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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Drucksensor für Höhenmesser


Autor: Janef (Gast)
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Hallo, ich habe vor kurzem angefangen mich mit Mikrokontrollern zu
beshäftigen, da ich einen kleinen Höhenmesser für meine Wasserrakete
programmieren will. Mit dem Tutorial krieg ich jetzt alle Schritte hin,
um zb. Temp-Sensoren auszulesen, zu speichern und vom Computer zu
lesen.

Jetzt muss ich mich für nen Drucksensor entscheiden und hab da mal zwei
gefunden:

Den MS5534a Intersema und MPX2100 von Motorolla (hoffe war der mit dem
richtigen Druckbereich)

Da meine Rakete nur so 200m hoch fliegt ist natürlich eine gewisse
Genauigkeit nötig um etwas sinnvolles zu messen. Der Sensor von
Intersema hat einen integrierten AD wandle und Tempsensor. Allerdings
braucht der max. 3,6V und nen Uhrenquarz. Der von Motorolla ist eher so
ein standartsensor aber ist da die genauigkeit groß genug ? Hat jemand
von euch mit den Sensoren erfahrung ?

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Hallo Janef,

Du brauchst für die sehr geringen Höhenunterschiede (200m) einen

sehr empfindlichen Drucksensor,

oder Du lässt Deine Rakete mit einem anderen Treibsatz höher steigen
(Ionosphäre).

Dieser Drucksensor gibt Dir eine Druck-abhängige Spannung aus.

Aber:

Dein µC muss diese Spannungsdifferenzen noch verarbeiten können
(ATMEGA ==> 10-Bit ==> 1024 Werte, mehr kann er nicht).

Ev. ist eine gesonderte Hardware zu Verstärkung und ein besserer
AD-Wandler (16 Bit nötig), sonst wird's zu ungenau.

Bernhard

Autor: Janef (Gast)
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Also sollte ich scon den Sensor von Intersema nehmen oder ? Schließlich
hat der ja schon einen integrierten 16bit AD Wandler oder würde das
auch nicht reichen ?

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Welche Ansprüche an die Genauigkeit hast Du?

Wie hoch ist denn der Druckunterschied bei 10m Höhenunterschied?

Autor: Janef (Gast)
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1-3m sollten es schon, damit ich was sinnvolles Messen kann.
Wenn ich die Internationale Höhenformel richtig bnutzt habe kriege ich
einen mittleren Druckunterschied von 0,1213 hPa/m für 0-200m

Das Rechnen werde ich aber eh nacher auf dem Rechner machen um so eine
höhere genauigkeit zu kriegen. Ich glaube es gibt auch eine möglichkeit
das exakter aus Temp und Druck zu berechnen. Aber der Unterschied sollte
ähnlich gering sein

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Ja das ist der richtige Weg, ersteimal rechnen und mit den
Datenblättern vergleichen, nicht dass Du anschließend eine Pleite
erlebst. Denn 0,1213 hPa/m ist nicht gerade sehr viel.

Könnten auftretende Beschleunigungs-Kräfte den Sensor manipulieren?

Bernhard

Autor: Anno Nühm (mikroman)
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Tag Janef,

interessantes Vorhaben! Wenn Du die Druckverhältnisse in der Atmosphäre
abschätzen willst, solltest Du Dir mal ein Physikbuch schnappen und die
Barometrischehöhengleichung ansehen. Das ist ein e-Funktion, der zu
Folge sich der Luftdruck näherungsweise alle 5450 Höhenmeter ca.
halbiert.

p(h) = p0 * exp( -rho0  g  h / p0 )
rho0 = 1,239 kg/m³
p0   = 1,013 * 10^5 N/m²
g    = 9,81 m/s²

Da bei Deinen geringen Flughöhen nur sehr geringe Druckunterschiede zu
erwarten sind (24 mBar bei 0-200m nach meiner Rechnung), würde ich Dir
einen Differenzdrucksensor im Bereich von +/-50 mBar empfehlen. Über
die o.g. Gleichung kannst Du natürlich auch die Flughöhe h berechnen
und als Zeitdiagramm darstellen. Die erste Ableitung davon wäre die
Steiggeschwindigkeit und die zweite die Steigbeschleunigung mit welcher
Du die Raketengleichung Deines Fluggeräts ermitteln kannst.  Viel
Erfolg!

P.S.:
Als AVR Experte kannst mir vielleicht bei meinem Problem helfen:
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-367409.html#new

Autor: Martin (Gast)
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@ Anno

Hallo, ich wüsste nicht, wie Du den Differnzdrucksensor benutzen
willst. Differnzdruck zwischen welchen Drücken?

@ Janef

Servus. Ich denke ein Absolutdrucksensor ist hier angesagt. Der
Intersema scheint für Deine Anforderungen geeignet, zumal er sich
einfach anbinden lässt und die Temperatursensorik mitbringt. Fraglichn
ist, ob Dir neben der Auflösung die Datenrate hoch genug ist.
Denkbar ist auch ein Motorola Chip. Ich würde da einen MPX4100 nehmen,
der gibt Dir fast 4,5V max. Span, damit entfällt eine aufwendige
Verstärkerschaltung für den 2100 (40mV max. Span). Das ganze über einen
schnellen 24-bitigen AD gesampelt sollte Dir die 1m Auflösung
garantieren.

