Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Windrichtungserkennung mit Hall Sensor


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von Wolfram F. (mega-hz)


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Hallo,

ich möchte für mein Windrad einen dezentralen Windrichtungsmesser bauen.
Dieser soll schnell schwankende Richtungsänderungen per Software 
ausmitteln damit sich das Windrad nicht wie bei klassischer Fahne zur 
Drehung ständig hin und her bewegt. Dazu würde ich einen Zahnkranz und 
einen Getriebemotor an dieses anbringen.
Der Windrichtungs-Sensor soll 36 Hall-Sensoren und eine drehbare Scheibe 
mit einem Magneten bekommen um die 'Richtung zu erkennen.
Nun meine Frage: können Hall-Sensoren auch einen "stehenden" Magneten 
erkennen oder nur bewgte Magneten?
Wenn so ein Hall Sensor (z.B. SI7211-B-00-IVR) ein stehendes Magnetfeld 
erkennt, würde ich eine PCB mit 36 Sensoren erstellen die mittels 
analog-Multiplexern dann von einem Controller ausgelesen werden und 
somit die grobe Windrichtung liefern.
An optische erkennung mittel reflex-Lichtschranken habe ich auch schon 
gedacht, jedoch gefällt mir es nicht, wenn sich Insekten oder Spinnen da 
breit machen würden...
Oder hat jemand noch eine bessere Idee?

von spess53 (Gast)


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Hi

Dann bau doch so etwas:

https://www.dl1glh.de/ultraschall-anemometer.html

MfG Spess

von Wolfgang (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Der Windrichtungs-Sensor soll 36 Hall-Sensoren und eine drehbare Scheibe
> mit einem Magneten bekommen um die 'Richtung zu erkennen.

Warum nicht einen einzigen Sensor?
TLE493, AS5147 oder wie sie alle heißen
https://www.digikey.de/de/products/filter/positionssensoren-winkel-und-lineare-positionsmessung/549?s=N4IgjCBcpgDA7ANiqAxlAZgQwDYGcBTAGhAHsoBtERATgBZZFkSBmG%2BAVhZZFcQ7AcATLxAswbFiJIdYjFszESaieCAC6JAA4AXKCADKOgE4BLAHYBzEAF8SYABxhk0EOkjZ8xMpTEOHiA6iLP78ovBwdHRqrKHImiC6%2BkZmVrY2NkA

von Wolfram F. (mega-hz)


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> https://www.dl1glh.de/ultraschall-anemometer.html
puhh, was für eine Methode :-)
Nein sowas will ich nicht...

: Bearbeitet durch User
von Wolfram F. (mega-hz)


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Wolfgang schrieb:
> Wolfram F. schrieb:
>> Der Windrichtungs-Sensor soll 36 Hall-Sensoren und eine drehbare Scheibe
>> mit einem Magneten bekommen um die 'Richtung zu erkennen.
>
> Warum nicht einen einzigen Sensor?
> TLE493, AS5147 oder wie sie alle heißen
> 
https://www.digikey.de/de/products/filter/positionssensoren-winkel-und-lineare-positionsmessung/549?s=N4IgjCBcpgDA7ANiqAxlAZgQwDYGcBTAGhAHsoBtERATgBZZFkSBmG%2BAVhZZFcQ7AcATLxAswbFiJIdYjFszESaieCAC6JAA4AXKCADKOgE4BLAHYBzEAF8SYABxhk0EOkjZ8xMpTEOHiA6iLP78ovBwdHRqrKHImiC6%2BkZmVrY2NkA

Der sieht ja super aus!
Wenn ich das richtig verstehe, kann dieser die Richtung des Magneten 
wiedergeben?

von ZF (Gast)


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Das verstehst Du richtig, der Magnet muss sich über dem Gehäuse drehen.

von Wolfram F. (mega-hz)


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oder kann der sogar den Erd-Magnetismus messen?
Ich habe einige ADXL203 noch rumliegen, das sind eigentlich ja 
Beschleunigungsmesser, ob die sich evt. auch dafür eignen würden?

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Ich habe einige ADXL203 noch rumliegen, das sind eigentlich ja
> Beschleunigungsmesser, ob die sich evt. auch dafür eignen würden?

Nicht nur eigentlich - das SIND 2-Achsen Beschleunigungssensoren.

Die Achse bei einer Windfahne steht allerdings eher lotrecht und mit der 
Windrichtung ändert sich dann an der Richtung des Schwerefeldes nichts - 
das steht immer parallel zu der Achse der Windfahne.

von M.A. S. (mse2)


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spess53 schrieb:
> Hi
>
> Dann bau doch so etwas:
>
> https://www.dl1glh.de/ultraschall-anemometer.html
>
> MfG Spess
Das ist ja interessant, vielen Dank für den Link!

von Bauform B. (bauformb)


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Wolfram F. schrieb:
> ...schnell schwankende Richtungsänderungen per Software
> ausmitteln damit sich das Windrad nicht wie bei klassischer Fahne zur
> Drehung ständig hin und her bewegt. Dazu würde ich einen Zahnkranz und
> einen Getriebemotor an dieses anbringen.

Die Sollbruchstelle nicht vergessen, z.B. mit einem Zahnkranz aus dem 
3D-Drucker oder so. Das könnte eine größere Reparatur sparen, wenn der 
Rechner beim nächsten Gewitter abstürzt.

Plattenspieler hatten am Plattenteller eine Wanne mit Silikonöl in die 
ein fest stehendes Paddel eintaucht. Die haben damit die 
Drehzahl-Feineinstellung gemacht. Hier könnte man etwas ähnliches zwecks 
Dämpfung verwenden.

von STK500-Besitzer (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Plattenspieler hatten am Plattenteller eine Wanne mit Silikonöl in die
> ein fest stehendes Paddel eintaucht. Die haben damit die
> Drehzahl-Feineinstellung gemacht. Hier könnte man etwas ähnliches zwecks
> Dämpfung verwenden.

Eine Visco-Kupplung:
https://de.wikipedia.org/wiki/Visco-Kupplung

von Joachim (Gast)


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> ... 36 Hall-Sensoren ...

Mit linearen Hall-Sensoren dürften es erheblich weniger als 36 werden.

von Hans (piaggio)


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Zwei lineare Hallsensoren und ein Magnet genügen.

Das hab ich schon einmal gebastelt. Für meine Zwecke reichte eine 
Auflösung für 12 Richtungen (30°; durch Mittelwertbildung entsprechend 
genauer)
Grundprinzip: Je ein Sensor für die "N-S"- und für die "O-W"-Komponente 
des Magnetfeldes. -Auswertung durch Tabelle oder Winkelfunktionen.

Für Auflösungen/Genauigkeiten im Bereich von wenigen Winkelgraden ist es 
viel einfacher einen fertigen Sensorchip anzuwenden.

von Steve L. (stevel)


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Wolfram F. schrieb:
> ich möchte für mein Windrad einen dezentralen Windrichtungsmesser bauen.
> Dieser soll schnell schwankende Richtungsänderungen per Software
> ausmitteln damit sich das Windrad nicht wie bei klassischer Fahne zur
> Drehung ständig hin und her bewegt. Dazu würde ich einen Zahnkranz und
> einen Getriebemotor an dieses anbringen.
> Der Windrichtungs-Sensor soll 36 Hall-Sensoren und eine drehbare Scheibe
> mit einem Magneten bekommen um die 'Richtung zu erkennen.
> Nun meine Frage: können Hall-Sensoren auch einen "stehenden" Magneten
> erkennen oder nur bewgte Magneten?

Warum nimmst Du keinen Kompasssensor wie z.B. GY-271 (Kompassmodul)? 
Spart den ganzen mechanischen Aufwand mit Magneten etc.
Kann man prima mit ESP, Arduino oder Raspi verwenden.

