Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Rasberry pi 3 als simple "Reaktionsschaltung" verwenden.


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von Steffen D. (steff_89)


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Hallo habe ein Projekt und möchte ein Rasberry PI 3 als Schaltung 
verwenden.
Es kann gut sein dass später noch weitere Aufgaben hinzukommen, aber 
vorab nur eine.



Projekt:

Ich Lade mir gerade einen Konfigurator für Windows herrunter und werde 
versuchen das Ding zum laufen zu bekommen.
Auch hier wäre ich über sinnvolle Einwände oder gute Lehrvideos welche 
zum Projekt passen dankbar.

Von euch benötige ich nun noch hilfe bei einer "Analogen Schaltung" ist 
das glaube ich, und zwar insofern, dass ich besagten Strom (ca. 20-50v 
bis 10amp)

Ich möchte mit einem Lichtsensor (Light Sensor LM393) als Signalgeber 
einen elektrischen Strom steuern. Gleichstrom 20-50V bis zu 10 Ampere, 
wird sich aber noch herrausstellen, was genau benötigt wird.

Der Strom soll schnell und konstant fließen und die Schaltung sollte 
eine Reaktionszeit von am besten unter 0.01 Sek. erreichen.


Der Strom sollte schlagartig ziemlich stabil anliegen, nur für eine 
kurze Zeit.

Es wird so Ca. 80x in der Sekunde ON/OFF erfolgen, aus diesem Grund habe 
ich mir eine reihe Mosfets bei Amazon bestellt.

Bei diesem Schaltplan bräuchte ich Hilfe, denke das Rasberry kann ich 
selber Programmieren.

Danke euch schon jetzt und entschuldigt, dass ich absoluter Anfänger bin 
und noch eigentlich garnichts weiß.

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von malsehen (Gast)


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Hätte ich auch gern!

von malsehen (Gast)


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Aber recht genaue Anforderungen...

von Alex G. (dragongamer)


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Steffen D. schrieb:
> Es wird so Ca. 80x in der Sekunde ON/OFF erfolgen, aus diesem Grund habe
> ich mir eine reihe Mosfets bei Amazon bestellt.

Willst du den Ausgang also "dimmen"?
Bedenke dass 80x in der Sekunde unter Umständen, wahrnehmbares Flimmern 
bedeutet, sofern du daran LEDs anschließt.
Man nimmt eher 200-500hz minimum.

Oder was soll damit gesteuert werden, und wie muss auf den Lichtsensor 
reagiert werden?

Was die Mosfets angeht - hast du Logic-Level Mosfets (am besten 
low-Logic-level mosfets) die deinen Ansprüchen (bzw. den Ansprüchen der 
Last) genügen, genommen?
Denn nur die können von den 3.3v des Raspis gesteuert werden.


Das ganze ist im Prinzip sicherlich über den Raspberry machbar, du wirst 
aber ein externes board brauchen für PWM, denn Software-PWM im Raspberry 
selbst ist auch für Flackern anfällig: 
Ebay-Artikel Nr. 162533562184
Der kann dann bis zu 1000hz und es gibt python libraries dafür: 
https://cdn-learn.adafruit.com/downloads/pdf/adafruit-16-channel-servo-driver-with-raspberry-pi.pdf

Ob allerdings die 0.01s Reaktionszeit erreicht werden? Wird sehr knapp.
Was wäre denn der Sinn einer solch extremen Reaktionszeit?


Btw. hast du vor dich noch mehr in diesem Feld zu betätigen? Dann würede 
ich dir, obwohl ich selbst den Raspi liebe, einen Arduino empfehlen.
Der ist mehr ein klassiches Mikrocontroler und für solche Aufgaben 
gedacht.
Einstieg mag shcwerer sein als Python auf dem Raspi, aber immernoch 
machbar.
Damit wäre die Reaktionszeit einfacher zu erreichen und du kannst ein 5V 
betriebenes Exempalr nehmen, wodurch die mehr Auswahl bei den Mosfets 
hast.


