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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Neues Projekt: Höhenmesser


Autor: jonny (Gast)
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Hallo!

Ich plane gerade mein neues Projekt. Ich habe ein neues Rennrad und 
möchte jetzt für mich und meinen Freund etwas praktisches bauen.
Es handelt sich um einen Höhenmesser, da diese gekauft sehr, sehr teuer 
sind.
Entweder weil sie mit GPS arbeiten oder weil noch jede menge 
schnick-schnack drann ist.

Ich möchte gerne einen Druckseor wie den MPX4100 (A) verwenden oder 
vergleichbares.
Über bestimmte Formeln kann ich ja den die Höhe berechnen, doch das ist 
nicht mein Problem.
Mein Problem ist, dass ich mir nicht sicher bin was pasiert, wenn sich 
das Wetter ändert. Mit einer Änderung ändert sich ja auch der Druck. Wie 
kann ich das in der berechnung berücksichtigen?

Bei meinem Höhenmesser ist es aber nicht wichitg, dass ich jedesmal 
kallibriere, da die "messung" immer bei 0m über NN beginnen kann.

Ich möchte das gerne mit einem AVR realisieren und noch einem 
REED-Schalter, um die Höhe dem Killometerstand zuordnen zu können.

Später möchte ich dann die Messdaten per RS232 auf den PC übertragen und 
mit einem kleinen Programm auslesen und in einem Diagram darstellen.

Wenn noch fragen sind, fragt bitte.

MfG: Jonny

Autor: Thomas (Gast)
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Die käuflichen Fahradtachos arbeiten jedenfalls auch nicht anders. Hab 
keine Zahlen im Kopf, aber die wetterbedingten Änderungen sind bei 
halbwegs normalen Wetter klein gegen den Unterschied durch die Höhe. Ein 
paar Meter Höhe Fehler wirst du wohl immer haben.


Andere Ansätze könnten Neigungsmesser oder auch Beschleunigungsmesser 
für die Höhenachse sein, jeweils in Kombination mit der Messung der 
Weglänge. Rein gefühlsmässig kommt mir das aber recht schwierig zu 
realisieren vor.

Autor: jonny (Gast)
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> Rein gefühlsmässig kommt mir das aber recht schwierig zu
> realisieren vor.

Ich denke, die Wegstrecke zu messen ist nicht das Problem. Die richtigen 
Tachos arbeiten ja auch mit Magneten.
Denn muss der AVR nurnoch die Signale zählen. Im Programm auf dem PC hat 
man denn den Radumpfang eingestellt und er wird mit den Umdrehungen 
multipliziert.

Denkt ihr, dass ich mit dem MPX4100 und dem internen ADC-Wandeler im 
Atmel 16/32 gute Werte von 1 bis 2m Genauigkeit erreiche oder sollte ich 
noch einen externen ADC-Wandler wie den 24 bit Wandler LTC2400 
verwenden?

Jonny

Autor: Null (Gast)
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Ein 16bit Wandler erreicht ca 10cm Aufloesung. Daher wuerde ich den 
LTC2400 anstelle des internen 10bit Wandlers empfehlen.

Autor: Uwe Nagel (ulegan)
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Pro 10m Höhe ändert sich der Luftdruck um etwa 1 hPa.
Der MPXA4100 wandelt grob betrachtet 1000hPa in 5V, ein 10 Bit Wandler 
macht daraus 1024 Schritte, löst also etwa 1hPa oder 10m auf.
Für 1m Auflösung brauchst du also mindestens 14 Bit.
In meiner Wetterstation verwende ich einen ADS1100, der löst 0..5V mit 
15Bit auf, ist nebenbei klein (6-poliges SMD) und relativ billig.

Uwe

Autor: Thomas (Gast)
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Mit schwierig meinte ich eher, die Neigung/Beschleunigung mit 
brauchbarer Genauigkeit mithilfe des gemessenen Weges in eine Höheninfo 
umzuwandeln.

Elektor hatte übrigens glaube ich letztes Jahr einen barometrischen 
Höhenmesser.

Autor: jonny (Gast)
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Okay, werde ich mal suchen in dem Elektorberg bei meinem Vater^^

jonny

Autor: Christophe Thil (chrisjt)
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Thomas wrote:
> Die käuflichen Fahradtachos arbeiten jedenfalls auch nicht anders. Hab
> keine Zahlen im Kopf, aber die wetterbedingten Änderungen sind bei
> halbwegs normalen Wetter klein gegen den Unterschied durch die Höhe. Ein
> paar Meter Höhe Fehler wirst du wohl immer haben.

So ist es. Die meisten "eicht" man vor dem Aufzeichnungsstart auf eine 
bekannte Höhe, und mit den wetterbedingten Schwankungen muss man dann 
leben. Im Extremfall (von Sonnenschein zu Gewitterregen) macht das bei 
mir um die 200m Höhendifferenz aus.

Christophe

Autor: Düsentrieb (Gast)
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günstig kannste einen sensor finden, zb bei C: Artikel-Nr.: 646000 - 62 
,
oder pearl: Best.-Nr.:   SD-232-913 , 4eu !

sensor alleine kaufen is vermutlich teurer.

Autor: jonny (Gast)
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Ist die Frage, ob die Höhenmesser in einem Termometer so genau sind, 
dass man sie zum Messen der Höhe verwenden kann.

Ich werde mal ein altes Termometer "schlachten" und mal experimentieren.

Jonny

Autor: Uhu (Gast)
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> Andere Ansätze könnten Neigungsmesser oder auch
> Beschleunigungsmesser für die Höhenachse sein, jeweils in
> Kombination mit der Messung der Weglänge. Rein gefühlsmässig
> kommt mir das aber recht schwierig zu realisieren vor.