Steve

von STK500-Besitzer (Gast)


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Hans schrieb:
> Grundprinzip: Je ein Sensor für die "N-S"- und für die "O-W"-Komponente
> des Magnetfeldes. -Auswertung durch Tabelle oder Winkelfunktionen.

Wenn man einen der von Wolfgang genannten verwendet, braucht man nur ein 
IC.
Solange die absolute Ausrichtung nicht interessiert (absolte 
Windrichtung wird nicht ausgewertet), braucht man auch keine 
Nord-Süd-Ausrichtung bestimmen.

von Joachim (Gast)


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Hans schrieb:
> Zwei lineare Hallsensoren und ein Magnet genügen.
>
> Das hab ich schon einmal gebastelt. Für meine Zwecke reichte eine
> Auflösung für 12 Richtungen (30°; durch Mittelwertbildung entsprechend
> genauer)
> Grundprinzip: Je ein Sensor für die "N-S"- und für die "O-W"-Komponente
> des Magnetfeldes. -Auswertung durch Tabelle oder Winkelfunktionen.
>
> Für Auflösungen/Genauigkeiten im Bereich von wenigen Winkelgraden ist es
> viel einfacher einen fertigen Sensorchip anzuwenden.

Hast Du noch ein Photo vom Aufbau? Dann bitte posten.

von Wolfram F. (mega-hz)


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Steve L. schrieb:

>
> Warum nimmst Du keinen Kompasssensor wie z.B. GY-271 (Kompassmodul)?
> Spart den ganzen mechanischen Aufwand mit Magneten etc.
> Kann man prima mit ESP, Arduino oder Raspi verwenden.
>
> Steve

Das ist wohl die beste Lösung!
Den werd ich mir mal bestellen!
Danke für die Info!!

von Helmut -. (dc3yc)


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Wenn du es mit den Gyro-, Kompass- oder Hallsensoren aufgebaut hast, 
wirst du merken, dass das nicht die beste Idee war. Für mich verwende 
ich beim Windmesser immer noch ein simples 
Leitplastik-360°-Potenziometer. Gibt's z.B. von Bourns und anderen 
Herstellern.

von Wolfram F. (mega-hz)


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Hast du da mal eine Typenbezeichnung?
Und geht das Poti tatsächlich um 360grad ohne Lücke?

von STK500-Besitzer (Gast)


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Helmut -. schrieb:
> dass das nicht die beste Idee war.

Warum? Was sind die Gründe?

von Ludwig (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Steve L. schrieb:
>
>>
>> Warum nimmst Du keinen Kompasssensor wie z.B. GY-271 (Kompassmodul)?
>> Spart den ganzen mechanischen Aufwand mit Magneten etc.
>> Kann man prima mit ESP, Arduino oder Raspi verwenden.
>>
>> Steve
>
> Das ist wohl die beste Lösung!
> Den werd ich mir mal bestellen!
> Danke für die Info!!

Genau - die mechanische Konstroktion wird damit maximal "einfach": Den 
Kompasssensor packst Du direkt auf die Windfahne. Dann brauchst du nur 
noch einen leichtgängigen Schleifring, um Betriebsspannung und 
Ausgangssignal(e) vom/zum Montagemast zu übertragen.

Bitte auch unbedingt Fotos posten!

von Wolfram F. (mega-hz)


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Ludwig schrieb:

> Dann brauchst du nur
> noch einen leichtgängigen Schleifring, um Betriebsspannung und
> Ausgangssignal(e) vom/zum Montagemast zu übertragen.
>
ich würde eher eine Solarzelle montieren und 1-2 18650 Lipos mit 
draufsetzen, Datenübertragung dann per LoRa.
Zusätzlich noch ein Mini Rotor an einem Festplattenmotor als Generator,
wäre ja passend!

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Wolfram F. schrieb:
> können Hall-Sensoren auch einen "stehenden" Magneten erkennen

Ja.

Wolfram F. schrieb:
> Oder hat jemand noch eine bessere Idee?

Mir scheint dein Aufwand übertrieben.

Wenn eine dauerhafte Auswertung sichergestellt werden kann, tun es 2 
Hallsensoren und ein Zahnkranz, wenn man analog kann reicht 
Sinus/Cosinusencoder, oder eben die speziellen Drehsensoren wie AS5132.

Bauform B. schrieb:
> Plattenspieler hatten am Plattenteller eine Wanne mit Silikonöl in die
> ein fest stehendes Paddel eintaucht. Die haben damit die
> Drehzahl-Feineinstellung gemacht

Welche ?

Steve L. schrieb:
> Warum nimmst Du keinen Kompasssensor wie z.B. GY-271 (

Na ja, in der Nähe von Metallmasten hat man schon mal 30 Grad 
Fehlweisung.

von Icke (Gast)


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Warum immer so kompliziert mit Elektrik und so... Die eigentliche 
Anforderung lautet:

Wolfram F. schrieb:
> Dieser soll schnell schwankende Richtungsänderungen [...]
> damit sich das Windrad nicht wie bei klassischer Fahne
> zur Drehung ständig hin und her bewegt.

Das geht ohne Probleme rein mechanisch.

1.) Das Windrad drehbar lagern

2.) Eine Fahne an einem ausreichend langen Arm zur Ausrichtung gegen den 
Wind

3.) Ein Rotationsdämpfer mit der Drehachse koppeln damit es nicht so 
herumzappelt.

So etwas gibt es in den verschiedensten Ausführungen für überschaubares 
Geld zu kaufen, z.B.

https://de.rs-online.com/web/c/konstruktionsmaterialien-und-industrielle-systemteile/vibrationsdampfungs-und-ausgleichkomponenten/drehbare-dampfer/

Kein Hall-Sensor, kein Getriebemotor, keine Steuerung --> keine 
Probleme.

von Wolfgang (Gast)


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Helmut -. schrieb:
> Wenn du es mit den Gyro-, Kompass- oder Hallsensoren aufgebaut hast,
> wirst du merken, dass das nicht die beste Idee war.

Und was für ein Problem hast du damit?

Hast du vielleicht eine ungünstige Form der Windfahne gewählt und bist 
auf die Dämpfung durch das Leitplastik-Poti angewiesen?

von STK500-Besitzer (Gast)


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Icke schrieb:
> Warum immer so kompliziert mit Elektrik und so... Die eigentliche
> Anforderung lautet:

Manche würden halt auch gerne die Windrichtung elektronisch (ohne 
zusätzliche Windfahne) auswerten.

von Wolfgang (Gast)


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Icke schrieb:
> 3.) Ein Rotationsdämpfer mit der Drehachse koppeln damit es nicht so
> herumzappelt.

50000 Zyklen sind bei Herbstwetter nach wieviel Tagen weggenudelt?

von Steve L. (stevel)


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Michael B. schrieb:
> Na ja, in der Nähe von Metallmasten hat man schon mal 30 Grad
> Fehlweisung.

Lässt sich durch Kalibrierung in Software lösen.

von Wolfram F. (mega-hz)


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>Das geht ohne Probleme rein mechanisch.

>1.) Das Windrad drehbar lagern
ist es sowieso
>2.) Eine Fahne an einem ausreichend langen Arm zur Ausrichtung gegen den
>Wind
was wäre ausreichend?
>3.) Ein Rotationsdämpfer mit der Drehachse koppeln damit es nicht so
>herumzappelt.
Und warum wird sowas bei den großen Windrädern nicht gemacht?

Meins hat einen Flügeldurchmesser von 3.60m und wird in 15m Höhe stehen,
da möchte ich nicht das es ständig bei jeder Böhe hin und her wandert.

