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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik billiger Drehgeber


Autor: Christoph Kukulies (Gast)
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Ich weiß nicht, ob ich mit diesem Problem hier unter Mikrocontroller
richtig bin, aber wenn daraus die Idee entspringt, es nicht mit einem
Mikrocontroller zu lösen, sei's drum.

Aufgabenstellung: eine absolute Winkelstellung einer Handkurbel soll
bestimmt werden und letztlich als digitales Signal zur Verfügung
gestellt werden. Dabei ist eben die Frage, wie die Winkelstellung
aufgenommen wird.

Ich möchte mal eine Idee in den Raum stellen, die etwa so aussieht:

Eine Scheibe, die von durchsichtig bis schwarz über 360 grad
abgestuft, "eingefärbt" ist, wird zwischen eine Lichtquelle und
einem
Photowiderstand oder Phototransistor bewegt.

Die Kennlinie müßte geeicht werden oder die Schwärzung der Scheibe
entsprechend voreingestellt werden.

Gut, ich werfe den Ball einfach mal in die Runde...

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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Ich fange mal den Ball...

in einem nicht unähnlichen Thread wird gerade diskutiert:

http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-326967.html

Tue Dir einen Gefallen, und löse die Aufgabe digital und nicht analog.
Sprich Lichtschranken, die nur zwischen unterbrochen und nicht
unterbrochen unterscheiden. Somit brauchst Du dann auch einen
Mikrocontroller :-) Es hängt aber auch sehr davon ab, wer die
Winkelstellung wissen will. Schau mal hier:

http://de.wikipedia.org/wiki/Gray-Code

Speziell die Scheibe:

http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:BCD-Scheibe.png

Hier benötigst Du drei Lichtschranken, mit denen Du acht
Winkelstellungen auflösen kannst. Mit jeder weiteren Lichtschranke
kannst Du die Auflösung verdoppeln.

Autor: Rahul (Gast)
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Man könnte auch einen Schrittmotor als inkrmentalgeber benutzen.
Die einfachste Variante wäre wohl ein Potentiometer. Die gibt es auch
in einer Unendlich-Ausführung, wobei es bei jeder Umdrehung zu einem
Sprung von einem Extremwert zu anderen kommt.
Zum Schrittmotor gibt es hier Threads und bei google findet man auch
was, wenn man nach "schrittmotor inkrementalgeber" sucht...

Autor: Michael (Gast)
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@Christoph:
"Sprich Lichtschranken, die nur zwischen unterbrochen und nicht
unterbrochen unterscheiden. Somit brauchst Du dann auch einen
Mikrocontroller :-)"


Lernt denn heute keiner mehr anständig Grundlagen der Digitaltechnik?
Natürlich braucht man für so etwas nicht einen Mikrocontroller.
Es geht auch ohne.

Autor: Werner A. (Gast)
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was spricht denn eigentlich gegen ein ordinäres Poti. Ist gerade für
Absolutwinkelmessung sehr einfach geeignet. Nen simplen AD Wandler
hinter und fertig.

Werner

Autor: Christoph Kukulies (Gast)
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Was gegen ein Poti spricht, ist die Tatsache, daß

a) Potis normalerweise nur einen Drehwinkel von 270<sup>o</sup>
   überstreichen,
b) die "Kurbel" beliebig viele Umdrehungen in beiden Richtung
   machen können darf.

Problematisch beim meinem "Analog"-Verfahren ist ja auch der
Null-Durchgang, was ja bei digital kodierten Verfahren kein Problem
ist.

Aber es soll eben einfach sein. Vielleicht zwei (HF) Spulen in einem
Feld?

Autor: Rahul (Gast)
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zu a.) Es gibt auch Potis ohne Anschlag, die machen dann einen Sprung
beim "Überlauf". (Oben schon erwähnt...)
Das Problem mit dem Sprung hättest du aber auch bei der geschwärzten
Scheibe.

zu b.) wurde erst jetzt erwähnt...

Wie meinst du das mit den zwei Spulen in einem Feld?

Schrittmotor als Drehgeber:
http://www2.kielnet.net/home/julien.thomas/tech/sc...
http://www.elektrik-trick.de/sminterf.htm

Autor: peter dannegger (Gast)
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"b) die "Kurbel" beliebig viele Umdrehungen in beiden Richtung
   machen können darf."


Dann ist eigentlich nur ein Inkrementaldrehgeber geeignet, mußt Dir
bloß noch einen entsprechend der gewünschten Impulszahl pro Umdrehung
aussuchen (15 ... 4096 Impulse).


Peter

Autor: yalu (Gast)
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2Christoph Kukulies: Wegs der zwei Spulen im Feld: So etwas nennt sich
Resolver und wird bspw. in Industrierobotern als Drehgeber eingesetzt.

Schau mal da:

http://de.wikipedia.org/wiki/Resolver_%28Winkelgeber%29

Vorteil gegenüber optischen Gebern mit Codescheibe:
* sehr hohe Winkelauflösung, praktisch nur bergenzt durch die Qualität
der Auswerteelektronik
* kompakte Bauform

Nachteile:
* Linearitätsfehler (kann softwaremäßig durch Fehlerkurve kompensiert
werden
* aufwändige Auswertelektronik (wenn die hohe Auflösung genutzt werden
soll), es gibt auch spezielle ICs dafür (hab leider den Namen
vergessen), die Preise dafür sind aber apothekenmäßig.

