Guten Abend, ich bin auf der Suche nach einem kleinen Messgerät mit dem man die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung messen kann. Es kommt auf eine Art Modellfahrzeug, daher sollte es klein und leicht sein. Kennt jemand eine Bezugsquelle? Ich finde irgendwie nur Messgeräte als Zubehör für Wetterstationen, ohne Datenblatt zur Pinbelegung und relativ groß. Hat jemand einen Tipp für mich? Gruß Marcus
suche nach Handwindmesser, hängt aber davon ab was du unter "eine Art Modellfahrzeug" verstehst, ich habe schon Monster von Modellfahrzeugen gesehen. Der für den Hobbybereich wohl kleinste Windmesser dürfte sich als Hitzedrahtanemometer realisieren lassen, einfach max. 4 kleine Glühbirnchendrähte und Elektronik ;) Gruß Hagen
So richtig elegant - und vor allem auch preiswert - wird's ohne mechanisch bewegte Teile. Irgendwo im Netz habe ich mal einen Windgeschwindigkeitsmesser gefunden, der das kann: Man nehme einen Transistor, lasse Strom dadurch fließen und messe V_BE / B_CE - jedenfalls eine Temperaturabhängige Spannung. Wenn der Transistor angepustet wird, dann kühlt er ab. Windrichtung geht im Prinzip genau so: Du nimmst ein paar Transistoren, baust "Windkanäle" in unterschiedlichen Richtungen drumrum und der Kälteste wird am stärksten angepustet. Achtung, Windkanäle müssen gerichtet sein, sonst ist es nicht mehr eindeutig. virtuPIC
Windmessgeräte bei ELV, Fertiggeräte: 1. Handwindmesser, Flügel 80-435-07 19,95 2. " " 80-598-39 34,95 3. das Windei , Schale 80-391-63 32,95 4. Telemetriesystem: Höhe, Temperatur, Geschwindigkeit, Batteriespannung Sender, Empfänger 80-569-99 129,95 zusätzl. Sender 80-570-00 59,95 Geschwind.sensor 80-570-01 59,95
Thomas Bremer wrote: > > Man nehme einen Transistor, lasse Strom dadurch fließen und messe V_BE / > B_CE - jedenfalls eine Temperaturabhängige Spannung. Wenn der Transistor > angepustet wird, dann kühlt er ab. > > Windrichtung geht im Prinzip genau so: Du nimmst ein paar Transistoren, > baust "Windkanäle" in unterschiedlichen Richtungen drumrum und der > Kälteste wird am stärksten angepustet. Achtung, Windkanäle müssen > gerichtet sein, sonst ist es nicht mehr eindeutig. > > virtuPIC Eigentlich gar keine so schlechte Idee. Irgend eine runde Schachtel (Cremdose etc.) genommen. 8 breite Schlitze im Winkel von 45° angebracht und innen mit ein wenig Plaste ein paar Streifen eingeklebt, welche den Luftstrom genau auf 8 Temperaturfühler leiten. Noch einen µC dazu, der das ganze mist und auf einem Bus ausgibt und schon ist er fertig. Könnte sogar funktionieren. Eventuell teste ich das mal bei Gelegenheit :-) Man könnte da sogar noch ein kleines Windrad mit anbringen und über eine Lochscheibe die Geschwindigkeit mit auswerten. Sicherlich alles nicht besonders genau. Aber genauer, wie den feuchten Finger in die Luft zu halten :-) Sven
Suche nach Hitzedrahtanemometer, denn exakt das ist es auch, egal ob Transistor oder Glühbirnendraht. Übrigens bestimmt man die Windgeschwindigkeit und Richtung mit diesem Verfahren, ein extra Windrad ist unnötig. Man benötigt im Grunde minimal 3 solcher Sensoren um daraus den Windvektor und Geschwindigkeit ermitteln zu können (auf 2D Ebene). Du kannst aber auch aus einem Windrad die Geschwindigkeit und Richtung bestimmen. Bei einem Schalenanemometer (Windrad) mit 3 Flügelrädern wird man einfach eine der Halbschalen größer oder mit einer kleinen Fahne versehen. Somit ist die Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrades nicht gleichmäßig, hat eine Unwucht. Mit 2 Sensoren im 90/120 Grad Winkel angeordnet kann man nun die Windgeschwindigkeit und Richtung ausmessen. Gruß Hagen
Brauchst kein Windrad, die Geswchwindigkeit kann man auch aus den Abkühlungen ermitteln. Das schon gefallene Stickwort lautet "Hitze(draht)Anemometer" http://en.wikipedia.org/wiki/Anemometer --> http://www.fonema.se/anemom/anemom.html
Hagen Re wrote: > suche nach Handwindmesser, hängt aber davon ab was du unter "eine Art > Modellfahrzeug" verstehst, ich habe schon Monster von Modellfahrzeugen > gesehen. Naja, es sollte nicht schwerer als ca. 100 Gramm sein. Ich möchte damit ein Segel automatisch so ausrichten, das es entsprechend des aktuellen Windes den besten Vortrieb erreicht. > Der für den Hobbybereich wohl kleinste Windmesser dürfte sich als > Hitzedrahtanemometer realisieren lassen, einfach max. 4 kleine > Glühbirnchendrähte und Elektronik ;) Habe mich da schon etwas eingelesen, bin mir noch nicht sicher ob ich mich damit anfreunden kann. Könnte mir vorstellen das externe Hitzeeinwirkung (Sonne) das verfälschen kann. Ich glaub das teste ich einfach mal aus. Hätte gegenüber einer Windfahne den großen Vorteil das es neigungsunempfindlich ist. Danke soweit für eure Tipps
>> Der für den Hobbybereich wohl kleinste Windmesser dürfte sich als >> Hitzedrahtanemometer realisieren lassen, einfach max. 4 kleine >> Glühbirnchendrähte und Elektronik ;) > > Habe mich da schon etwas eingelesen, bin mir noch nicht sicher ob ich > mich damit anfreunden kann. Könnte mir vorstellen das externe > Hitzeeinwirkung (Sonne) das verfälschen kann. > ich kannte bis jetzt noch nicht diese Möglichkeit der Windmessung, finde ich aber sehr interessant und habe gestern auch ein wenig darüber gelesen... Umgebungstemperatur-Einflüße: man braucht noch einen zusätzlichen Meßfühler als "Normal", der nicht dem Wind ausgesetzt ist und damit die relative Basis ist. Windrichtungsmessung: ich denke mal, du willst nur die relative Richtung messen, ansonsten brauchst du noch einen Kompass, um eine Basis zu haben. Uwe
http://www.edn.com/index.asp?layout=article&articleid=CA243221&text=anemometer#ref schau dir das mal an, allerdings nur Windgeschwindigkeit, dafür aber ein digitaler Output den du einfach per Timer Capture auslesen kannst. Vorteil ist das du die Auflösung selber skalieren kannst, jenachdem mit welchem Takt du den TC laufen lässt, je höher desto genauer (genauer als 10Bit ADC des AVRs) Gruß Hagen
Hagen Re wrote: > http://www.edn.com/index.asp?layout=article&articleid=CA243221&text=anemometer#ref > > schau dir das mal an, allerdings nur Windgeschwindigkeit, dafür aber ein > digitaler Output den du einfach per Timer Capture auslesen kannst. > Vorteil ist das du die Auflösung selber skalieren kannst, jenachdem mit > welchem Takt du den TC laufen lässt, je höher desto genauer (genauer als > 10Bit ADC des AVRs) > > Gruß Hagen Danke, für den Link. Das ist bisher die beste Schaltung die ich gesehen hab. Die Richtung kann man ja dann mit zwei dieser Schaltungen bestimmen. Soweit ich das verstehe ist diese Schaltung ja sogar schon Temperaturkompensiert. Nach der nächsten Bauteilebestellung werd ich das mal ausprobieren. Gruß Marcus
Hm ich weiß nicht so recht wie man damit die Richtung bestimmen soll, bzw. wie der Hardwareaufbau dann aussehen muß. Einfach die 3/4 Sensoren im Dreieck/Karee anzuordnen wird nicht gehen. Sie mit Gehäusen/Windkanälen zu umbauen bringt auch nichts, schränkt es doch dann die Richtungsauflösung ein. Als erstes müsste man die Schaltung dahingehend umbauen das man mit mehreren Sensoren arbeiten kann. Ich denke das müsste so gehen das der Umgebungstemperaturtransistor nur einmal in der gesamten Schaltung vorkommt, das wäre dann Q2. Dummerweise ist liegt dessen Nullabgleich (R1 etc.pp) auch noch an der Basis von Q1 und Input des Komparators. Als nächstes würde ich die veralteten Komparatoren, LM393, durch neuere ersetzen, Offsetspannung so klein wie möglich und wenn man schnellere/genauere Messungen haben möchte sollte er auch schneller als die 300µs Risetime der LM393 haben. Den gemeinsammen Q2 auskoppeln per Impedanzwandler/Spannungsfolger, ergo Opamp zsichen Q2 und Input der Komparatoren. Dann die Frage der Weiterverarbeitung der Messergebnisse. Du musst ja per Input Capture arbeiten. Dummerweise haben die meisten AVRs nur einen Input Capture Kanal. Du bräuchtest aber mindesten 3 Meßtransistoren (Q1) um auch die Richtung bestimmen zu können. Falls nötig habe ich auch noch die Berechnungsformeln um aus diesen 3 Sensoren auf die Windrichtung umrechnen zu können (also 4 Achsig 0-360 Grad) Man müsste also entweder 3 mal nacheinander mit einem Inputcapture die zwei Flanken eines Sensors ausmessen, zwecks Erfassung Dutycycle und Frequenz, oder eben die Schaltung so umbauen das alle 3 Sensoren am Ausgang exakt die gleichen Fequenz und synchron zueinadner ausgeben und dann miz 3 Inputcapture in parallel ausmessen. Vorteil der Input Capture Methode ist es eben das wenn man zb. den Timer mit 16.384Mhz betreiben würde und die Ausgangsfrequenz exakt 1.024Khz ist das wird so eine Auflösung von 14 Bit bekämen, weit mehr als die 10Bit ADC des AVRs. Hm, ich denke man kann das Prinzip übernehmen, aber für ein Mehrsensorensytem wäre der Aufbau von 3 exakten Kopien der Schaltung unpraktisch und ungenauer als die Schaltung so umzubauen das sie nur mit einem Q2 und 3x Q1 arbeitet. Und 30m/s = 108km/h, reicht dir das als oberste Meßschranke aus, denke schon ;) Übrigens, auf der gleichen WEB Seite unten in den Referenzen fndest du noch eine einfachere Schaltung. Diese hat keine Linearisierung wie diese Schaltung, dafür ist sie für den Anfang einfacher gestrickt. Diese Linearisierung würde ich nämlich lieber per Software machen. Nebenbei bemerkt arbeite ich an einem Ultraschallanemometer, warte aber noch bis die XMegas verfügbar sind. Mein jetziger Aufbau mit M168 funktioniert aber schon sehr gut (Lufttemperatur, eg. Akustische Gastemperatur der Luft geht schon auf 0.1C genau). Die Baugröße des Meßgerätes wird um die 20cm Durchmesser und 15cm Höhe betragen. Gruß hagen
