Foucaultsches Pendel

Wie erwähnt Schiebe Register oder mehrere µCs
Frage ist wie weit du gehen willst ;-)
Für den Anfänger sehen mehrere µCs am anfang einfacher aus- aber Schiebe 
register helfen dir mehr

Ok also erst ma vielen Dank für die schnelle antwort (hätt gedacht ich 
muss bis morgen warten :)). Also wärs deiner Meinung nach am besten 
möglichst viele Eingänge an eine Controller zu zimmern oder? Was mir 
noch gekommen ist es müsste egtl. immer nur ein Eingang überprüft werden 
nämlich einfach der nächste der an der Reihe wäre. Denkst du ich könnte 
das schaffen (hab Zeit bis Dezember) oder ist es einfach so gut wie 
unmöglich?

Phil

Hmm, bei 10° Genauigkeit bei einem Pendel brauch ich nur 18 Sensoren 
(die jeweils Gegenüberliegenden sind redundant zueinander, du brauchst 
also nur einen Halbkreis)

"Entprellt" im herkömmlichen Sinne müssen die auch nicht werden. Der 
n*10Grad Zustand wird einfach mit dem ertsen Schließen desentsprechenden 
Reeds aktiv. Weitere Impulse (sowohl Preller als auch einfach durch die 
Pendelbewegung ausgelöste Wiederholungen) werden einfach ignoriert. Erst 
der erste Kontakt des nächsten Sensors löscht diesen Zustand und setzt 
den Nächsten.

D.h. Prell-Impulse haben sowieso keine Wirkung.

Ah vielen Dank für den Tipp mit den 18 Sensoren :) wieso bin ich da nich 
draufgekommen xD. Naja dann könnte ich mir egtl ein Board mit einem 
Atmega 128 besorgen. Der hat ja soweit ich weiß 54 Anschlüsse die dann 
ja reichen würden. Das müsste dann die einfachste Möglichkeit sein denk 
ich mal (wenn auch nich Preisgünstigste aber das mal beiseite).

Mfg Phil

Viele LEDs, von denen jeweils nur eine Leuchten soll kann man gut als 
Matrix oder mit Charliepixeling anstuern. Da braucht man für 36 LEDs nur 
12 bzw. 5 IO-Ports.  Etwas ähnliches ist eventuell auch für die Sensoren 
möglich. Die Sensoren werden dann nacheinander abgefrage, schließlich 
geht das ganze ja realtiv langsam.

Reed Relas könnten ein Problem werden, wegen der Rückwirkung auf das 
Pendel. Weniger Rückwirkung hätte man mit Hall Sensoren oder einfach 
Induktionsspulen (ohne Kern). Je nach Art des Sensors wäre es auch 
möglich mit weniger Sensoren auszukommen, weil man Zwischenwerte, wo 2 
Sensoren ansprechen auch verwenden kann.  Eine andere Alternative wären 
auch Reflexlichtschranken wie CNY70.

Naja, Herrn Buchegger  nicht vergessen.

Mit seinem Vorschlag brauchst du 2 Pins für jedes beliebige 
Ausgabemuster.
Schieberegister in Reihe. Ein Signalausgang, einen Schiebetakt.

Gleiches Prinzip lässt sich dann auch nochmal bei den Sensoren anwenden. 
du musst zu jedem Zeitpunkt immer nur einen beobachten, den Nächsten. Du 
kannst also in dem du einfach nur einen dieser Reeds "befeuerst" (Also 
je den nächsten den du erwartest, nur dran denken keine Kurzschlüsse zu 
verursachen) den Fortschritt auswerten. Sprich auch hier reicht ein die 
Ansteuerung eines Schieberegisters. Also nochmal 2 Ausgänge und einen 
(von allen Reeds angesteuerten) Eingang.