: Bearbeitet durch User
von Wolfram F. (mega-hz)


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Steve L. schrieb:
>> Na ja, in der Nähe von Metallmasten hat man schon mal 30 Grad
>> Fehlweisung.

wird auf Holz montiert, ca. 10m vom eigentlichen Mast entfernt

: Bearbeitet durch User
von Ludwig (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Ludwig schrieb:
>
>> Dann brauchst du nur
>> noch einen leichtgängigen Schleifring, um Betriebsspannung und
>> Ausgangssignal(e) vom/zum Montagemast zu übertragen.
>>
> ich würde eher eine Solarzelle montieren und 1-2 18650 Lipos mit
> draufsetzen, Datenübertragung dann per LoRa.
> Zusätzlich noch ein Mini Rotor an einem Festplattenmotor als Generator,
> wäre ja passend!

Genau - das macht die Konstruktion noch "vieeeeeeel einfacher"...

von Ludwig (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Steve L. schrieb:
>>> Na ja, in der Nähe von Metallmasten hat man schon mal 30 Grad
>>> Fehlweisung.
>
> wird auf Holz montiert, ca. 10m vom eigentlichen Mast entfernt

So ein Mickymaus-Ausleger mit gerade mal 10m - natürlich auch aus Holz - 
ist ja wirklich ein Klacks. 2-3 amtliche Spax-Schrauben, das hält dann 
schon. Ich hatte das ja immer schon gesagt: Baustatik wird total 
überbewertet!

von Wolfram F. (mega-hz)


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Ludwig schrieb:
> Wolfram F. schrieb:
>> Steve L. schrieb:
>>>> Na ja, in der Nähe von Metallmasten hat man schon mal 30 Grad
>>>> Fehlweisung.
>>
>> wird auf Holz montiert, ca. 10m vom eigentlichen Mast entfernt
>
> So ein Mickymaus-Ausleger mit gerade mal 10m - natürlich auch aus Holz -
> ist ja wirklich ein Klacks. 2-3 amtliche Spax-Schrauben, das hält dann
> schon. Ich hatte das ja immer schon gesagt: Baustatik wird total
> überbewertet!

Quatsch, da hast du wohl sehr viel falsch verstanden!
Der Windrichtungsmesser wird in ca. 10m Entfernung vom eigentlichen 
Windrad-Mast auf einem Holzschuppen montiert, also keine metallischen 
Gegenstände in der Nähe die den Kompass-Sensor beeinflussen würden.

von Icke (Gast)


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Ok - bei der Größe ist eine frei (wenn auch gedämpft) drehende Variante 
wahrscheinlich nicht so gut. Muss es denn sein dass du den 
Windrichtungssensor selber bauen willst? Die gibt es mit einem 
Analogausgang 0-10V bzw. 4-20mA fertig zu kaufen. Das Signal dann mit 
einem kleinen Controller erfassen / mitteln und damit den Rotor passend 
drehen.

Und für die Erfassung der Rotorposition würde ich eine 
Reflexlichtschranken und eine passende Scheibe mit Gray-Codierung 
wählen, dann sind auch die Übergänge kein großes Problem mehr.

Zu meiner Jugend gab es mal eine Wetterstation in der ELO - die hatte 
die Windrichtung mit einer solchen Scheibe erfasst (und mit LED 
dargestellt). Leider habe ich keine Ahnung aus welchem Heft die war...

von STK500-Besitzer (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Quatsch, da hast du wohl sehr viel falsch verstanden!
> Der Windrichtungsmesser wird in ca. 10m Entfernung vom eigentlichen
> Windrad-Mast auf einem Holzschuppen montiert, also keine metallischen
> Gegenstände in der Nähe die den Kompass-Sensor beeinflussen würden.

Dann kann man die Dämpfung auch per Software erledigen.
Das hätte den Vorteil, dann bei die schwachem Wind das Windrad schneller 
in den Wind dedreht werden kann.


Icke schrieb:
> Und für die Erfassung der Rotorposition würde ich eine
> Reflexlichtschranken und eine passende Scheibe mit Gray-Codierung
> wählen, dann sind auch die Übergänge kein großes Problem mehr.

oder per Magnetfeldsensor (weniger Schmutzprobleme).

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Wolfram F. schrieb:
> Hast du da mal eine Typenbezeichnung?
Ein Piher A15-3P kann das.

Und ein APLS RDC80 auch:
https://tech.alpsalpine.com/e/products/detail/RDC803101A/

> Und geht das Poti tatsächlich um 360grad ohne Lücke?
Ja. Im Piher ist eine durchgehende Potibahn mit 3 Abgriffen im 120° 
Winkel drin. Mit geschickter Ansteuerung kann man die absolute Lage 
ermitteln.

Im ALPS wird die Lücke mit 2 um 180° gedrehten Schleifer überbrückt.

von Hans (piaggio)


Angehängte Dateien:

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Joachim schrieb:
> Hast Du noch ein Photo vom Aufbau? Dann bitte posten.

Kein Foto gefunden aber s. Beilage.
Zwei der Hallsensoren sind senkrecht stehend positioniert.
(bei 12 Uhr und bei 3 Uhr)
An der Achse der Windfahne ein kleiner Stabmagagnet.
Auswertung durch 2 x ADC im PIC
Es wurden nur 12 Richtungen ausgewertet und per rs232 (aber 0V / 3V) 
ausgegeben.

von Peter N. (alv)


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spess53 schrieb:
> Dann bau doch so etwas:
>
> https://www.dl1glh.de/ultraschall-anemometer.html

Wie baut man sowas ohne Spezialequipment, wie Windkanal usw.?

von Ludwig (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Quatsch, da hast du wohl sehr viel falsch verstanden!
> Der Windrichtungsmesser wird in ca. 10m Entfernung vom eigentlichen
> Windrad-Mast auf einem Holzschuppen montiert, also keine metallischen
> Gegenstände in der Nähe die den Kompass-Sensor beeinflussen würden.

Ich „wollte“ dich falsch verstehen - um drauf aufmerksam zu machen, in 
welch übertrieben aufwendige Richtung du steuerst. Ganz entgegen dem 
Credo KISS.

Die Windrichtung misst man vorteilhafterweise auf und relativ zur 
„Generatorgondel“ und führt die Gondel so nach, dass der Wind immer von 
vorne kommt.

Dazu eignet sich ein z.B. kleines Hilfs-Windrad, entweder quer zur 
Windrichtung und  anströmbar von beiden Seiten oder ein Rad vom Typ 
„Drehkreuz“ mit Teilabdeckung von vorne. Bei Beiden wertet man 
(vorrangig) die Laufrichtung aus. Das geht im Prinzip mit 2 
Reedkontakten, oder auch optisch, oder oder oder...

Oder man vermeidet die Mechanik und denkt sich was aus mit 2 
(selbst)-beheizten Temperatursensoren, links und rechts einer in 
Windrichtung stehender Trennwand.

Aber macht mal selbst ...

von Helmut -. (dc3yc)


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Wolfram F. schrieb:
> Hast du da mal eine Typenbezeichnung?
> Und geht das Poti tatsächlich um 360grad ohne Lücke?

Eine kleine Lücke ist immer gegeben. Das ist bei mir verbaut:
https://www.mouser.de/datasheet/2/427/model357-1764384.pdf

Aber meine Vorredner haben ja auch Vorschläge gemacht. Verwende die 
Dinger schon seit 20 Jahren in meiner Wetterstation.

Die Lücke hat auch den Vorteil, dass deine Steuerung nicht immer hin- 
und zurück fährt, wenn der Wind genau aus der Richtung kommt, wo der 
Endanschlag des Motors ist.

von Helmut -. (dc3yc)


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Peter N. schrieb:
> spess53 schrieb:
>> Dann bau doch so etwas:
>>
>> https://www.dl1glh.de/ultraschall-anemometer.html
>
> Wie baut man sowas ohne Spezialequipment, wie Windkanal usw.?

