Hallo zusammen, für ein Tuningprojekt mit Mikroprozessoranwendung an einem Verbrennungsmotor, wird unter anderem eine Stroboskopapplikation benötigt. Getriggert von einem OT oder UT Hallsensor sollen Zeitflexibel verzögerte Schaltimpulse mit flexibler Länge erzeugt werden. Als erste Applikation soll die Stroboskopfunktion realisiert werden. Rahmenbedingungen: Drehzahlen bis 20.000 U/min d.h. bis zu 333 Blitze / Sekunde mit einer Blitzlänge > 0.0008 Millisekunden für eine Auflösung von 1 Winkelgrad. Die Stroboskop Applikation ist die einfachste, mit der diverse Mechanische, Elektronische und Steuerungstechnische Themen aus dem Vorhaben verifiziert werden können. Frage: kann das mit Led Technik realisiert werden ? Welche Led's mit geeigneter Schaltung sind hierfür erforderlich ? Kann das Vorhaben mit PWM Funktionen oder mit extra hierfür zu erstellender Hard / Softwareapplikation realisiert werden. Gibt es hierfür bereits Musterlösungen, Teillösungen, Empfehlungen, auf denen man aufbauen Kann. Bei voller Ausbaustufe sollen ein oder mehrere Sensorinformationen zu Kennfelddaten führen, mit denen Aktoren angesteuert werden. Schon jetzt vorab, vielen Dank für Eure fachliche Einschätzung und Rückmeldung. Gruß Klaus
Lerne einen beliebigen Mikrocontroller zu programmieren. Dafür ist prinzipiell jeder geeignet. Was die LEDs angeht: Ich denke, da sind nicht alle geeignet, aber es sollte machbar sein. Da musst du mal selber Datenblätter durchsuchen. Am ehesten wirst du wohl welche im Infrarot Bereich finden. > Gibt es hierfür bereits Musterlösungen Vermutlich nicht, das ist zu speziell. > Kann das Vorhaben mit PWM Funktionen Ja, ich würde das mit einem Timer machen.
Anfenger schrieb: > Schon jetzt vorab, vielen Dank für Eure fachliche Einschätzung und > Rückmeldung. Das liest sich nach viel hingeschrieben und wenig nachgedacht. Wozu zur Hölle sollen 333 Blitze/s gut sein? Was erwartet man sich davon? Welches Auge soll da Unterschiede zeitlich auflösen? Was meint man, messen zu wollen, wo nicht 33 oder gar 3 Blitze/s ausreichen?
Stefan ⛄ F. schrieb: > Lerne einen beliebigen Mikrocontroller zu programmieren. Dafür ist > prinzipiell jeder geeignet. Anfenger schrieb: > mit einer Blitzlänge > 0.0008 Millisekunden Wenn die Dimension stimmt, 800ns, wird das eng mit dem µC. Wenn ich aber 333 Hz durch 360° teile, komme ich auf 8,xx ms pro Grad, da ist 1/10 Blitzdauer schon realistisch.