Wenn du davon ausgehst, dass du die Anzeige immer an hast und immer nur 
eine An ist, dann kannst du das Anzeige-Schieberegister auch zur 
Versorgung des nächsten Reeds hernehmen. Brauchst dann ganze 2 
Ausgangspins und einen Eingang für alles. Das dürfte deine uC wahl 
vereinfachen :-P

Der Controller wird relativ nah an den Sensoren sein da alles in einem 
Kasten aus Plexiglas untergebracht wird. also maximal 40cm entfernt 
davon.

Erst mal Entschuldigung für Doppelpost. Soweit ich das mit den 
Schiberegistern mitbekommen habe Schieben diese die Signale einfach 
weiter und diese werden dann der Reihe nach vom Controller ausgewertet. 
Entsteht dabei nich das Problem, dass diese genau zum "flaschen" 
Zeitpunkt weiter geschoben werden wenn das Pendel sich schon wieder 
auserhalb des Einflussbereiches des Kontaktes befindet? oder ist die 
Abrufrate so hoch, dass dies keine Rolle spielt?

Phil

Wäre es jetzt overkill hier PCF8574 (oder die 16-Bit SMD-Variante 
PCF8575) vorzuschlagen? Sind I2C Expander und können aber auch einen 
Interrupt auslösen bei Änderung.

Meine Idee: 3 PCF8574 in "Input mode" schalten, sprich die Ports auf H 
setzen. Über einen Vorwiderstand gegen +Vdd werden alle LED (mit der 
Kathode zum Port) versorgt, da immer nur eine leuchtet. Die Ports des 
I2C werden gleichzeitig über die Reed-Kontakte (mit X markiert) gegen 
masse geschaltet. Somit passiert folgendes:

Im Einschaltzustand, wenn alle Ports auf H liegen, sind die LED aus. 
Wird nun ein Port durch den Reed auf 0 gezogen, löst der Chip einen 
Interrupt aus. Die Bausteine werden eingelesen und der entsprechende 
Port auf "L" gezogen und die anderen auf H. Damit löst dieser 1) keinen 
weiteren Interrupt aus und die LED leuchtet. Den aktiven Port muß man 
sich merken

Wenn das Pendel nun einen anderen Reed-Kontakt aktiviert und einen INT 
auslöst, dann werden alle Ports bis auf den neuen(!) auf H gesetzt und 
das Spiel beginnt von neuem.

Alternativ könnte man auch die letzten 2 aktivierten Ports auf L 
lassen,als Beispiel:

Reed 0 (an IO 0) wird aktiviert -> LED 0 leuchtet, alle anderen aus.
Reed 1 wird aktiviert -> LED 1 leuchtet zusätzlich.
Reed 2 wird aktiviert -> LED 2 leuchtet, LED 0 geht aus.
Reed 3 wird aktiviert -> LED 3 leuchtet, LED 1 geht aus.
usw.
damit würde man auch die überschneidungen in den Griff bekommen. 
Widerstände sind zwar nicht so teuer, aber man könnte jeweils alle LED 
an den ungeraden IO-Ports über einen Widerstand versorgen, und über 
einen zweiten die anderen LED (es würde ja - eigentlich - nur aus jedem 
Zweig eine LED leuchten).

Ich hoffe da hat sich kein Denkfehler eingeschlichen :)


Gruß Torsten

Wenn immer nur die LED leuchten soll über die der Pendel
schwingt braucht man keinen µC.
Jede LED kriegt eine kleine Nachlaufelektronik mit Reedschalter.
Die Nachlaufzeit natürlich länger als die Schwingungsdauer.
Beispiel:
http://www.ferromel.de/tronic_1879.htm
(Schaltung 4)
Verdrahtung ist dann nur Versorgung.

Aber warum einfach wenn es auch kompliziert geht ;)

avr

Die LEDs sollen doch sicher eine ganze Weile an bleiben, um so etwas wie 
die Sandspur im Wikipedia-Beitrag zu emulieren, oder?
Da würde ich CD4093 mit hochohmigen RC GLieder im Eingang und eben den 
Reed austatten und somit Leuchtzeitpunkt und -dauer und die Nachlaufzeit 
jeder einzelnen LED mit je einem Gatter lösen.