Gar nicht. Aber man kann einen "Windkanal des kleinen Mannes" bauen. 
Muss nur lang genug sein, damit wenig Verwirbelungen entstehen.

von Meinereiner (Gast)


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Wer etwas biegen möchte und viel Spaß mit dem Verkäufer: eBay 
304626762588

von Kutte R. (kutte)


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für die Wetterstationen von La Crosse gibt es die Windmesser TX20 mit 
Windfahne. Die Stellung der Windfahne wird über 4 LEDs und eine 
spezielle Lochscheibe ermittelt. Das Prinzip kann man hier erkennen:
https://www.john.geek.nz/2011/07/disassembling-a-la-crosse-tx20-wind-anemometer/
Die Winkelauflösung beträgt 22,5 Grad (360/16). Ist nicht direkt eine 
Profilösung funktioniert aber, da bis auf die Lagerung verschleißfrei, 
bei mir seit vielen Jahren.
Den Windmesser TX20 kann man evtl. als Ersatzteil noch irgendwo kaufen.

von Wolfgang (Gast)


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Kutte R. schrieb:
> Die Stellung der Windfahne wird über 4 LEDs und eine
> spezielle Lochscheibe ermittelt.

Der Code, der mit der Lochscheibe erzeugt wird, ist ein ganz 
gewöhnlicher 4-Bit Gray-Code. Dies ergibt die schon genannte Auflösung 
von 1/16 Vollkreis oder eben die 22.5° (2 naut. Strich).
Wenn man diese Werte bei ausreichenden Fluktuationen der Windrichtung 
zeitlich mittelt, bekommt man damit auch auf eine deutlich höhere 
Auflösung (Erhöhung der Auflösung durch Überabtastung), was für das 
Windrad erstrebenswert ist.

Wolfram F. schrieb:
> Der Windrichtungsmesser wird in ca. 10m Entfernung vom eigentlichen
> Windrad-Mast auf einem Holzschuppen montiert

Bist du sicher, dass der Holzschuppen den Wind nicht lokal ablenkt und 
zu Verwirbelugen führt?

STK500-Besitzer schrieb:
> Das hätte den Vorteil, dann bei die schwachem Wind das Windrad schneller
> in den Wind dedreht werden kann.

Und dann?
Bei schwachem Wind liefert das sowieso keine rechte Leistung - bringt 
also nicht viel.

von STK500-Besitzer (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Bei schwachem Wind liefert das sowieso keine rechte Leistung - bringt
> also nicht viel.

Würde den Wirkungsgrad erhöhen.
Ist aber auch nur eine theoretischer Vorschlag.
Es ging mir und die Dämpfung, da die Ausrichtung des Windrads ja 
elektrisch erfolgen soll.

von Wolfgang (Gast)


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STK500-Besitzer schrieb:
> Würde den Wirkungsgrad erhöhen.

... wohl eher verringern, wenn man den Aufwand für die aktive 
Ausrichtung in der Rechnung berücksichtigt ;-)

von STK500-Besitzer (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> ... wohl eher verringern, wenn man den Aufwand für die aktive
> Ausrichtung in der Rechnung berücksichtigt ;-)
Um die Ausrichtung geht es hier doch ("Kundenanforderung").
Der beste Wirkungsgrad wäre eh, wenn das Ding passiv in den Wind gedreht 
wird.
Dann wäre eine mechanische Dämpfung aber auch ratsam.

Beitrag #7315773 wurde vom Autor gelöscht.
von Wolfram F. (mega-hz)


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Moin Leute,

habe inzwischen das Mini-Windrad zum messen der Windrichtung und der 
Windgeschwindigkeit sogut wie fertig. Zur Verwendung sind ein 
Festplattenmotor zum messen der Geschwindigkeit (noch nicht im Code 
drin) und zum zusätzlichen laden der LiPo Zelle zum Einsatz gekommen. An 
diesem Festplattenmotor ist auch der mit 48cm Durchmesser kleine Rotor 
aus 50er Kanalrohren montiert. Die Berechnung der Flügel erfolgte 
mittels dem RoWi-Tool, (siehe 
https://www.kleinwindanlagen.de/Forum/cf3/topic.php?t=3502 ) sehr zu 
empfehlen um Flügel aus Kanalrohren herzustellen!
Das Ganze ist auf einer CNC-gefrästen 6mm Aluplatte montiert welche 
wiederum auf einem Festplattenmotor drehbar montiert ist. Dieser dient 
aber nur als mechanische Lagerung. (Ja, habe kürzlich etliche alte 
Festplatten geschlachtet :-)  )
Die Flügel sind auch bereits feingewuchtet. Halten bis zu 3000U/min 
problem- und vibrationslos aus. Getestet mit einem 3Phasen Generator auf 
12V direkt auf den Festplattenmotor. Macht ganz schön Wind in der 
Werkstatt! endlich mal alles wieder Staubfrei ;-)

Die PCB ist ein altes Vero-Board, ideal für sowas.
Drauf ist eine 18650 Samsung LiPo Zelle (mit der die Elektronik bereits 
ca. 5-6Tage ohne laden läuft!) , ein Arduino Nano, 2 StepDownwandler 
(1Mhz) für Solarzelle und Wind sowie der GY-271.
Es fehlen noch das 433Mhz LoRa Funkmodul, ein INA3221 Modul zum messen 
der Solarzelle und des Windrad-Generator sowie die "Fahne" am Windrad..
Ich habe auch schon eine kleines Programm zum "mitteln" der Richtung
im Arduino drin, es liefert ca. alle 30Sekunden einen Wert der Richtung.
Das funktioniert schonmal super, Probleme wird es wohl geben, wenn der 
Wind von Norden kommt (=0Grad) und die Richtung sich etwas gegen den 
Uhrzeigersinn
sich dreht, dann wären die gemittelten Werte ja zwischen 0 und 360 Grad, 
oder sehe ich das falsch?
Hier mal der Code:
1
// Windrichtungs Messmodul
2
// 22.01.2023 W.Fischer
3
//
4
// liefert den Azimut in Grad
5
// 0 Grad = Norden
6
// 90 Grad = Osten
7
// 180 Grad = Süden
8
// 270 Grad = Westen
9
// https://de.wikipedia.org/wiki/Azimut
10
// es werden x mal die Richtung gemessen, addiert und 
11
// danach durch x wieder geteilt um den Mittelwert zu erhalten.
12
13
#include <QMC5883LCompass.h>
14
QMC5883LCompass compass;
15
16
void setup() 
17
{
18
  Serial.begin(9600);
19
  compass.init();
20
  compass.setCalibration(-1150, 1665, -1112, 1092, -1230, 1173);
21
  compass.setSmoothing(10,true);  
22
  Serial.println(" Kompass ready");
23
}
24
25
void loop() 
26
{
27
  long a;
28
  int x;
29
  a = 0;
30
  for (x = 0; x < 16384; x++)
31
  {
32
    compass.read();
33
    a += compass.getAzimuth();
34
  }  
35
  a = a / x;
36
  Serial.print(a);
37
  Serial.println(" Grad");
38
}
################################
Wie würdet Ihr das "mitteln" ?
################################
PS: auch wenn manche meinen dies wäre alles viel zu aufwändig, bis jetzt 
hat es viel Spass gemacht und hat ja auch fast nix gekostet!
Schöner wäre natürlich, wenn man das Signal was die großen Windräder als 
Richtung bekommen, "anzapfen" könnte...

: Bearbeitet durch User
von Hans (piaggio)


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Das Problem des Sprunges bei schwankenden N-Richtungen löst sich,
wenn man die einzelnen Messungen als Vektoren addiert und erst die 
Resultierende durch die Anzahl der Messungen dividiert.

von Wolfram F. (mega-hz)


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habe ich das nicht bereits?

von Hans (piaggio)


Lesenswert?