M.M.M schrieb: > Welches > Auge soll da Unterschiede zeitlich auflösen? Keins. Das ist der Witz an einem Stroboskop: das Auge nimmt keine Folge von Einzelblitzen wahr. Sondern es sieht ein stehendes Bild von einem bewegten Bauteil. Wie viele Blitze pro Zeit benötigt werden und wie lang ein einzelner Blitz werden darf richtet sich danach, wie schnell sich die Welle dreht. Anfenger schrieb: > Schon jetzt vorab, vielen Dank für Eure fachliche Einschätzung und > Rückmeldung. Wie schon geschrieben wurde: 1) die Erzeugung der 800ns Steuersignale ist nicht ganz trivial. Insbesondere dann nicht, wenn Sie noch mit einem externen Trigger synchronisiert werden müssen (du willst die Welle ja in definierten Winkelpositionen betrachten können). Mit einem schnellen µC der flexible Counter/Timer hat (die z.B. auf deinen Trigger reagieren können) ist es aber noch machbar. 2) die Treiberstufe für die LEDs wird für sub-µs Pulse auch nicht ganz trivial. Ist aber ebenfalls noch machbar. 3) wenn dein Duty-Cycle nur 800ns/3ms = 0,026% beträgt, wird das bisschen Licht, das von den LEDs kommt, dich enttäuschen. Du kannst bei diesen geringen Duty-Cycles zwar eine gewisse Übersteuerung des LED-Stroms einsetzen (also im Puls deutlich über den erlaubten Dauerstrom gehen). Aber dieser Übersteuerung sind Grenzen gesetzt. Du kannst z.B. nicht einfach das hundertfache des erlaubten Dauerstroms verwenden (nicht mal annähernd). Und selbst wenn du es könntest, hättest du immer noch nur 2,6% der normalen LED-Helligkeit. Damit wird die gesamte erzeugte Lichtmenge sehr klein bleiben (bzw. du müsstest die Zahl der verwendeten LEDs sehr hoch schrauben - dann hast du aber das Licht über eine riesige Fläche verteilt und nicht auf deine Welle konzentriert). Speziell Punkt 3) ist der Grund, warum die meisten LED-Stroboskope kaum was taugen. (Für einen Einsatz in einer dunklen Ecke mag es ausreichen).
Das sollte mit einer Serienschaltung von 3 Monoflops klappen. Der erste bereitet nur die Impulse auf konstante (kurze) Länge auf. Der zweite steuert die Verzögerung von Hallgeber zu Zündtrigger. Der dritte Monoflop bestimmt die Leuchtdauer der LED. Nun noch eine schnelle Endstufe mit Strombegrenzung und auf die LED.
Anfenger schrieb: > Welche Led's mit geeigneter Schaltung sind hierfür erforderlich Moderne. Superhelle, blau oder weiss, schaffen deine 800ns. Siehe https://www.mikrocontroller.net/attachment/354428/ledtau.pdf Aber wenn man nur 0.028% der Zeit leuchtet, muss es gnadenlos hell sein, damit man im Schnitt überhaupt noch was sieht. Spezielle Blitzlicht-LEDs sind in der Zeit massiv überbelastbar. https://datasheet.octopart.com/LXCL-PWF3-Lumileds-datasheet-93105.pdf Und bündeln per Linse nicht vergessen. Als Elektronik tun es simple Monoflops, also Analogtechnik, die hat auch nicht das Problem des Rasters von Digitaltechnik (ein 16MHz uC kann nur Zeiten von 250ns, 500ns, 750ns, 1000ns erzeugen, keine 666 oder 300).
