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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Windrichtung messen ATmega


Autor: Markus L. (lucky79)
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Hallo!

Ich möchte mir eine kleine Wetterstation bauen und dabei auch eine 
Windrichtungsanzeige realisieren. Nun bin ich am tüfteln, wie ich einen 
Messwert daraus bekomme...

Ich hab mir schon überlegt, ob ich nicht ein "Slotrad" aus einer alten 
Kugelmaus hernehme und die Lichtschranke an den INT0 Eingang meines µC 
hänge und so die Ipmpulse Zählen kann, nur wie krieg ich die 
Drehrichtung raus0? 2 Lichtschranken? oder sind in den 
Mauslichtschranken 2 Sensoren drin (hab noch nicht so genau geschaut)?

Außerdem hab ich schon über solche 360° Potis nachgedacht, nur haben die 
wahrscheinlich ziel Drehwiderstand und so muss der Wind schon ziemlich 
stark drücken um das Teil zu bewegen...

Vielleicht könt ihr mir ja Ansatzpunkte geben.

Vielen Dank schon mal im Voraus

Markus

Autor: Michael S. (mst)
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Hallo lucky79,

ich habe mal einen Windrichtungsmesser der Mittelklasse zerlegt, dort 
war das auch mit einem 360° Poti realisiert. Hat brauchbar funktioniert, 
hatte nur einen Totwinkel zwischen 300 und 360°. Der zugehörige 
Windgeschwindigkeitsmesser mit einem Magnet und Reedkontakt... Letzteres 
hat dann nach ca. 1,5 Jahr den Geist aufgegeben. Bruch des 
Reedkontaktes.

Hab dann ewig rumgebastelt und dann doch mir einen Ultrasonic Anemometer 
mit Heizung gekauft. Das Teil läuft seit nunmehr über 5 Jahre 
zuverlässig und wartungsfrei. Nimmt Windrichtung und Windgeschwindigkeit 
gleichzeitig auf, hat eine digitale schnittstelle und keine bewegliche 
Teile...

Siehe dazu auch: http://www.thiesclima.com/usanemo.htm

Sowas selbst zu bauen wäre doch eine Herausforderung! :)

Gruß Micha,

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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Die Idee mit dem Mausdrehding kann man ziemlich einfach realisieren.
Das erzeugte Signal müsste dem Gray-Code, wie es auch von Drehencodern 
erzeugt wird, sehr stark ähneln. Zu dessen Auswertung gibt es in der 
Codesammlung eine Routine von Peter Dannegger.

Problematisch ist es nur die absolute Position zu bestimmen, falls der 
Controller mal ausgefallen sein sollte.

Die Poti-Version ist IMHO aber die gebräuchlichste.

Autor: Daniel Lancelle (bucho)
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Bei Elektor gabs auch mal ein Projekt mit einem Windmesser, der 
Gleichzeitig Windrichtung- und Geschwindigkeit messen konnte...

Autor: RDSAnfänger (Gast)
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Hallo theoretisch müsste es auch mit 2 reflexlichtschranken gehen. 
Einfach zwei scheiben mit versetzten Schwarzen Streinfen also so:


######        #######        ########
##        ########       ########

Wenn jetzt die Obere Lichtschranke das Rad verlässt ohne, dass die 
untere berreits aus ist, dreht sich das ganze nach rechts. Sonst nach 
links. Das einzige Problem ist, dass sobald der Strom weg, oder eine 
Markierung verloren gegangen ist, das ganze nicht mehr stimmt.

Autor: Hagen Re (hagen)
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In der Maus befindet sich 1 IR Sendediode und 2 IR Empängertransistoren 
(in einem Gehäuse mit 3 Anschlüssen). Das funktioniert wie ein 
Drehencoder. Allerdings brauchst du das garnicht denn damit misst du ja 
nur die Windgeschwindigkeit, egal wie rum sich dein Windrad dreht.

2 Tischtennisbälle halbiert und über kreuz an ein Gestänge montiert, das 
sieht wie ein Schaufelrad mit 4 "Eimern" aus und dreht sich immer in die 
gleiche Richtung egal woher der Wind kommt. Damit misst du die 
Windgeschwindigkeit.

Gruß Hagen

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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@Hagen: Es geht aber um die Windrichtung...