...wenn ja, dann hab ich es übersehen...

von Wolfram F. (mega-hz)


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1
  long a;
2
3
  int x;
4
5
  a = 0;
6
7
  for (x = 0; x < 16384; x++)
8
9
  {
10
11
    compass.read();
12
13
    a += compass.getAzimuth(); <--------
14
15
  }  
16
17
  a = a / x; <----------------
18
19
  Serial.print(a);
20
21
  Serial.println(" Grad");

von Hans (piaggio)


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....kann deinen code nicht sicher analysieren weil ich nur in assembler 
programmiere - aber angenommen es gibt 3 Richtungsmessungen:
0°
0°
350°
Summe = 350  Durchschnitt (:3) ist dann 116,6° und falsch.
Liefert dein Code in so einem Fall ein korrektes Ergebnis?
Ja? -dann ist es OK.

von Wolfram F. (mega-hz)


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nein, wenn ich 16380 mal werte um 0 grad habe und ein paar mal 360 oder 
weniger bekomme, ist der durchschnitt falsch.

von Max M. (ulfkotte_17)


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Ich hätte so gerne die 36 hall sensoren gesehen.
Aber nein, er baut einen popel-kompass ein.
Gleich über dem permanenterregten generator nehm ich an.

Zeig bitte wie das läuft !

von Wolfram F. (mega-hz)


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rechnerisch wohl richtig, aber windmässig falsch

von Wolfram F. (mega-hz)


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Max M. schrieb:
> Ich hätte so gerne die 36 hall sensoren gesehen.
> Aber nein, er baut einen popel-kompass ein.
> Gleich über dem permanenterregten generator nehm ich an.
>
> Zeig bitte wie das läuft !

ist noch nicht montiert, aber in der nähe von dem festplattenmotor 
ändert sich so gut wie nix am kompass signal>! Scheint gut magnetisch 
abgeschirmt zu sein.

von Max M. (ulfkotte_17)


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Hans schrieb:
> 0°
> 0°
> 350°
> Summe = 350  Durchschnitt (:3) ist dann 116,6° und falsch.

Wie würdest du das lösen?

von Wolfram F. (mega-hz)


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Wolfram F. schrieb:
> Max M. schrieb:
>> Ich hätte so gerne die 36 hall sensoren gesehen.
>> Aber nein, er baut einen popel-kompass ein.
>> Gleich über dem permanenterregten generator nehm ich an.
>>
>> Zeig bitte wie das läuft !
>
> ist noch nicht montiert, aber in der nähe von dem festplattenmotor
> ändert sich so gut wie nix am kompass signal>! Scheint gut magnetisch
> abgeschirmt zu sein.

Getestet mit ner Kompass-App auf dem Handy direkt hinter dem 
Festplattenmotor.

von Helmut -. (dc3yc)


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Du musst die einzelnen Messwerte erst so aufbereiten

  wind_raw=get_winddir();
  real[wind_i]=cos((float)(wind_raw/180.0*M_PI));
  imag[wind_i]=sin((float)(wind_raw/180.0*M_PI));

und dann die gespeicherten Werte wieder so umrechnen

  for(int i=0; i<20; i++){
    vect_real+=real[i];
    vect_imag+=imag[i];
  }
  dir_rad=atan2(vect_imag, vect_real);
  wind_dir=(int)(dir_rad/M_PI*180.0);

von Max M. (ulfkotte_17)


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Max M. schrieb:
> Wie würdest du das lösen?

Helmut, dein ansatz ist krass kompliziert.
Aber plausibel.

Ansatz:

Man bildet die differenz zwischen den messungen.
Die differenz normiert man auf -180 .. +180 grad.
1
If (x> 180) x-=360; 
2
If (x<-180) x+=360;
Die normierten differnzen werden aufsummiert und durch anzahle messungen 
geteilt. Das resultat wird zur erstem messung addiert.

: Bearbeitet durch User
von Wolfram F. (mega-hz)


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Helmut -. schrieb:
> Du musst die einzelnen Messwerte erst so aufbereiten
>
>   wind_raw=get_winddir();
>   real[wind_i]=cos((float)(wind_raw/180.0*M_PI));
>   imag[wind_i]=sin((float)(wind_raw/180.0*M_PI));
>
> und dann die gespeicherten Werte wieder so umrechnen
>
>   for(int i=0; i<20; i++){
>     vect_real+=real[i];
>     vect_imag+=imag[i];
>   }
>   dir_rad=atan2(vect_imag, vect_real);
>   wind_dir=(int)(dir_rad/M_PI*180.0);

Verstehe ich noch nicht ganz, was ist
1
*M_PI
 ?

Beitrag #7325072 wurde vom Autor gelöscht.
von Wolfgang (Gast)


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Helmut -. schrieb:
> real[wind_i]=cos((float)(wind_raw/180.0*M_PI));

eher
1
real[wind_i]=cos(((float)wind_raw/180.0*M_PI));

von Wolfgang (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Verstehe ich noch nicht ganz, was ist*M_PI

Umrechnungskonstante π
cos() bzw. sin() erwarten den Winkel im Bogenmaß

von Wolfram F. (mega-hz)


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Wolfgang schrieb:
> Helmut -. schrieb:
>> real[wind_i]=cos((float)(wind_raw/180.0*M_PI));
>
> eher
1
real[wind_i]=cos(((float)wind_raw/180.0*M_PI));

 Aber was ist M_PI?

: Bearbeitet durch User
von Wolfram F. (mega-hz)


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Wolfgang schrieb:
> Wolfram F. schrieb:
>> Verstehe ich noch nicht ganz, was ist*M_PI
>
> Umrechnungskonstante π
> cos() bzw. sin() erwarten den Winkel im Bogenmaß

puhh, ich glaube da habe ich in Mathe gefehlt,
da brauche ich noch Hilfe oder muss mich schlau lesen. Sorry
Was genau macht der Code denn, um Unterschiede zwischen 0 und 360 Grad 
zu differenzieren?

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Was genau macht der Code denn, um Unterschiede zwischen 0 und 360 Grad
> zu differenzieren?

sin() und cos() haben das nicht nötig.
https://de.wikipedia.org/wiki/Sinus_und_Kosinus

von Hans (piaggio)


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Max M. schrieb:
> Hans schrieb:
>> 0°
>> 0°
>> 350°
>> Summe = 350  Durchschnitt (:3) ist dann 116,6° und falsch.
>
> Wie würdest du das lösen?
Ich würde jede Einzelmessung in einen Vektor umrechnen. -in der 
Ausgabeform delta x  und delta y. (x und y mit Vorzeichen f. nach li./re 
bzw. nach oben/unten; -normales Koordinatensystem)
Dann sämtliche x werte addieren und sämtliche y werte addieren.
Das gibt den Summenvektor. Dividiert man den durch die Anzahl der 
Messungen (x dividieren; y dividieren) erhält man den durchschnittlichen 
vektor der die Richtung und Windstärke darstellt.
Mit Phytagoras und Winkelfunktion erhält man dann die gewünschte 
Durchschnittsgeschwindigkeit und die Durchschnittsrichtung.
Skizze zeichnen sollte das grundprinzip klarmachen.

von Wolfgang (Gast)


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Hans schrieb:
> Ich würde jede Einzelmessung in einen Vektor umrechnen. -in der
> Ausgabeform delta x  und delta y.

sin() und cos() SIND die Vektorkomponenten (s.o.)

von Max M. (ulfkotte_17)


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Hans schrieb:
> Ich würde jede Einzelmessung in einen Vektor umrechnen. -in der
> Ausgabeform delta x  und delta y.

Das ist das gleiche wie der Helmut vorgeschlagen hat.
Dazu braucht es pro messung ein sin() und ein cos().

Meine differenzmethode ist einfacher. Aber ungetestet.

: Bearbeitet durch User
von Hans (piaggio)


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Max M. schrieb:
> Hans schrieb:
> Das ist das gleiche wie der Helmut vorgeschlagen hat.
> Dazu braucht es pro messung ein sin() und ein cos().