Hagen Re wrote: > Hm ich weiß nicht so recht wie man damit die Richtung bestimmen soll, > bzw. wie der Hardwareaufbau dann aussehen muß. Einfach die 3/4 Sensoren > im Dreieck/Karee anzuordnen wird nicht gehen. Sie mit > Gehäusen/Windkanälen zu umbauen bringt auch nichts, schränkt es doch > dann die Richtungsauflösung ein. Was passiert eigentlich wenn Wind schräg auf ein Rohr trifft? Angenommen man hat nur zwei Messachsen um 90 Grad versetzt. Dann müsste man doch durch die beiden gemessenen Werte den Windvektor errechnen können oder verstehe ich da etwas falsch? > Als erstes müsste man die Schaltung dahingehend umbauen das man mit > mehreren Sensoren arbeiten kann. Ich denke das müsste so gehen das der > Umgebungstemperaturtransistor nur einmal in der gesamten Schaltung > vorkommt, das wäre dann Q2. Dummerweise ist liegt dessen Nullabgleich > (R1 etc.pp) auch noch an der Basis von Q1 und Input des Komparators. > > Als nächstes würde ich die veralteten Komparatoren, LM393, durch neuere > ersetzen, Offsetspannung so klein wie möglich und wenn man > schnellere/genauere Messungen haben möchte sollte er auch schneller als > die 300µs Risetime der LM393 haben. > > Den gemeinsammen Q2 auskoppeln per Impedanzwandler/Spannungsfolger, ergo > Opamp zsichen Q2 und Input der Komparatoren. Danke, das werde ich mir mal anschauen. In dieser Richtung kann man bestimmt noch einiges verbessern. > Dann die Frage der Weiterverarbeitung der Messergebnisse. Du musst ja > per Input Capture arbeiten. Dummerweise haben die meisten AVRs nur einen > Input Capture Kanal. Du bräuchtest aber mindesten 3 Meßtransistoren (Q1) > um auch die Richtung bestimmen zu können. Geht es mit 3 Messachsen schon zuverlässig? Als µC kommt auf dem Modell vermutlich ein recht dicker zum Einsatz. Allein aus Flexibilitätsgründen. Ich weiß vorher noch nicht was ich da alles noch anbauen werde. Vermutlich wirds also ein mega1280 oder 2560. Soweit ich weiß haben die 4 Input Capture. Ich denke also die Weiterverarbeitung sollte nicht das Problem sein. > Hm, ich denke man kann das Prinzip übernehmen, aber für ein > Mehrsensorensytem wäre der Aufbau von 3 exakten Kopien der Schaltung > unpraktisch und ungenauer als die Schaltung so umzubauen das sie nur mit > einem Q2 und 3x Q1 arbeitet. Glaubst du das schränkt die Genauigkeit sehr ein? Elegant ist diese Lösung wohl nicht, das stimmt :) > > Und 30m/s = 108km/h, reicht dir das als oberste Meßschranke aus, denke > schon ;) > Ja, reicht vollkommen. > Übrigens, auf der gleichen WEB Seite unten in den Referenzen fndest du > noch eine einfachere Schaltung. Diese hat keine Linearisierung wie diese > Schaltung, dafür ist sie für den Anfang einfacher gestrickt. Diese > Linearisierung würde ich nämlich lieber per Software machen. Gehen diese Links bei dir? Bei mir kommt da leider nur ein 404 Error. > Nebenbei bemerkt arbeite ich an einem Ultraschallanemometer, warte aber > noch bis die XMegas verfügbar sind. Mein jetziger Aufbau mit M168 > funktioniert aber schon sehr gut (Lufttemperatur, eg. Akustische > Gastemperatur der Luft geht schon auf 0.1C genau). Die Baugröße des > Meßgerätes wird um die 20cm Durchmesser und 15cm Höhe betragen. Super Sache, hab über diese Ultraschallanemometer auch schon bissl was gelesen. Da hast du aber sehr viel Arbeit reingesteckt oder? Für meine Anwendung wäre das dann doch etwas overkill :) Gruß Marcus
>Was passiert eigentlich wenn Wind schräg auf ein Rohr trifft? Es wird weniger gemessen, aber die Abhängigkeit wieviel weniger ist schwer vorausberechenbar. Zudem hast du dann Verwirbelungen des Gases und das bedeutet enorme Schwankungen in der Gasgeschwindigkeit, und somit gravierende Meßfehler. So zumindestens sind meine Erfahrungen bei meinem US-Anemometer, Wirbel müssen strikt mechanisch vermiedenen werden. Aber ob das nun 1 zu 1 übertragbar ist auf diese Meßmethode kann ich auch nicht sagen. >Angenommen man hat nur zwei Messachsen um 90 Grad versetzt. >Dann müsste man doch durch die beiden gemessenen Werte den Windvektor >errechnen können oder verstehe ich da etwas falsch? Du braüchtest dann schon 4 Sensoren. Mit Was passiert wenn der Wind exakt durch ein Roh blässt ? Das andere Rohr hat Windstille, no Porblem. Aber in welcher Richtung blässt der Wind nun durch das zweite Rohr ? von Vorne betrachtet oder von Hinten ? Man benötigt mindestens 3 Sensoren um in der 2D Ebene die Richtung messen zu können. In deinem Aufbau überkreuz eigentlich dann 4 Sensoren. So zumindestens bei einem US-Anemometer, und ich denke das träfe auch auf das Hitzedrahtanemometer zu. Ich sage ja, so richtig weiß ich noch nicht wie man mit dem Verfahren überhaupt die Windrichtung bestimmen können soll. Wenn dann müsste es so sein das man 2 Sensoren nimmt. Baut sie jeweils zwischen zwei zueinadner schräg liegenden Ebenen ein. Quasi wie eine Düse nur das diese aus zwei Flächen besteht. Beide Sensoren werden nun antiparellel angeordnet. Blässt der Wind nun aus einer Richtung so wird er bei einem Sensor verzögert und beim anderen beschleunigt, auf Grund der Düsenform. Nun misst man eine Differenz der beiden Richtungen (also N-S und S-N) und kann an Hand dieser Differenz die Geschindigkeit und Richtung ermitteln, nämlich aus Nord oder Süd blässt der Wind. Hm, aber dieses Konzept ist qausi übertragen aus dem US-Anemometer Verfahren. Jeweils 2 solcher 2'er Sensore weren benötigt, einmal Nord-Süd/Süd-Nord und Ost-West/West-Ost., ergo 4 Sensoren. Bei einem US-Anemomter für 2D reichen auch 3 Sensoren (US-Transducer) aus die sich im gleichschenklichen Dreieck gegenüberstehen. Es entstehen dann 6 Meßstrecken von alle 3 Punkten zu jedem anderen. Also nach 6 Messungen hat man alle Vektoren um diese auf 360 Grad umrechnen zu können. > Geht es mit 3 Messachsen schon zuverlässig? ja, je nach Messverfahren bei 2D. Möchte man 3D messen dann mindstens 4 Sensoren, als Tetraeder. Bezieht sich aber wieder auf US-Anemometer, aber geometisch betrachtet sollte es bei jedem Verfahren darauf hinauslaufen. > Hm, ich denke man kann das Prinzip übernehmen, aber für ein > Mehrsensorensytem wäre der Aufbau von 3 exakten Kopien der Schaltung > unpraktisch und ungenauer als die Schaltung so umzubauen das sie nur mit > einem Q2 und 3x Q1 arbeitet. Glaubst du das schränkt die Genauigkeit sehr ein? Naja, es ist ja die Temperaturkompensation und ich meine das für alle 3/4 Sensoren auch die gleiche Umgebungstemperatur benutzt werden sollte. Allerdings so wied er Schaltplan ist geht das nicht so einfach umzubauen. Q1 als Umgebunsgsensor wird gleichermaßen gesteuert wie Q1 als Luftsensor. > Gehen diese Links bei dir? Geht nicht. Schau mal hier http://www.edn.com/archives/1996/031496/06di3.htm http://www.edn.com/article/CA152879.html??text=anemometer >Super Sache, hab über diese Ultraschallanemometer auch schon bissl was >gelesen. Da hast du aber sehr viel Arbeit reingesteckt oder? Naja, konzeptionell ist es sogar einfacher für mich als ein Hitzedrahtanemometer. Man muß im Analogteil nur die empfangenen US-Signale richtig aufarbeiten der Rest ist Knowhow in Software, sowas wie Matched Filter usw. Im Attachment mal par Bilder, Skizzen und Simulationen. Das Bild "Temperatur im Wohnzimmer" zeigt in der Y Achse die Temperatur und X die Zeit (10 Sekunden). Die Schwankungen sind mein Atem aus 50cm Entfernung. Noise_Gain.jpg zeigt die Daten der Schaltung in "Schaltung LTSpice.jpg", also Frequenzabhängige Verstärkung und Rauschen. "Signale_AVR.jpg" zeigt die Messung in einer Achse, also in beiden Richtungen, von US-Transducer Rechts nach Links und umgekehrte Richtung. Gruß Hagen
Hagen Re wrote: > Ich sage ja, so richtig weiß ich noch nicht wie man mit dem Verfahren > überhaupt die Windrichtung bestimmen können soll. Mir fällt da noch was ein: Könnte man nicht anstelle von geraden Rohren einen 90° Bogen nehmen. Ein Ende zeigt in eine Himmelsrichtung und das andere Richtung Boden (etwas windgeschützt). Dann könnte man mit 4 Sensoren - 1 Sensor pro Himmelsrichtung - messen und daraus direkt die Windrichtung ableiten. >> Glaubst du das schränkt die Genauigkeit sehr ein? > > Naja, es ist ja die Temperaturkompensation und ich meine das für alle > 3/4 Sensoren auch die gleiche Umgebungstemperatur benutzt werden sollte. Ich denke es kann durchaus sein das in einem Rohr mal eine geringfügig andere Temperatur herrscht. Z.B. durch Sonneneinstrahlung oder andere blöde Störfälle. So wie ich die Schaltung verstehe sollte das aber kein Problem sein wenn jeder Fühler seine eigene Temperaturkompensation hat. Theoretisch kann man das auch als Staurohr ausführen und Drucksensoren einbauen, aber ich denke das wird zu teuer :) >> Gehen diese Links bei dir? > > Geht nicht. Schau mal hier > http://www.edn.com/archives/1996/031496/06di3.htm > http://www.edn.com/article/CA152879.html??text=anemometer Ah, super danke. >>Super Sache, hab über diese Ultraschallanemometer auch schon bissl was >>gelesen. Da hast du aber sehr viel Arbeit reingesteckt oder? > > Naja, konzeptionell ist es sogar einfacher für mich als ein > Hitzedrahtanemometer. Man muß im Analogteil nur die empfangenen > US-Signale richtig aufarbeiten der Rest ist Knowhow in Software, sowas > wie Matched Filter usw. Danke für die Informationen im Anhang. Die Schaltung ist wirklich übersichtlicher als ich gedacht habe. Schönes Layout hast du da. Aber ich denke gerade in der analog Aufbereitung und der Auswertung per Software ist schon einiges an Know-How von nöten. Diese Seite ist auch sehr interessant: http://www.technik.ba-ravensburg.de/~lau/ultraschall-anemometer.html Die 4 Jahre Entwicklungszeit haben mich irgendwie abgeschreckt :) Funktioniert bei dir schon eine Windmessung? Falls meine Experimente mit den Hitzedrahtanemometern nicht zufriedenstellend verlaufen wäre es aber wirklich noch eine Alternative. Die Präzision die man diesen Dingern nachsagt ist schon erstaunlich. Ist nur blöd das meine Zeit etwas begrenzt ist und die Windmessung eigentlich fast nur eine sehr wichtige "Nebensache" bei dem ganzen Projekt ist. Kannst du mal ein Foto von den Sensoren hochladen? Mit was muss man bei einem US-Anemometer ungefähr preislich rechnen? Danke und Gruß Marcus
Oder ich mach es mir leichter und nehme einen Hitzedraht als Windstärkemesser. Für die Richtung bastel ich mir eine Windfahne auf einer gut gelagerten Achse. Unten kommt ein Magnet dran, darunter ein Sensor z.B. AS5020. Fertig. Die Frage ist nur ob ich die Windfahne so gut hinbekomme. Muss ja exakt austariert sein, damit die (nur geringe) Neigung mir keinen Strich durch die Rechnung machen kann. Glaub das ist meine Notlösung. Ist halt nicht so elegant mit den bewegenden Teilen (und jeder sieht gleich wie das funktioniert - Fragende Gesichter finde ich viel schöner) :)
