Guten Morgen,
ich versuche mich gerade zum Üben an einem kleinen, Akku-betriebenen
Styropor- und Sperrholzschneider, und mir will auch nach dem Stöbern in
diversen Threads einfach keine Idee kommen, wie ich mein Problem am
Besten löse, und würde mich sehr freuen, wenn ich von Euch Erfahrenen
einen Tipp bekommen könnte.
Der relevante Teil meiner Schaltung besteht aus einem ATMega8, der über
einen LowDrop-Spannungsregler (5V) versorgt wird und über PWM und einen
Logic-Level-Mosfet IRLZ34N einen Heizdraht (ca. 5cm, 3,74 Ohm) regelt.
Dieser wird direkt von 2 Liion-Akkus versorgt, also ca. 5,6-8,4V.
Damit die Heizleistung immer ungefähr gleich ist, wird die
Batteriespannung gemessen und über die PWM nachgeregelt.
Die Schaltung habe ich wie im Anhang gezeichnet aufgebaut und Sie
funktioniert soweit, ich möchte Sie nun jedoch gerne, je nach Aufwand,
um ein bis zwei weitere Funktionen erweitern:
1. eine Drahtbruch-Erkennung (um optisch oder akustisch zu
signalisieren, dass der Draht gerissen ist)
2. eine Längenmessung, um Unterschiede in der Länge des eingespannten
Heizdrahtes kompensieren zu können (sofern dieses mit vertretbaren
Aufwand realisierbar ist)
Für die Drahtbruch-Erkennung wollte ich ursprünglich zwischen Drain und
dem Heizdraht mit einem ADC-Eingang mit gesperrtem Mosfet die Spannung
messen, diese liegt jedoch wesentlich höher als VCC des ATMega und ein
Spannungsteiler wäre durch den Heizdraht sehr niederohmig...
Wie kann ich das am Besten lösen?
Für die Längenmessung habe ich überhaupt keine Idee, wie ich das
realisieren könnte, ohne viel Strom zu verheizen - die Messung müsste ja
nur nach dem Einschalten einmal stattfinden, danach ändert sich nichts
mehr an der Drahtlänge...
Schon im Voraus vielen Dank für Eure Mühe!
Müde und ratlose Grüße
Pascal
Pascal schrieb:> Für die Drahtbruch-Erkennung wollte ich ursprünglich zwischen Drain und> dem Heizdraht mit einem ADC-Eingang mit gesperrtem Mosfet die Spannung> messen, diese liegt jedoch wesentlich höher als VCC des ATMega und ein> Spannungsteiler wäre durch den Heizdraht sehr niederohmig...> Wie kann ich das am Besten lösen?
Warum wäre der Spannungsteiler sehr niederohmig?
Ist der Heizdraht OK hast du die Batteriespannung am Teiler, ist er
gerissen, dann hast du GND.
Du darfst natürlich nicht den Heizdraht als Spannungsteiler verwenden,
sondern du musst den Spannungsteiler parallel zum FET legen.
Für die Längenmessung habe ich allerdings jetzt auf die Schnelle auch
keine Idee.
Pascal schrieb:> 2. eine Längenmessung, um Unterschiede in der Länge des eingespannten> Heizdrahtes kompensieren zu können (sofern dieses mit vertretbaren> Aufwand realisierbar ist)
Wozu Laengenmessung?
Wenn Du bei unterschiedlichen Laengen die gleichen Temperaturen
erreichen willst, stbilisierst Du den Strom mit einer
Konstantstromquelle.
fonsana
Autor: Hubert G. (hubertg)
Datum: 06.09.2012 09:36
> Du darfst natürlich nicht den Heizdraht als Spannungsteiler verwenden,> sondern du musst den Spannungsteiler parallel zum FET legen.
oder den fet in den pwm-pausen als hochohmigen spannungsteiler nutzen?
camikusch schrieb:> oder den fet in den pwm-pausen als hochohmigen spannungsteiler nutzen?
Würde ich nicht machen. Wenn der Draht defekt ist und der FET gesperrt
ist, ist das Potential am Drain undefiniert. Da kann dann von 0V bis
Vbat alles zu messen sein.
Harald Wilhelms schrieb:> fonsana schrieb:>>> Konstantstromquelle.>> Ja, und so kann man auch gleich den Drahtbruch erkennen, weil dann> die KSQ gegen den Poller läuft.
Und was macht dann der Mega noch?
Ein paar popelige LED ein/ausschalten - der kriegt doch die Krise!
Karl Heinz Buchegger schrieb:> Und was macht dann der Mega noch?> Ein paar popelige LED ein/ausschalten - der kriegt doch die Krise!
Genau, darüber wird viel zu wenig nachgedacht. Versetzt euch mal in Lage
einen solchen armen Wesens :-)
Wie groß können denn die Längenunterschiede sein?
Wenn du nur die Spannung über den Draht misst, kannst du I und P nur
über R bestimmen und R ist abhängig von T und l. Du könntest zu Beginn U
und I messen und R bestimmen, hoffen das die Temperatur in der kurzen
Zeit noch nicht gestiegen ist und dadurch l bestimmen.