EDIT: Moment, vergiss den Verweis auf das externe Board. Wenn du 
wirklich nur einen einzigen Ausgang schalten willst, ginge das schon mit 
dem Raspebrry, denn der hat immerhin einen einzigen, richtigen PWM 
Ausgang.
Hier gibt es ein Tutorial zu dem: 
https://www.elektormagazine.de/files/attachment/196

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Steffen D. schrieb:
> Hallo habe ein Projekt und möchte ein Rasberry PI 3 als Schaltung
> verwenden.

Wie kommst du drauf, dass ein Raspberry Pi dafür besonders geeignet ist?
Jeder kleine Arduino kann das eher besser, weil du damit die 
Echtzeitanforderungen einfacher erfüllen kannst.

von Steffen D. (steff_89)


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Alex G. schrieb:

>
> Ob allerdings die 0.01s Reaktionszeit erreicht werden? Wird sehr knapp.
> Was wäre denn der Sinn einer solch extremen Reaktionszeit?
>
>
> Btw. hast du vor dich noch mehr in diesem Feld zu betätigen? Dann würede
> ich dir, obwohl ich selbst den Raspi liebe, einen Arduino empfehlen.
> Der ist mehr ein klassiches Mikrocontroler und für solche Aufgaben


Will mit einem Magnet "sortieren".

Brauche hohe Ströme und habe gerade auch festgestellt, dass hierfür der 
Arduino wohl besser geeignet ist und diesen bestellt.

Aber könnt ihr mir noch sagen wie eine solche Schaltung aussehen müsste?
Kannte bisher nur einen Tranzistor und ein Relais... sonst hab ich mit 
Elektronikbauteilen nichts am Hut....
Weiß was Volt ampere ohm bzw. watt ist, aber das war schon alles bis 
heute.

Also zurück zum Thema, wenn der Arduino sein Signal vom Photosensor 
bekommt, und ich will mein Magnet ansteuern, wie müsste dieser Aufbau 
für die bestromung des Magnetes aussehen? bzw. wie sind entsprechende 
Parameter des Aufbaus, um enstprechende Bauteile auszuwählen?

Danke für die Antworten

von Alex G. (dragongamer)


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Das erklärt noch nicht so ganz diese 80 mal pro Sekunde Schalten.
Wenn du ein Magnet 80 mal pro Sekunde ein und aus schaltest, hast du 
schlicht ein 50% so starkes Magnetfeld (wenn gleich lang an und aus)... 
Denn es wird nicht so schnell reagieren können!

Wenn du doch nicht so oft schalten willst, kämst du mit einem Relais am 
schnellsten ans Ziel, denn dafür gibt es fertige Boards: 
Ebay-Artikel Nr. 253093593695
Dessen verkabelung ist trivial und du must im Arduino oder Raspberry, 
eifnach nur den Pin auf high setzen. Das fidnest du in jedem Tutorial da 
es das Selbe ist, wie eine LED ein zu schalten.

Die Lebensdauer dürfte aber nur ein paar zehn tausend Schaltvorgänge 
betragen.


Direkt einen starken Elektromagneten per Mosfet zu schalten geht auch, 
aber du benötigst Dioden um den Mosfet vor dem induzierten Strom beim 
Abbau des Magnetfeldes zu schützen.

Um eine Schaltung zu zeichnen ist es grad zu spät in der Nacht ;)

: Bearbeitet durch User
von Steffen D. (steff_89)


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Alex G. schrieb:
> Das erklärt noch nicht so ganz diese 80 mal pro Sekunde Schalten.
> Wenn du ein Magnet 80 mal pro Sekunde ein und aus schaltest, hast du
> schlicht ein 50% so starkes Magnetfeld (wenn gleich lang an und aus)...
> Denn es wird nicht so schnell reagieren können!

Warum ist das so? Könnte man auch mit einem Kurzen gegenimpuls 
Beschleuigen?