Richtig abgefahren wäre:
An der Windfahne ein Zeiger, der sich die Achse mit der Fahne teilt.
Dieser Zeiger schattet eine Lichtschranke ab.
Wird jetzt ein Fotoelement beleuchtet, bewegt sich also die Fahne.
Die Lichtschranke ist an einem Schrittmotor befestigt.
Die Richtung der Fahne ist also anhand der Schittmotorpostion 
bestimmbar.
Wenn man dem Motor noch eine Referenmarkierung in Form eines Kontaktes 
gibt, kann man zwischendurch auch mal die Steuerung "schlafen lassen".
Ich bin immer noch fürs Poti...

Die Windgschwindigkeitsmessung hat Hagen ja schon beschrieben.
Eine andere Möglichkeit wäre ein Hitzdraht-Anemometer. Scheinbar hat ELV 
den Bausatz inkl. Bauanleitung aus dem Programm genommen.

Autor: Winne (Gast)
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für Kontaktlose Winkeldektierung eignet sich ein Magnetfeldsensor und 
ein Magnet darüber

z.b. Kompassensor V2XE oder ein Triaxis-Hallsensor MPLX90316

mehr dazu findet man im "Funkamateur" Hefte 8 und 9 2006.
bei Bedarf scanne ich die Artikel gern ein.

Autor: Winne (Gast)
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Sollte natürlich Winkeldedektierung
heißen.

Autor: Karl heinz Buchegger (kbucheg)
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> Richtig abgefahren wäre:
> An der Windfahne ein Zeiger, der sich die Achse mit der Fahne teilt.
> Dieser Zeiger schattet eine Lichtschranke ab.
> Wird jetzt ein Fotoelement beleuchtet, bewegt sich also die Fahne.
> Die Lichtschranke ist an einem Schrittmotor befestigt.
> Die Richtung der Fahne ist also anhand der Schittmotorpostion
> bestimmbar.

Das klingt herrlich technisch. Nur: Ich habs mir jetzt schon
5 mal durchgelesen und ich komm nicht drauf wie du das meinst.


Ich würds ev. so machen.
So wie du ein Anbau auf die Achse mit der Fahne. Nur baue
ich diesmal eine Blende ein, in der ein 'kleiförmiger Schlitz
im Kreis rundum läuft'. Fotowiderstand drunter (da hätten wir
wieder eine Anwendung für den Photowiderstand Thread). Dreht
sich die Fahne, verschiebt sich auch der Keil über dem PhW und
gibt (durch die Keilform) ein mehr oder weniger grossen Teil
des PhW frei. Die Lichtmenge die auf den PhW fällt ist damit
proportional zur Windrichtung.
Ich habe fettich.


Autor: Detlef _a (detlef_a)
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Hallo Michael S. ,

hält dieses Thies Ultraschallanemometer die Versprechungen, die das 
Datenblatt macht? Du hast es freistehend auf nem feststehenden Mast 
montiert? Hatte mal überlegt, mir son Ding auf meinen Bootsmast zu 
montieren, dann aber nen Vergleichstest von Ultraschallanemometern 
gelesen, der davor warnte, die   zu nahe an anderen Dingen zu montieren 
wg. multipath für den Schall.

>> Sowas selbst zu bauen wäre doch eine Herausforderung! :) <<

Ja, das wäre schwierig und schön!

Cheers
Detlef

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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>und ich komm nicht drauf wie du das meinst.

Die Schrittmotorachse und die Windfahnenachse sind konzentrisch (? mehr 
als nur kollinear...).
Die Lichtschranke (kann auch eine Reflexlichtschranke sein) ist an der 
Schrittmotorachse in einem bestimmten Abstand zum Zentrum (Radius) 
befestigt.
Ein Mikrocontroller steuert den Motor jetzt so an, dass der Zeiger auf 
die Lichtschranke einwirkt (abschattend oder reflektierend).
Die Anzahl der Schritte gibt dann die Winkelposition der Windfahne an.

Man könnte es auch mit einem "erweiterten"(*) Modellbau-Servo machen. 
Dann wäre die Position der Fahne proportional zur Pulsweite...

(*) Modellbau-Servos haben meist einen beschränkten Drehweg (270°?).