Beispiele: Guckst Du hier
http://www.geocities.com/jpadfield13/altimeter.html oder hier
http://www.electronic-engineering.ch/microchip/pro...

Autor: mr.chip (Gast)
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Hallo

Ich weiss nicht recht, ob das Vorhaben funktionieren kann oder ob es an
der Rakete nicht einfach aerodynamische Effekte gibt, welche jede
Messgenauigkeit zunichte machen.

Gruss

Michael

Autor: Janef (Gast)
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Dake für die Hinweise:
@Anno Nühm
Danke für die physikalischen Tips, aber das mit dem Differenzdruck
versteh ich nicht so ganz. Müsste ich dann nicht ne Dose mit
"Normaldruck" mitnehmen ? Differenzdruck wäre für
geschwindigkeitsmessung gut.

@Martin
Das hört sich ja ziemlich gut an, welchen AD-Wandler kann ich denn dann
benutzen und wie teuer ist der (Den Internen kann ich nicht benutzen
oder? )

@mr.chip
Das ist natürlich ein guter einwand. Gerade in der schnellflugphase
könnte im Inneren, ja nach luftstrom sogar ein unterdruck entstehen der
sehr beachtlich ist. Da aber für mich die max. Flughöhe die
Hauptmessgröße ist und die Rakete am höchsten Punkt sogut wie stehen
bleibt kann ich da glaube ich mit einem sehr guten Meßergebniss rechnen

Autor: Klaus (Gast)
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Hallo Janef,

schaue einmal unter http://www.sensortechnics.com/home.
Dort findest du auch Applikationen die dir eventuell weiterhelfen.

Gruß Klaus

Autor: mr.chip (Gast)
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> Da aber für mich die max. Flughöhe die
> Hauptmessgröße ist und die Rakete am höchsten Punkt sogut wie stehen
> bleibt kann ich da glaube ich mit einem sehr guten Meßergebniss
> rechnen

Womit du sicher recht hast. Jedenfalls dann, wenn es dir gelingt,
a) am Scheitelpunkt der Flugbahn eine vernünftige Druckmessung zu
machen (Eventuell problematisch, wenn die Sensoren träge sind und noch
etwas beduselt vom Unterdruck beim Aufstieg)
b) diese Messung dann auch in den Daten identifizieren kannst (Wenn du
permanent misst, wäre es wohl nicht ganz trivial, den richtigen Wert
herauszupicken - es sei denn, du nimmst irgend eine Hilfe zur
Scheitelpunktbestimmung hinzu, z.B. Beschleunigungssensor oder ganz
einfach eine Stoppuhr)

Autor: Anno Nühm (mikroman)
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Hei,

das mit dem Differenzdruck war so gemeint: Differenz zum Nullniveau der
Starthöhe. Eine Druckdose muß man nicht mitnehmen, da der zweite
Druckusgang des Sensors wie eine Dose wirkt, wenn man ihn auf Starthöhe
dicht verschließt. Ich habe den Vorschlag gemacht, weil D-Sensoren einen
deutlich höheren Signalhub bei kleinen Druckänderungen haben.

Vor mir liegt ein Motorola D-Sensor MPX200AP. Da würde ich einfach das
zweite Loch zumachen ;-)

Im übrigen teile ich die Bedenken, bzgl. der Einflüsse von
Beschleunigung und Aerodynamik auf die Messung.

Wenns richtig genau werden soll, machs wie die Profis und verwende
Radar :-)

Viel Erfolg und Gruß

Autor: Martin (Gast)
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Du kannst einen LTC2400 benutzen. Wenig Bauteile und ein SPI-Interface.
Kostet um die 10 Euro. Sampled aber nur mit 6-7HZ, wenn Dir das
reicht.

Analog Devices hat eine Reihe von Wandlern, die bis zu 1 kHz Datenrate
haben (z.B. AD77xx), sind aber wohl eher schlecht zu kriegen, ich habe
mal direkt bestellt.

Ansonsten einfach mal auf den Seiten der einschlägigen Hersteller
stöber und schauen, was Dir zusagt. Du kannst natürlich auch geringere
Auflösungen wählen, auf Kosten der Genauigkeit.

Übrigens, denkbar wäre auch ein Beschleunigungssensor, mit dem man den
Scheitelpunkt bestimmt. Scharm hat das Ganze, weil man dann auch die
Beschleunigungen und Geschwindigkeiten während des Aufstieges messen
und ggf. weitere Steuersignale ableiten kann (Schirmöffnung usw.)

Autor: MikroMan (Gast)
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Hallo Janef,

kennst Du diesen Link schonß Wenn nicht, dann unbedingt ansehen und
verfolgen. Ist ziemlich genau Dein Ding.

Druckmessung:
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/alert.pdf

Gruß

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