Hallo, vorab zu mir. Ich bin Maschinenbauingenieur mit Grundkenntnissen in Elektrotechnik und Elektronik, nur damit die Antworten entsprechend meiner (vergleichsweise geringen) Fachkenntnis nicht zu chinesisch werden. Alles was ich im Forum über PWM-Analog Wandler gelesen habe bezieht sich meist auf hohe Frequenzen und jetzt frage ich mich, ob ich bei niedrigen Frequenzen, die trotzdem ein recht genaues analoges Signal liefern soll auf irgendetwas aufpassen muss oder die RLC-Glieder irgendwie angepasst werden müssen. Realisieren will ich das nur durch Zusammenlöten von diskreten Bauteilen, da ich die Schaltung im Fahrradrahmen verstecken will. Platinen udgl. sind da eher unpraktisch. Wenn es natürlich einen kompakten IC oder fertige Schaltungen auf Aliexpress gibt, die ich nur anpassen muss, dann gerne. Grundsätzlich je kleiner und geringer der Aufwand desto besser. AUFGABE: Ich möchte ein niederfrequentes Signal (1 bis 8 bzw. 2 bis 15 Hz) in eine analoge Spannung Spannung umwandeln. Unter 1 Hz (2Hz) soll die Spannung null sein, bei 8 bzw. 15 Hz. soll sie 4V sein, der Puls hat eine Amplitude von 4.2V bei 5V Eingangsspannung. Dabei kann sowohl ein kurzer Puls mit langen Abständen als auch ein langer Puls mit kurzen Abständen auftreten (Drehrichtung). Kommen kurze Pulse, soll die Spannung unter 2V bleiben. Dis Ausgangsleistung braucht nicht hoch sein, da sie wieder nur einen Hallsensor, simuliert, in dem in unterschiedlicher Entfernung ein Magnet sitzt. ANWENDUNG: Das Signal ist das eines Pedal Assist Sensors (PAS), das in eine analoge Spannung umzuwandeln ist. Ein PAS ist ein Hall-Sensor, an dem Magnete auf einem kleinen Rad, das am Tretlager des Fahrrades angebracht ist, vorbeilaufen. Aufgrund der Orientierung der Magnete gibt der Hallsensor in der einen Richtung ein kurzes Signal mit langen Abständen und in der anderen ein langes mit kurzen Abständen aus (zumindest ist es das was ich so darüber gelesen habe). Der Controller des Motors den ich damit starten will, möchte ein analoges Signal (zwischen 2-4V je nach gewünschter Unterstützung), das bisher von einem Gasgriff kommt. Der Gasgriff ist wieder nur ein Hallsensor, je nach Gasgriffstellung nähert oder entfernt sich ein Magnet und damit ändert sich die analoge Spannung. Der Motor variiert die Leistung zwischen 0 und 500Watt, es kommt also auf eine recht genaue Spannung an (-+ 0.04Volt > 10Watt). Die Frequenz des PAS ist abhängig von der Anzahl der Magnete und Trittfrequenz, realistisch ist jedoch eine Startfrequenz, ab der der Motor loslegen soll (also 2V anliegen sollen) von ca. 1-2Hz bis maximal 7.5 bis 15Hz (bei 6 bis 12 Magneten). Ergibt eine Startgeschwindigkeit um die 4km/h und eine maximale von ca. 30km/h. Verständlicherweise soll der Converter nur ein Signal in einer Richtung ausgeben, und das andere ignorieren. Unter 2V reagiert der Motor nicht, über 4V schaltet er ab. Wenn also das kürzer gepulste Signal unter 2V bleibt reicht das als Richtungserkennung aus. Jedenfalls aber soll die Schaltung frequenzabhängig sein, d.h. wenn bei Stillstand zufällig ein Magnet in der Nähe des Hallsensors ist, sich die Spannung daher aber nicht ändert, dann soll die analoge Spannung auf null (bleiben) abfallen.
Das wäre eine Aufgabe für einen Atiny-Prozessor. Insgesamt würde eine solche Schaltung sehr träge, eher zu träge reagieren, weil die Zeitkonstante ungefähr 2s haben müßte.
Hans-Peter S. schrieb: > Ich möchte ein niederfrequentes Signal (1 bis 8 bzw. 2 bis 15 Hz) in > eine analoge Spannung Spannung umwandeln. Ich vermute mal, das Du dir da eine andere Lösung suchen musst, weil das benötigte Tiefpassfilter für Deine Anwendung einfach zu träge ist.
gibt es das alles schon an deinem Rad, oder sind das ersteinmal nur grobe theoretische Betrachtungen?