Wenn's nicht so genau sein muss, kann man sicher schon mit einem
Billig-uC was anstellen: Salopp ausgedrückt: Wechselspannung konstanter
Frequenz an die Rotorspule anlegen, synchron dazu Spannungen an der
Statorspulen über A/D-Umsetzer messen und per atan2-Funktion aus den
beiden Werten den Winkel berechnen. Etwas Rauschfilterung auf analoger
und/oder digitaler Seite ist sicher kein Fehler. Das Ergebnis wird
natürlich von allen möglichen Dreckeffekten beeinflusst, die bei den
professionellen (d. h. teuren) Auswerteschaltungen größtenteils
kompensiert werden. Aber vielleicht reicht die Geauigkeit auch so aus.

Resolver kann man kaufen (sind m. W. nicht mal sooo teuer) oder selber
wickeln (viel Spass dabei).

yalu

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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@Michael
Natürlich geht es auch ohne Mikrocontroller. Aber würdest Du's
wirklich so lösen? Außerdem wissen wir ja nicht, wo die Daten
hingelangen sollen. Ansonsten kann man's ja auch mit ner Pappscheibe
und Zeiger dran lösen, wo man den Winkel ablesen kann. Also bitte,
sparen wir uns diese prinzipiell durchaus möglichen Denkansätze. Es
freut mich aber, dass Du's auch digital lösen willst und nicht aus der
Epoche stammst, wo man noch anständig Grundlagen der Analogtechnik
lernte :-)

Autor: Gast ein Anderer (Gast)
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Winkelgeber gibt es schon wie Sand am Meer. Mechanisch, optisch
(Gabellichtschranke), magnetische, kapazitive etc. .
Man könnte beinahe sagen der Preis wird eigentlich oft eher durch ihre
Robustheit bestimmt als durch das Messprinzip.
Raul hat absolut recht auch Potis gehören zu den in der Industrie
eingesetzten Verfahren. Wer mal ein Cermetpoti auseinander genommen
hat, weis das man so etwas auch verdammt Solide aufbauen kann und 320 °
Drehwinkel  ist auch kein Problem.
Ich möchte deine Ideen nicht madig machen (im Gegenteil ich finde das
echt gut, und mit den Spulen warst du ja schon auf der richtigen Spur.
Es geht mir hier um Ideenaustausch). Aber ich bezweifelt das die
getönte Scheibe eine billige Lösung ist. Die entsprechend gleichmäßig
einzufärben (unter Berücksichtigung der Wellenlänge der verwendeten
Lichtquelle) halt ich für sehr aufwendig.Ich lasse mich aber auch gerne
eines besseren belehren. Auch könnte Temperatur und Alterung zum Problem
werden (läst sich alles kompensieren  - das kostet dann aber auch
wider.) Gegen Verunreinigungen/Staub etc. müsstest du sie aber auch
sehr gut kapseln. Wenn du dir mal die Seiten von entsprechenden
Industrieausrüstern anschaust. Wirst du sehen, das viele der absolut
Winkelgeber in Wirklichkeit doch auch nur nach dem Prinzip
Inkrementalgeber plus uC  aufgebaut sind (der uC berechnen dann halt
den absoluten Winkel). OK man muss die Kurbel beim Neustart (nach
Stromausfall)  in die Nullposition stellen und den Zähler (uC)
zurücksetzen.  Trotzdem Preis/Leistung stimmt.
Vorhin habe ich ne Sekunde darüber nachgedacht  ob man nicht einfach
ein Drehkondensator (die hatten oft auch kein Endanschlag) verwendet um
einen Schwingkreis zu verstimmen. Die Umwandlung von Frequenz in eine
lineare Spannung ist eigentlich auch eher profan. Die Elektronik währe
wirklich nicht teuer. Hab’s wieder verworfen: Man könnte wahrscheinlich
auch Luftfeuchtigkeit mit messen und wenn man es nicht aufwendig
abschirmt vieleicht sogar Radio hören (dafür waren die ja eigentlich
auch gedacht ;-)
Gruß

Autor: Klaus (Gast)
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Bei  http://www.rsonline.de  gibt es den Encoder 263-2918  .
Sieht aus wie ein Poti, ist aber ohne Anschlag und liefert eine
8-Bit-Graycode  (allerdings nur 7-Bit Auflösung benutzt).

Also absolute Position bezogen auf eine Umdrehung, Auflösung 360° / 128
 ungefähr 3 Grad. Das Ding preiswert und funktioniert.
Muss hat irgendwie mit der Drehache verbunden werden.
Tabelle mit Umrechnungsdaten "Gray" --> Binär kann ich auf Anfrage
liefern ; kann ein uP machen oder ein Eprom (2716 und größer).

ACE     RoHs nicht konform 263-2918    7,90 €

Keine Ahnung, wer ausser RS Components das Ding noch liefert.
Achtung: Es MUSS die Ausfühung mit "ABSOLUTkontakt" sein (10
Lötpins).

Autor: Christoph Kukulies (Gast)
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Danke für den Hinweis auf diesen hübschen "8-bit Graucode" Geber,
wie es in der Artikelbeschreibung heißt :-) Ist in der Tat preiswert,
nur leider nicht sehr hoch auflösend.

Autor: Klaus (Gast)
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Hier nochmals der Tipgeber des RS "Graucode".

Wenn 7 Bit zuwenig sind, dann dieser Tip mit 10 Bit:

AS5040   10-bit Programmable Magnetic Rotary Encoder

http://www.austriamicrosystems.com/07presscenter/p...
http://www.austriamicrosystems.com/03products/prod...

Kleiner mitdrehender Rundmagnet auf der Achse, der Auswertechip
(-platine) dann in kurzem Abstand in Achsverlängerung ruhend.

Auch dieses Teil habe ich als "funktionsfähig" kurz getestet.
Weitergehende Erfahrungen lieger aber nicht vor.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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> nur leider nicht sehr hoch auflösend.

Und du glaubst ernsthaft, dass deine eingeschwärzte Scheibe
eine bessere Genauigkeit liefert?

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