So könnte man dann auch eine Richtungsstabilisierung für Fahrzeuge (z.B. 
Modell-Schiffe) realisieren, wenn man statt der Windfahne einen 
Magnet-Kompass benutzt...

Autor: Karl heinz Buchegger (kbucheg)
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> Ein Mikrocontroller steuert den Motor jetzt so an, dass der Zeiger auf
> die Lichtschranke einwirkt (abschattend oder reflektierend).

Ah. Jetzt hab ich dich.
Mit dem Schrittmotor drehst du praktisch den Lichtsensor
rund um die Achse, bis er vom Zeiger, der mit der Fahne
gekoppelt ist, verdeckt wird (zb.). Du führst also
den Sensor dem Zeiger nach.

Clever.

Autor: Homer (Gast)
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Am besten eine Codescheibe(Gray-Code?) basteln,4Led´s und 4 
Foto-Transistoren drann und auswerten.

Gruss
        Frank

Autor: Winfried (Gast)
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Drehgeber mit z.B. 500 Pulsen pro Umdrehung mit 2 Phasen TTL-Signal von 
HP/Agilent gibt es bei Ebay mitunter schon für 10 Euro. Durch die 2 
Phasen hat man auch die Drehrichtung. Ein Indexausgang gibt es mitunter 
auch, ein Impuls, der einmal pro Umdrehung kommt. Damit kann man sich 
gelegentlich wieder einnorden. Es ist ja ein Inkrementalgeber, kein 
Absolutgeber.

Ein Typ wäre z.B. HEDS-5605. Kostet neu so um die 50-70 Euro.

Autor: Markus L. (lucky79)
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Hallo an Alle!

Erstmal VIELEN DANK für all die Anregungen!!

Ich glaub für meinen Prototypen werd ich mal die Version mit einem 360° 
Poti versuchen...

Am besten gefäl mir jedoch die Ultraschalllösung.

>>> Sowas selbst zu bauen wäre doch eine Herausforderung! :) <<
>
> Ja, das wäre schwierig und schön!

Ich stell mir das eigentlich nicht soooo schwierig vor, ist ja primär 
nur eine Art der Zeitmessung. Ich hab nur noch nirgendwo 
Ultraschall-Transceiver gfunden, die klein genug wären um eine 
Verwirbelung des Windes zu vrhindern. Reichelt und das große "C" haben r 
jeweils Sender und Empfänger und die sind 16mm.
Weiß jemand von euch zufällig wo's die Dinger kleiner gibt?

Grüße
Markus

Autor: Homer (Gast)
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Hier ist eine Bauanleitung für ein Ultraschall Windmesser.

http://trekker.customer.netspace.net.au/wind.htm

Grüssle

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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es gibt auch präzisionspotis mit 10-turns. --- aber wenn das schicksal 
es schlecht meint, musst du von zeit zu zeit aufs dach um das poti 
zurückzudrehen.

lass uns einfach nochmal drüber nachdenken.


gruss klaus

Autor: Michael S. (mst)
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@ Detlef _a:
Empfindlichkeit gegen Hindernisse ist relativ... eine Windrose 
funktioniert auch nur bescheiden wenn sie unterhalb der Dachkante oder 
1m vor einer Wand montiert ist!

Zuerst hatte ich meine Aussenfühler der Wetterstation unterhalb des 
Dachfirsts montiert. Mal abgesehen von 53°C im Sommer als 
Strahlungswärme vom Dach selbst und spontansprüngen der Windrose durch 
Verwirbelungen hatte ich keine Probleme. :)

Inzwischen sitzt das Zeugs ca. 1,2m oberhlab des Dachfirsts und sowohl 
Temp als auch Windgeschw.- und Richtung passen. Das Ständerrohr ist aus 
62mm V4A woran dann ein 42mm horizontalausleger montiert ist. Darauf 
sitzt so alles mögliche Zeugs (Antennen, kl. Spiegel, Regensensor, 
etc...).

Der Anemometer lässt sich von alle dem nicht beeindrucken... allerdings 
ist die Fledermausdichte bei uns nicht allzugroß! .-)

@ Homer:
hmmm, das zieh ich mir jetzt mal rein... größtes Problem dürften die 
Ultraschall TRX werden.