>
> Wenn du doch nicht so oft schalten willst, kämst du mit einem Relais am
> schnellsten ans Ziel, denn dafür gibt es fertige Boards:
> Ebay-Artikel Nr. 253093593695
> Dessen verkabelung ist trivial und du must im Arduino oder Raspberry,
> eifnach nur den Pin auf high setzen. Das fidnest du in jedem Tutorial da
> es das Selbe ist, wie eine LED ein zu schalten.
>
> Die Lebensdauer dürfte aber nur ein paar zehn tausend Schaltvorgänge
> betragen.

Wie lange halten eigentlich Mosfets?

>
> Direkt einen starken Elektromagneten per Mosfet zu schalten geht auch,
> aber du benötigst Dioden um den Mosfet vor dem induzierten Strom beim
> Abbau des Magnetfeldes zu schützen.

Wenn ich ihn weit genug entferne? Oder fließt Strom zurück? bzw 
verstanden :)

>
> Um eine Schaltung zu zeichnen ist es grad zu spät in der Nacht ;)

Absolut kein Problem, danke für bisheriges.

von Alex G. (dragongamer)


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Steffen D. schrieb:
> Warum ist das so? Könnte man auch mit einem Kurzen gegenimpuls
> Beschleuigen?
Der Grund sind die Naturgesetze.

Das wird hier schön erklärt: 
http://www.elektronikinfo.de/strom/spulen.htm

----
Beim Einschalten spielt sich jedoch ein ganz ähnlicher Effekt ab: Wenn 
man eine Spannung UB an den Leiter anlegt, würde man vermuten, daß 
sofort ein Strom Imax fließt, den man mittels des ohmschen Gesetzes aus 
der Spannung und dem Widerstand des Leiters berechnen kann. Dies ist 
jedoch nicht der Fall, vielmehr steigt der Strom zuerst mit einer 
bestimmten Geschwindigkeit an und erreicht mit immer geringerer 
Geschwindigkeit den durch das ohmsche Gesetz berechneten Wert, wie dies 
in Bild 2 dargestellt ist. Der Grund hierfür ist, daß im 
Einschaltaugenblick durch die ersten fließenden Elektronen ein kleines 
magnetisches Feld hervorgerufen wird, denn bewegte Ladungen erzeugen ein 
magnetisches Feld. Dieses magnetische Feld bremst seinerseits weitere 
Elektronen, d.h. es können sich nicht schlagartig beliebig viele 
Elektronen auf den Weg durch den Leiter machen. Stattdessen ist die 
Anstiegsgeschwindigkeit, d.h. die Stromzunahme pro Zeiteinheit begrenzt. 
Bei fehlendem ohmschen Widerstand ist dieser Zusammenhang linear, d.h. 
der Strom nimmt linear zu, wobei die Stromzunahme pro Zeiteinheit von 
der angelegten Spannung (diese treibt die Elektronen an) und der 
sogenannten Induktivität abhängt.
----

Das zu umgehen ist kaum möglich, denn mehr Strom durchjagen kannst du 
nicht direkt - du musst stattdessen die Spannung erhöhen und dann 
landest du schnell in Bereichen die ein normaler Elektromagnet nicht 
mehr verkraftet weil die Isolation der Spule versagt.


Btw. was willst du denn sortieren?
80 Entscheidungen in der Sekunde hab ich noch nie mit einem einzigen 
"Aktor" gesehen.
Früchtesortier-Maschinen schaffen vieleicht 80 Objekte pro Sekunde aber 
benutzen dafür ein Array aus einem Dutzend oder mehr Klappen oder 
Druckluftdüsen und auch ähnlich viele Sensoren (oder eine Kamera).


> Wie lange halten eigentlich Mosfets?
Wenn richtig dimensioniert schon einige Potenzen länger. Die verwendet 
man auch für PWM also wo hunderte mal pro Sekunde geschaltet wird.
Der Vorteil ist halt dass sie keine beweglichen Teile haben.

Jetzt sollte ich aber wirklich schlafen.. Nacht!

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Steffen D. schrieb:
> Wie lange halten eigentlich Mosfets?