Hallo zusammen, zuerst vielen Dank für Eure engagierten Rückmeldungen. zu der Aussage: MaWin schrieb: > ein 16MHz uC kann nur > Zeiten von 250ns, 500ns, 750ns, 1000ns erzeugen, keine 666 oder 300 da hätte ich noch gerne etwas Hintergrundwissen, um das zu verstehen. Welche µC Plattform kann man die geplante Anwendung nutzen ? Mir steht zur Zeit ein Raspi 3B+ zur verfügung, kann ich diesen für das geplante Projekt nutzen um die Drehzahl zu messen, als auch die Pulsvorgaben für das Stroboskop umzusetzen ? Bin mir dabei schon im klaren, das ich hier wohl in Assembler programmieren muss, wäre aber nicht das problem. Hier Bitte ich um Eure Einschätzung. Zum Stroboskopthema: Für das Stroboskopthema gibt es bereits fertige Lösungen in der Industrie beim Drucken, Stahlwalzen, Instandhaltung mit bis zu 300.000 FPM (Blitze / Min) teilweise mit Triggereingang, wobei offensichtlich mehrere Led Blocks abwechselnd zum Einsatz kommen. mit Xenon Blitzlampe ca. 850 Euro 30 - 125.000 FPM Testo Stroboskop Datenblatt https://docs.rs-online.com/103f/0900766b8137b62a.pdf mit Led Blitzlampe ca 640 Euro 30 - 300.000 FPM RHEINTACHO Stroboskop RT-Strobe Pocket LED https://www.svh24.de/rheintacho-stroboskop-rt-strobe-pocket-led-frequenzbereich-30-104054?cpkey=gYe-nwmEUwucIDgmrU5FLUX3vjYlH6yC1h9ajmDlaOk&adword=GoogleAds/DE/Smart_Shopping/Smartshopping_2020_Alle_Produkte&gclid=EAIaIQobChMIrv3dlqXo7AIVO4BQBh1yEAIKEAQYASABEgJR-PD_BwE Die Lösungen übertreffen bei der Lichtstärke bei weitem die geplante Anwendung, als auch das Budget. Nach meiner Recherche kommen also Led COB's von LUMINUS LUXEON oder Cree Xlamp in Frage Interessanter Led Blitz mit Schaltungsvorschlag: https://www.natur-foto-technik.de/LED-Blitz.html Hierfür benötige ich allerdings eine flexible Spannungsquelle um die richtige Spannung zu erproben wie seht Ihr die hierfür die Umsetzbarkeit ? Kann man das erstmal auf einem Breadboard konzipieren ? Gruß Klaus
Anfenger schrieb: > Mir steht zur Zeit ein Raspi 3B+ zur verfügung, kann ich diesen für das > geplante Projekt nutzen um die Drehzahl zu messen, als auch die > Pulsvorgaben für das Stroboskop umzusetzen Eher gar nicht, du müsstest sein Linux runterschmeissen und ihn direkt programmieren was mangels Dokumentation aber nicht geht. Immerhin hättest du danach 0.01% von ihm ausgenutzt und 99.9% übrig. Er taugt genau so wenig für Echtzeitaufgaben wie dein PC
Anfenger schrieb: > mit Led Blitzlampe ca 640 Euro 30 - 300.000 FPM RHEINTACHO Stroboskop > RT-Strobe Pocket LED > https://www.svh24.de/rheintacho-stroboskop-rt-strobe-pocket-led-frequenzbereich-30-104054?cpkey=gYe-nwmEUwucIDgmrU5FLUX3vjYlH6yC1h9ajmDlaOk&adword=GoogleAds/DE/Smart_Shopping/Smartshopping_2020_Alle_Produkte&gclid=EAIaIQobChMIrv3dlqXo7AIVO4BQBh1yEAIKEAQYASABEgJR-PD_BwE > > Die Lösungen übertreffen bei der Lichtstärke bei weitem die geplante > Anwendung, als auch das Budget. die 300.000 Blitze pro Minute (also 5000/s) sind bezüglich Lichtstärke nicht das Problem. Das Problem ist der extrem kleine Duty Cycle, den du verlangst (800ns/3ms). Der verhindert, dass nennenswert Licht aus deinen Stroboskop-LEDs rauskommen wird. Bau einfach mal probeweise etwas mit diesem Tastgrad auf und schau es dir an. Wenn du das mit der nötigen Geschwindigkeit nicht aufbauen kannst: teste stattdessen 8µs/30ms. Das ist recht einfach zu bauen und genau so hell.