>Funktioniert bei dir schon eine Windmessung? Ja, aber nur eine Achse, also 2 Transducer in gerader Linie. Somit kann man nur exakt die Windstärke messen entlang dieser Achse. Da ich den Abstand relativ exakt ausmessen kann und ein genaues Thermometer vorhanden ist kann man diese Messungen auch kalibrieren, über die Temperatur. Man kann dann mit einer Messstrecke die Windgeschwindigkeit und die akustische virtuelle Gastemperatur der Luft messen (lässt sich einfach in die normale Temperatur umrechnen und ist 0.1K größer) Ich habe aber die Weiterentwicklung gestoppt da mit den neuen ATXMegas eine MCU verfügbar wird deren Features sehr interessent sind. Die XMegas haben 2 schnelle Komparatoren mit einstellbarer Hysterese, 2 ADC Kanäle mit 12Bit und 2Msps und somit können 2 Messstrecken gleichzeitig ausgemessen werden. Indem man über die Komparatoren die Flanken der Signale ausmisst per 32Mhz getakteten Timer Input Capture ausgelöst über die 2 Komparatoren und während der Messphase von 5ms diese Timer Capture Werte direkt per DMA in den SRAM gespeichert werden, ebenso parallel dazu die ADC Messungen der Amplituden. Die 2 Sender US Transducer werden durch die Output Compare der Timer getrieben. Wenn ich alles richtig beim XMega interpretiert habe heist dies das die komplette Messung von 2 Ultraschall Strecken komplett autonom per Hardware machbar sein muß. Dh. man sendet die 8 Pulse per Output Compare auf 2 US Transducer und dann stellt man die Hardware im XMega so ein das in den nächsten 5 ms (bis die Signale schon längst eingetroffen sind) alles autonom gesampelt wird, also Flankennulldurchgänge und Amplituden, und in 4 SRAM Buffer bespeichert wird. Danach schaltet man die Messstrecken um, also den Analog Multiplexer und misst auf gleiche Weise die Strecken in entgegengesetzter Richtung. In der Zischenzeit (5ms) muß nun die Software aus den Daten in den 4 Buffern die TOF (Time of Flight) und per Matched Filter über die Amlituden (ADC Werte) ausrechnen. Nach 10ms hat man also alle Werte zur Verfügung um Windrichtung, Geschwindigkeit und Temperatur berechnen zu können. Somit hat eine Meßgeschwindigkeit von 100 Messungen pro Sekunde. Da der XMega mit 32Mhz arbeitet verdoppelt sich die Auflösung im Vergleich zum jetzigen Aufbau, auf 0,015m/sec Windgeschindigkeit und ca. 0.05 Grad Celcius Lufttemperatur. Als Hardware verbleibt der XMega, der MUX und 2x der Log-OpAmp. Da ich noch andere Projekte für meine Wetterstation habe (Feldmühle um elektrostatisch Felder zu messen, Feuchtigkeit, Luftdruck, Funkübertragung, Solarstromversorgung) kann ich es mir erlauben auf die XMegas zu warten ;) >Kannst du mal ein Foto von den Sensoren hochladen? Sind diese US-Transducer hier http://www.tme.pl/arts/en/a29/bpu-1640toah12__2.html >Mit was muss man bei einem US-Anemometer ungefähr preislich rechnen? Hm, im Hobby achte ich weniger auf's Geld, aber das teuerste bzw. schwierig zu bekommen sind die US-Transducer. Deshalb benutze ich auch erstmal die offnene Bauform, geschlossene wären besser kosten aber auch gleichmal 10 Euro das Stück. Dann der Prozessor und der Kleinkram wie Opamp usw. Die US-Transducer von TME haben mich 3 Euro das Stück gekostet, also alles in allem vielleicht so 40 Euro ohne Drucj/Feuchte/Lichtsensor und RFM12 Funkmodule, also AVR, Transducer, Platine, Opamp, MUX, Hühnerfutter. Da mein Aufbau so ähnlich wie dieser http://www.gill.co.uk/products/anemometer/windsonic.htm wird, nur auf den Kopf gestellt die US Transducer quasi oben in der Platte eingebettet kann ich mit der offenen Bauform erstmal leben. >Richtung bastel ich mir eine Windfahne auf einer gut gelagerten >Achse. Unten kommt ein Magnet dran, darunter ein Sensor z.B. AS5020. >Fertig. Naja dann kannst du auch gleich ein Schalenanemometer basteln, für's Segeln auch klein genug. Du machst das dann aber so: Ein Kreuzschalenanemometer hat 4 Schalen also halbe Tischtennisbälle an einem Kreuz geklebt. Das wird gut gelagert. An einer dieser Halbschalen klebst du aussen eine Plastikfahne dran damit diese Schale einen größeren Luftwiderstand hat als die anderen. Als Sensoren nimmst du 2 Hallsensoren die 90 Grad versetzt messen, deren Output werden XOR verknüpft. Eine komplette Umdrehung mit einem Hallsensor bestimmt die Windgeschwindigkeit. Der Dutycycle des XOR-Rechtecksignales beider Hallsensoren bestimmt die Windrichtung da ja eine der Halbschalen mit der Plastikfahne einen höheren Luftwiderstand hat dreht sich die komplette Anordung so als würde sie eine Unwucht haben, also mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten innerhalb der 360 Grad Umdrehung zum Verhälnis des 90 Grad Segementes der beiden Hallsensoren. Die Differenzen der gemessenen Dutycycle zum idealen Dutycylce = Zeitdauer pro Umdrehung / 4 werden dann in der MCU aufintegriert, also zb. 256 Umdrehungen danach kannst du die Windrichtung genau ausrechnen. Nachteil: je langsammer die Windgeschwindigkeit desto langsammer die Berechnung der Windrichtung. Ausbügeln kann man dies indem man die Anzahl der Hallsensoren erhöht. Soweit wie ich mich daran erinnern kann, ich suche mal das PDF raus das dieses Verfahren beschreibt, hoffe das ich es auch finde ;) ok ist im Attachment Gruß Hagen
Hagen Re wrote: > Ich habe aber die Weiterentwicklung gestoppt da mit den neuen ATXMegas > eine MCU verfügbar wird deren Features sehr interessent sind. Die XMegas > haben 2 schnelle Komparatoren mit einstellbarer Hysterese, 2 ADC Kanäle > mit 12Bit und 2Msps und somit können 2 Messstrecken gleichzeitig > ausgemessen werden. Ich freue mich auch schon auf die XMegas, auch wenn ich noch kein konkretes Projekt habe das diese Features alle nutzen kann. > Naja dann kannst du auch gleich ein Schalenanemometer basteln, für's > Segeln auch klein genug. Du machst das dann aber so: Das ist eine sehr pfiffige Methode. Ich bin derzeit noch etwas hin und hergerissen. Wichtig ist mir, dass das Funktionsprinzip nicht so ganz auf Anhieb zu erkennen ist. Standardlösungen mit bewegten Teilen kommen daher nur im Notfall in Frage :) Zur Auswahl stehen daher bisher: - Hitzedraht mit 4 Richtungssensoren - Schalenanemometer mit Fahne - Ultraschall Nun zu den Problemen, die ich bisher sehe: - Hitzedrahtsensor in den 90° Winkeln könnte zu unpräzise sein. Müsste noch experimentell geprüft werden. - Schalenanemometer könnte zu träge auf Veränderungen reagieren. (Sollte Windmaschinentauglich sein, also ziemlich harte Bedingungen. Schnelle Richtungs- und Stärkewechsel möglich.) - Ultraschall wäre die eierlegende Wollmilchsau, allerdings bei allem was ich bisher darüber gelesen hab ist die Laufzeitmessung bedingt durch das Einschwingverhalten der US-Sensoren nicht so trivial. Die Phase lässt sich ja recht einfach durch die Nullpunktsdetektion messen. Nur hat man ja ab ca. 10m/s schon 360 Grad Phasenverschiebung, so dass die Phasenlage alleine nicht ausreicht. Woher bekommt man also die zweite Information die nötig ist? Du wertest ja die Amplitude aus, aber auf welches Verhalten wartest du da? Was ist dort dein "Triggerpunkt"? Die Amplitude ist ja leider nicht konstant und das Einschwingverhalten soll es angeblich auch nicht sein. Könnte man die ersten gleichgerichteten Einschwingpeaks einfach linearisieren und am Schnittpunkt der entstandenen Gerade einen Nullpunkt vermuten? Damit hätte man ja eine Grobmessung, die die Verschiebung um x*lambda bestimmt. Die Feinberechnung berechnet man dann mit der Phasenlage Welche Informationen ziehst du aus den Amplitudenmessungen? Gruß Marcus
>- Hitzedrahtsensor in den 90° Winkeln könnte zu unpräzise sein. > Müsste noch experimentell geprüft werden. Ich sehe momentan keinen mechanischen Aufbau der funktionieren würde. Bei deiner "Rohrmethode" denke mal darüber nach was passiert wenn du mit dem Mund an einer Flasche Wind am Flaschenhals vorbeiblässt ! Es entsteht ein Ton und das nur weil du einen Unterdruck in der Flasche erzeugst, der Wind zieht quasi Luft durch dein Rohr, durch Unterdruck. Also selbst wenn der Wind 90 Grad an deinem Rohr vorbeiblässt so wird auf Grund des Unterdrucks der dabei entsteht innerhalb des Rohres Luft angesaugt, und das bedeutet eine Fehlmessung. >- Schalenanemometer könnte zu träge auf Veränderungen reagieren. Schnell sind die Teile wahrlich nicht, das ist eben auch ein Vorteil der US-Anemometer, diese können im 5ms Takt ein Ergebniss liefern wenn man normale 40Khz US Transduver benutzt. Nimmt man US Transducer mit höherer Frequenz so kann man theaoretisch gesehen die Messtrecken verkürzen und somit das Messinterval verkürzen. Praktisch werden diese Transducer meistens immer globiger und würden meschanisch betrachtet aus Sicht ihrer Bauform immer mehr Windverwirbelungen erzeugen, somit Meßergebnisse unbrauchbar machen. > Ultraschall wäre die eierlegende Wollmilchsau, allerdings bei allem >was ich bisher darüber gelesen hab ist die Laufzeitmessung bedingt durch >das Einschwingverhalten der US-Sensoren nicht so trivial. >Die Phase lässt sich ja recht einfach durch die Nullpunktsdetektion >messen. Nur hat man ja ab ca. 10m/s schon 360 Grad Phasenverschiebung, >so dass die Phasenlage alleine nicht ausreicht. >Woher bekommt man also die zweite Information die nötig ist? Man misst die Laufzeit eines Pings, also TOF=Time Of Flight. Das Ein-/Nachschwingverhalten ist nur negativ aus Sicht des maximal machbaren Meßintervalles. Man muß also auf Sender-/Empfängerseite immer abwarten bis die US Transducer ausgeschwungen sind. Das kann man aber mit 2 Methoden stark verkürzen: 1.) Kurzschluß, man schließt die Transducer kurz und vernichtet so elektrisch die mechanische Energie in den Piezos 2.) Detuning, ein US Transducer ist wie eine Glocke, einmal mit korrekter Frequenz angeschlagen schwingen sie nach wie eine Glocke, und das extrem Schmalbandig wie ein Quarz. Detuning kann nun auf Senderseite mit einem Serienwiderstand und Serieninduktivität und auf Empfängerseite mit Parallelwiderstand und Parallelspule erfolgen. Dabei wird aber die Empfiundlichkeit der Schaltung reduziert, was man mit höherer Verstärkung kompensiert. In meiner Schaltung nutze ich ein LogOpAmp aus diesem Grund (genauer ein teillinearer und teillogarithmisch limitierender OpAmp) Nun Detuning bewirkt das sich die Bandbreite eines zb. 40Khz Transducers von ca. 1Khz auf 10KHz verbreitert. Wenn man aber zb. auf Empfängerseite die Resonanzfrequenz des Detuningschwingkreises (Paralleler Widerstand + Spule) leicht neben der Resonanzfrequenz des US Transducers macht dann führt dies dazu das die zb. 8 gesendeten US-Impulse sauber verstärkt werden dann aber das Signal stark bedämpft wird. Lange Rede, mit Detuning schwingen meine Transducer nur 400µs nach, bei einem 40Khz Burst mit 8 Pulsen = 200µs. Die Laufzeitmessung pro Strecke benötigt dabei 2.5ms, ergo 10ms pro kompletten Messvorgang mit 4 Strecken. Also absoult kein Problem das Nachschwingen, besonders wenn man beim Kauf der Transducer auch darauf achtet. Und US-Transducer zeichnen sich besonders dadurch aus das sie weniger Nachschwingen als zb. 1 US Sender/Empfängerpaar. Es gibt also einen Unterschied im Nachschingverhalten zwischen US Transducer und normalen US-Sender/Empfängerkapseln. Die Teile von TME habe ich auch aus diesem Grund gekauft. >Du wertest ja die Amplitude aus, aber auf welches Verhalten wartest du >da? Was ist dort dein "Triggerpunkt"? Also erstmal kennen wir die US-Transducer Frequenz = 40Khz, dann die Entfernung zwischen den Transducer und die Schallgeschwindigkeit bei -50 bis +50 Grad Celcius. Somit können wir die Min/Max Laufzeiten ausrechnen bei gewünschter min/max Windgeschwindigkeit. Der Max + Nachschwingen legt unser Messinterval fest, bei meinem Aufbau 2.5ms pro Meßstrecke, real sind es 620µs bis 880µs bei Schallgeschindigkeiten von 403m/s bis 282m/s, also unter Windeinfluß mit max. 60m/s=216km/h. Das sind dann bei mir mit knapp 16Mhz Takt also 19851 bis 28268 Takte=Timerticks. 