Ja genau es sollte so eine Art "Spur" ergeben. Ich dachte mir dass 
jeweils alle LEDs aktiviert und dann im 2. Umlauf nach und nach wieder 
deaktiviert werden und dann im 3. wieder angeschaltet usw. Natürlich 
sind andere Möglichkeiten auch willkommen es ist halt nur wichtig in 
etwa den Zeitverlauf zu erkenn dass auch Leute die nicht unbedingt ein 
paar Stunden daneben warten wollen erkennen können, dass sich das Pendel 
bewegt.

Mfg phil

Darauf wollte ich hinaus...

Also völlig neuer Ansatz und ist doch ein wenig mehr Logik drinnen, als 
nur mal eben die Letzte, vorletzte, und übernächste LED zu steuern, sach 
ich jetzt mal so ;)

Läuft irgentwie auf Multiplexing hinaus mit Eingangsüberwachung in den 
Leuchtpausen der LED.

habe ich leider iM keine Zeit, mir etwas dazu auszudenken, schade...

Gruß
Axelr.

Man muß ja nicht so extrem mit Pins sparen. Eine Matrixschaltung für die 
LEDs ist auch für einen Anfänger noch realtiv einfach. Für tests kann 
man das ganze einfach extrem langsam laufen lassen, dann ist auch ein 
Test an einem Dynamischen System nicht so schwer.
Wenn man die Matrix fast entartet macht, z.B. als 18 x 2, hat man auch 
auch keine Problem alle LEDs an zu haben. Man kann dann die 18 Leitungen 
zusätzlich zur Steuerung des LEDs auch zum Abfragen der Sensoren nutzen.
Wenn man die Sensoren passend auf die Gruppen aufteilt (sofern man mehr 
als 18 Sensoren braucht) , hat man auch kein Problem, wenn 2 benachbarte 
Sensoren gleichzeitig ansprechen.

Man kommt dann auf 21 oder 22 IO Leitung, ein Bereich in dem sich gut 
lötbare µCs finden lassen.

Warum nicht Charlieplexing verwenden?  Wurde weiter oben schon genannt. 
Geht auch mit Schaltern. Es reichen 5 Eingänge für max. 20 Schalter und 
5 Ausgänge für max. 20 LED.

Artikel gibt es hier an Bord oder auf Hoher See: 
http://en.wikipedia.org/wiki/Charlieplexing

@ Eddy,

so ähnlich dachte ich auch schon an analoge Hall-Sensoren. Da wäre aber 
zu klären, ob sich der Magnet am/mit Pendel verdrehen kann....

Mir auch.

Dazu müsste Phil (erster Beitrag, erster Satz) näheres sagen.
Da stellt sich mir gleich die Frage ob das Ganze nicht auch mit z.B. 3 
oder mehr Lichtschranken im Pendelbereich machbar ist. Wenn ich die 
Lichtschranken als gleichseitiges Dreieck innerhalb des Pendelbereichs 
anordne und die Zeit zwischen dem Hin- und Rücklauf des Pendels (einer 
Seite) messe sollte sich das doch auch berechnen lassen oder?

Das Charlieplexing ist gut, wenn man nur eine oder wenige LEDs 
gleichzeitig Leuchten lassen will, denn es brennt zu jeder Zeit nur eine 
LED. Wenn mehr als etwa 5 LEDs gleichzeitig hell sein sollen geht, 
reicht dann oft der Strom der IO Ports nicht mehr aus, und externe 
Treiber sind kaum praktikabel, weil man ja nicht nur H/L  sondern auch 
einen Off Zustand braucht.