>Drehzahlen bis 20.000 U/min d.h. bis zu 333 Blitze / >Sekunde mit einer Blitzlänge > 0.0008 Millisekunden für eine Auflösung >von 1 Winkelgrad. bei 360° : 333 Blitze/s => t.umdr = 3ms bei 1° : t.wink = t.umdr/360 = 8,3 us
Hallo zusammen, @MUCA: vielen Dank, ist mir doch glatt eine Stelle zuviel reingerutscht :) Aufgrund der vielen Zeitangaben, welche in den Beiträgen angegeben wurden, basieren auf meinen Fehler im Eröffnungsbeitrag, mea culpa. Als erste Applikation soll die Stroboskopfunktion realisiert werden. Rahmenbedingungen: Drehzahlen bis 20.000 U/min d.h. bis zu 333 Blitze / Sekunde mit einer Blitzlänge > 8 Mikrosekunden µs für eine Auflösung von 1 Winkelgrad. Für die exacte Ansteuerung ist also eine Timertick < 830 ns Nanosekunden erforderlich (1/10 Grad bei 20.000 U/min) Der kleinste Tastgrad ist also 8 µs / 3,008 ms für das Stroboskop. zu der Aussage: MaWin schrieb: > Problem des Rasters von Digitaltechnik (ein 16MHz uC kann nur > Zeiten von 250ns, 500ns, 750ns, 1000ns erzeugen, keine 666 oder 300). da hätte ich noch gerne etwas Hintergrundwissen, um das zu verstehen. Welche µC Plattform kann man die geplante Anwendung nutzen ? Vom Raspi wurde mir ja bereits abgeraten. Gruß Klaus
Prinzipiell kann das fast jeder uC machen (sofern nicht ein untaugliches OS drüber läuft), besser noch wenn der ein paar Timer hat. Grob, je mehr Hardware, desto schneller geht es. Wenn es sein muss auch mit 10 oder 1 ns Auflösung.
MCUA schrieb: > Prinzipiell kann das fast jeder uC machen > Wenn es sein muss auch mit 10 oder 1 ns Auflösung. 1 ns entspricht 1 GHz. Die hat nicht fast jeder Mikrocontroller. Ich hatte Anfangs auch "einen beliebigen Mikrocontroller" empfohlen, hatte dabei aber nicht bedacht, wie kurz die Impulse sein sollen.
>1 ns entspricht 1 GHz. Die hat nicht fast jeder Mikrocontroller. Nein, ein uC direkt nicht. Aber wenn es sein muss, kann man das mit sep. Hardware auch erweitern. (auch gibt es bei PIC24/33.. z.B. einige Typen mit rel. hoher Auflösung, besser als bei AVR)
MCUA schrieb: > Prinzipiell kann das fast jeder uC machen Stefan ⛄ F. schrieb: > 1 ns entspricht 1 GHz. Die hat nicht fast jeder Mikrocontroller. MCUA schrieb: > wenn es sein muss, kann man das mit sep. Hardware auch erweitern. Ist jetzt nicht dein Ernst, oder?
Hallo zusammen, vielen Dank für Eure Rückmeldungen. Für meine Aufgabenstellung gibt es offensichtlich noch keinen passenden µC. Ich werde nun versuchen eine separate Schaltung für die Umdrehungszeitmessung, als auch die Aktorimpulserzeugung mit einer gemeinsamen schnellen Clock und Zählerbausteinen zu konzipieren. Gibt es schnelle Zähler Ic's mit Takt und Triggereingang, wo das letzte Zählergebnis abgreifbar ist, während eine aktuelle Zählung läuft. Der µC hätte dann die Aufgabe, passend zur gemessenen Umdrehungszeit die Wartezeit, als auch die Pulslänge für die Aktoren bereitszustellen, das dürfte innerhalb von 3 Millisekunden machbar sein, oder schätze ich das falsch ein ? Mit der Bitte um Rückmeldung Gruß Klaus
Anfenger schrieb: > Für meine Aufgabenstellung gibt es offensichtlich noch keinen passenden > µC. das stimmt so nicht. Deine ursprüngliche Forderung (800ns Pulse) war einigermaßen exotisch und nicht ohne weiteres mit µC zu erfüllen. Deine aktuelle Forderung ist 8µs Pulse. Freilaufend (ohne Synchronisation mit der Welle) kann so ziemlich jeder µC erzeugen. Das mit einem Trigger zu synchronisieren, so dass der Jitter der Pulse im 10%-Bereich bleibt (also <=1µs), ist wiederum nicht ganz trivial. Dein RaspPi ist dafür "zu mächtig": er wird sinnvollerweise mit einem Betriebssystem betrieben. Das erleichtert viele Dinge, gleichzeitig kann es aber unmöglich machen, Reaktionszeiten unter 1µs zu erreichen. Aber es gibt natürlich schon andere µCs, die das hinkriegen. Ich hab hier als Beispiel einen LPC1313 vor mir liegen (ein