880µs Maximallaufzeit + 200µs für 8 Bursts + 400µs Nachschwingen ~ 1.5ms Messdauer pro Strecke. Mit 2.5ms habe ich als noch enorm Luft in meinem Aufbau, ich wollte auch nur auf 100 Messungen pro Sekunde kommen, diese Daten müssen ja irgendwohin, immerhin 6 Bytes pro Messung (Geschindigkeit, Richtung, Temperatur) also 600 Bytes pro Sekunde bzw. 49 Megabyte pro Tag ! Die Meßstrecke selber beträgt 25cm. Allerdings als rechtwinkliges Dreieck und somit ergibt sich ein Durchmesser des Aufbaues von 18cm, bzw. die US Transducer sitzen 18cm voneinander entfernt strahlen aber im 45 Grad Winkel nach unten ab und das Signal wird von einer 9cm entferneten Platte reflektiert. In Ruhe haben wir VCC/2 Flatline im Empfänger. Nun startet der Prozessor eine Messung. Erstmal 8 Pulse auf Sender a 40Khz Rechteck (bei mir direkt nur 3V aus dem AVR Pin). Dann startet man den Timer mit Input Capture der ja vom externen schnellen 7ns Komparator gefüttert wird. Sobald der ein Signal empfängt haben wir den TOF gemessen. Im Grunde schon fertig, wenn da nicht das Problem wäre das man nicht weiß welchen der Nulldurchgänge des Signales man als Basis nehmen soll. Denn es kann ja sein das die erste Welle nicht genügend verstärkt wurde und somit der Komparator da noch nicht angeschlagen hat. Um das zu lösen müssen wir eine Methode entwickeln um den korrketen Nulldurchgang bestimmen zu können bei dem wir den Absolut-TOF ansetzen. Und das mache ich per Matched Filter. Dazu werden die Amplitudenpeaks der positiven Halbwellen des Signales herangezogen. Im obgigen ZIP das Bild "Signal_AVR.jpg" mal anschauen. Die Amplituden dieser zwei Signale sind die Peaks der positiven Halbwellen des empfangenen Sinussignales. Die Flanken dieser Signale sind vom Komparator und im AVR als sequentielle Meßwerte des Timers gespeichert. Also wir kennen von jeder dieser Flanken den TOF seit Aussenden des US-Bursts. Wenn du dir das Bild ganz genau anschaust so siehst du ein Ansteigen der Amplituden in den ersten 4 Samples, und dann einen Knick. Exakt diese 4 Samples + Knick + 8 nachfolgenden Samples werden als relatives und prozentuales "Muster" im AVR gespeichert (für verscheidene Windgeschwndigkeiten) Diese Daten werden als Matched Filter benutzt. Der AVR rechnet also aus wo im aktuell empfangenen Signal dieser Knick vorkommt und nimmt den dazugehörigen TOF Timerwert als Basis der Berechnngen. Genauer gesagt sucht der AVR diesen Index in den Meßwerten und rechnet davon 4 Meßwerte ab und nimmt das als TOF nachdem die TOFs der dem Knick nachfolgenden 8 Meßwerte als Mittelwert hinzugerechnet wurden. Ein 16Mhz AVR kann ja den Input Capture nur mit 62.5ns Auflösung abtastet. Duch die Mittelung von diesen 2x8 stabilen TOFs der Nulldurchgänge bekommen wir eine theoretische TOF Genauigkeit von ca. 8ns, also bischen mehr als die 7ns des Komparators. Wir können also von einem 25µs=40Khz empfangen Signal dessen "Phase" auf 62.5ns exakt ausmessen und auf 8ns exakt rechnerisch mitteln. Wobei es keine Phasenmessung ist. Betrachte es lieber so als würdest du eine Luftwelle von A nach B bewegen und nur die Dauer der Laufzeit der Nulldurchgänge ermitteln, und da es keine stehende Welle ist, sondern durch Wind beschleunigte, ist es keine Phasenmessung sondern wirklich eine Laufzeitmessung. > Die Amplitude ist ja leider nicht konstant... Korrekt, aber das Verhältnis der Amplituden innerhalb der 8 Burst samt Nachschwingen ist relativ konstant. Der Matched Filter vergleicht also die Peaks der positiven Amplituden relativ zueinander wie eine Mustererkennung. Das schöne an US-Transducern ist es das deren Nachschwingngen zeitlich exakt zum TOF des Signales bleiben, auf Grund dessen höher Güte. Wir können also den TOF jedes beliebigen Nulldurchganges als TOF für die Laufzeitnmessung heranziehen, einzigst die Frage welche Welle des Sendeburst nun der richtige Nulldurchgang ist ist das Schwierige daran. >Könnte man die ersten gleichgerichteten Einschwingpeaks einfach >linearisieren und am Schnittpunkt der entstandenen Gerade einen >Nullpunkt vermuten? Exakt sowas macht ja der Matched Filter, aber nicht mit "popeliger" Linearer Approximation per Geraden etc.pp. Sondern er analysiert die Steigung der kompletten Amplituden und rechnet dann ausgehend vom gefundenen Nulldurchgang zum eigentlichen absoluten TOF rückwärts. Achso, im AVR musst du dir vorstellen ist ein Buffer im SRAM. Dieser enthält die TOFs = Timer des Input Captures von aufsteigernder und abfallender Flanke und als dritten Wert den ADC Wert = Peak Amplitude des Signales. Da der ADC des AVR nur mit 15kSps samplen kann können wir nicht das komplette empfangene 40Khz Signal sauber digitalisieren, was aber im Grunde auch nicht vonnöten ist. Deshalb benutze ich einen zu den Nulldurchgängen des Signales synchronen Peakdetektor für die positiven Halbwellen des Signales, also 20Khz muß der ADC samplen. Wir benötigen auch nicht die vollen 10 Bit Auflösung des ADC da wir ja im Matched Filter nur die Realtionen der Amplituden zueinander analysieren um den korrekten zugehörigen Absolut-TOF zu ermitteln. Der Matched Filter reagiert also nicht auf die einzelnen Amplitudenmeßwerte im einzelnen sondern über alle Amplitudenwerte als Relation zueinander, ist also keine Absolutmessung sondern Relativmessung. Somit ist die Signalstärke garnicht mal so relevant. Wichtiger ist es das unabhängig von der Signalstärke das Amplitudenmuster immer stabil ist, und das ist wiederum ein Grund für den LogOpamp in der Schaltung. Das ist U1 im Schaltplan "Schaltung LTSpice.jpg" und die Dioden D2/D3 sind für diese "Logarithmierung" verantwortlich. Hm, hört sich alles sehr kompliziert an ist es aber wahrlich nicht. >>Die Feinberechnung berechnet man dann mit der Phasenlage Komm weg von Phase/Phasenmessung/Phaselage. Stell es dir wie ein Stein im Wasser vor. Den Nulldurchgang der ersten Welle die du sieht beobachtest du und sieht wie dieser Nulldurchgang sich auf dich zubewegt. Die Laufzeit dieser wird gemessen. > Welche Informationen ziehst du aus den Amplitudenmessungen? Das Muster der Erregung der US Transducer + LogOpAmp Verstärkung bestimmt die Amplituden und wird im Matched Filter benutzt um den absoluten TOF auszurechnen. Also nochmals: schaue dir "Signale_AVR.jpg" genauer an (blaues Signal) Der Nullpunkt ist der Startpunkt des Timer Input Capture und der startet exakt nach dem Senden des 40Khz Sendebursts. Am Anfang sehen wir Noise (Crossover in der Elektronik etc.pp.), solange benötigt die Schallwelle bis sie auf den Empfänger trifft. Dann siehst du 4 Amplituden der ersten 4 positiven Halbwellen des Signales, X Achse bei 10.500. Dann einen Knick und weitere 8 Amplituden. Die Steigung dieser 4 im Vergleich zur Steigung der nachfolgenden 8 Amplituden ist ein Muster für den Matched Filter. Dieser ist wie ein sequentieller Filter zb. FIR/IIR aufgebaut und hat 12 Taps. Man schiebt vorne ein ADC-Wert rein und wenn 12 gut übereinstimmende Samples drinnen sind berechnet er einen Wert der das Maß der Übereinstimmung zum gesuchten Muster beziffert. Wir suchen nun die 4. Amplitude, also da wo der Knick ist. Wenn gefunden nehmen wir dessen Index im Datenbuffer und ziehen davon 4 ab. Somit kommen wir auf den TOF des ersten Samples (4 vor dem Knick) bei X Achse 10.500. Das ist der Absolute TOF mit dem immer gerechnet wird. Also die Dauer in AVR Takten vom Aussenden bis zum Empfangen des Signales. Darauf rechnen wir einen Korrekturwert der bei der Kalibrierung ermittelt wird. Dann rechnen wir von den nach dem Knick nachfolgenden 16 TOFs einen Mittelwert aus, also +-X Timer Ticks und dieser wird ebenfalls noch auf den Absolut TOF addiert, fertig ist die exakte Laufzeitmessung. Soweit das Einfache daran. Denn man benötigt für verschiedene Temperaturen und Windgeschindigkeiten immer andere Parameter für den Matched Filter. Das Realtivmuster der Amplituden ist also Temperatur/Windabhängig nachdem es für die entsprechenden Transducer/Meßstrecke/Mechanik ermittelt wurde. Mit den XMegas erhoffe ich mir - mit 32 MHZ statt 16 Mhz Timern arbeiten zu können - das Signal mit ADC exakter samplen zu können und somit den Matched Filter so genau machen zu können das ich nur mit einem Parameterset für alle Temperaturen/Windgeschindigkeiten arbeiten zu können. Also keine Reakmessungen nur der pos. Halbwellen mehr. - Vereinfachung der Schaltung da Peakdetektor und ext. Komparator entfallen können - die eigentliche Messung/Komplettes Sampling per Hardware im Hintergrund autom. machen zu lassen, somit kann ich die Auswerung der vorherigen Messung durchführen wenn im Hintergrund schon die nächsten Daten gesamplet werden. Das führt dazu, neben dem doppewlten Takt von 32Mhz das diese Auswertung in Software komplizierter sein kann, sprich mehr Rechenzeit verbrauchen darf und somit genauer wird. - und finally, kann ich dann 2 Meßstrecken in parallel so abarbeiten, da 2 Komparatoren, 2 ADCs etcpp. vorhanden sind, und das führt dazu das ich nach 5ms eine Komplettmessung fertig habe, statt bisher 10ms. Das wird dann aber eher die Genauigkeit/Auflösung ehöhen, denn ich bleibe bei einer effektiven Meßrate von 100hz, nur eben mehrfach so genau durch Mittelwertbildung. Gruß Hagen
>> Naja dann kannst du auch gleich ein Schalenanemometer basteln, für's >> Segeln auch klein genug. Du machst das dann aber so: >Das ist eine sehr pfiffige Methode. Ja, allerdings ist die Methode aus dem PDF analog und eigentlich umständlich. Es geht, so wie ich es oben schon beschrieb, auch rein digital. Die beiden Hallsensoren sind zb. solche wie die TLE5906. Diese Hallsensoren werden durch den Nordpol des Magnetens eingeschaltet und durch den Südpol wieder aus. Pro Umdrehung ergibt sich also ein Rechteck mit 50% Dutycycle (ohne die Unwucht an der einen Halbschale) Man XOR Verknüpft nun deren Output und bekäme ein Signal mit doppelter Frequenz. Also 2 Schwingungen dieses Signales stellen die Periode dar, komplette Umdrehung des Flügelrades. Die Positonen der Nulldurchgänge zwischen diese 2 Schwingungen sind aber zeitlich verschoben, jenachdem aus welcher Richtung der Wind weht. Man kann also mit einem Imput Capture sowohl die Windrichtung wie auch Geschindigkeit ausmessen, ohne den ganzen Analogkram wie im PDF. Man muß eben nur mit möglichst schnell getakteten Timern arbeiten. Theoretisch kannst du in jeder vollständigen Umdrehung des Flügelrades beides vollständig berechnen. Ich werde höchstwahrscheinlich auch ein solches Anemometer aufbauen um als grobe Refernez für mein US-Anemometer zu dienen. Das was nämlich die Entwicklungszeit von son'em Teil o lang zieht ist nicht der funktionirende Aufbau, sondern das Kalibrieren. Nicht jeder hat einen hochgenauen Windkanal zu Hause auch wenn die Frau oft Wind macht ;) Übrigens ein weitere Grund für ein US-Anemometer war es eben das man über die Temperatur kalibrieren kann. Gruß Hagen
Hi >Ich möchte damit ein Segel automatisch so ausrichten, das es >entsprechend des aktuellen Windes den besten Vortrieb erreicht. Ist das noch die ursprüngliche Intension? Segel assoziert bei mir Schiff. Also ein bewegliches Objekt. Die Windrichtung kann also nur (egal wie) relativ zum Objekt festgestellt werden. Wie willst du damit eine optimale Segelstellung realisieren? MfG Spess