Ja, ist mir klar - hab versucht das Grundprinzip darzustellen (das man 
sich als graphische Lösung gut vorstellen kann) ohne vielleicht "mit 
Formeln und unbekannten Symbolen" zu verwirren.
(Wenn das mathematische Prinzip verstanden ist, muss man ja nur mehr 
rechnen....)

von Max M. (ulfkotte_17)


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Die differenzmethode sähe mit processing dann so aus:
1
int maxmeas = 4;
2
float[] meas = new float[maxmeas]; ;
3
4
void setup() 
5
{
6
  noLoop();
7
  meas[0] = 10;
8
  meas[1] = 350;
9
  meas[2] = 20;
10
  meas[3] = 40;
11
}
12
13
float dsum;
14
float res;
15
16
void draw() 
17
{
18
  float d;
19
  dsum = 0.0;
20
  for (int i = 1; i < maxmeas; i++) 
21
  {
22
    d = meas[i] - meas[0];
23
    if (d >  180.0) d-=360.0;
24
    if (d < -180.0) d+=360.0;
25
    print(d); print("  ");
26
    dsum += d;
27
  }
28
  println(); 
29
  println(dsum); 
30
  res = meas[0] + (dsum / maxmeas);
31
  print("Result "); 
32
  println(res);  
33
}

Soweit ich das getestet habe läuft das.

: Bearbeitet durch User
von Wolfram F. (mega-hz)


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habe mein Listing mit Deinem Code angepasst, nun bekomme ich Werte von 
-180 bis +180, aber auch da ist ein großer Sprung zwischen -180 und +180 
drin!
1
#include <QMC5883LCompass.h>
2
QMC5883LCompass compass;
3
float dsum;
4
float res;
5
float maxmeas = 40;
6
float meas[40];
7
8
void setup() 
9
{
10
  meas[0] = 10;
11
  meas[1] = 350;
12
  meas[2] = 20;
13
  meas[3] = 40;
14
  Serial.begin(9600);
15
  compass.init();
16
  compass.setCalibration(-1150, 1665, -1112, 1092, -1230, 1173);
17
  compass.setSmoothing(10,true);  
18
  Serial.println(" Kompass ready");
19
}
20
21
void loop() 
22
{
23
  int i;
24
  float d;
25
  dsum = 0.0;
26
  for (i = 1; i < maxmeas; i++)
27
  {
28
    compass.read();
29
    meas[i]= compass.getAzimuth();
30
    d = meas[i] - meas[0];
31
    if (d >  180.0) d-=360.0;
32
    if (d < -180.0) d+=360.0;
33
    Serial.println(d);
34
    dsum += d;
35
  }  
36
  Serial.println(); 
37
  Serial.println(dsum); 
38
  res = meas[0] + (dsum / maxmeas);
39
  Serial.print("Result "); 
40
  Serial.print(res);  
41
  Serial.println(" Grad");
42
}

von Wolfram F. (mega-hz)


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nochmal etwas angepasst:
1
#include <QMC5883LCompass.h>
2
QMC5883LCompass compass;
3
int dsum;
4
int res;
5
int maxmeas = 40;
6
int meas[40];
7
8
void setup() 
9
{
10
  meas[0] = 10;
11
  meas[1] = 350;
12
  meas[2] = 20;
13
  meas[3] = 40;
14
  Serial.begin(9600);
15
  compass.init();
16
  compass.setCalibration(-1150, 1665, -1112, 1092, -1230, 1173);
17
  compass.setSmoothing(10,true);  
18
  Serial.println(" Kompass ready");
19
}
20
21
void loop() 
22
{
23
  int i;
24
  int d;
25
  dsum = 0;
26
  for (i = 1; i < maxmeas; i++)
27
  {
28
    compass.read();
29
    meas[i]= compass.getAzimuth();
30
    d = meas[i] - meas[0];
31
    if (d >  180) d-=360;
32
    if (d < -180) d+=360;
33
    Serial.println(d);
34
    dsum += d;
35
  }  
36
  Serial.println(); 
37
  Serial.println(dsum); 
38
  res = meas[0] + (dsum / maxmeas);
39
  Serial.print("Result "); 
40
  Serial.print(res);  
41
  Serial.println(" Grad");
42
}
Da der Sensor keine Nachkommastellen ausgibt, brauchen wir auch kein 
float...

von Max M. (ulfkotte_17)


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ääähhhhh... das war nicht die idee.
1
  for (i = 1; i < maxmeas; i++)
2
  {
3
    compass.read();
4
    meas[i]= compass.getAzimuth();

So ist besser
1
  compass.read();
2
  meas[3] = meas[2];
3
  meas[2] = meas[1];
4
  meas[1] = meas[0];
5
  meas[0]= compass.getAzimuth();
6
  for (i = 1; i < maxmeas; i++)
7
  {

> da ist ein großer Sprung zwischen -180 und +180
überleg das nochmal.

von Wolfram F. (mega-hz)


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1
void loop() 
2
{
3
  int i;
4
  int d;
5
  dsum = 0;
6
  compass.read();
7
  meas[3] = meas[2];
8
  meas[2] = meas[1];
9
  meas[1] = meas[0];
10
  meas[0]= compass.getAzimuth();
11
  for (i = 1; i < maxmeas; i++)
12
  {
13
    d = meas[i] - meas[0];
14
    if (d >  180) d-=360;
15
    if (d < -180) d+=360;
16
    dsum += d;
17
  }  
18
  res = meas[0] + (dsum / maxmeas);
19
  Serial.print("Result "); 
20
  Serial.print(res);  
21
  Serial.println(" Grad");
22
}

Ahh, ok, sieht schon besser aus, aber es wird nicht genug "geglättet"
Das ganze muss dann wohl nochmals in eine for-schleife um den Mittelwert 
der Richtung zu bekommen. Wenn ich den Sensor drehe sind die Werte 
sofort da.

von Max M. (ulfkotte_17)


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Wolfram F. schrieb:
> es wird nicht genug "geglättet"

Die "meas[x] = meas[x-1];" muttu über die ganze filterlänge machen, bei 
dir also 39 mal. Sonst taugt das nix. Pack das in einen for loop.

------------------------------------

Alternativ auf die meas[] umschichtung verzichten und:

meas[measpt] = compass.getAzimuth();
measpt++;
if (measpt >= maxmeas) measpt = 0;

rest wie gehabt.

: Bearbeitet durch User
von Helmut -. (dc3yc)


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Max M. schrieb:
> Helmut, dein ansatz ist krass kompliziert.
> Aber plausibel.

Das ist nicht krass kompliziert, sondern normale Vektorrechnung. Sin und 
Cos machen Imaginär- und Realteil, welche dann getrennt voneinander 
aufsummiert werden. Dadurch entsteht die Glättung. Das Dividieren durch 
die Anzahl kannst du dir schenken, denn Re und Im sind ja skaliert. Und 
der ATAN2 macht dann die Umwandlung in eine Richtung. Schau dir mal die 
Math.h in C an. Dort ist auch die Konstante Pi definiert, da die 
Funktionen Bogenmaß wollen, ich aber Ein- und Ausgabe in Grad habe. 
Alles keine Hexerei, nur Oberstufenmathematik.

von Max M. (ulfkotte_17)


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Helmut -. schrieb:
> Das ist nicht krass kompliziert

Ok, einigen wir uns auf krass aufwendig.
2 trigo funktionen per sample.

Zuerst wandelt der sensor seine kartesischen werte mit atan in winkel 
um, und dann wandelst du winkel wieder in kartesische zurück, filterst, 
dann nochmal atan. Geil.

: Bearbeitet durch User
von Max M. (ulfkotte_17)


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Das beste wäre eigentlich wenn er die kartesischen sensordaten aus dem 
moduldriver nimmt, diese filtert und dann den atan selber macht.