Das Magnetfeld wird schon am Pendel nach unten zeige. Schon deshalb, 
damit von dem magenten kein Drehmement auf das Pendel wirkt und den 
Effekt verfälschen könnte. Die Methode mit der Spule in der Mitte könnte 
gehen, allerdings hat man im Zentrum auch die Spule für den Antrieb. 
Solange der Antrieb arbeitet wird man vermutlich zu viel Störungen 
bekommen.

Wenn man Lichtschranken nehmen will, sollten Refelxlichschranken von 
unten einfacher sein. Mit der Auswertung der Zeiten und einer Menge 
Mathematik könnte man wohl auch Zwischenwerte herausbekommen.

>Elektromagneten in der Mitte entdämpft, der es immer wieder anstößt.

Ich denke das er durch diese Anordnung den Zeitpunkt des Nullpunktes 
genau bestimmen kann. Wenn man den in die Rechnung einbezieht und die 
kürzeste Zeit bis zur ersten Lichtschranke auswertet weiß man auch in 
welchen Quadranten das  Pendel ist.

Interssantes Thema :)

Hi,
ja genau der Magnet im Pendel ist ein Stabmagnet und zeigt nach unten. 
Anders wäre es auch schwer zu realisieren und bei diesem Pendel sollten 
die Störfaktoren möglichst klein gehalten werden. Vielen Dank schonmal 
für eure Ideen. Interessant finde ich auch die letzte mit dem Kompass^^

Mfg phil

Und warum nicht einfach für jede LED ein SR-Flip-Flop? Die Lösung kommt 
ohne Mikrocontroller aus und ist um längen einfacher. Der Reed-Kontakt 
kommt an das S und das R wird von einem Taster fest verdrahtet.

mfg, Stefan.

Mir ist auch noch eine Messvariante eingefallen:
Da diese Pendel meist einige kg haben, könnte man das Pendel an einem 
Biegestab aufhängen und die Kräfte mittels DMS in 2 Achsen messen. 
Daraus sollte man relativ einfach die Pendelebene berechnen können. Der 
Analogteil ist allerdings etwas aufwendig (wobei es davon abhängt, wie 
viel man selbst bauen möchte).

ich finde die Idee ohne µC nicht schlecht. Sie ist sehr gut erweiterbar 
auf eine beliebige genauigkeit.

Ich würde es mit einfachen Flip-Flops machen. Der Reed kontakt setzt den 
Ausgang und resetet alle anderen FF. Wenn das setzen Vorrang hat dann 
bleibt dann immer eine LED an.

man bräuchte dafür nur eine kleine Platine mit Reed, FF, LED und 
Widerstand, eventuell noch ein Tranistor für die LED. Die Platinen 
müssten nur mit 3 Leitungen verbunden sein( Masse, Spannung, Reset ).

Oder überseh ich was?

Hallo!
Ich schließe mich der Meinung von Ulrich an: Reed- Kontakte sind sehr 
problematisch. Hatte mal ein "normales" Pendel mit elektromagnetischem 
Antrieb gebaut. Zur Erkennung des Nulldurchganges kam ein 
Schlitzinitiator zum Einsatz  und das Pendel  funktionierte sehr gut.
Dann hatte ich probeweise einen kleinen Magneten ans Pendel gebaut und 
mit einem Reedkontakt den Nulldurchgang gemessen. Die Ausschwingzeit des 
unangetriebenen Pendels hatte sich dadurch halbiert, auch der 
Antriebsstrom bei laufender Elektrik mußte verdoppelt werden. Für das 
Pendel hatte ich ca. 35 kg Bleigewicht verbaut, Pendellänge ca.2,25m.

Beim Foucaultschen Pendel stelle ich mir den Einfluß der Reedkontakte 
als besonders problematisch vor, weil dann das Pendel in der Ebene eines 
Reedkontaktes "einrastet", d.h. die Kraft zwischen Magnet/ Reed kann das 
Pendel in einer Schwingungsebene festhalten.
Die Wirkung läßt sich aber im Vorfeld gut testen, dazu reicht bereits 
eine Testanordnung der Reedkontakte mit Klebeband.