Hagen Re wrote: >>- Hitzedrahtsensor in den 90° Winkeln könnte zu unpräzise sein. >> Müsste noch experimentell geprüft werden. > > Ich sehe momentan keinen mechanischen Aufbau der funktionieren würde. Du hast recht, ich denke dann bleiben wohl doch nur noch zwei Methoden. Die Traditionelle mit Windschale und Windfahne als Notlösung oder die US-Methode. Ich denke ich werds mal mit US versuchen. Wäre zwar schon etwas "overkill" für den Zweck aber für mich als Student eine lehrreiche Nebenbeschäftigung. Im Gegensatz zu dir habe ich den Vorteil, dass ich keine Wetteraufzeichnungen machen möchte und somit auch kein exakt kalibriertes Anemometer brauche. Die wichtigste Information ist die Windrichtung. Die Windstärke brauche ich hauptsächlich zur Detektion von zu starken Böen bzw. Windstärken, welche die Auslegung des Modells übersteigen. >>>Die Feinberechnung berechnet man dann mit der Phasenlage > > Komm weg von Phase/Phasenmessung/Phaselage. Stell es dir wie ein Stein > im Wasser vor. Den Nulldurchgang der ersten Welle die du sieht > beobachtest du und sieht wie dieser Nulldurchgang sich auf dich > zubewegt. Die Laufzeit dieser wird gemessen. Einleuchtende Erklärung :) > Soweit das Einfache daran. Denn man benötigt für verschiedene > Temperaturen und Windgeschindigkeiten immer andere Parameter für den > Matched Filter. Das Realtivmuster der Amplituden ist also > Temperatur/Windabhängig nachdem es für die entsprechenden > Transducer/Meßstrecke/Mechanik ermittelt wurde. Ok, das sind dann experimentell zu ermittelnde Parameter. Ich seh mich schon mit dem Ding in der Sauna sitzen :) Vielleicht gibts hier in der Nähe ja eine Uni die einen Windkanal besitzt. > Hm, hört sich alles sehr kompliziert an ist es aber wahrlich nicht. Dank deiner Erklärung hat sich die ganze Sache für mich extrem vereinfacht. Vielen vielen Dank für die sehr ausführliche Erklärung, hat mir sehr geholfen. Wirklich top! Das hat alle theoretischen Unklarheiten beseitigt, die ich noch hatte. Die Semesterferien können also kommen :) Gruß Marcus
spess53 wrote: > Hi > >>Ich möchte damit ein Segel automatisch so ausrichten, das es >>entsprechend des aktuellen Windes den besten Vortrieb erreicht. > > Ist das noch die ursprüngliche Intension? Segel assoziert bei mir > Schiff. Also ein bewegliches Objekt. Die Windrichtung kann also nur > (egal wie) relativ zum Objekt festgestellt werden. Wie willst du damit > eine optimale Segelstellung realisieren? Die Segelstellung ist nicht vom Absolutwind abhängig, sondern nur vom scheinbaren Wind (relativer Wind). Siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Wahrer_und_scheinbarer_Wind Als Beispiel: Du fährst auf der Autobahn mit 200Km/h, hast aber 10Km/h Seitenwind von links. Welche Windkomponente ist jetzt die bestimmende (wenn du die Hand aus den Fenster hältst)? Richtig, der Fahrtwind. Der Seitenwind - also der absolute Wind - interessiert dich in dem Fall gar nicht. Gruß Marcus
um bei deinem Beispiel zu bleiben: Du fährst mit 200km/h und hast dabei Rückenwind von 200km/h, ergibt 0km/h, es sei denn das exakt das deine Segelstellung benötigt. Es geht doch um ein Segelmodell, oder ? Im Attachment par Dokumente mit Formeln. Enthält auch ein Aufbau der mit 3 US Transducer statt 4 arbeitet. Denoch meine ich das das Schalenanemometer für den Anfang wesentlich schnellere Erfolge bringt. Die Sensorik kannst du auch per Lichtschranken machen oder man nimmt einen Festplattenmotor, das hat den Vorteil das die Mechanik schon super leichtgängig und kugelgelagert ist. Und von der Baugröße her auch kompakter als ein US-Anemometer ! Beim Hitzedrahtanemometer gäbe es eventuell noch eine Möglichkeit. Ein kleiner Zylinder im Mittelpunkt, darum im Kreis angeordnet die 4 Transistoren. Weht nun der Wind zb. aus Norden dann trifft er direkt auf 3 Sensoren, wovon einer (Norden) direkt getroffen wird und dann auf den Zylinder trifft. Die Differenz zum nun abgedeckten Südsensor dürfte messbar sein. Man müsste mehr Wissen aus der Strömungslehre haben. Oder du mountest die Sensorik auf ein Servo und steuerst das so wie bei der Sonnennachführung von Solarpanels ? Gruß Hagen
>Du fährst mit 200km/h und hast dabei Rückenwind von 200km/h, ergibt >0km/h, es sei denn das exakt das deine Segelstellung benötigt. Etwas unwahrscheinlich, aber sonst richtig. Das dürfte das Problem von Heißluftballons sein...
Hagen Re wrote: > um bei deinem Beispiel zu bleiben: > > Du fährst mit 200km/h und hast dabei Rückenwind von 200km/h, ergibt > 0km/h, es sei denn das exakt das deine Segelstellung benötigt. > > Es geht doch um ein Segelmodell, oder ? Ja, exakt. Wenn der absolute Rückenwind exakt so schnell ist wie die absolute Fahrtgeschwindigkeit, dann fühlt es sich so an als ob die Luft steht. In dem Fall sind die Segel Wirkungslos. Angenommen man fährt 200km/h und hat eine (absolut) Rückenwindkomponente von 200km/h und eine (absolut) Seitenwindkomponente von 50 km/h, so spürt man auf Deck nur den Seitenwind. Daher wird das Segel nur nach dem scheinbaren Wind, der in diesem Fall gleich ist mit dem Seitenwind, ausgerichtet. > Im Attachment par Dokumente mit Formeln. Enthält auch ein Aufbau der mit > 3 US Transducer statt 4 arbeitet. Danke. > Denoch meine ich das das Schalenanemometer für den Anfang wesentlich > schnellere Erfolge bringt. Ja das ist mir klar. Aber das wäre ja keine Herausforderung, ist ja immerhin eine Art Hobbyprojekt und keine Auftragsarbeit. Zeitdruck existiert in der Form also auch nicht. > Die Sensorik kannst du auch per > Lichtschranken machen oder man nimmt einen Festplattenmotor, das hat den > Vorteil das die Mechanik schon super leichtgängig und kugelgelagert ist. Ich hätte hier noch den Motor eines Polygonspiegels aus einem Laserdrucker. An der Mechanik würde es denke ich nicht scheitern. > Und von der Baugröße her auch kompakter als ein US-Anemometer ! Ja, ich denke das stört aber nicht, das Modell wird keine Miniaturausführung. > Beim Hitzedrahtanemometer gäbe es eventuell noch eine Möglichkeit. Ein > kleiner Zylinder im Mittelpunkt, darum im Kreis angeordnet die 4 > Transistoren. Weht nun der Wind zb. aus Norden dann trifft er direkt auf > 3 Sensoren, wovon einer (Norden) direkt getroffen wird und dann auf den > Zylinder trifft. Die Differenz zum nun abgedeckten Südsensor dürfte > messbar sein. Man müsste mehr Wissen aus der Strömungslehre haben. Der abgedeckte Sensor befindet sich (zumindest bei etwas mehr Wind) in einem Wirbelfeld. Ich denke die ganze Sache ist nicht so einfach zu linearisieren. Mir fehlt da aber auch das tiefere Wissen. > Oder du mountest die Sensorik auf ein Servo und steuerst das so wie bei > der Sonnennachführung von Solarpanels ? Hab ich auch schon überlegt, aber ich denke schnelle Richtungswechsel (gerade bei künstlichen Windquellen) könnten da trotzdem Probleme bereiten. Ich werds daher zuerst mit US versuchen, ist eine schöne unkonventionelle Lösung für diesen Zweck. Gruß Marcus
Ich habe nochmal drüber nachgedacht, Hitzedrahtanemometer. Wir haben eine kleine runde Plattform. In der Mitte ein Zylinder und obendrauf wieder eine runde Plattform. Sieht also aus wie ein Spulenkörper. Auf der unteren Plattform im Kreis 4 Sensoren (eventl. auch nur 3). Auf der oberen Plattform 1 Sensor zentriert und im Zylinder noch 1 Sensor. Der Sensor im Zylinder ist die Umgebungstempertur zur Kompensation. Der Sensor oben drauf misst exakt die Windgeschwindigkeit aus allen Richtungen. Die Differenzen dieses Sensors zu den 4 Sensoren auf der unteren Platttform, also um den Zylinder drumherum, wird zur Windrichtungsmessung benutzt. Gruß Hagen
>Der Sensor oben drauf misst exakt die Windgeschwindigkeit aus allen >Richtungen. Die Differenzen dieses Sensors zu den 4 Sensoren auf der >unteren Platttform, also um den Zylinder drumherum, wird zur >Windrichtungsmessung benutzt. Die unteren Sensoren würden doch alle genau den gleichen Wind abbekommen, da die Luft um den Zylinder herum geführt wird (Flettner-Rotor lässt grüßen). Vielleicht wäre der Flettner-Rotor mit einer entsprechenden Aufhängung eine Möglichkeit?! http://de.wikipedia.org/wiki/Flettner-Rotor
Korrekt, aber es sind 4 Sensoren, und die Windgeschindigkeit um den Zylinder herum sollte beschleunigt werden, bzw. die um die Sensoren herumgeführte Luftmasse sollte sich unterscheiden. Somit werden die Sensoren unterschiedlich schnell gekühlt je nachdem aus welcher Richtung der Wind kommt. Oder mache ich da einen Denkfehler ? Gruß Hagen
Rahul Der trollige wrote: > Vielleicht wäre der Flettner-Rotor mit einer entsprechenden Aufhängung > eine Möglichkeit?! Ja wäre möglich, aber das mechanisch umzusetzen denke ich ist ziemlich aufwendig. Hagen Re wrote: > Korrekt, aber es sind 4 Sensoren, und die Windgeschindigkeit um den > Zylinder herum sollte beschleunigt werden, bzw. die um die Sensoren > herumgeführte Luftmasse sollte sich unterscheiden. Somit werden die > Sensoren unterschiedlich schnell gekühlt je nachdem aus welcher Richtung > der Wind kommt. Oder mache ich da einen Denkfehler ? Die Luft die um den Zylinder herumströmt ist aber schon vom ersten Transistor vorgewärmt. Macht das was aus? Das Problem was Rahul anspricht: Angenommen die Luft kommt direkt von Norden und man hat Sensoren in N, W, O, S, dann würde theoretisch die Luft zuerst am N-Sensor ankommen, sich etwas erwärmen, dannach wird sie aufgeteilt und strömt zum W und O Sensor, erwärmt sich weiter und zum Schluss wird sie beim S-Sensor wieder zusammengeführt. Der S-Sensor liegt ja durch die Röhre bedingt nicht im Windschatten. Soweit die Theorie. In der Praxis verwirbeln die ersten 3 Transistoren den Wind schon derartig, so dass vermutlich weniger Wind am S-Sensor ankommt. Da sich dort aber Wirbel bilden können, die einen weiteren lokalen Temperaturanstieg zur Folge haben können, halte ich diese Methode für recht unsicher. Kann mich aber auch irren. Man könnte natürlich die Sensoren noch in verschiedenen Ebenen anbringen, um die gegenseitige Erhitzung zu vermeiden, aber dann seh ich das Problem das das Rohr eben keinen Windschatten bietet, wenn der Wind von der entgegengesetzten Seite kommen. Anstelle dieses Rohres könnte man dann mit anderen Formen experimentieren, die bei einer bestimmten Windrichtung einen abschirmungseffekt haben, oder mit Düsen usw. aber ich denke das geht mir etwas zu weit. Mir ist da ein Projekt mit höheren Erfolgsaussichten lieber. Wie gesagt, ich möchte nicht nur den Wind messen, ich hab noch ganz andere Probleme die es zu lösen gibt :) Gruß Marcus
>Da sich dort aber Wirbel bilden können, die einen weiteren lokalen >Temperaturanstieg zur Folge haben können, halte ich diese Methode für >recht unsicher. Kann mich aber auch irren. Es geht nicht darum, dass die Luft erwärmt wird, sondern die Transitoren Wärme abgeben (kleiner feiner Unterschied). Die Transistoren/Hitzdrähte werden gekühlt, was für den Messkreis bedeutet, dass sich irgendwas verändert (Spannung am Hitzdraht sinkt oder steigt...). Mit einem Wärme-Anemometer kann kann bestimmt keine Richtung bestimmen, da bin ich mir sicher. Ein "statische" Möglichkeit wäre vermutlich eher ein Aufbau aus 2-4 Staurohren (auch Pitotrohr genannt). Wenn man dann noch ein Log (Geschwindigkeitsmesser für Wasserfahrzeuge) im Wasser hat, dann könnte das was werden. Ist aber sauaufwendig. Soll das Segelboot selbstständig eine Route o.dergl. fahren?