Bis sie kaputt gehen, weil beispielsweise eine Freilaufdiode fehlt oder 
sie wegen mangelnder Kühlung und schlechter Ansteuerung den Hitzetod 
sterben.

von Ralf (Gast)


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Steffen D. schrieb:
> Der Strom soll schnell und konstant fließen

Reicht Lichtgeschwindigkeit aus?

von Wolfgang (Gast)


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Alex G. schrieb:
> Das zu umgehen ist kaum möglich, denn mehr Strom durchjagen kannst du
> nicht direkt - du musst stattdessen die Spannung erhöhen und dann
> landest du schnell in Bereichen die ein normaler Elektromagnet nicht
> mehr verkraftet weil die Isolation der Spule versagt.

Komisch, dass gängige Schrittmotortreiber mit Stromregelung genau auf so 
eine Spannungserhöhung setzen, um die Stromflanken steiler zu machen.

von Ralf (Gast)


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Warum meinst du wird ein Konstantstrom benötigt?

von Steffen D. (steff_89)


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Ralf schrieb:
> Steffen D. schrieb:
>> Der Strom soll schnell und konstant fließen
>
> Reicht Lichtgeschwindigkeit aus?

Ja eine Millionen Kmh reichen aus :D

Ich möchte verbessern auf, "ich möchte mit niedriger Latenz, eine 
Konstante Spannung aufbauen, >> bzw. Konstantes Magnetfeld aufbauen."

Wie du aber dennoch verstanden hast, geht es eben genau darum.


Wolfgang schrieb:
> Alex G. schrieb:
>> Das zu umgehen ist kaum möglich, denn mehr Strom durchjagen kannst du
>> nicht direkt - du musst stattdessen die Spannung erhöhen und dann
>> landest du schnell in Bereichen die ein normaler Elektromagnet nicht
>> mehr verkraftet weil die Isolation der Spule versagt.
>
> Komisch, dass gängige Schrittmotortreiber mit Stromregelung genau auf so
> eine Spannungserhöhung setzen, um die Stromflanken steiler zu machen.


Gibt es also doch eine Mögichkeit das funktionell und wie erwünscht 
umzusetzten?

Ralf schrieb:
> Warum meinst du wird ein Konstantstrom benötigt?

Meinst du mich? Falls ja, denke nur so kann man elektrische Magneten 
bestromen? geht es auch mit Wechselspannung oder hat man da nicht nur 
"Feldwirbel"? :D

Alex G. schrieb:

> Btw. was willst du denn sortieren?
> 80 Entscheidungen in der Sekunde hab ich noch nie mit einem einzigen
> "Aktor" gesehen.
> Früchtesortier-Maschinen schaffen vieleicht 80 Objekte pro Sekunde aber
> benutzen dafür ein Array aus einem Dutzend oder mehr Klappen oder
> Druckluftdüsen und auch ähnlich viele Sensoren (oder eine Kamera).
>


Ich will auf andere Neodymmagneten einwirken welche dann die Aktion 
ausführen.



Entschuldigt, ich bin echt noch Leie und merke schon, dass hier 
Vollprofis unterwegs sind die bei manchen Fragen Schmerzen bekommen weil 
sich heute jeder nur noch vom TV berieseln lässt, statt sich ein Hobby 
zuzulegen. :D


Danke für bisher, bin noch weit vom Verständniss entfernt, finde es aber 
jetzt schon sehr interessant und freue mich was noch kommt.

Bin auch bereit bei einer gut funktionierenden Schaltung, welche gewisse 
Vorraussetzungen erfüllt, ein bisschen etwas springen zu lassen, ist ja 
doch ein erheblicher Denkaufwand.

Danke an alle bisher.

von Wolfgang (Gast)


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Ralf schrieb:
> Warum meinst du wird ein Konstantstrom benötigt?

