Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Eingangsbeschaltung bei Drehzahlmessung Verbrenner


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von Stroboskop (Gast)


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Guten Tag allerseits~

Zur Reperatur eines Verbrennungsmotors (Oldtimer) muss ich die Drehzahl 
messen. Ich hab zwar ein käufliches Gerät, bin mir aber nicht sicher ob 
das stimmt (Analoginstrument). Die Drehzahlmessung soll mithilfe des 
Unterbrecherkontaktes erfolgen (Impulsauswertung). Den Mikrocontroller 
(STM32F103) habe ich bereits programmiert und die Tests mit Logikleveln 
funktionieren. Jetzt fehlt noch die Eingangsbeschaltung damit auch eine 
Messung bei laufendem Motor möglich ist. Problem dabei ist, dass die 
Spannung im Zündzeitpunkt bis auf über 100V steigt (Werte aus I-Net).

Kurz zur Funktionsweise der Zündung: Der Unterbrecher schließt den 
Mittelanschluss der Zündspule auf Masse. Dadurch fließt ein steigender 
Strom durch die Zündspule bis der Unterbrecher getrennt wird. Im Moment 
des Unterbrechens steigt die Spannung bis es zum Funkenüberschlag in der 
Zündkerze kommt, worauf die Spannung wieder einbricht und auf 12V 
Batteriespannung verharrt bis der Unterbrecher erneut gegen Masse 
schließt. D.h. das Messsignal wechselt zwischen 0 und 12V mit starker 
Spannungsspitze bei jeweils steigender Flanke. Messbereich sollten 100 
bis 3000 u/min sein bei jeweils 2 Impulsen pro Minute (4Takt-4Zylinder).

Meine Überlegung habe ich schonmal auf "Papier" gebracht, siehe Anhang. 
Könnte das so funktionieren? Ist der Kondensator notwendig?
Oder hat jemand einen anderen Vorschlag?

Danke schonmal!

von Deutsch Leera (Gast)


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Wenn man Reparatur nicht richtig schreiben kann dann wirds
auch nichts mit der Drehzahlmessung und der "Reperatur".

von Jacko (Gast)


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Reparatur mit 2 'e'?
Naja, bin auch schon mal auf der Tastatur abgerutscht.

Aber ehrlich:
Gugel mal einfach "drehzahlerfassung zündspule µC".

Das Rad IST SCHON erfunden!

von Jacko (Gast)


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Ansonsten:

Bei 3,3 V Ub am µC (warum schreibst du das nicht?) könnte
deine Schaltung fast sicher (!) funktionieren:

Womit hältst du negative Spannungen vom µC fern?
 - eine Gegendiode?
 - eine Z-Diode?

von MaWin (Gast)


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Stroboskop schrieb:
> Problem dabei ist, dass die Spannung im Zündzeitpunkt bis auf über 100V
> steigt (Werte aus I-Net).

Das ist nicht so sehr das Problem, dagegen hilft schon dein 1M  (können 
auch 100k sein, Maximalspannung um 450V) und die internen 
Eingangsschutzdioden des uC.

Das Problem ist, dass die Spannung mehrmals hin und her schwingt 
(oszilliert), und du willst nicht jeden Nulldurchgang zählen.

Du solltest statt dem Kondensator also in Software 'entprellen', 50% der 
Zeit (upm abhängig) gar nicht auf Eingangsflanken reagieren.

von Stroboskop (Gast)


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@Jacko, MaWin: das sind doch mal Aussagen. Danke!

@Jacko: Dann setze ich noch eine Diode antiparallel zu den vier Dioden. 
Wobei in den Maximum Ratings eine Negativspannung von maximal 0,3V 
angegeben ist. Der hohe Vorwiderstand von 1M sollte aber auch seine 
Wirkung haben, in Verbindung mit der µC-internen Schutzschaltung.

@MaWin: Dann lasse ich den Kondensator weg, mir ging es eher darum, 
keine (weniger) Störungen einzufangen. Bisher habe ich einen Tiefpass in 
Software als Entprellung, das baue ich dann aber auf ein "richtiges" 
Entprellen um. Denkst du wirklich, dass ein drehzahlabhängiges 
Entprellen notwendig ist? Das macht es gleich wieder aufwendiger...