'Recht schwierig' ist wohl leicht untertrieben, denn der Rauschpegel 
durch Straßenunebenheiten ist um Größenordnungen größer, als das 
Nutzsignal. Rennräder haben sehr schmale Reifen, die auf einen sehr 
hohen Druck aufgepumpt werden.

Zu den Tacho-Sensoren: Das sind wohl eher Magnetsensonsoren, als 
Reed-Kontakte. Zumindest der, den ich vor einiger Zeit austauschen 
mußte, weil das Klemmteil für den Tacho ausgeleiert war, war so einer.

Autor: Thomas (Gast)
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Bei meinem Sigma-Tacho sind es ziemlich sicher Reed-Kontakte, da der 
Sensor am Gabelholm leise klickt, wenn der Magnet vorbeikommt. Das Ding 
hält trotzdem viele tausend Kilometer, vermutlich, weil kaum Strom 
drübergeht.

Und zum Rauschpegel... Die Sensoren messen ja in beide Richtungen, so 
dass sich Unebenheiten ausgleichen sollten. Ausserdem kann man 
tiefpassfiltern und so "Steigungen" unter einem Meter Länge oder so 
ausbügeln. Ich denke, dass eher die Auflösung ein Problem wird.

Autor: Dieter (Gast)
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"Pro 10m Höhe ändert sich der Luftdruck um etwa 1 hPa."


Also das habe ich im Kindergarten anders gelernt. Auf Meereshöhe waren 
das ca. 8 Meter, etwas genauer ausrechnen läßt sich das mit der 
barometrischen Höhenformel. Sollte in jedem Physikbuch stehen. Die 
Formel geht aber von einer isothermen Atmosphäre aus, bitte beachten.

Autor: Düsentrieb (Gast)
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naja, wenns ein ding mit luftdruck-angabe is, kann der sensor mbar 
auflösen, das sollte dann passen.
ich hab deswegen so ein conrad-reise-wetter-dings bestellt, sensor drin:
als kleines extra modul, 6 anschlüsse; hab aber noch nix damit gemacht.

Autor: Uhu (Gast)
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@Thomas:
> Und zum Rauschpegel... Die Sensoren messen ja in beide Richtungen,
> so dass sich Unebenheiten ausgleichen sollten. Ausserdem kann man
> tiefpassfiltern und so "Steigungen" unter einem Meter Länge oder
> so ausbügeln.

Wie soll denn das Funktionieren? Du filterst das Rauschen raus - das 
einen höheren Anteil am Gesamtsignal hat, als das, was Du messen willst 
und das was übrig bleibt integrierst Du dann zweimal???

Hast Du jemals auf einem Fahrrad gesessen?

Das kann nur gründlich daneben gehen!

> Ich denke, dass eher die Auflösung ein Problem wird.

Das kommt noch dazu.

Autor: Unbekannter (Gast)
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> Kopf, aber die wetterbedingten Änderungen sind bei halbwegs
> normalen Wetter klein gegen den Unterschied durch die Höhe

Kommt eben darauf an, was man als "klein" bezeichnet.

Bei instabiler Wetterlage kann der Höhenfehler schon ca. 10 Meter pro 
Stunde betragen. Wenn ein Gewitter aufzieht, können das ganz schnell 
auch über 200 Meter werden. Wenn man sich in einem stabilen Hoch 
befindet, kann der Luftdruck mehrer Tage wie festgenagelt stehen 
bleiben.

Generell gilt: 1 hPa entspricht ca. 8 Meter Höhe. Ab 5 Kilometer über NN 
ist es aber schon rund 16 Meter pro 1 hPa.

Aus diesem Grund wird in der Fliegerei auch nach "Druckflächen" 
geflogen, und nicht nach Höhe im eigentlichen Sinn. D.h. die Höhe die 
das GPS anzeigt, ist für die Tonne. Geflogen wird nach der 
barometrischen Höhe. Und das kann schon ein signifikanter Unterschied 
sein.



Autor: Uhu (Gast)
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@jonny:

Wenn Du genaue Ergebnisse haben willst, führt wohl kein Weg an GPS 
vorbei.

Autor: Thomas (Gast)
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>Wie soll denn das Funktionieren? Du filterst das Rauschen raus - das
>einen höheren Anteil am Gesamtsignal hat, als das, was Du messen willst
>und das was übrig bleibt integrierst Du dann zweimal???

Naja, meine Überlegung war eher, schnelle Wechsel auszufiltern und 
langsamere, gleichmässigere Änderungen in der Höhe hochzuintergrieren. 
Stell dir doch mal nen sin(x)+0,05x vor und intergrier den über viele 
Perioden- dann kriegst du mehr oder weniger das Integral über die 0,05x.
Das oder halt eben Tiefpassfilterung.

>Hast Du jemals auf einem Fahrrad gesessen?

Meistens stehe ich, da Hardtail...

>Das kann nur gründlich daneben gehen!

Auf jeden Falls wirds sehr schwierig, ist ja auch nur ne Idee gewesen, 
um Höhe auch ohne Barometer/GPS messen zu können. Wenns 
einfach/praktikabel wäre, würds sowas sicher schon von VDO, Sigma oder 
HAC geben.

Autor: Uhu (Gast)
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Ich würde mal sagen, daß der Fehler an der Filter-Idee der ist, daß je 
nach Bodenbeschaffenheit Teile des Signals in die Integration eingehen, 
während andere, die durchaus einen Anteil zur Höhenveränderung haben 
können, weggefiltert werden.

Zudem addieren sich durch die Integration alle Fehler.

Das zusammen mit Quantisierungsfehlern dürfte das Meßergebnis innerhalb 
kurzer Zeit so verfälschen, daß einfaches Abschätzen der Steigungen 
anhand einer Straßenkarte deutlich genauer ist.

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