Ein Foto bzw. ein paar Daten zum Pendel wären hier interessant...

ulf.

Wenn der Einfluß so groß ist, dann könnte das Magnetfeld immer noch mit 
einer Spule, in welcher ein Strom induziert wird, oder mit einem 
Hall-Sensor detektiert werden. Der Hall-Sensor dürfte den geringsten 
Einfluß haben.

mfg, Stefan

Schon mal an die WW des Permanentmagneten mit dem Erdmagnetfeld 
nachgedacht?

Die WW mit dem Erdmagnetfeld und andere Effekte sorgen sicher ein wenig 
dafür dass man aus so einem Pendel kein "Messgerät" bauen kann, jedoch 
lässt sich der Effekt auf jeden Fall nachweisen. Ich habe schon viele 
Pendel gesehen die mittels eines solchen Magneten und Spule angetrieben 
wurden. Auch habe ich schon ein Pendel gesehen das auch mit 
Reed-Kontakten LEDs schaltet.
Jedoch gebe ich Ulf recht und werde das erst noch testen und einfach ein 
paar Reed-Kontakte aufstellen. Dann kann ich erkennen in wie weit diese 
Einfluss auf das Pendel haben. Ansonsten wären wohl Spulen oder Hall 
Sensoren eine weitere Lösung jedoch müsste ich da ein bischen auf die 
Kosten achten, da diese normalerweise etwas teurer sind.

Mfg phil

Hab jetzt nicht alles genau durchgelesen, aber wie wärs mit folgender 
Anordnung:

- Auf einen Schrittmotor kommt eine Scheibe (~10-20cm). Das Ganze steht 
unter dem Pendel.

- In die Mitte der Scheibe kommt deine Entdämpfungsspule

- Am Rand der Scheibe kommen zwei Laserpointer die zwei Referenzstrahlen 
mit einem Öffnungswinkel von ~ 5° oder so. Mit ihnen lässt sich das 
weiterdrehen der Pendelebene optisch sehr gut verfolgen. Die 
Pendelspitze läuft zwischen den Strahlen.

- Ebenso sind 2 Hallsensoren jeweils in der Achse der Laserpointer 
angebracht. Mit ihnen wird die Entdämpfungsspule getriggert und die 
momentane Schwingungseben zwischen den Referenzstrahlen kann vom µP 
abgeschätzt werden.

- Droht die Schwingungsebene aus dem Messbereich zu laufen wird die 
Scheibe durch den Schrittmotor entsprechend dem Öffnungswinkel 
weitergedreht.

- Sind 360° voll wird die Scheibe um -360° Grad zurückgestellt damits 
keine Kabelstrangulation gibt.

- Beim Einschalten wird mit einem Suchlauf solang weitergedreht, biss 
die aktuelle Schwingungsebene zwischen den Referenzstrahlen liegt.

- Auf der Scheibe kann mit ein paar LEDs noch so Sachen wie 
Periodendauer, Drehgeschwindigkeit etc. angezeigt werden.

- Natürlich kann statt 2 auch mehrere LPs angebracht werden und unter 
Programmkontrolle an und ausgeschaltetet werden um weitergehende Effekte 
zu erreichen.

> Das Charlieplexing ist gut, wenn man nur eine oder wenige
> LEDs gleichzeitig Leuchten lassen will, denn es brennt zu
> jeder Zeit nur eine LED.

Das stimmt einfach nicht. Du kannst Problemlos alle LEDs brennen lassen. 
Es leuchten immer n-1 gleichzeitig.