Der wird nicht benötigt, aber es ist meist besser, weil damit
1. die Anstiegsflanken (bei ausreichend Spannungsreserve) steiler werden
2. die Spule bei Dauerbestromung trotz überhöhter Spannung nicht 
überhitzt
3. die Magnetkraft unabhängig von der Spulentemperatur wird

von Wolfgang (Gast)


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Steffen D. schrieb:
> Ich möchte verbessern auf, "ich möchte mit niedriger Latenz, eine
> Konstante Spannung aufbauen, >> bzw. Konstantes Magnetfeld aufbauen."

Eine konstante Spannung hat mit einem konstanten Magnetfeld wenig zu 
tun, weil das Magnetfeld durch den Strom bestimmt wird.

von Steffen D. (steff_89)


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Wolfgang schrieb:
> Steffen D. schrieb:
>> Ich möchte verbessern auf, "ich möchte mit niedriger Latenz, eine
>> Konstante Spannung aufbauen, >> bzw. Konstantes Magnetfeld aufbauen."
>
> Eine konstante Spannung hat mit einem konstanten Magnetfeld wenig zu
> tun, weil das Magnetfeld durch den Strom bestimmt wird.


Also durch Watt? Quasi? Aber es ist in seiner reaktions und wirkungsart 
beeinflussbar? Weisst du darüber mehr?

von Wolfgang (Gast)


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Steffen D. schrieb:
> Also durch Watt?

Watt ist die Einheit für die Leistung.
Nein, ich meine den Strom, also die Ampere.

> Weisst du darüber mehr?
Die magnetische Feldstärke ist proportional zum Strom
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnet

von Steffen D. (steff_89)


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Wolfgang schrieb:
> Steffen D. schrieb:
>> Also durch Watt?
>
> Watt ist die Einheit für die Leistung.
> Nein, ich meine den Strom, also die Ampere.

Nach meiner Auffassung ist Strom abgeleitet von Strömen, ob ein Fluss 
jetzt breit/Tief/schnell ist interssiert hier nicht. Wenn du eine nicht 
Narzistische Erklärung abgeben kannst bitte ich darum, wenn nicht dann 
greif wenigstens nicht die anderen mit deinem Selbstbild an...
Wie sehr man Kompetenzen mit Emotion verschwenden kann...
>
>> Weisst du darüber mehr?
> Die magnetische Feldstärke ist proportional zum *Strom*
> https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnet

Danke für einen rudimentären beleidigenden Link....
Meldet man sich in einem Forum an und bittet um Hilfe und bekommt seine 
Unwissenheit unterstellt...

Als ich 14 war und das Strom 1x1 versuchte zu verstehen, dachte ich mir 
die Wassersäule hinter der Staumauer ist Volt, der Durchfluss Ampere, 
die Lochgröße Ohm....
Da ich nie die Gelegenheit ergriffen habe zu fragen, ist das verwendbar 
oder sollte ich das vergessen?

: Bearbeitet durch User
von Olly T. (twinpeaks)


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Steffen D. schrieb:
>> https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnet
>
> Danke für einen rudimentären beleidigenden Link....

An dem Link ist überhaupt nichts beleidigend. Hast Du die verlinkte 
Seite gelesen? Dort werden Formeln zur Feldstärke eines Elektromagneten 
gezeigt  und daran sieht man, dass die Feldstärke vom Strom abhängt 
und nicht von der Spannung. Nichts anderes hat Wolfgang versucht Dir 
zur erklären.

Das Problem ist hier:
Du hast (vermutlich) eine Spannungsquelle. Wenn Du jetzt den Schalter 
(MosFET oder was auch immer) einschaltest, liegt zwar die Spannung 
sofort am Magneten an, aber da der Elektromagnet auch eine Spule ist und 
eine Induktivität besitzt, steigt der Strom und dadurch die Feldstärke 
nur langsam an. Merksatz: "Bei der Induktivität kommt der Strom zu 
spät".
Ist quasi "umgekehrt" wie beim Kondensator. Dort kann der Strom 
sprunghaft steigen, aber die Spannung nur langsam. "Beim Kondensator 
geht der Strom vor".