@ Hans-Peter Ster (hanspeter_s376) >Realisieren will ich das nur durch Zusammenlöten von diskreten >Bauteilen, da ich die Schaltung im Fahrradrahmen verstecken will. >Platinen udgl. sind da eher unpraktisch. Nicht sinnvoll! >Wenn es natürlich einen >kompakten IC oder fertige Schaltungen auf Aliexpress gibt, die ich nur >anpassen muss, dann gerne. Grundsätzlich je kleiner und geringer der >Aufwand desto besser. Das schon eher! >Ich möchte ein niederfrequentes Signal (1 bis 8 bzw. 2 bis 15 Hz) in >eine analoge Spannung Spannung umwandeln. Unter 1 Hz (2Hz) soll die >Spannung null sein, bei 8 bzw. 15 Hz. soll sie 4V sein, Das ist ein Frequenz-Spannungswandler, keine PWM. Bei derartig niedrigen Frequenzen macht man das sinnvollerweise digital, d.h. man mißt die Zeit zwischen zwei Pulsen. Die Spannungsausgabe macht man entweder mit einem echten DAC oder mit hochfrequenter PWM, die kann man leicht filtern. >Jedenfalls aber soll die Schaltung frequenzabhängig sein, d.h. wenn bei >Stillstand zufällig ein Magnet in der Nähe des Hallsensors ist, sich die >Spannung daher aber nicht ändert, dann soll die analoge Spannung auf >null (bleiben) abfallen. Naja, da muss schon jemand mit ner guten Portion Sachverstand ran, da gibt es kaum was Fertiges.
Harald W. schrieb: > Hans-Peter S. schrieb: > >> Ich möchte ein niederfrequentes Signal (1 bis 8 bzw. 2 bis 15 Hz) in >> eine analoge Spannung Spannung umwandeln. > > Ich vermute mal, das Du dir da eine andere Lösung suchen musst, > weil das benötigte Tiefpassfilter für Deine Anwendung einfach > zu träge ist. Analog wird man die Sache nicht in den Griff bekommen. Man muß die Frequenz reziprok messen, wozu man lediglich eine einzige Periode braucht, die dann auch sehr genau ausgewertet werden kann. Ein ATtiny44 (z.B.) erledigt die Messung und liefert den DAC per PWM. Beispiel: http://mino-elektronik.de/fmeter/fm_software.htm#bsp11, wobei der Frequenzbereich ohne Probleme auf 1 - 15 Hz eingegrenzt werden kann. Welches Problem konkret gelöst werden soll, habe ich allerdings nicht verstanden.
er möchte den Gasgriff durch sein Pedal ersetzen. Je schneller er tritt, umso mehr unterstützung möchte er haben, ohne am Gasgriff drehen zu müssen um den Unterschied zwischen e-Bike und Pedelec zu "kaschieren" (sag ich mal so ausm Bauch heraus)
@ m.n. (Gast) >Welches Problem konkret gelöst werden soll, habe ich allerdings nicht >verstanden. Er will die Frequenz von einem Tretkurbelsensor in ein Stellsignal für seinen E-Motor umwandlen. Sozusagen ein selbstgestricktes E-Bike. Ob das SO funktioniert, bleibt offen.
PLZ 14478 Wenn es das Rad mit seinen Komponenten bereits gibt, kann man sich da mal mitm Oszi drannsetzen und nach Analyse da was in Software gießen...