Die Abtastrate habe ich auf 100µs festgelegt. Bei 3000u/min liegt die 
Zeit zwischen zwei Impulsen bei 10ms. In einer Periode liegen also 100 
Abtastungen. Wahrscheinlich sollte man das Eingangssignal mal 
Aufzeichnen. Allerdings ist das sowieso eher ein Quick&Dirty-Projekt.

von HildeK (Gast)


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Stroboskop schrieb:
> Denkst du wirklich, dass ein drehzahlabhängiges
> Entprellen notwendig ist?

Bin zwar nicht MaWin, aber er meinte wohl, dass es eine einfache Methode 
ist, für die Hälfte der Zeit einfach nicht auf ein Eingangssignal zu 
reagieren. Das ist natürlich drehzahlabhängig.
Ansonsten wird der Kontakt bei weitem nicht so lange prellen, wie die 
Taktfolge bei maximaler Drehzahl wäre :-).
Also ist auch eine Entprellung wie bei einem normalen Taster möglich.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Ersetze aber bitte den einzelnen Eingangswiderstand durch 2 oder 3 Stück 
in Reihe mit dem halben/drittel Wert. Die meisten Widerstände vertragen 
nicht mehr als 200V über sich.

von Stroboskop (Gast)


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@HildeK: Ach so war das gemeint. Wobei ich da auch ein gewisses 
Henne-Ei-Problem sehe. Die Drehzahl ist ja das was ich messen will. Ich 
probiers mal mit entprellen. Vielleicht schadet ein vorgeschaltener 
Tiefpass in Software auch nicht.

@Mathias S.: Auch ein guter Punkt, werde ich beruecksichtigen!

Danke!

von Karls Q. (karlsquell)


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Noch eine Möglichkeit wäre die Spannungsmessung an dem 
Zigarettenanzünder. Ich habe im Anhang eine LT-Spice Simulation mit 
einer realen Aufnahme meiner Boardspannung (Polo 6n).
Blau: Boardspannung
Grün: nach dem 1. OP
Rot: nach dem 2. OP
Türkis: Signal Verlängert mit NE555 (OUT)

Aufgebaut und getestet habe ich die Schaltung allerdings noch nicht.

von MaWin (Gast)


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Karls Q. schrieb:
> Aufgebaut und getestet habe ich die Schaltung allerdings noch nicht

Na wenn du die aus denselben 13V versorgst, die das Eingangssignal 
bilden, dann  könnte man sicb ggf. die Vorverstärker sparen.

Und jedes Relaisgeklacker erhöht die Drehzahl.

von Stroboskop (Gast)


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Heute hab ich die Schaltung am "lebenden Objekt" getestet. Zunächst hat 
es gut ausgesehen, bei höheren Drehzahlen kam es dann aber zu Fehlern, 
auf dem Display sind Hieroglyphen aufgetaucht und die Anzeige hat sich 
nicht mehr regelmäßig aktualisiert. Bei den Tests mit Logikpegeln konnte 
ich bis zu den 3000 Umdrehungen ohne Probleme messen. Der 
Mikrocontroller muss also was abbekommen haben...
Außerdem ist der Motor nicht mehr sauber gelaufen während die Schaltung 
dran war. Vermutlich zwagt selbst der große Vorwiderstand doch noch eine 
relevante Menge an Energie ab.
Statt der 4 Dioden habe ich letztlich 5 verwendet, da 12V nur ganz knapp 
ausgereicht haben um den Eingang auf high zu ziehen (1,6V-1,7V). Als 
Eingangswiderstand hatte ich 4 Stück 220k-Widerstände in Reihe 
geschaltet. Offensichtlich nicht genug.

Ich werde das Thema nicht mehr weiter verfolgen, ich betrachte es als 
gescheitert.

Nochmals Danke für die Ratschläge!

Viele Grüße

von Dieter J. (fossi)


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Warum muß es immer für einfache Aufgaben ein µ-Kontroller sein.

