Auslesen zweier Sensoren und Übertragung auf einen PC

[Timo L. (timo_l)]

Hallo zusammen,

im Rahmen eines Projektes würde ich gerne einen Kraft- und einen 
Seilzugsensor kontinuierlich auslesen.
Die Daten sollen anschließend per USB auf einen Laptop übertragen und 
dort ausgewertet werden.
Eine hohe Abtastrate oder Echtzeitübertragung werden nicht gefordert.
Angestrebt wird eine Abtastrate von etwa 100ms. Wichtig ist lediglich, 
dass die Daten der beiden Sensoren "gleichzeitig" am PC ankommen, da 
diese später kombiniert werden sollen. Ich möchte also wissen, bei 
welchem Weg eine bestimmte Kraft anliegt.

Da ich aus dem Bereich des Maschinenbaus komme, bin ich leider auf 
diesem Gebiet absoluter Neuling, sodass ich über ein wenig Starthilfe 
sehr dankbar wäre.

Konkret handelt es sich um folgende Sensoren:

Kraftsensor:
http://de.aliexpress.com/store/product/50kg-500N-Tension-and-compression-force-sensor-load-cell/1170542_1704291148.html

Seilzugsensor:
https://www.reichelt.de/Wegaufnehmer/SEILZUG-SP-1200/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=151292&GROUPID=6681&artnr=SEILZUG+SP+1200

Die Stromversorgung wird durch eine mobile Energiequelle (Blei- oder 
Lipo-Akku realisiert).

Ich würde gerne wissen, welche Komponenten (Mikrocontroller,...) ich 
grundsätzlich zur Lösung dieser Aufgabe benötige, sodass ich mich mit 
diesem Wissen tiefer in die Thematik einlesen kann.

Vielen Dank!

Gruß, Timo

[Frank (Gast)]

So wie ich das sehe ist sowohl der Kraftsensor als auch der 
Seilzugsensor analog. Die Anforderungen sind ja nicht gerade sonderlich 
hoch.
Da sollte es so ziemlich jede uC mit ADC und einer UART tun. Dann noch 
nen FTDI dran für die USB Umsetzung. Sollte am einfachsten sein.
Dann musst du natürlich noch für jede Komponente die Spannung erzeugen 
und die Signale an den ADC Eingangsbereich anpassen.

[Falk B. (falk)]

Einen kleinen Arduino kaufen und die Sensoren anflanschen.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Timo,

ich habe Dir im Anhang einen Schaltungsvorschlag hinterlegt.

Dein Kraftsensor ist eine Wägezelle in Brückenschaltung mit 
Dehnungsstreifenwiderständen und benötigt deshalb eine besondere 
Aufbereitung. Er bringt nur 2mV/V Ausgangsspannung und normale MCU ADC 
sind nicht empfindlich genug. Siehe Beispiel im Anhang. Bitte beachten, 
daß so ein Sensor am besten im Vier-Draht Verfahren mit der 
Meßelektronik verbunden sein sollte um Brücken-Erregungsspannung und 
Meßspannung sauber zu trennen weil auch kleine Spannungsabfälle im Kabel 
große Fehler verursachen würden.

Der Seilzugsensor ist nur ein einfaches Poti.

Im Anhang ist ein MAX11200 24-bit ADC vorgeschlagen weil die 10-12-bit 
Auflösung der meisten MCU ADC hier nicht ausreichend ist. Wenn Dir eine 
relativ grobe Auflösung ausreichend ist, dann könnte es aber zur Not 
gehen. Bitte beachten, daß der ADC so wie vorgeschlagen, ratio-metrisch 
arbeitet. Bitte auch beachten, daß im Gegensatz zum Schaltbild die 
angegebenen 5V Betriebspannung wegen dem MAX11200 3.3V sein muß. Bei 
10-SPS schafft der ADC immer noch fast 21-bit Auflösung. Die Brücke kann 
mit einer höheren Spannung erregt werden solange der 
Eingangsspannungsteiler für (VEXC+) richtig eingestellt ist. Der 
Spannungsteiler am VREF Eingang des INA333 stellt die 
Mittelbezugsspannung ein. Ohne Brückenbelastung ist die Eingangsspannung 
zum ADC gleich dem Brückennullpunkt. Natürlich ist eine kleine 
Abweichung durch Komponententoleranzen gegeben ganz normal. Ich emfehle 
den MAX11200 als unipolaren Wandler zu konfigurieren.