Drahtbruch dagegen ist einfach.
Parallel zum FET machst du einen Spannungsteiler,den du so
dimensionierst das max. 5V am Ausgang sind.
Wenn FET aus, Heizdraht da -> 5V
Wenn FET an, Heizdraht da -> 0V
Wenn FET aus, Heizdraht def. -> 0V
Wenn FET an, Heizdraht def.-> 0V
Ich würde auf jedenfalls noch eine Strom und eine Spannungsmessung
hinzufügen.
Auch wenn die Längenmessung nicht klappt, kannst du dann errechnen wie
warm der Draht ist, wie groß die Leistung ist, die Wärmestrahlung bei
Luft und beim Schneiden, eine Schnittgeschwindigkeitsberechnung halte
ich dann allerdings wieder für sehr unwahrscheinlich.
Hubert G. schrieb:> Du darfst natürlich nicht den Heizdraht als Spannungsteiler verwenden,> sondern du musst den Spannungsteiler parallel zum FET legen.
Da hatte ich wirklich Tomaten auf den Augen, so geht das natürlich,
wunderbar, danke! :)
fonsana schrieb:> Wenn Du bei unterschiedlichen Laengen die gleichen Temperaturen> erreichen willst, stbilisierst Du den Strom mit einer> Konstantstromquelle.
Auch eine gute Idee, da die jetzige Schaltung allerdings noch zu einer
Zeit entstanden ist, als ich mir keine Gedanken über unterschiedliche
Längen gemacht habe, ist sie so entstanden wie beschrieben.
Ich würde sie jetzt ungerne komplett umbauen und ich sehe das ganze
Projekt mehr als Gelegenheit um mich ein bisschen mit Regelungen und
Elektronik zu beschäftigen, weniger als ernsthaftes "Werkzeug", beim
nächsten Mal würde ich aber natürlich über eine KSQ nachdenken.
Habt ihr vielleicht noch eine Idee, wie man ohne größeren Aufwand und
Stromverbrauch den Widerstand/Strom/irgendwas Verwertbares messen
könnte, um mit der bestehenden Schaltung ein bisschen nachregeln zu
können? Es muss ja gar nicht extrem wirkungsvoll sein, mir geht es eher
um den Ansatz...
Harald Wilhelms schrieb:> Ja, und so kann man auch gleich den Drahtbruch erkennen, weil dann> die KSQ gegen den Poller läuft.
Aus Interesse - wie ist das gemeint? Wenn der Draht gerissen ist,
fliesst ja kein Strom mehr, kann ich das dann bei der KSQ irgendwie
messen?
Karl Heinz Buchegger schrieb:> Und was macht dann der Mega noch?> Ein paar popelige LED ein/ausschalten - der kriegt doch die Krise!
Da gebe ich Dir recht, das geht natürlich überhaupt nicht! Dann müsste
ich mir ja noch andere Beschäftigungen für ihn überlegen, damit der
nicht in Depressionen verfällt... ;-)
Pascal schrieb:> Harald Wilhelms schrieb:>> Ja, und so kann man auch gleich den Drahtbruch erkennen, weil dann>> die KSQ gegen den Poller läuft.>> Aus Interesse - wie ist das gemeint? Wenn der Draht gerissen ist,> fliesst ja kein Strom mehr, kann ich das dann bei der KSQ irgendwie> messen?
Was macht denn eine KSQ?
Sie variiert die Spannung genau so, dass ein bestimmter Strom durch das
Bauteil fliesst.
Jetzt nehmen wir mal an, die KSQ möchte 20mA durch ein Bauteil jagen.
Aktuell fliessen aber nur 10. Was muss die KSQ machen? Sie muss die
Spannung größer machen, denn wegen
U = R * I
bedeutet größere Spannung (bei gleichen Widerstand) ja auch größeren
Strom.
Die KSQ fährt also die Spannung in die Höhe, damit der Strom steigt.
Jetzt wird dein Strom noch kleiner. Die KSQ fährt wieder die Spannung in
die Höhe um das zu kompensieren. Strom wird immer kleiner .. KSQ fährt
die Spannung hoch. Bei einem Strom von 0 würde die KSQ versuchen eine
unendlich hohe Spannung einzustellen, was natürlich nicht geht, denn
höher als die Versorgungsspannung kann auch sie nicht kommen (so eine
KSQ ist ja kein Zauberer).
Aber: reicht bei einer Schaltung eine Spannung von, sagen wir mal 2V
aus, damit ein Strom von 20mA fliesst, dann knallt die Spannung in die
Begrenzung oben (24V) sobald kein Strom mehr fliesst, weil die KSQ
verzweifelt versucht durch eine höhere Spannung den Stromfluss aufrecht
zu erhalten.
Eigentlich ganz logisch.
Karl Heinz Buchegger schrieb:> Eigentlich ganz logisch.
Danke für die tolle Erklärung, jetzt leuchtet es auch mir ein!
Das wäre wirklich eine elegante Lösung für meine Aufgabenstellung
gewesen...