Man kann sowas auch in diesem Fall ev. altbewährt mechanisch mit diesem 
preisgünstigen Hilfsmittel bewerkstelligen:
braucht keine Eingangsschaltung, keine Schutzschaltung, keine 
Stromversorgung, immer Einsatzbereit:

http://www.treysit.com/

Gruß
fossi

von Arno (Gast)


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Nicht so schnell aufgeben :) Ich hab das mal mit einem AVR und 4x 
7-Segment-LCD quick and dirty für einen Toyota gebaut.

Zündsignal über 10k+33n an den Input Capture Pin. Nach jedem Impuls für 
2ms folgende Impulse ignorieren. Mittelwert von 16 Messungen ausgeben.

Funktioniert, zumindest bei mir, zumindest für ein paar Jahre.

Für eine kommerzielle Lösung ist natürlich der Ansatz mit Schutzdioden 
und so weiter richtig.

MfG, Arno

von Stroboskop (Gast)


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Arno schrieb:
> Zündsignal über 10k+33n an den Input Capture Pin.
Das hört sich nach Logikpegeln an, von der Steuerung abgegriffen? Hier 
geht es um einen mechanischen Zündverteiler, im Zeitpunkt des 
Unterbrechens kommt es zu einer Spannungsspitze, die Eingangsbeschaltung 
darf diese nicht beeinträchtigen. Das war bei mir wohl leider aber der 
Fall. Ich vermute, dass es nur mit "Hühnerfutter" einfach nicht zu 
machen ist. Vielleicht ist der Ansatz den Pegel messen zu wollen auch 
falsch und man müsste sich auf die Spannungsspitze selbst beschränken.

> Für eine kommerzielle Lösung
Wie gesagt, das sollte nur eine Hoppla-hopp-Aktion sein. Die 
Drehzahlauswertung fürs Einstellen des Zündverteilers im "Labor" mittels 
Akkuschrauber hatte ich sowieso schon, hat also nur noch die 
Eingangsbeschaltung gefehlt um an den Motor direkt zu können.


Dieter J. schrieb:
> Warum muß es immer für einfache Aufgaben ein µ-Kontroller sein.
> Man kann sowas auch in diesem Fall ev. altbewährt mechanisch mit diesem
> preisgünstigen Hilfsmittel bewerkstelligen:
Interessantes Teil. Aber:
"Er ist von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig 
geprüft worden und weist mit einer Toleranz von 1-2% eine ausreichende 
Genauigkeit für die üblichen Messungen auf." (Quelle: die von dir 
verlinkten Seite).
2% von 50000U/min (Messbereich) sind schon 1000U/min. D.h. in dem für 
mich relevanten Drehzahlbereich ist es auch wieder nur eine Schätzung.

von Dieter J. (fossi)


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Stroboskop schrieb:
> Arno schrieb:

> 2% von 50000U/min (Messbereich) sind schon 1000U/min. D.h. in dem für
> mich relevanten Drehzahlbereich ist es auch wieder nur eine Schätzung.

Den Oldtimer möchte ich gerne mal sehen, der bis zu 50000U/min dreht. In 
diese Drehzahlregion dringt nicht mal die F1 vor.
Hast Du dich da nicht um eine 0 zu viel verhauen?

nix für ungut.

Gruß
fossi

von Jörg E. (jackfritt)


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von Stroboskop (Gast)


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@jackfritt:
Danke für den Link, sieht gut aus. Habe die Teile leider nicht da.

@fossi:
So war das nicht gemeint. Mein relevanter Messbereich geht bis 3000/min, 
siehe Eingangspost. Wenn die von der PTB festgestellten 1-2% Abweichung 
sich auf den gesamt Messbereich bezieht, wären das 1000/min, also für 
den für mich relevanten Bereich aussagelos. Bezieht sich die Abweichung 
auf den Messwert, dann wäre das z.B. bei 3000/min eine Abweichung von 
60/min. Nun, die Skala hat in dem Bereich nur eine Teilung von 100/min, 
wie sollen die 2% also funktionieren...
Ist ja auch egal, ich hab halt den Eindruck, dass das eher was fürs 
Grobe ist.

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