Müsste man wissen welche sensordriver er verwendet.

von Wolfram F. (mega-hz)


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es ist ein GY-217 mit QMC5883L Chip

Habe das Programm nun zufriedenstellend am Laufen,
es wird nun nur alle 5Sek. aufgerufen , die Werte sind schön gerundet,
getestet mit regelmäßigen hin und her Bewegungen der ganzen Platine.
1
#include <QMC5883LCompass.h>
2
QMC5883LCompass compass;
3
int dsum;
4
int res;
5
int maxmeas = 256;
6
int meas[256];
7
unsigned long previousMillis = 0;
8
void setup() 
9
{
10
  meas[0] = 10;
11
  meas[1] = 350;
12
  meas[2] = 20;
13
  meas[3] = 40;
14
  Serial.begin(9600);
15
  compass.init();
16
  compass.setCalibration(-1150, 1665, -1112, 1092, -1230, 1173);
17
  compass.setSmoothing(10,true);  
18
  Serial.println(" Kompass ready");
19
}
20
21
void loop() 
22
{
23
  unsigned long currentMillis = millis();
24
  if (currentMillis - previousMillis > 5000)
25
  {
26
    previousMillis = currentMillis;
27
    read_compass();
28
  }
29
}
30
31
void read_compass()
32
{
33
  int i;
34
  int d;
35
  dsum = 0;
36
  for (i = 1; i < maxmeas; i++)
37
  {
38
    compass.read();
39
    meas[i] = meas[i-1];
40
    meas[0]= compass.getAzimuth();
41
    d = meas[i] - meas[0];
42
    if (d >  180) d-=360;
43
    if (d < -180) d+=360;
44
    dsum += d;
45
  }  
46
  res = meas[0] + (dsum / maxmeas);
47
  Serial.print("Result "); 
48
  Serial.print(res);  
49
  Serial.println(" Grad");
50
}
Vielen Dank für die Hilfen!

von Max M. (ulfkotte_17)


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Das hier macht keinen sinn.
1
for (i = 1; i < maxmeas; i++)
2
  {
3
    compass.read();
4
    meas[i] = meas[i-1];
5
    meas[0]= compass.getAzimuth();
Du musst pro main loop nur ein mal lesen, 39 mal verschieben, und die 
differenzrechnung kommt später im eigenen for loop.

-------------------------

Die getazimuth sieht so aus:
1
int QMC5883LCompass::getAzimuth(){
2
  int a = atan2( getY(), getX() ) * 180.0 / PI;
3
  return a < 0 ? 360 + a : a;
4
}

Nun könntest du die getY() und getX() rufen, diese separat filtern, und 
dann den atan machen.

Oder:
Du initialisierst die eingebaute smoothing funktion
1
void setSmoothing(byte steps, bool adv);

und bekommst mit getAzimuth() gleich die geglätteten werte.
Die source deines sensor drivers kannst du hier ansehen:
https://github.com/mprograms/QMC5883LCompass/tree/master/src

: Bearbeitet durch User
von Wolfram F. (mega-hz)


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> Oder:
> Du initialisierst die eingebaute smoothing funktion
>
1
> void setSmoothing(byte steps, bool adv);
2
>
>
> und bekommst mit getAzimuth() gleich die geglätteten werte.
ist bereits drin, aber ist noch nicht glatt genug

von Max M. (ulfkotte_17)


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anstatt
compass.setSmoothing(10,true);
das probieren
compass.setSmoothing(10000,true);
?

von Wolfram F. (mega-hz)


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wird denn bei getAzimut auch erneut die Richtung gelesen?
Daher habe ich compass.read mit eingefügt

mit compass.setSmoothing(10000,true); wird es noch ruhiger, perfekt

: Bearbeitet durch User
von Wolfram F. (mega-hz)


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bleibt noch zu wissen/schätzen, wie oft das eigentliche große Windrad 
nun den Daten folgen soll, was macht Sinn?
Zu schnell wie jetzt (alle 5Sek) macht wohl kaum Sinn, vielleicht 
minütlich?
Alle 10min? Die Hauptwindrichtung ändert sich ja auch nur bei Tornados 
sehr schnell

von Wolfram F. (mega-hz)


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Moin moin,
ich bin ein großes Stück weiter und kurz davor, das Mini Windrad mit der 
Elektronik zu montieren!

Heute habe ich das LoRa RA-01 Modul eingebaut und angeschlossen.
Das Programm funktioniert prima und der Akku ist ohne nachladen noch 
immer bei 3.85V ! Dank Sleep-Modus verbraucht die Elektronik ganz wenig.
Tests mit der Reichweite des LoRa Moduls haben nur positives ergeben 
(wie ich aber schon früher festgestellt habe) Selbst wenn die 
Windrad-Elektronik sich beim Nachbarn befindet mit 8 Wänden und 2 
Garagentore in Sichtweite gibt es null fehlerhafte Übertragungen! Ich 
muss dazu sagen, es ist auf jeden Fall empfehlenswert die 433Mhz 
Variante anstatt die 868Mhz zu verwenden! Die 868Mhz Variante ist viel 
mehr anfällig gegen Wände oder sonstige Hindernisse! Je höher die 
Frequenz desto höher die Fehler.
Da wir eine Senioren-WG betreiben, habe ich bereits vor ca. 4Jahren 10 
Handsender und eine Station basierend auf dem 433Mhz LoRa Modul gebaut 
und diese funktionieren im Vergleich zu "kaufbaren" Lösungen fast egal, 
wo sie sich befinden. (innerhalb des Hauses überall, draussen noch in 
etwa 80m)
Die Station empfängt "nebenbei" auch noch die NTP Uhrzeit und zeigt 
diese auf einem TFT Display an. Da ich noch eine Prototyp Variante der 
Station hier in der Werkstatt am laufen habe, habe ich zum testen 
einfach die Uhrzeitdaten mit denen des Windrades getauscht. So sehe ich 
nun auf dem Display die gemittelte Grad Zahl, die Akku Spannung und die 
PV und Windrad Spannung. Daher im Listing auch ein paar Daten die später 
anders aussehen werden. Geplant ist noch ein LoRa-2-Wifi-2-MQTT Wandler, 
so daß ich die Daten auch in HomeAssistant weiterverwenden oder 
kontrollieren kann.