Der Seilzugsensor braucht nur eine einfache Ratio-metrische Messung. Das 
heißt "CW" muss je nach Referenzspannungsquelle entweder an AREF oder 
VDD hängen damit der ADC dann das Verhältnis zwischen Schleifer und dem 
Hochpunkt "CW" messen kann. Das macht die Messung spannungsabhängig. 
Konfiguriere den 10-bit MCU-ADC so, daß er Vdd als 
Referenzspannungsquelle nimmt.

Als Steuerung könnte mit Vorteil ein Arduino UNO oder ähnlich dienen. 
Die einzige Herausforderung wäre den MAX11200 Treiber zu schreiben. 
Sonst wäre das ganze ziemlich einfach. Anstatt die Daten lokal zu 
speichern, nimm ein Bluetooth Modul wie das HC-05 und Du kannst die 
Daten in Echtzeit in CSV Format direkt auf den Laptop übertragen und mit 
einem der üblichen Terminal-Programme loggen. Wenn eine Kabelverbindung 
OK ist, nimm natürlich USB. Die resultierende CSV Datei kannst Du dann 
bequem in Excel einlesen und (graphisch) bearbeiten. Der MAX11200 kann 
so konfiguriert werden, daß er im Auto Konversion Modus arbeitet und 
durch ein sogenanntes EOC Signal anzeigt, daß die Daten abgeholt werden 
können. Das macht man am besten mit einem Interrupt. Ich verstehe, daß 
der MAX11200 nicht gerade ein Anfänger Objekt ist. Aber die Anwendung 
ist aber auch nicht allzu schwer. Nach dem Einschalten müssen im 
MAX11200 ein paar interne Register programmiert werden um die 
Arbeitsbedingungen und Auto Konversion zu starten. Danach arbeitet der 
ADC automatisch. Man kann ihn allerdings auch triggern. Im 
Interrupt-Handler kann man dann einfach die Daten mittels SPI abfragen 
und übertragen.

Ich hoffe Dir damit etwas weitergeholfen zu haben. Ich bin mir bewußt 
daß die Programmierung und Anwendung des MAX11200 nicht gerade einfach 
ist. Das Resultat rechtfertigt allerdings den Aufwand.

mfg,
Gerhard



>Timo Ludwig schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> im Rahmen eines Projektes würde ich gerne einen Kraft- und einen
> Seilzugsensor kontinuierlich auslesen.
> Die Daten sollen anschließend per USB auf einen Laptop übertragen und
> dort ausgewertet werden.
> Eine hohe Abtastrate oder Echtzeitübertragung werden nicht gefordert.
> Angestrebt wird eine Abtastrate von etwa 100ms. Wichtig ist lediglich,
> dass die Daten der beiden Sensoren "gleichzeitig" am PC ankommen, da
> diese später kombiniert werden sollen. Ich möchte also wissen, bei
> welchem Weg eine bestimmte Kraft anliegt.
>
> Da ich aus dem Bereich des Maschinenbaus komme, bin ich leider auf
> diesem Gebiet absoluter Neuling, sodass ich über ein wenig Starthilfe
> sehr dankbar wäre.
>
> Konkret handelt es sich um folgende Sensoren:
>
> Kraftsensor:
> 
http://de.aliexpress.com/store/product/50kg-500N-Tension-and-compression-force-sensor-load-cell/1170542_1704291148.html
>
> Seilzugsensor:
> 
https://www.reichelt.de/Wegaufnehmer/SEILZUG-SP-1200/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=151292&GROUPID=6681&artnr=SEILZUG+SP+1200
>
> Die Stromversorgung wird durch eine mobile Energiequelle (Blei- oder
> Lipo-Akku realisiert).
>
> Ich würde gerne wissen, welche Komponenten (Mikrocontroller,...) ich
> grundsätzlich zur Lösung dieser Aufgabe benötige, sodass ich mich mit
> diesem Wissen tiefer in die Thematik einlesen kann.
>
> Vielen Dank!
>
> Gruß, Timo