>Mit einem Wärme-Anemometer kann kann bestimmt keine Richtung bestimmen, >da bin ich mir sicher. Wäre ich mir aber nicht, siehe hier http://www.iop.org/EJ/abstract/0022-3735/2/1/312 3 Sensoren im Rechtwinkligen Dreieck, laut Text. Gruß Hagen
>3 Sensoren im Rechtwinkligen Dreieck, laut Text.
Das dürfte eher ein Tetraeder sein. Der Artikel ist von 1969. Ausser dem
Abstract habe ich ihn mir auch nicht weiter angeguckt.
Wenn es praktikabel wäre, wäre der Aufbau vermutlich recht verbreitet.
Der Aufbau mit dem Spulenkörper wird aber sicher nicht funktionieren
(ich lasse mich gerne vom Gegenteil überzeugen).
Wenn man statt des runden "Spulenkörpers" einen dreieckigen nehmen
würde, könnte es meiner Meinung nach eher funktionieren.
Muß aber nicht...
totales OffTopic, sorry, @ spess53: ich hätte dich gerne mal ein paar Dinge zu deiner Datei DOG2_spi.asm gefragt, kann aber keinen Kontakt mit dir aufnehmen. Würde mich freuen wenn du mich kontaktieren würdest. Danke Pö
STK500-Besitzer wrote: >>Da sich dort aber Wirbel bilden können, die einen weiteren lokalen >>Temperaturanstieg zur Folge haben können, halte ich diese Methode für >>recht unsicher. Kann mich aber auch irren. > > Es geht nicht darum, dass die Luft erwärmt wird, sondern die Transitoren > Wärme abgeben (kleiner feiner Unterschied). Richtig, aber: Ist die Luft wärmer, ist das Temperaturgefälle geringer, und daher geben die Transistoren auch weniger Wärme an die Umgebung ab. Deshalb sind diese Messschaltungen ja Umgebungstemperaturkompensiert. Ich weiß aber nicht wie stark sich dieser Effekt auswirkt, bzw. wie stark die lokale Erwärmung bei der Passage eines Sensors ist. > Soll das Segelboot selbstständig eine Route o.dergl. fahren? Autonom wird es vielleicht auch mal fahren können, das wäre aber nicht so das Problem, wenn die Sensorik und die Algorithmen erst mal stimmen. > Wenn man statt des runden "Spulenkörpers" einen dreieckigen nehmen > würde, könnte es meiner Meinung nach eher funktionieren. > Muß aber nicht... Ein Dreieck mit 3 Sensoren. Das wäre vielleicht eine Möglichkeit.
Ich denke schon das es funktionieren könnte. Es muß eine meßbare Differenz zwischen den um den "Spulenkörper" angeordneten Sensoren geben und das würde ausreichen um die Windrichtung zu ermitteln. Es ist dabei egal wie stark der Wind weht (ausser Windstille) und ob diese Sensoren die exakte Windgeschindigkeiten messen. Wichtig ist nur das es eine Differnz gibt zwischen den Sensoren die dem Wind voll ausgesetzt sind un denen die durch den Spulenkörper voll oder teilweise abgedeckt sind. Bin gerade dabei eine Schaltung für den AVR zu simulieren die nur einen Umgebungssensor benötigt, mit int. Komparator arbeitet und bei dem die Meßtransistoren per MOSFETs zuschaltbar bzw. gepulst werden können. Die nötige Linearisierung wird wohl per Sofwtare erfolgen. Ich hoffe das ich auch die nötige Zeit weiterhin aufbringen kann. Eines steht jetzt schon fest, das Ding wird ein Stromfresser werden. Gruß Hagen
Hagen Re wrote: > Ich denke schon das es funktionieren könnte. Es muß eine meßbare > Differenz zwischen den um den "Spulenkörper" angeordneten Sensoren geben > und das würde ausreichen um die Windrichtung zu ermitteln. Es ist dabei > egal wie stark der Wind weht (ausser Windstille) und ob diese Sensoren > die exakte Windgeschindigkeiten messen. Wichtig ist nur das es eine > Differnz gibt zwischen den Sensoren die dem Wind voll ausgesetzt sind un > denen die durch den Spulenkörper voll oder teilweise abgedeckt sind. Hab hier mal ein Bild zu den Strömungsverhältnissen in diesem Spulenaufbau gefunden: http://www-alt.physik.uni-muenchen.de/expvorl/Mechanik_I/Stroemung%20laminar%201.jpg Solang man sich bei geringer Windstärke im Bereich der laminaren Strömung bewegt, misst man theoretisch keinen Unterschied, da diese Runden Objekte einfach nahezu verlustlos umströmt werden. Ein weiteres Problem: Angenommen der Wind trifft exakt einen Sensor von vorne, also auf der Achse zwischen Zylindermittelpunkt und Transistor, dann hat man wieder den Fall das man nicht weiß von welcher Seite der Wind kommt. (Egal ob mit 3 oder 4 Sensoren) Du stellst dir das Verhalten vermutlich eher so vor: http://web.physik.rwth-aachen.de/~hebbeker/lectures/ph1_0102/turbule.gif Dieses Bild kommt vermutlich erst bei höheren Windgeschwindigkeiten zu stande. Aber auch hier erreicht ein Luftwirbel den Transistor im eigentlichen Windschatten und führt dort unkontrolliert Wärme ab. Vermutlich weniger, so das eine Differenz in diesem Fall zutrifft, jedoch denke ich das der Übergang zwischen dieser turbolenten Situation und der Laminaren die ganze Idee zerstört. Ich werde mir jetzt mal ein paar US-Transducer und die benötigten Kleinteile bestellen und dann seh ich mal weiter :) Selbst wenn das US-Anemometer dann am Ende nicht auf meinem Modell landet, ists ein interessantes Projekt. Gruß Marcus spess53 wrote: > Nur für Sirko spess53@aol.com Na da freuen sich aber die Spamcrawler :)
Angehängte Dateien:
Eigenbau Ultraschall-Windmesser: http://www.technik.ba-ravensburg.de/~lau/ultraschall-anemometer.html
>Es kommt auf eine Art Modellfahrzeug, daher sollte es klein und leicht >sein. >Eigenbau Ultraschall-Windmesser: >http://www.technik.ba-ravensburg.de/~lau/ultrascha... Naja, klein und leicht ist raltiv...
@ Hagen: Laß' mich wissen wenn du mir deinem US-Anemoeter vorangekommen
bist. Vor allem bei hohen Windgeschwindigkeiten (> 30 m/s) !