ARM Cortex M3). Wenn ich den z.B. mit 50MHz laufen lasse, ist eine Timer-Auflösung von 20ns möglich. Ein hochauflösender Timer (32Bit) kann mit seinem Capture die Periodendauer deiner Welle mit 20ns Auflösung messen (sehr viel feiner, als du eigentlich brauchst). Der zweite hochauflösende Timer kann die dazu synchrone PWM mit 8µS Pulsen liefern. Wenn du ständig die Pulsposition nachregeln willst (weil die Welle nicht perfekt gleichmäßig dreht), wird voraussichtlich letzlich die Interrupt-Latenz bezüglich externem Trigger für den Jitter deiner Pulspositon ausschlaggebend sein. Mit der oben genannten Konfiguration solltest du mit geschickter Programmierung etwas in der Gegend von 20 Taktzyklen (400ns) erreichen können - wenig genug für eine Pulslänge von 8µs (für die zunächst genannten 800ns wäre es zu viel gewesen). Anfenger schrieb: > Gibt es schnelle Zähler Ic's mit Takt und Triggereingang, wo das letzte > Zählergebnis abgreifbar ist, während eine aktuelle Zählung läuft. Wenn es nicht per µC gemacht werden soll, könnte wahrscheinlich jedes kleine FPGA das für dich erledigen. Oder fast jedes aktuelle CPLD ("aktuell" bedeutet hier nicht "neu entwickelt", sondern nur, dass es noch gekauft werden kann). Aber ich bleibe bei meiner Empfehlung: mach erst mal einen Testaufbau, bei dem dir irgendein µC freilaufend 8µs-Pulse im 3ms-Raster erzeugt (das kann praktisch jeder). Und schau dir damit an, ob dir die Lichtstärke ausreicht. Deine Anforderungen sind inzwischen einen Faktor 10 entspannter gegenüber dem Eröffnungsbeitrag. Aber der Duty-Cycle ist immer noch nur 0,2%. Und auch Blitz-LEDs sind nur begrenzt übersteuerbar.
Als Led würde ich versuchen eine LE UW S2WP von OSRAM zu bekommen. - 4 Chips - Nennstrom pro Chip 1,4 A, max 5 A in dieser Anwendung kann man den Chip voll ausreizen und mit 5A bestromen. Allerdings ist es nicht trivial einen kurzen Puls mit 5A und ca. 16V zu erzeugen. Aber nicht unmöglich. Die LED gibts bei Aliexpress. Es ist jedoch unklar welches Binning man bekommt.
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Anfenger schrieb: > Mit der Bitte um Rückmeldung Ich habe mir ein wunderschönes Stroboskop gebaut, das im wesentlichen auf einer ATxmega MCU basiert. Die einzelnen Funktionsblöcke sind: 1. Eine DDS-Synthese, die ein Sinus-Signal erzeugt und über den DAC der MCU ausgibt. 2. Ein externes SC-Tiefpassfilter, dessen Takt entsprechend der Frequenz des DDS-Signals nachgeführt wird, sorgt dafür, dass die Oberschwingungen des Sinus hinreichend hochfrequent werden und so durch passive RC-Filter eliminiert werden können. 3. Einer der beiden Komparatoren der MCU wandelt den Sinus in ein Rechteck und erzeugt bei jeder steigenden Flanke ein Event-Signal. 4. Der Event triggert einen Timer, der sich im Single-Shot-Modus befindet und so einen definierten Puls erzeugt. Bei 32 MHz wäre also die kürzeste Pulsdauer 31µs. Realisiert habe ich jedoch nur min. 1% der Signalperiode, was m.E. ausreichend ist. 5. Ein GPS-TCXO mit 16,368 MHz speist den Takteeingang der MCU. Deren PLL verdoppelt den Takt und stellt ihn als Basis für die DDS-Synthese und den Timer zur Verfügung. Bilder des in zwei Versionen aufgebauten Geräts gibts auf meiner Homepage: https://www.dr-bosch.com/elektronik_messgeraete.php Mit einem externen D-Flipflop (oder einer MCU mit XCL-Modul) und den eventgesteuerten Zählern kann man auch wunderbar einen reziproken Frequenzzähler bauen, dessen zeitkritische Operationen in Hardware durch das Eventsystem der MCU gesteuert werden. Merke, nicht immer ist eine extrem hoch-getaktete 32-Bit-CPU erforderlich. Etwas Hirnschmalz und geniale Hardwarebaugruppen funktionieren meist genauso gut :-) Grüßle Volker P.S.: Es verwundert mich wirklich, dass sich hier kaum jemand mit dem Eventsystem der xmega-, tiny0/1- oder mega0-Familien beschäftigt...