Gruß Micha,

Autor: detlef _a (Gast)
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Hi,

danke für den schönen Ultraschallanemometerlink. Im Prinzip wird da ja 
eine Laufzeitmessung gemacht. Sowas habe ich mal probiert, das funzt 
nicht so gut. Die benutzen einen 4MHz Takt, bei der Meßstrecke von 0.2m 
haben die dann 1 tick Unterschied für eine Änderung der 
Windgeschwindigkeit von 0.1m/s, das ist insgesamt nur ne sehr grobe 
Auflösung. Der Zähler wird getriggert durch einen Komparator, die ganze 
Genauigkeit hängt also auch von der Amplitude des Signals ab. Mit dieser 
Meßmethode konnte ich zwar anhand des Meßsignals bei einer Aufstellung 
im Garten sehen, wann morgens die Vögel anfingen zu singen und nachts 
die Fledermäuse aufhörten zu fliegen, die Windgeschwindigkeit konnte ich 
damit aber nicht messen.

Der 40kHz Bandpaß ist auch sehr fraglich. Zwar machen die ja eine 
Differenzmessung, aber die Gruppenlaufzeit des Filters darf sich von 
Messung zu Messung ja nur im 250ns- Bereich ändern!? Ich glaube nicht, 
daß das Ding wie beschrieben funzt, das behaupten die Ersteller ja auch 
nicht, habe ich zumindest nirgendwo gelesen.

Cheers
Detlef

Autor: Michael S. (mst)
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...unterscheiden sich eigentlich Ultraschall Sender und Empfänger so 
sehr von einandern? Könnte man evtl. darüber nachdenken entwerder einen 
Sender oder Empfänger sowohl als auch zu verwenden?

(Ich denke da schon längers über eine Füllstandsmessung im Öltank nach, 
allerdings habe ich Bauartbedingt kein Platz für Sender und Empfänger 
nebeneinandern!)

Gruß Micha,

Autor: Detlef _a (detlef_a)
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Hi Michael,

nimmt er ja, die Kombidinger:
>>Use the combined use type (bi-directional) not the receiver and transmitter 
type.<<

Die gibts hier:
http://www.murata.com/catalog/p19e.pdf

Füllstandsmessung mit Ultraschall ist Standard, da gibts ohne Ende 
fertiges Zeug.

Cheers
Detlef

Autor: Reiner (Gast)
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>Vielleicht könnt ihr mir ja Ansatzpunkte geben.

Ich benutze solche Geber seit vielen Jahren auf meinem Segelboot.
Die Lebensdauer der Dinger lag irgendwo zwischen 1 und 8 Jahren und ist 
abhängig vom Fabrikat und Preis.

Ich glaube die "Elektronik" von dem Geber ist hier das kleinste Problem.

Problematischer wird die Mechanik sein:
Wasserdicht, korrosionsfest, leichtlaufende Edelstahlkugellager, die 
Materialien müssen sich von der Spannungsreihe vertragen (Aluminium, 
Edelstahl und Wasser ergeben eine wunderschöne Batterie) und das ganze 
ausgelegt für einen 24h Betrieb im Temperaturbereich zwischen -30° bis 
+50° bei Wind, Regen, Sonne, und Schnee.

Mit Drehbank, Fräse und den entsprechenden Materialien ist das sicher 
hinzukriegen.  Billiger als ein fertiger Ersatzgeber von VDO, Simrad 
etc. wird das aber sicher nicht.

Gruß
Reiner




Autor: FBI (Gast)
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Hi,

hab auch noch was gefunden:

http://www.microsyl.com/windsonic/windsonic.html

Ist zwar für die Windgeschwindigkeit, aber die Winkel tauchen da ja 
sowieso mit auf.

CU Frank

Autor: Detlef _a (detlef_a)
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>> Accuracy 2km/h <<

hm, nicht dolle. Wenn 'Accuracy' heißen soll, daß Nord/Süd und Ost/West 
Richtung Windgeschwindigkeiten messen, die 2km/h vom wahren Wert 
entfernt sind, kannst Du den Winkel vergessen. Der Enthusiasmus des 
Windmesserbauers scheint auch nicht durch große Kenntnis gebremst zu 
sein, allein durch die Messung mit dem Interrupt handelt er sich nen 
Jitter ein, der ihn so 0.1m/s Genaugkeit kosten wird.

Cheers
Detlef

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