Ich bin gespannt ;-)
Gruß, Hardy
@Hardy, ja die Turbolenzen, wie du weisst versuche ich sie zu vermeiden durch meine ungewöhnliche Anordnung der Transducer. Mir gehts aber zZ. wie dir zwischenzeitlich, Projekt stockt gerade. Ansonsten hast du meinen fetten Respekt, bist endlich fertig geworden ;) Schreibst du später noch was über die Langzeiterfahrungen und Vergleiche ? Gruß hagen
Hallo Hardy, schöne Arbeit, gute Ideen, Ihr Südwestdeutschen seid Tüftler! Habe mich auch ne Weile mit Ultraschallanemometern beschäftigt. Als Hauptproblem stellte sich bei mir die Mehrwegausbreitung dar, also die Schallreflexionen an Gegenständen, die sich in der Nähe der Meßstrecke befinden. Wie ändert sich der Meßwert, wenn Du ne Hand über die Meßstrecke hälst? Cheers Detlef
@ Detlef: >Als Hauptproblem stellte sich bei mir die Mehrwegausbreitung dar, also >die Schallreflexionen an Gegenständen, die sich in der Nähe der >Meßstrecke befinden. Wie ändert sich der Meßwert, wenn Du ne Hand über >die Meßstrecke hälst? Das macht überhaupt nichts solange der Abstand der Hand größer als 10 cm ist. @ Hagen: "ungewöhnliche Anordnung der Transducer" ? ... Hast du ein Bild? Die Signale sehen bei hohen Windgeschwindigkeiten aber immer ganz anders als im Zimmer aus! Gruß, Hardy
@Hardy, konkret noch keinen, zZ. teste ich nur eine lineare Strecke, habe aber schon die gleiche Strecke auch mit 45 Grad angeordneten Transducer und Reflektion getestet. Am Ende solls in etwa so http://www.gill.co.uk/products/anemometer/windsonic.htm aussehen. Allerdings mit 3 Unterschieden 1.) Auf den Kopf gestellt, dh. die Tranducer sind in der oberen Platte 2.) die Transducer werden versenkt in diese obere Platte eingelassen, 45 Grad Winkel abstrahlend 3.) die untere Platte ist nur halb so groß im Durchmeser wie die obere Platte. Der wichtigste Unterschied im Verhalten besteht darin das es Schallwellen zwischen den Transducer auf direktem Wege geben kann, aber nicht muß wenn korrekt isoliert. Bei passendem Abstand der Transducer zueinander kann man dies bei den empfangenen Signalen auch unterscheiden. Kurzzeitig hatte ich sogar daran gedacht dies auszunutzen. Es ist ja ein rechtwinkliges und gleichschenkliges Dreieck mit Hypotenuse oben und an der Hypotenuse sitzen die 2 Transducer die im 45 Grad Winkel nach unten strahlen. Die Kathete und Ankathete bilden die Meßstrecke. Mit entsprechenden Transducern würde man also die Meßstrecke der Hypotenuse und Kathete+Ankathete ausmessen. Wenn nun aber die Meßstrecke der Hypotenuse innerhalb des Gehäuses läge (quasi als Schallkanal), und damit unabhängig vom Windeinfluß dann könnte man mit einer Messung zwei Meßstrecken ausmessen wobei die Hypotenuse ohne Windeinfluß und die Meßstrecke der Kathede+Ankathede mit Windeinfluß wären. Die Luftemperatur wäre aber bei beiden Meßstrecken fast identisch. Leider kann man auf Empfängerseite nur dann die beiden Signalstrecken voneinander unterscheiden wenn der Aufbau relativ groß ist. Dh. Abstand der Transducer mindstens 28 cm voneinander. Deshalb habe ich's erstmal nicht weiter verfolgt und werde bei meinem ursprünglichen Konzept bleiben. Transducer sitzen in einer runden Platte (wahrscheinlich aus diesen braunen Pertinaxplatten) mit 22cm Durchmesser. 4 Bohrungen für die Transducer, 45 Grad Winkel und 18cm Abstand überkreuz. Darunter in ~9cm Abstand eine Reflektionplatte, 11cm Durchmesser. Beide Platten verbunden mit gebogenem Schweißdraht, also in der oberen Platte in Bohrungen versenkt nach unten zeigend und auf Höhe der unteren Platte abgewinkelt und in die Seite dieser Platte in Borhungen eingeklebt. So habe ich mechanisch die geringesten Windverwirbelungen und diese sind auch relativ weit weg von der eigentlichen Meßstrecke. Die obere Platte dient als Regen/Schneeschutz und hält die kleinere untere Reflektionsplatte geschützt. Zusätzlich werde ich wohl die Elektronik ebenfalls in die obere Platte einlassen. Soweit also schon sehr konkrete Vorstellungen über den Aufbau, ob es aber wirklich so werden kann hängt davon ab ob meine Schaltung/Software überhaupt damit funktioniert. Das ist erstmal das Wichtigste was zu erledigen wäre, aber erst wenn ich den XMega in den Händen halte ;) Nur meine anaolge Schaltung, die ich dir mal gemailt hatte, ohne den schnellen Komparator+Peakdetektor bleibt erhalten, wahrscheinlich aber dann in zweifacher Ausführung zur Messung beider Strecken in parallel (auch das werde ich mir nochmal stark überlegen da ja wie du weisst das Problem des Übersprechens/Nachschwingens nicht noch schlimmer gemacht werden soll). Da ich erst seit knapp 1 Jahr daran arbeite habe ich ja noch 3 Jahre Zeit ;) Gruß Hagen
>Die Signale sehen bei hohen Windgeschwindigkeiten aber immer ganz anders >als im Zimmer aus! Ja ich weiß und deswegen gehe ich ja den Weg das ich mit weit höherer Verstärkung arbeite. Ein normaler Opamp würde bei guten Signal in die Sättigung geraten. Um dies zu verhindern benutze ich aber den log. limitierenden Opamp. Das scheint ganz gut zu funktionieren, wenn ich mal meiner Heißluftpistole als stärkerem Windkanal-Generator trauen kann. Die Signale sehen dann fast immer identisch aus nur mit dem Unterschied das die ersten 4 Nulldurchgänge/Amplituden sich dann unterscheiden, also der Bereich bei dem der LogOpamp noch nicht limitierend wirkt. Die Amplituden/Nulldurchgänge danach sind aber fast immer identisch egal wie stark der Wind, eg. meine Heißluftpistole, blässt. Das sind aber nur Pi*Daumen Experimente die in der Realität längst nicht aussagekräftig sein müssen. Das ist aber ja gerade das Interessante an einem solchen Projekt, diese Unwägbarkeiten. Bei meinen Untersuchungen der Signale kam ich auch auf die Idee ein Matched Filter über die Nulldurchgangszeiten zu benutzen. Es zeigt sich das es einen Bereich an Nulldurchgangszeiten gibt der sehr stabil ist. Diesen könnte ich per Matched Filter benutzen um den Absoluten TOF Punkt zu bestimmen. Der LogOpamp kommt dem entgegen da dieser zwar die Amplituden "verfälscht" (logarithmisch) aber eben nicht die Nulldurchgänge des Signales. Ein Opamp in Sättigung würde dagegen auch diese Nulldurchgänge verfälschen. Gruß Hagen
@ Hagen: Die Idee mit deiner Mechanik ist nicht schlecht. Ich würde aber eine Kupferplatte nehmen. Da kannst du die Befestigungen für die Schallwandler gut löten und beheizbar wäre das dann auch. Ich würde mit Heizung die Schallwandler unten lassen. (Wie das Vorbild). >Das scheint ganz gut zu funktionieren, wenn ich mal >meiner Heißluftpistole als stärkerem Windkanal-Generator trauen kann. Kannst du nicht. Da kommst du auf Geschwindigkeiten von ca. 7 m/s. Die Signale bei Windgeschwindigkeiten > 40 m/s sind ganz anders! >Das sind aber nur Pi*Daumen Experimente die in der Realität längst nicht >aussagekräftig sein müssen. >Das ist aber ja gerade das Interessante an einem solchen >Projekt, diese Unwägbarkeiten. Jepp! >Bei meinen Untersuchungen der Signale kam ich auch auf die Idee ein >Matched Filter über die Nulldurchgangszeiten zu benutzen. Es zeigt sich >das es einen Bereich an Nulldurchgangszeiten gibt der sehr stabil ist. >Diesen könnte ich per Matched Filter benutzen um den Absoluten TOF Punkt >zu bestimmen. Daran habe ich auch schon gedacht. Siehe Webseite. Gruß, Hardy
@ Hagen: Also ich würde heute einen Microchip PIC32 nehmen. 80..120 MAC! Capture mit 80 MHz Auflösung. 4 DMA-Kanäle . 10Bit A/D mit 500 kSample/s. 32 KB RAM. 512KB Flash. Und sofort verfügbar! Gruß, Hardy
>Also ich würde heute einen Microchip PIC32 nehmen. 80..120 MAC! >Capture mit 80 MHz Auflösung. 4 DMA-Kanäle . 10Bit A/D mit 500 >kSample/s. >32 KB RAM. 512KB Flash. >Und sofort verfügbar! Schon richtig, ich will aber den XMega nehmen. Es ist also garnichtmal die Frage was nun die beste Hardware für dieses Projekt wäre, hätte auch meinen ATMega168 genommen wenn es den XMega nicht in absehbarerer Zeit gäbe. >Die Idee mit deiner Mechanik ist nicht schlecht. Ich würde aber eine >Kupferplatte nehmen. Da kannst du die Befestigungen für die >Schallwandler gut löten und beheizbar wäre das dann auch. >Ich würde mit Heizung die Schallwandler unten lassen. (Wie das >Vorbild). Hm, auf Heizung wollte ich eigentlich ganz verzichten. Wenn ich davon ausgehe, wie in meinem Konzept, das die Transducer versenkt sind, nach unten abstahlen, kein Spritzwasser oder Schnee die Meßstrecke beeinflussen kann, dann sollte es doch auch ohne Heizung gehen, oder ? Heizung bedeutet ja auch immer Strombedarf und egientlich wollte ich die komplette Wetterstation aus'n Solarpanel versorgen. Das steht ja auch alles schon, wäre echt Mist wenn ich zwingend heizen müsste. Du weisst ja das ich das Projekt eher aus Interesse mache und nicht weil ich ein begeisterter Wetterfrosch bin und darauf angewiesen wäre. Die Eingangsidee mit dieser reflektierenden Anordnung der Transducer war aber eine ganz andere. Wie oben schon geschrieben ergeben sich zwei Meßstrecken unterschiedlicher Länge für ein US Burst. Einmal die kürzere Hypotenuse und einmal die beiden Katheten. Wenn beide Meßstrecken dem gleichen WInd ausgesetzt werden und eine ausreichende Länge besitzen dann empfängt der US Transducer quasi 2x das gleiche zeitsynchron ausgesendete Signal mit einem definierten Abstand. Man hat also 3 TOFs, einmal den TOF der Meßstrecke Hypotenuse als Erstes, dann TOF der Meßstrecke Katheten und die zeitliche Differenz beider TOFs zueinander. Wenn man nun sequientiell die TOFs ermittelt, in einem linearen Buffer und nun einen Matched Filter, quasi Autokellator, als kürzeren Ruingbuffer über diesen Empfangsbuffer benutzt so hat man einen gleitenden Matched Filter, ergo: Autokorrelator der das 1. empfangenen Burst der Hypotnusenstrecke per Ringbuffer-Autokorrelator mit dem später empfangenden TOFs der 2. Meßstrecke über die Katheden korreliert. Die Längen dieser Meßstrecen richtet sich nach Schallgeschindkeit, US Transducer Frequenz und Anzahl der Pulse im Burst. Die Diffenz der beiden Meßstrecken in iherer Länge sollte min. zweimal so groß sein wie für ein Bust zeitlich benötigt wird. So ist sichergestellt das der gesendet Burst über beide Meßstrecken auf Empfängerseite als 2 empfange Bursts ankommt. Da wir eine Autokorrelation des gleichen Sendesignales das aber zweimal und zeitversetzt empfangen wird über sich selber machen müsste diese Meßmethode unabhängig von der Windgeschindigkeit immer sauber funktionieren. Also auch wenn durch den Wind die Signale stark defomiert werden, da ja der Wind auf beiden Meßstrecken die gleichen Deformationen erzeugt, eg. den gleichen Einfluß hat. Der einzige Unterschied zwischen beiden empfangen burst dürfte deren Amplitudenunterschied auf Grund des höheren Energiedeffiziets je nach Länge der Meßstrecke sein. Dh. das 1. empangene Signal über die Hypothenuse dürfte amplitudenmäßig stärker sein als das 2. über die Katheden. Deren Abhängigkeit, sprich Amplitudenunterschied kann aber rechnerisch ermittelt werden richtie sich dieser ja nach der Dämpfung des Schalls durch die Länge der beiden Meßstrecken. Diesen Wert würde man rechnerisch bei der gleitenden Autokorrelation des Signales, also im Ringbuffer, schon mit berücksichtgen also mathem. ausgleichen. Obige Erklärungen beziehen sich darauf das beide Meßstrecken zwischen 2 Transducer dem gleichen Wind ausgesetzt sind. Eine weitere Idee wäre es die Meßstrecke der Hypothenuse komplett als Schallkanal im Gehäuse zu bauen, quasi Windgeschützt aber denoch mit soviel Zirkulation das die Lufttemperatur im Schallkanal der Außentemperatur entspräche. Nun würde der 1. Empfangsburst derjenige aus diesem Schallkanal sein aber ohne Windeinfluß. Wir können also die aktuelle Schallgeschindigkeit ohne Windeinfluß aber mit Temperatureinfluß ausmessen. Diesen Wert im Vergleich zur normalen Meßstrecke über die Katheten, mit Wind, kann nun benutzt werden um das Anemometer selbstkalibrierend zu bauen. Allerdings ist dies relativ sinnfrei da wir ja durch die gegenläufige Messung der gleichen Meßstrecke in beiden Richtungen diesen Wert ja ebenfalls ermitteln können. Es wäre nur für die Kalibrierung von Vorteil da bei einer Annahme das wir ein perfektes rechtwinkliges und gleichschenkliches Dreieck als Meßstrecken vor uns haben wir so die Distanz der Transducer untereinadner exakt bestimmen können. Ergo: Ausgleich der Meßfehler auf Grund der temperaturabhängigen Änderungen im Gehäuse/Befestigung der Transducer, als Änderungen der Meßstreckenlänge. Bei Interesse kann ich mich nochmal hinsetzen und eine Skize machen die es genauer erklärt. Gruß Hagen