Äxl (geloescht) schrieb: > er möchte den Gasgriff durch sein Pedal ersetzen. Je schneller er tritt, > umso mehr unterstützung möchte er haben, ohne am Gasgriff drehen zu > müssen Dann ist es der falsche Ansatz. Denn um schneller treten zu können, benötigt er mehr Unterstützung. Diese bekommt er aber erst durch schnelleres Treten. Alles klar? ;-)
Harlekin schrieb: > Denn um schneller treten zu können, > benötigt er mehr Unterstützung. Diese bekommt er aber erst durch > schnelleres Treten. Vielleicht hat er ja die Kette abgebaut. :-)
Harald W. schrieb: > Vielleicht hat er ja die Kette abgebaut. :-) Genau. Zwecks Gewichtseinsparung, daher "Grundsätzlich je kleiner" ;-)
Kurze Zusammenfassung: Ist eine reale Anwendung, Motor steht schon in der Garage und funktioniert wie beschrieben über den Gasgriff. Das Problem ist nicht der Motor, sondern die Erfassung der richtigen Drehbewegung am Tretlager und Umsetzung in exakte Spannung, wobei ich auch mit einer konstanten Spannung leben kann. Ich muss nicht unbedingt diese PAS verwenden, jede andere Lösung ist willkommen. Aber Hallsensoren sind halt recht unempfindlich (Wasser, Schmutz, etc) Das mit dem schnellern Treten mehr Leistung ist richtig, so funktionieren die meisten Pedelecs. Ich kann aber auch mit Vollgas ab Erkennen einer Drehbewegung (aber in der richtigen Richtung) und 0V bei fehlender oder anders gerichteter Drehbewegung leben. Warum ist die Zeitkonstante ein Problem? Ein IC würde ja auch mindestens einen Pulsabstand benötigen, bis er freischalten kann. Und die Zeitkonstante des Flankenanstieges verringert sich ja auch mit der Frequenz, oder? Ich kann auch damit leben, dass das Signal ab 1Hz auf 4V geht und dort bleibt (also mit einem Trigger). Da weiss ich allerdings nicht wie berechnen und herstellen, ich kenn nur die Logik dahinter. Gerne auch Tips/Links dahingehend oder fertige Bauteile. Aber auch hier das Problem, dass in beiden Richtungen Pulse mit positiver Spannung aber unterschiedlicher Pulslänge anfallen und die Drehrichtung erkannt werden muss. Die Variante mit attiny44 klingt auch interessant, hab allerdings noch keine Erfahrung mit Mikrokontrollern, flashen udgl. Ein Link zum Einsteigen (was brauche, wie programmiere ich den Controller, wie kommt der Code dorthin) wär toll. Programmieren in python und c bekomme ich hin. Aber es bleibt das Problem der Drehrichtungserkennung, also nicht nur Frequenz, sondern auch Pulslänge. Ist das mit dem IC möglich? Mit einer Auswertung des analogen Einganges sollte das Doch gehen?
Wäre eine indirekte Auswertung des aufgewandten Drehmomentes des Fahrers auf die Kette auch eine Möglichkeit? Du könntest auf der Zugseite der Kette einen kleinen Hebel mit Feder und Ritzel anbringen. Wenn ich keinen Denkfehler habe dann funktioniert das im Endeffekt wie ein Servo. Ob du die Tatsächliche Kraft am Hebel mittels Piezo abfragst, oder direkt mit dem Hebel ein Potentiometer betätigst sollte egal sein.
Jede Art von Kraftmessung wäre ideal, aber wo anbringen? . Das Hinterrad ist ein ganz normales MTB Hinterrad, es bräuchte also einen Sensor im Ausfallende, das ist aber geklemmt durch den Schnellspanner. Ich wüsste nicht wie ich eine Krafteinwirkung messen könnte ohne eine aufwendige Entlastung der Hinterradeinspannung zu konstruieren. Die Kette selbst bewegt sich bei Belastung auf der Zugseite kaum vertikal, durch das Schalten verändert sich auch noch die Kettenlinie. Wie gesagt es soll ja einfach und unauffällig bleiben.
Gerald R. schrieb: > Wäre eine indirekte Auswertung des aufgewandten Drehmomentes des Fahrers > auf die Kette auch eine Möglichkeit? > Du könntest auf der Zugseite der Kette einen kleinen Hebel mit Feder > und Ritzel anbringen. Wo ist der Motor platziert? Hat er den selben Antriebsstrang wie die Pedalen? Falls die Pedalkraft nicht gemessen werden kann, wäre der Hallsensor als Sicherheitselement neben dem Gashebel denkbar. Nach dem Motto: wird vor Schreck das Treten vergessen, wird der Motor deaktiviert. Das Losfahren ist dann allerdings nicht so bequem, da für die Unterstützung zuerst Tretimpulse erzeugt werden müssen.
Motor ist im Vorderrad. Der Motorcontroller startet frühestens ab einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 7kmh. Treten muss man also auf jeden Fall. Kraftmessung im Pedal / Kurbel: bewegt sich, wie komm ich an das Signal? Schleifkontakte sind viel zu anfällig. Die Servoidee scheitert an der veränderlichen Kettenlinie.
Kann vielleicht die Kraft auf das Tretlager gemessen werden? Mit der Kette zieht man nach vorne, somit wird das Lager nach hinten gedrückt. Es gibt käufliche Kraftmesspedalen. Leider konstruktionsbedingt nicht billig.
Harlekin schrieb: > Es gibt käufliche Kraftmesspedalen. Leider konstruktionsbedingt nicht > billig. Da Funk
Vielleicht Kraftmessung via Verformung des Rahmens. Kurbellager und Hinterradlager werden über die Kette zusammengezogen.