Steffen D. schrieb:
> Als ich 14 war und das Strom 1x1 versuchte zu verstehen, dachte ich mir
> die Wassersäule hinter der Staumauer ist Volt, der Durchfluss Ampere,
> die Lochgröße Ohm....

Ja, das passt schon so ungefähr.

von Steffen D. (steff_89)


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Olly T. schrieb:
> Steffen D. schrieb:
>>> https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnet
>>
>> Danke für einen rudimentären beleidigenden Link....
>
> An dem Link ist überhaupt nichts beleidigend. Hast Du die verlinkte
> Seite gelesen? Dort werden Formeln zur Feldstärke eines Elektromagneten
> gezeigt  und daran sieht man, dass die Feldstärke vom Strom abhängt
> und nicht von der Spannung. Nichts anderes hat Wolfgang versucht Dir
> zur erklären.

Ich befürchte ich habe Wolfgang mit Ralf verwechselt.
Dennoch, von mir aus Astrophysik, oder Kinetik, Mechanik, bis zur 
Philosophie über das große ganze, aber im gebiet Elektronik bin ich eben 
wie gesagt laie.
Ansonsten, hängt alles von Ampere ab und es ist egal wie viel Volt 
anliegen? Stimmt das wirklich?

>
> Steffen D. schrieb:
>> Als ich 14 war und das Strom 1x1 versuchte zu verstehen, dachte ich mir
>> die Wassersäule hinter der Staumauer ist Volt, der Durchfluss Ampere,
>> die Lochgröße Ohm....
>
> Ja, das passt schon so ungefähr.

Eigentlich egal, aber ich habe das schon so oft stolz weitererzählt... 
wo ist eine Differenz? (ist aber echt nicht wichtig und kann 
vernachlässigt werden)

: Bearbeitet durch User
von Olly T. (twinpeaks)


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Steffen D. schrieb:
> Ansonsten, hängt alles von Ampere ab

Ja, je mehr Strom, desto höher die Feldstärke des Magneten.

> und es ist egal wie viel Volt anliegen? Stimmt das wirklich?

Naja, egal ist es nicht, Strom und Spannung hängen schon voneinander ab. 
Bei einer Spannungsquelle hängt der Strom von der Spannung (und der 
Last) ab. Je höher die angelegte Spannung, desto höher stellt sich der 
Strom ein. Im stationären Zustand, also wenn der Strom soweit 
angestiegen ist, dass er als konstant angesehen werden kann, ergibt sich 
der Strom I einfach aus dem Gleichstromwiderstand R des Drahtes des 
Magneten, I = U / R.
Wenn Du also einen höheren Strom willst, musst Du eine höhere Spannung 
anlegen. Aber dabei musst Du sowohl die maximal zulässige Spannung 
(Überschläge) als auch die maximal zulässige Verlustleistung der Spule 
beachten.

Steffen D. schrieb:
>> Ja, das passt schon so ungefähr.
>
> Eigentlich egal, aber ich habe das schon so oft stolz weitererzählt...
> wo ist eine Differenz? (ist aber echt nicht wichtig und kann
> vernachlässigt werden)

Als einfaches Modell für einfache Stromkreise ist das durchaus 
anschaulich und die Analogie passt (solange es ein geschlossenes 
Rohrsystem ist, und nicht wie oben angedeutet ein Fluss). Wasserdruck = 
Spannung, Durchflussmenge = Strom, Strömungswiderstand = elektrischer 
Widerstand.
Es ist halt ein Modell, bei komplizierteren Schaltungen oder Bauteilen 
wird man irgendwann was finden, was sich mit dem Wassermodell nicht 
richtig abbilden lässt.

von Wolfgang (Gast)


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Steffen D. schrieb:
> Ansonsten, hängt alles von Ampere ab und es ist egal wie viel Volt
> anliegen? Stimmt das wirklich?

Nein, der Strom bestimmt, wie stark dein Magnetfeld ist.

Die Spannung kannst du dir dann nicht frei aussuchen, sondern die ergibt 
sich im stationären Fall aus dem Produkt von fließendem Strom und 
ohmschen Widerstand des Spulendrahtes.

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