Jens Bö schrieb:> Ich würde auf jedenfalls noch eine Strom und eine Spannungsmessung> hinzufügen.> Auch wenn die Längenmessung nicht klappt, kannst du dann errechnen wie> warm der Draht ist, wie groß die Leistung ist, die Wärmestrahlung bei> Luft und beim Schneiden
Genau, das wäre genau das was ich möchte, damit hätte ich genug
Messwerte um ein bisschen testen, rechnen und regeln zu können! Ob das
nachher wirklich optimal funktioniert oder ob ich Abweichungen durch
einen schon leicht erhitzten Draht habe ist dabei nicht so kritisch.
Die Spannung messe ich sowieso schon, um auf die abnehmende
Batteriespannung zu reagieren, wie setze ich die zusätzliche
Strommessung am Besten um? Mit einem Shunt-Widerstand zwischen Draht und
Drain? So etwas habe ich leider bisher nur gelesen und nie selber
gemacht, da muss ich erst einmal recherchieren, wie man so etwas
dimensioniert.
Karl Heinz Buchegger schrieb:> Harald Wilhelms schrieb:>> fonsana schrieb:>>>>> Konstantstromquelle.>>>> Ja, und so kann man auch gleich den Drahtbruch erkennen, weil dann>> die KSQ gegen den Poller läuft.>>> Und was macht dann der Mega noch?> Ein paar popelige LED ein/ausschalten - der kriegt doch die Krise!
Naja, demnächst sollen ja auch einzelne Widerstände durch passend
programmierte µCs ersetzt werden. :-)
Gruss
Harald
Karl Heinz Buchegger schrieb:> weil die KSQ> verzweifelt versucht durch eine höhere Spannung den Stromfluss aufrecht> zu erhalten.
Tja, nicht nur unterforderte µCs, auch KSQs verzweifeln manchmal...
> Eigentlich ganz logisch.
Ich dachte, logische Schaltungen sind immer digital? :-)
Gruss
Harald
Ich bin auch für eine Konstantstromquelle. Den Atmega find ich
übertrieben. Du kannst ja bei voller Aussteuerung dann eine LED brennen
lassen, dann ist der Draht gebrochen.
Ob du das dann mit nem LM317 bei dem Strom noch hinkriegst bezweifle ich
mal, ist sicher was für nen MC34063 in Konstantstrombeschaltung.
Vorschlag:
Setze zwischen Ground und FET einen Messwiderstand mit z.B. 10mΩ=0.01Ω.
An diesem Widerstand kannst Du dann problemlos den Strom über den
Spannungsabfall messen. Die Spannung musst Du ggf über einen OpAmp
(Stichwort: nicht-invertierender Verstärker) in einen für den ADC
geeigneten Spannungsbereich bringen. Schaltest Du den FET durch und
misst kein Strom, dann ist der Draht gebrochen.
fchk
René B. schrieb:> Den Atmega find ich übertrieben.
Ist er auch, aber für mich ist es ein Projekt zum Lernen und nicht für
die Serienfertigung. Und die Regelung zu schreiben und mich endlich mal
mit einem Shunt und OPVs auseinanderzusetzen ist für mich lehrreicher
als eine KSQ zusammenzubrutzeln ;-)
Trotzdem fällt der Tipp auf fruchtbaren Boden, bei folgenden Schaltungen
werde ich sicherlich eher über den Einsatz einer KSQ nachdenken!
Frank K. schrieb:> zwischen Ground und FET einen Messwiderstand mit z.B. 10mΩ=0.01Ω> Die Spannung musst Du ggf über einen OpAmp> (Stichwort: nicht-invertierender Verstärker) in einen für den ADC> geeigneten Spannungsbereich bringen.
Genau so werde ich es probieren, 0.01Ω scheint für meinen Fall wirklich
ein guter Wert zu sein, ich habe ein paar Messwiderstände bestellt und
muss jetzt erstmal die Lieferung abwarten...
Genug Zeit, um schon mal ein bisschen mit OPVs zu spielen, um die habe
ich mich bisher gedrückt, obwohl Ihr Funktionsprinzip ja eigentlich auch
ganz logisch ist...
Pascal schrieb:>> Den Atmega find ich übertrieben.>> Ist er auch, aber für mich ist es ein Projekt zum Lernen und nicht für> die Serienfertigung. Und die Regelung zu schreiben und mich endlich mal> mit einem Shunt und OPVs auseinanderzusetzen ist für mich lehrreicher> als eine KSQ zusammenzubrutzeln ;-)
Auch wenn das Endergebnis schlechter als bei analoger Regelung ist?
Gruss
Harald
Harald Wilhelms schrieb:> Auch wenn das Endergebnis schlechter als bei analoger Regelung ist?
Ja - wie gesagt, für mich ist das ein Projekt zum Lernen und als
Vorbereitung fürs Studium, die Aufgabenstellung muss nicht zwingend
erfüllt werden, ich bastel in die Richtung weiter in die der Lerneffekt
für mich am Größten ist ;)
Heizdraht_Schaltplan.jpg
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