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> Gibt es schnelle Zähler Ic's mit Takt und Triggereingang, wo das letzte > Zählergebnis abgreifbar ist, während eine aktuelle Zählung läuft. Es gibt nichts, was mit TTL nicht geht. (PLD FPGA usw wurde auch genannt, selbst das ist hier nichtmal nötig) Du musst dir überlegen, wie fein die Auflösung sein muss. (PIC24/33 auch schon genannt)
Schau dir mal das Datenblatt und Reference Manual vom STM32F334 an, denn der hat einen besonders schnellen Timer: "The high-resolution timer (HRTIM1) allows generating digital signals with high-accuracy timings, such as PWM or phase-shifted pulses. HRTIM1 timer is made of a digital kernel clocked at 144 MHz followed by delay lines. Delay lines with closed loop control guarantee a 217 ps resolution whatever the voltage, temperature or chip-to-chip manufacturing process deviation. The high-resolution is available on the 10 outputs in all operating modes: variable duty cycle, variable frequency, and constant ON time."
Hallo zusammen, nochmals vielen Dank für Eure konstruktiven Beiträge. Ich habe gelernt, das bei zu langer Belichtungszeit, das Objekt unscharf wird, deshalb die begrenzung auf 8µs bei 1 Winkelgrad bei 20.000 U/min. Bei kleineren Drehzahlen natürlich entsprechend länger. Eine genaue untersuchung des Drehverhaltens der Welle, als auch weiterer Komponenten ist mir wichtig, da ich davon ausgehe, das die Welle auch bei höheren Drehzahlen unterschiedliche Drehwinkelgeschwindigkeiten aufweisen kann. Achim S. schrieb: > Deine Anforderungen sind inzwischen einen Faktor > 10 entspannter gegenüber dem Eröffnungsbeitrag. Aber der Duty-Cycle ist > immer noch nur 0,2%. Und auch Blitz-LEDs sind nur begrenzt > übersteuerbar. Ich habe hierzu noch ein Verständnisproblem zum Duty-Cycle: ich gehe davon aus, das die Bestromungszeit, von mir gewählte Pulszeit, nicht ausreicht um die Led zum leuchten zu bringen. Kann ich die Led auch mit einer kleinen Spannung vorsteuern, so das diese noch kein oder wenig Licht emittiert und mit dem Spannungspuls den benötigten Strom hinzuschalten ? Mit der Bitte um Rückmeldung Gruß Klaus
Anfenger schrieb: > Ich habe hierzu noch ein Verständnisproblem zum Duty-Cycle: > ich gehe davon aus, das die Bestromungszeit, von mir gewählte Pulszeit, > nicht ausreicht um die Led zum leuchten zu bringen. Nein, das ist nicht das eigentliche Problem. Wenn du eine entsprechend schnelle Stromquelle realisierst, dann leuchtet die LED auch schnell. Das Problem ist, dass die gesamte Lichtenergie das Integral der Lichtleistung über die Zeit ist. Und wenn die LED nur eine kurze Zeit an ist, dann ist die gesamte verfügbare Lichtenergie auch gering.
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