Ich denke auch an magnetische Sensoren, die KMZ51, KMZ52 oder die 
Drehwinkelsensor AS5040 oder AS5020, und zwar genau in der Mitte der 
Anordnung positioniert, so brauchst Du nur einen Sensor, und mit 0,3 
Grad Auflösung siehst Du den Fortschritt alle 113,2 Sekunden. Allerdings 
muss man schauen, ob ihm die kurze Verweildauer im Mittelpunkt (höchste 
Geschwindigkeit) für eine Messung ausreicht. Außerdem muss für die volle 
Genauigkeit das IC genau in der Mitte "überflogen" werden und der 
Abstand (Temperaturausdehnung des Seils!) auch stimmen.

Ähnlicher Ansatz: drei Spulen in der Mitte, aus deren unterschiedlich 
induzierter Spannung der Winkel berechnet wird. Drei deshalb, weil Du so 
die Veränderlichen (Abstand, "Unzentrität") herausrechnen kannst.

Michis Vorschlag ist auch sehr interessant und kann mit den genannten 
kombiniert werden: Evtl. kannst Du die Entdämpfungsspule auch als 
"Empfänger / Detektor" verwenden, wenn man sie richtungsabhängig 
(länglich) baut. Ein paar Schwingungen messen (und dazwischen den 
Schrittmotor drehen (Winkelmessung über das 
Induktionsspannungs-Maximum)) und dann wieder antreiben.
Viele Wege führen nach Paris (wo Foucault lebte).

Korrektur:
> Es leuchten immer n-1 gleichzeitig.
Bei "alle LEDs an" leuchten jeweils n-1 gleichzeitig.


> Eine Matrix würde ich nicht bauen. Das würde ja nur funktionieren,
> wenn immer nur ein Kontakt schließt.
Stimmt genauso wenig, die Schalter kann man mit Dioden entkoppeln.
Bei LEDs sind diese Dioden intrinsic.

Nachtrag:

- Da man normalerweise keine Nebelmaschiene am laufen hat braucht man 
für dei LPs eine Projektionsfläche. Entweder am Umkehrkreis, oder man 
richtet die Strahlen auf die Kugel, dann muss man aber die LPs am 
Umkehrpunkt kurz ein/aus schalten weil man sonst keinen fixen 
Anhaltspunkt hat.

- Es gibt auch sog. Linien Laser Pointer, die Projezieren statt eines 
Punktes einen Strich in die Landschaft. Diesen Strich kann man durch 
geeignete Neigung des Pointers entlang des Bodens bis zum Umkehrkreis 
laufen lassen um so eine sichtbare Referenzmarke zu haben.

- Alternativ kann mann auch auf der Drehscheibe anstelle der LPs mittels 
eines Strichgitters und einer kleinen Projektionslinse ein 
Referenzmuster projezieren  um mittels der Pendelspitze das Weiterdrehen 
zu beobachten.

Das Prinzip der adaptiven Nachführung könnte man auch anders umsetzen:

- Unter dem Umkehrkreis wird etwas Bewegliches mit Eigenantrieb und 
Stromzuführung installiert (z.B. kleine E-Lok auf Schienen, oder etwas 
anderes verrücktes/lustiges)

- Darauf befindet sich die Anzeigen Show und wird wie bei der 
Drehscheibe stückweise nachgefahren.

- als Drehebenen Anzeig kann dann wieder eine handvoll LEDs dienen

- Alternativ kann man auch ein paar "Kegel" anbringen (wie beim Pendel 
im Münchner? Technikmuseum), die von der Pendelspitze umgehauen werden.

- Als Kegel kann man einfache Blechstreifen nehmen die drehbar gelagert 
sind. Nachdem alle umgekippt sind richtet eine kleiner E-Motor mit 
Exzenter Nockenwelle durch eine 360° Drehung sie wieder auf.

Moin Phil,
Dein Post ist zwar schon ein bisschen her, aber regelst du den 
Elektromagneten auch über einen Mikrocontroller? Ich habe eine Schaltung 
gelötet, aber leider ist diese sehr störanfällig. Ich versuche nun auf 
einen Mikrocontroller umzusteigen.
Gruß Martin