@ Hagen: >Schon richtig, ich will aber den XMega nehmen. Es ist also garnichtmal >die Frage was nun die beste Hardware für dieses Projekt wäre, hätte auch >meinen ATMega168 genommen wenn es den XMega nicht in absehbarerer Zeit >gäbe. Und ich bin ein "eingeschworener" Microchip-Nutzer :-) Gruß, Hardy
Guten Abend miteinander, ich habe die Sache noch nicht aufgegeben :) Bin gerade dabei eine Bestellung zu schreiben. Hagen, in deinem Paket bei den Eagle Schaltplänen sind Induktivitäten, die beim LTSpice Bild nicht dabei sind. Verrätst du mir welches die aktuellere Version ist? Wo ist eigentlich die Induktivität parallel zum US-Transducer für das detuning? Die Transducer von TME sind leider nicht verfügbar derzeit, und der Preis ist auch gestiegen. Habe mir diese als Alternative von Farnell rausgesucht: http://de.farnell.com/1006205/automatisierungstechnik/product.us0?sku=murata-ma40s5 Die haben vergleichbare Daten, glaubst du die funktionieren auch? Wäre dir sehr dankbar für eine Antwort. Gruß Marcus
>Hagen, in deinem Paket bei den Eagle Schaltplänen sind Induktivitäten, >die beim LTSpice Bild nicht dabei sind. >Verrätst du mir welches die aktuellere Version ist? Beide :) Der LTSpice Schaltplan ist zur Simulation und der Eagle Schaltplan ist der momentane Aufbau. Allerdings sind alle Bauteile die mit * markiert sind optional bzw. bei Bedarf oder für Experimente vorgesehen. >Wo ist eigentlich die Induktivität parallel zum US-Transducer für das >detuning? L1 im Eagle Schaltplan habe ich nicht eingebaut. Der Widerstand R4 ist mit 860K überdiemensioniert, aktuell benutze ich 6.8k stattdessen. Damit wird der US-Empfänger stärker bedämpft und schingt auch schneller aus, dafür muß aber der Opamp Verstärker mehr leisten. Die Serieninduktivität L2 und Serienwiderstand R25 sind komplett gebrückt, also auf meiner Schaltung garnicht bestückt. Diese Induktivität + Widerstand sind das Detuning für den US-Sender. Beide Detuning zusammengenommen flachen die US-Transducer Empfindlichkeit ab und erhöhen die Bandbreite von 2Khz auf 10Khz. Angedacht war dieses Detuning für Expermiente mit kodierten US-Signalen. Also ein auf MLS = Pseudozufallssequenz basierende BPSK Kodierung der US-Signale. Für die Funktion in einem US Anemometer mit TOF Messung ist dieses Detuning nicht so wichtig. Nur R4 ist wichtig, einerseits um auf den virt. Nullpunkt für den Opamp zu kommen (ist ja DC gekoppelt) und andererseits um das Nachschwingen der US Transducer zu reduzieren. R20, R14, R15 sind ebenfalls nicht bestückt, somit ist der CReset-Pin am AVR ungenutzt. Angedacht war es über diesen Pin den schnellen Komparator U$13 in einen stabilen Zustand setzen zu können. Das hat sich als unnötig erwiesen. So einige Änderungen beim Pinning am AVR sind noch geplant die das Routing im Layout vereinfachen bzw. verbessern würden. Den Analog Switch 74HC4052 würde ich durch einen besseren pinkompatiblen von Maxim ersetzen. Wichtig ist das das Übersprechen der einzelnen Kanäle sehr gering ist und da hat Maxim par brauchbare Teile. Ansonsten hat man ein Übersprechen der US-Senderkapsel zum Empfänger was dann dazu führt das der schnelle Komparator mit seiner 7mV Hysterese vorzeitig anschlägt und dann muß man dies in der Software berücksichtigen. Im LTSpice Schaltplan ist alles was im Kasten mit Namen "US-Transducer" drinnen ist nichts anderes als das Equivalent eines US Transducers mit den Leistungsdaten der Transducer von TME. Gruß Hagen
Nochmals vielen Dank, jetzt habe ich erstmal viel zum ausprobieren und testen :) Gruß Marcus
Hallo, Eure Diskussion liest sich interessant. Aber über was redet Ihr? Habe ich was verpaßt? Haben die Moderatoren nen Beitrag gelöscht auf den Ihr Euch bezieht? Habt Ihr den Schaltplan direkt ausgetauscht? Darf ich mitkucken? Thx Cheers Detlef
Im obigen Attachment "Anemometer.zip" befinden sich die Schaltungen über die wir reden. Aber beachte das sich dieses Projekt noch in der Entwicklung befindet. Gruß Hagen
@Hagen: >Hm, auf Heizung wollte ich eigentlich ganz verzichten. Wenn ich davon >ausgehe, wie in meinem Konzept, das die Transducer versenkt sind, nach >unten abstahlen, kein Spritzwasser oder Schnee die Meßstrecke >beeinflussen kann, dann sollte es doch auch ohne Heizung gehen, oder ? Sollte doch etwas Wasser auf die untere Platte geraten ist aber alles futsch! Daher ist die Reflektionsplatte beim kommerziellen Modell zu recht oben. >ja die Turbolenzen, wie du weisst versuche ich sie zu vermeiden durch >meine ungewöhnliche Anordnung der Transducer. Mir gehts aber zZ. wie dir >zwischenzeitlich, Projekt stockt gerade. > >Ansonsten hast du meinen fetten Respekt, bist endlich fertig geworden ;) >Schreibst du später noch was über die Langzeiterfahrungen und Vergleiche >Gruß hagen Mein Gerät läuft jetzt seit 15.08.2008 9:00 Uhr. Auf der Webseite "http://dk0te.ba-ravensburg.de/wxs.html"; kannst du die aktuellen Daten der beiden Windmesser (Ultraschall- und Schalen-Anemometer) selbst vergleichen. Bisher sind also ca. 1,6 Milliarden Messung ohne einen einzigen Fehler oder Ausfall gelaufen. Etwas geheizt hat das Gerät inzwischen auch. Gruß, Hardy
@Hardy: >Sollte doch etwas Wasser auf die untere Platte geraten ist aber > alles futsch! Daher ist die Reflektionsplatte beim kommerziellen Modell > zu recht oben. Wenn man es aber auf den Kopf stellt und nun die untere Reflexionsplatte im Durchmesser nur halbsogroß ist wie die obere, an der die US transducer sitzen, dann dürfte sich das Problem minimiern lassen. Der Abstand beider Platten wäre ca. 10cm, Durchmesser der oberen 28cm und die untere Platte wird so weit im Durchmesser reduziert so das die US Meßstrecken noch sauber funktionieren. Anfangen wollte ich mit 14cm Druchmeser. Deswegen muß ich die Konstruktion ja umdrehen. >Mein Gerät läuft jetzt seit 15.08.2008 9:00 Uhr. >Auf der Webseite "http://dk0te.ba-ravensburg.de/wxs.html";; kannst du Habe mir deine Daten mal angeschaut. Was sofort auffällt ist das das US Anemometer weitaus empfindlicher auf Böen reagiert, mit kleineren Windgeschwindigkeiten auskommt und in der Bestimmung der Windrichtung viel agiler reagiert. Hast du mal eine Fehleranalyse im Vergleich Schalen- zu US Anemoter als Grafik zur Hand ? Ich meine man kann grob aus den Daten auf deiner Seite was erkennen aber so richtig interessant wirds erst mit einer Grafik, also Abweichung der Meßwerte zwischen Schalen- und US Anemometer mit Kurve der Temperatur in der Grafik. Interssieren würde mich auch inwieweit die Messung der virtuellen akustischen Temperatur im Vergeich zur gemessenen Temperatur aussieht. Mein Proijekt ist immer noch eingefroren, aus Zeitmangel usw. Aber die ersten XMegas sind in Sicht. Gruß Hagen
Nochwas ist mir augefallen, rein aus Intersse. Die Temperaturmessung in 5cm Bodenhöhe im Vergleich zu 2m, bzw., dessen Tagesverlauf, suggeriert mir das es Bodenabstrahlungen oder Bodenreflexionen der Sonne sind die die Bodentemperatur in 5cm so enorm schwanken lässt. Ist das richtig ? Oder sind es Abschattungen ? Gruß Hagen
@Hagen: >Nochwas ist mir augefallen, rein aus Intersse. Die Temperaturmessung in >5cm Bodenhöhe im Vergleich zu 2m, bzw., dessen Tagesverlauf, suggeriert >mir das es Bodenabstrahlungen oder Bodenreflexionen der Sonne sind die >die Bodentemperatur in 5cm so enorm schwanken lässt. Ist das richtig ? >Oder sind es Abschattungen ? Jede Art von direkter und indirekter Strahlung. Ich kann da sehr schön erkennen ob es Nebel hat oder nicht. Daher ist die Kurve überhaupt dargestellt. >Wenn man es aber auf den Kopf stellt und nun die untere Reflexionsplatte >im Durchmesser nur halbsogroß ist wie die obere, an der die US >transducer sitzen, dann dürfte sich das Problem minimiern lassen. Der >Abstand beider Platten wäre ca. 10cm, Durchmesser der oberen 28cm und >die untere Platte wird so weit im Durchmesser reduziert so das die US >Meßstrecken noch sauber funktionieren. Anfangen wollte ich mit 14cm >Druchmeser. Deswegen muß ich die Konstruktion ja umdrehen. Schon klar. Aber das Eindringen von Wasser oder Schnee wird damit nicht absolut vehindert oder wäre erkennbar. Die Messwerte sind dann aber sofort absolut unbrauchbar. >Hast du mal eine Fehleranalyse im Vergleich Schalen- zu US Anemoter als >Grafik zur Hand ? Ich meine man kann grob aus den Daten auf deiner Seite >was erkennen aber so richtig interessant wirds erst mit einer Grafik, >also Abweichung der Meßwerte zwischen Schalen- und US Anemometer mit >Kurve der Temperatur in der Grafik. Die Temperatur hat keinen Einfluß. Die Mittelwerte weichen ca. +- 1% voneinander ab. Die Böen sind sehr ähnlich. Ich habe einen Tag genommen an dem das Schalenanemometer nicht stehengeblieben ist (Anlaufwerte). (am 27.09. 0:00 - 23:39): Die Korrelationsfaktor der 1-Minuten-Mittelwerte: 0,9991608 Die Korrelationsfaktor der 3-Sekunden-Böen je Minute: 0,99885504 Dazu brauche ich wohl nichts weiter zu sagen oder weitere Diagramme anzufertigen. >Interessieren würde mich auch inwieweit die Messung der virtuellen >akustischen Temperatur im Vergeich zur gemessenen Temperatur aussieht. Da ich keine Termpertur- und Feuchtemessung (mit Strahlungsschutz oben am Mast) zum Vergleich habe fällt das aus. Gruß, Hardy
@Hagen: Ich habe jetzt nochmals den gestrigen sehr windigen Tag genommen: (01.10.08 0:00 - 23:59): Der Korrelationsfaktor der 1-Minuten-Mittelwerte: 0,99978551 Der Korrelationsfaktor der 3-Sekunden-Böen je Minute: 0,99936642 Gruß, Hardy
Update: läuft jetzt seit drei Monaten einwandfrei (perfekt). (3,3 Milliarden Messungen) http://www.technik.ba-ravensburg.de/~lau/ultraschall-anemometer.html Gruß, Hardy
Halo Hardy, Glückwunsch zum laufenden Anemometer. Schaue mir recht häufig auf Deiner site das Wetter in RV an. Sehr schön auch die 'Wetterfotos' und besonders hübsch die gelben Sonnenstunden. Cheers Detlef
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