muss schon recht kräftig dimensioniert sein, weil dir ja die
> Verstärkung von V1 fehlt.

Habe meine Daten mal in folgenden Rechner eingegeben: 
http://www.electronicdeveloper.de/FilterPassivTiefpassRCPWM1.aspx

Mit 10kHz PWM, 150 Ohm und 10uF komme ich auf ca.4mV Ripple und ca. 23ms 
Verzögerung, wenn ich das richtig interpretiere. Scheint mir im ersten 
Moment gut auszusehen. Dann kommen bei mir einige Fragezeichen auf:

- Kann ich da einen Elko (mit Polung) nehmen, oder muss es ein 
Keramikkondensator sein? Gibt es überhaupt Keramikkondensatoren mit 
10uF? In meiner Bastelkiste finde ich so einen nicht.

- Alternativ könnte ich die PWM-Frequenz erhöhen, geht im Fast PW-Mode 
wohl bis ca. 60kHz hoch. Welche Nebenwirkungen hat das?

- Alternativ könnte ich den Widerstand erhöhen. Dann zweige ich aber 
weniger Strom ab, wodurch der "Regelbereich" geringer wird. Müsste ich 
das ausprobieren oder kann man irgendwie verhersagen, bis zu welcher 
Größe des Widerstands noch eine brauchbare Regelung hinzubekommen ist?

Ich bin euch allen sehr dankbar, dass ihr mir so geduldig beim Lernen 
helft!!!

Matthias Sch. schrieb:
> Es ist vllt. gar keine dumme Idee, die Stufe um V1 extern nachzubauen,
> also richtig mit einem NPN, der den Strom verträgt.

Gute Idee. Bin noch dabei, das zu durchdenken.

Matthias Sch. schrieb:
> Du möchtest die PWM Frequenz am besten völlig unterdrücken und trotzdem
> die Regelung schnell lassen. Also wählst du eine hohe PWM Frequenz und
> schaust dann am besten mit dem Oszi, wie gross der C sein muss.

Habe leider kein Oszilloskop, hätte natürlich gern eines. Muss ich aber 
erstmal sparen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

grox schrieb:
> Kann ich da einen Elko (mit Polung) nehmen, oder muss es ein
> Keramikkondensator sein?

Nimm ruhig einen Elko, negative Steuerspannung kommt ja nicht vor - du 
musst ihn also nur richtig polen (Minus an Masse, Plus an den Punkt nach 
dem 150 Ohm).

grox schrieb:
> Gibt es überhaupt Keramikkondensatoren mit
> 10uF?

Gibts schon, aber ist hier absolut nicht nötig. Haben die wenigsten in 
der Bastelkiste.

grox schrieb:
> Alternativ könnte ich die PWM-Frequenz erhöhen, geht im Fast PW-Mode
> wohl bis ca. 60kHz hoch. Welche Nebenwirkungen hat das?

Nee, nee, 10kHz sind schon ok. Je höher die Frequenz angesetzt wird, 
umso höher sind die Umschaltverluste deines MOSFet, das wäre bei 60kHz 
noch nicht beträchtlich, aber spürbar, der MOSFet wird ein wenig wärmer.

grox schrieb:
> Muss ich aber
> erstmal sparen.

Tu das. Ein Oszi ist mit das hilfreichste Messgerät, was man als 
Elektronikbegeisterter haben kann.

[grox (Gast)]

Die Störungen auf dem LCD sind weg, nachdem ich den Eingang anders 
aufgebaut habe: ein Widerstand und eine Z-Diode sollen für Schutz vor zu 
hoher Spannung (die theoretisch gar nicht auftreten kann, weil es ein 
Masse-Input ist) und gleichzeitig für eine geringere Empfindlichkeit des 
Input Pins sorgen.

Ein Elko soll außerdem das PWM-Signal glätten. Wobei ich nur einen mit 
220uF gefunden habe, der auch die Spannung aushält, eigentlich wollte 
ich nach etwas Rumrechnen mit dem oben verlinkten Tool einen 100uF-Elko 
einsetzen.

Ganz klar ist mir nicht, ob das wirklich ein Tiefpass-Filter ist. 
Normalerweise würde ja dann der Elko auf der anderen Seite von R4 
eingehängt werden. Was aber hier wohl beim Schließen des Mosfets zu 
einem Kurzschluss des Elkos führen würde. Oder entsteht der 
Tiefpassfilter in diesem Fall durch den projektorinternen Widerstand + 
Kondensator und R4 ist lediglich als Verbraucher anzusehen? Oder habe 
ich einen Knoten im Kopf?

Die Schaltung ist im Anhang.

Ich glaube genauer bekomme ich die Steuerung nicht hin, auch wenn 
Geschwindigkeitsschwankungen auftreten (ca. +/-1ms pro Bild). Diese 
Schwankungen treten aber auch auf, wenn ich die Steuerung weglasse, das 
liegt wohl an der projektorinternen Hardware.