Ja, überschneidet sich aber mit anderen Lastfällen. Beispielsweise wird die Kettenstrebe gezogen, wenn dass Hinterrad am Berührungspunkt mit Asphalt stärker gedrückt wird - Schlagloch, Sprung über Bordstein. Und dann dürften diese Belastungen auch noch recht schwingungsbehaftet sein. Eigentlich funktioniert die Kraftmessung nur mit einem eigenen Teil im Ausfallende. Alle anderen Punkte haben alle möglichen anderen Zug, Druck und Querkräfte, als dass man ohne Analyse (also wieder IC) das reine Treten rausfiltern könnte.
Hans-Peter S. schrieb: > Das Hinterrad ist ein ganz normales MTB Hinterrad, Dann gibts doch für die Schaltung einen Kettenspanner. An dessen Bewegung kann man erkennen, ob man tritt oder nicht.
Ja, aber wie bekomme ich das Signal von dort, und wie erreiche ich dass es 4V hat. Ob ich die Drehbewegung im Tretlager, an der Kurbel, oder im Ritzel von der Schaltung messe, ändert ja nichts am Konvertierungsproblem. Und fürs Tretlager gibt es schon vorkonfektionierte Hallsensoren und Magnetscheiben.
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Hans-Peter S. schrieb: > Die Variante mit attiny44 klingt auch interessant, hab allerdings noch > keine Erfahrung mit Mikrokontrollern, flashen udgl. Ein Link zum > Einsteigen (was brauche, wie programmiere ich den Controller, wie kommt > der Code dorthin) wär toll. Programmieren in python und c bekomme ich > hin. Aber es bleibt das Problem der Drehrichtungserkennung, also nicht > nur Frequenz, sondern auch Pulslänge. Ist das mit dem IC möglich? Die Erkennung von Pulsabstand und Pulslänge ist mit einem Mikrocontroller meist kein Problem, solange das Ganze nicht zu schnell (µs) wird. Alles eine Frage der Programmierung und der Nutzung der auf dem µC vorhandenen Hardware. Mit Python beißt du bei einem ATtiny44 allerdings auf Granit. Wie sehen deine Pulse zeitlich aus. Was sind "kurze Pulse", was sind "lange Pulse"? Ein "hohes Anzugsmoment" für eine M24 Schraube sieht anders aus, als für eine M2.5-Schraube. Ich habe beim Überfliegen des Fadens jetzt kein Pulsdiagramm endecken können ;-)
hallo hanspeter_s376, ich habe - glaube ich - ein ähnliches Problem wie Sie, aber weniger Ahnung von Elektronik. Wenn Sie eine Lösung gefunden haben (sah mir nicht danach aus..), wäre ich an Tipps dazu interessiert. Beitrag "Tretroller-Tretbewegung in PAS-Signal (Pedelec) umwandeln" freundl. Grüße
Die klassische Methode, um Pulsfrequenz zu einer analogen Spannung umzuwandeln, ist das retriggerbare Monoflop. Dessen Zeitkonstante wird so eingestellt, das bei maximaler Eingangfrequenz das Mono gerade nicht zurückspringt und am Ausgang dauerhaft auf High bleibt. Der Ausgang des Monos wird zur Glättung über ein RC Glied (oder zwei in Reihe) geführt und liefert eine der Pulsfrequenz proportionale Spannung. Kommt kein Puls am Eingang, bleibt der Ausgang des Monos auf low und die Ausgnagsspannung ist dementsprechend auch null. Man kann das vorzugsweise mit CMOS Monos aufbauen, weil die von vorneherein mit 3-15V arbeiten können. Da es meistens 2 Monos in einem Gehäuse sind, nimmt man das andere zur Konditionierung des Eingangssignals in nicht-retriggerbar Konfiguration. Das IC sollte mit stabiler Spannung betrieben werden, da sonst logischerweise die Ausgangsspannung proportional zur Betriebsspannung schwankt.
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Matthias S. schrieb: > Der Ausgang des Monos wird zur Glättung über ein RC Glied (oder zwei in > Reihe) geführt und liefert eine der Pulsfrequenz proportionale Spannung. Das ist einfach viiiel zu langsam, sofern die Ausgangsspannung auch nur einigermaßen Ripplefrei sein soll. Digitale Zeitmessung jeder einzelnen Periode mit anschließender Umsetzung des Meßwertes in ein Analogsignal ist der sinnvolle Weg. Aber das wurde alles oben schon besprochen, inklusive Softwarebeispiel. Einfach dort, vor 3 Jahren, mit dem lesen beginnen. Erspart endlose Wiederholungen.
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