Und nun das aufgeräumte Listing...
(es wurden alle serielle Ausgaben entfernt, die braucht man ja nur zum 
debuggen sowie einige Kommentare auf Deutsch hinzugefügt.)
Vielleicht gibt es ja für den ein oder anderen Anregungen oder 
Lösungen...
1
// Windrichtungs Messmodul
2
// 29.01.2023 W.Fischer
3
//
4
// liefert die Windrichtung in Grad
5
// 0 Grad = Norden
6
// 90 Grad = Osten
7
// 180 Grad = Süden
8
// 270 Grad = Westen
9
// https://de.wikipedia.org/wiki/Azimut
10
// es werden x mal die Richtung gemessen, addiert und 
11
// danach durch x wieder geteilt um den Mittelwert zu erhalten.
12
// an IO2 ist ein 47µF Elko mit 10MOhm Entladewiderstand als Timer für den IRQ verbunden
13
14
#include <SPI.h>
15
#include <LoRa.h>
16
#include <Wire.h>  
17
#include <avr/sleep.h>
18
#include <QMC5883LCompass.h>
19
QMC5883LCompass compass;
20
int keep_ADCSRA;              // ADC Settings sichern
21
unsigned int i;
22
unsigned int ii;
23
int dsum;
24
unsigned int loop_counter;
25
int res;
26
int middle_res;
27
int maxmeas = 50;             // Anzahl der Messungen / Oversampling
28
int meas[50];
29
unsigned long previousMillis = 0;
30
float pv = 0.0;
31
float wind = 0.0;
32
float bat = 0.0;
33
byte localAddress = 199;     // address of this device
34
byte destination = 100;      // destination to send to
35
String outgoing;             // outgoing message
36
String lorasendstring = "*20:00  29.01.2023*";
37
#define LED   4               // Sende-LED, leuchtet in eine Kuppel auf dem Windrad zur optischen Kontrolle    
38
#define SS   10               // LoRa SX1278's CS
39
#define RST   9               // LoRa SX1278's RESET
40
#define DI0   3               // LoRa SX1278's IRQ(Interrupt Request)
41
#define BAND  433E6           // LoRa Frequenz
42
43
void setup() 
44
{
45
  pinMode(LED, OUTPUT);
46
  digitalWrite(LED, LOW);
47
  analogReference(INTERNAL);  // ADC Referenz auf interne 1.1V
48
  keep_ADCSRA = ADCSRA;
49
  loop_counter = 0;
50
  digitalWrite (2, HIGH);     // PullUp einschalten, Timer-Elko aufladen
51
  meas[0] = 10;
52
  meas[1] = 350;
53
  meas[2] = 20;
54
  meas[3] = 40;
55
  compass.init();
56
  compass.setCalibration(-1150, 1665, -1112, 1092, -1230, 1173);
57
  compass.setSmoothing(10000,true);  
58
}
59
60
void loop() 
61
{
62
  unsigned long currentMillis = millis();
63
  if (currentMillis - previousMillis > 5000)
64
  {
65
    previousMillis = currentMillis;
66
    read_voltages();
67
    res = middle_res / loop_counter;
68
    send_LoRa();
69
    middle_res = 0;
70
    loop_counter = 0;
71
    go_sleep();
72
  } 
73
  read_compass();
74
}
75
76
void read_compass()
77
{
78
  int d;
79
  dsum = 0;
80
  for (i = 1; i < maxmeas; i++)
81
  {
82
    compass.read();
83
    meas[i] = meas[i-1];
84
    meas[0] = compass.getAzimuth();
85
    d = meas[i] - meas[0];
86
    if (d >  180) d-=360;
87
    if (d < -180) d+=360;
88
    dsum += d;
89
  }  
90
  res = meas[0] + (dsum / maxmeas);
91
  middle_res += res;
92
  loop_counter++;
93
}
94
95
void go_sleep()
96
{
97
  ADCSRA = 0;  
98
  set_sleep_mode (SLEEP_MODE_PWR_DOWN);  
99
  sleep_enable();
100
  noInterrupts ();
101
  digitalWrite (2, LOW);              // LOW schalten, um geladenen Elko langsam zu entladen
102
  attachInterrupt (0, wake, FALLING);
103
  EIFR = bit (INTF0);  // clear flag for interrupt 0
104
  MCUCR = bit (BODS) | bit (BODSE);
105
  MCUCR = bit (BODS); 
106
  interrupts ();  // one cycle
107
  sleep_cpu ();   // one cycle
108
}
109
110
void wake ()
111
{
112
  sleep_disable();
113
  detachInterrupt (0);                // Interrupt wieder deaktivieren
114
  digitalWrite (2, HIGH);             // PullUp für Elko wieder einschalten
115
  ADCSRA = keep_ADCSRA;               // ADC Settings wiederherstellen
116
  analogRead(A0);                     // dummy read, nach sleep nötig
117
} 
118
119
void send_LoRa()
120
{
121
  if (res >= 0 && res < 361)  // sicherheitshalber den Bereich eingrenzen, falls es beim ausmitteln falsche Werte gibt
122
  {
123
    digitalWrite (LED, HIGH);         // Sende LED einschalten
124
    SPI.begin(); //SCK,MISO,MOSI,SS);
125
    LoRa.begin(BAND);
126
    LoRa.setPins(SS,RST,DI0);
127
    LoRa.setTxPower(20);              // 2 - 20  Sendeleistung einstellen
128
    LoRa.enableCrc();                 // Prüfsumme einschalten
129
    LoRa.setSpreadingFactor(9);       // 6 - 12
130
    LoRa.setSignalBandwidth(125E3);   // Bandbreite einstellen
131
    LoRa.setFrequency(433000000-3250);// Feintuning der Sende-/Empfangsfrequenz
132
    outgoing = "UHRZEIT";             // Kennwort für Empfangsstation (vorübergehend) 
133
    lorasendstring = "*" + String(res) + " " + String(bat) + " " + String(pv) + " " + String(wind) + "*";
134
    LoRa.beginPacket();
135
    LoRa.write(destination);          // Empfänger Adresse (z.Z. noch Station)
136
    LoRa.write(localAddress);         // Sender Adresse (Dieser Sender)
137
    LoRa.write(outgoing.length());    // Länge von "outgoing" senden
138
    LoRa.print(outgoing);             // Kennwort zur Station senden
139
    LoRa.print(lorasendstring);       // String mit Grad, Bat/PV/Wind Volt senden         
140
    LoRa.endPacket();                 // Paket beenden und senden
141
    LoRa.end();                       // LoRa beenden um Strom zu sparen
142
    SPI.end();                        // SPI beenden um Strom zu sparen
143
    digitalWrite (LED, LOW);          // Sende-LED ausschalten
144
  }
145
}
146
147
void read_voltages()
148
{
149
  bat = 0.0;
150
  pv = 0.0;
151
  wind = 0.0;
152
  
153
  for (ii = 0; ii < 10; ii++)
154
  {
155
    bat += analogRead(A0);
156
    delay(50);
157
    pv += analogRead(A1);
158
    delay(50);
159
    wind += analogRead(A2);
160
    delay(50);
161
  }
162
  ii = bat / 10;
163
  bat = map(ii, 0, 1023, 0 , 1694)/100.00;
164
  ii = pv / 10;
165
  pv = map(ii, 0, 1023, 0 , 1694)/100.00;
166
  ii = wind / 10;
167
  wind = map(ii, 0, 1023, 0 , 1694)/100.00;
168
}

Was ich noch suche:
Gibt es irgendwas was man gut als Drehantrieb für das große Windrad 
nehmen könnte? Ein Getriebemotor mit Schneckenantrieb habe ich bereits, 
aber wo bekommt man ein großes ca. 250mm dm Zahnrad oder Zahnriemenrad 
her?
Wenn es sowas nicht gibt, muss ich es wohl selber fräsen.

Schönen Abend noch,
Gruß, Wolfram















´

von Ludwig (Gast)


Lesenswert?

Wolfram F. schrieb:
> Moin moin,
> ich bin ein großes Stück weiter und kurz davor, das Mini Windrad mit der
> Elektronik zu montieren!

Ja - so kann man das auch machen...
[viel mehr oder weniger unnützen Programmcode gelöscht ...]

Eigentlich setzt man eine Windfahne AUF die Generatorgondel. Also auf 
das Teil, das man eigentlich in Windrichtung ausrichten will.

Die Windfahne muss dann nur noch entscheiden, ob sie von rechts oder 
links angeströmt wird. Entsprechend dreht man die Gondel in die richtige 
Richtung: Bei Meldung "Wind von rechts" dreht man nach rechts, und vice 
versa.

Und voilà, das Windrad dreht in den Wind, ganz egal wo dieser im Moment 
her kommt. Und das Ganze ohne SINUS, COSINUS, ATAN2 und so'n Quatsch.

Entsprechendes Equipment (oft rein mechanisch - und hält trotzdem 
tonnenschwere Schiffe auf Kurs) ist seit mindesten 100 Jahren auf 
Segelyachten verbaut: 
https://img.nauticexpo.de/images_ne/photo-mg/22019-235407.jpg

Hier die Version mit Hilfspropeller und landgestützt: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Windrichtungsnachf%C3%BChrung

Aber das hatte meine Namenvetter (HI BRO!) vor Wochen schon 
vorgeschlagen:
Beitrag "Re: Windrichtungserkennung mit Hall Sensor"

von Willy L. (sabberlotte)


Lesenswert?

Wolfram F. schrieb:
> aber wo bekommt man ein großes ca. 250mm dm Zahnrad oder Zahnriemenrad
> her?

z.B.
[[https://www.maedler.de/product/1643/1618/1034/2739/stirnzahnraeder-aus-polyketon-modul-25]]

Kette wäre kostengünstiger.

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