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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Geschwindigkeitsmessung - Integrall


Autor: Garry Weber (garryweber)
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Hallo Leute,

ich habe mir immer schon so ein Geschwindigkeitsmesser wie im Cockpit 
eines Jets gewünscht. Das Konzept sieht folgendermaßen aus:

Wir haben ein Gewicht mit der Masse m. Dieser ist beidseitig an eine 
jeweils gespannte Feder befestigt. Wenn nun eine Beschleunigung 
vorliegt, so wird diese Masse ausgelenkt. Sie hat einen Taster auf der 
einen Seite. Da durch diese Masse Strom geleitet wird, verändert sich 
durch die Auslenkung des Gewichts der induzierte Widerstand (also der 
Widerstand, der von der Länge des Stromleuters abhängig ist). Das soll 
der AVR auswerten und von der Beschleunigung eine Aufleitung zur 
GEschwindigkeit machen.

Wie findet ihr den Konzept? Schafft das ein 8-bit AVR, die Daten 
aufzunehmen, aufleitung zu bilden und auf ein LCD Display auszugeben?

Das soll mein erstes AVR Projekt sein....hmm...

Garry

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Der AVR schafft das spielend. Integrieren ist in diesem Fall ja nichts 
anderes als aufaddieren.
In der Theorie mag das funktionieren, mit der Geschwindigkeit hat das 
Ergebnis in der Praxis nur leider wenig zu tun.

Autor: Gast (Gast)
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Dafür gibts bereits Beschleunigungssensoren.

Autor: I_ H. (i_h)
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Das wird so nix. Beschreib erstmal was für eine 
Geschwindigkeitsanzeige du willst, in 'nem Cockpit gibt's davon 'ne 
Menge verschiedene und alle sind anders.
Für mich klingt das aber eher danach als wolltest du ein System 
nachbauen (INS, also Trägheitsnavigation), und keine Anzeige. Wenn das 
dein Anliegen ist - vergiss es.
Das INS arbeitet mit Gyros, das sind superfein ausgewuchtete, 
temperaturkompensierte Kreisel die mit ~10krpm glaub im Vakuum rotieren 
und darüber Beschleunigungen sehr genau erfassen können. Das System muss 
vor jedem Start neu abgeglichen werden, und weil das auch noch nicht 
ausreicht gibt es davon 3 Stück an Bord, die synchron laufen. Und im 
Flug wird das System an Funkfeuern abgeglichen.

Autor: Micha (Gast)
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das von Dir beschriebene Prinzip ist übrigens in fast jedem 
Beschleunigungs-Sensor realisiert... (o.k. geht in der Regel nicht über 
den Widerstand sondern Kapazität).

Autor: Johnny Maxwell (Gast)
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> Das INS arbeitet mit Gyros, das sind superfein ausgewuchtete,
> temperaturkompensierte Kreisel die mit ~10krpm glaub im Vakuum rotieren
> und darüber Beschleunigungen sehr genau erfassen können.

Einfacher sind Laserkreisel, da spart man sich die ganze Mechanik.

Autor: I_ H. (i_h)
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Ok, das INS dürfte es schon deutlich länger als Laserkreisel geben, wie 
da aktuell der Stand der Technik ist weis ich net.
Aber es ist halt ein ziemlich großer Aufwand nötig um Genauigkeiten zu 
erreichen die halbwegs mit GPS mithalten können, egal ob nun Laser oder 
mechanisch. Dabei ist INS vom Konzept her auch nix anderes als alle 
Beschleunigungen aufzuintegrieren um daraus die Geschwindigkeit zu 
erhalten, und das dann nochmal für den Weg.

Das Problem ist halt immer der Abgleich. Wenn das System einmal irgendwo 
'ne kleine Beschleunigung auslässt gibt es eine konstante absolute 
Geschwindigkeitsabweichung. Und je öfter das passiert, desto größer die 
Abweichung. Die absolute Wegabweichung wächst dann linear mit der Zeit.
Dabei ist ein Flugzeug noch eine ziemlich erschütterungsfreie Umgebung.

Autor: Garry Weber (garryweber)
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ne...ich meinte das mit den beschleunigungssensoren. gyroskope sind da 
fehl am platz. Indem eine Beschleunigung vorliegt, wird diese ermittelt 
und dann die geschwindigkeit

v= int[a(dt)]+v(t-dt)

In dem man die Geschwindigkeit v(t-dt) im Zwischenspeicher speichert, 
kann man sie ja dann aufrufen. dt wird festgelegt....

sowas meine ich. das wäre doch die genauste Messung von geschwindgkeit? 
die ja nicht von wind und wetter wie bei den venturirohren an fliegern 
abhängig sind?

aber stimmt, in diesem sensor kann ja auch Reibung auftreten...hmm..

Ich muss mich mal in die Thematik des AVR Programmierens und schaltens 
mehr einlesen. Anwenden könnte ich es ja dann darauf ;)

Garry

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Reibung ist kaum ein Problem, aber überleg mal was passiert wenn du den 
Berg hochfährst. Dann zeigt dier das Teil eine konstante Beschleunigung 
nach hinten an, obwohl das Auto schon lange steht...

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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I_ H. wrote:

> 'ne kleine Beschleunigung auslässt gibt es eine konstante absolute
> Geschwindigkeitsabweichung. Und je öfter das passiert, desto größer die
> Abweichung. Die absolute Wegabweichung wächst dann linear mit der Zeit.

Die Wegabweichung wächst quadratisch mit der Zeit.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Garry Weber wrote:
> ne...ich meinte das mit den beschleunigungssensoren. gyroskope sind da
> fehl am platz. Indem eine Beschleunigung vorliegt, wird diese ermittelt
> und dann die geschwindigkeit
>
> v= int[a(dt)]+v(t-dt)
>
> In dem man die Geschwindigkeit v(t-dt) im Zwischenspeicher speichert,
> kann man sie ja dann aufrufen. dt wird festgelegt....
>
> sowas meine ich. das wäre doch die genauste Messung von geschwindgkeit?

Aber nur dann wenn
* du keinerlei Rauschen im System hast
* zu jedem Zeitpunkt exakt deine Lage im Raum kennst.
  (Geschwindigkeit ist ja ein Vektor und kein Skalar)
* dein Beschleunigungsmesser auch nicht das kleinste Quentchen
  Beschleunigung unter den Tisch fallen lässt.

Autor: I_ H. (i_h)
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Ein Gyroskop ist genau das was du willst. Rate mal was ein Kreisel macht 
auf den eine konstante Beschleunigung wirkt... nimm mal einen laufenden 
80mm Lüfter in die Hand und probier's aus, du wirst überrascht sein ;)

Dein Problem ist, das das so ohne weiteres nicht realisierbar ist. Das 
aufzubauen ist überhauptkein Problem, auf dem Steckbrett ist das in 
unter 5 Minuten gemacht.
Die Abweichung von der Realität wird aber nicht nur ein Faktor sein, 
sondern eine Größenordnung. Es nutzt dir halt wenig wenn du sagen kannst 
die Geschwingigkeit beträgt jetzt 20km/h mal/durch Faktor 10 (also 
letztendlich 2..200km/h).

Und falls es dir noch nicht klar geworden sein sollte - Fehler 
integrierst du auch auf. Das heist, das das Ding regelmäßig abgeglichen 
werden muss.


Um in das Thema Mikrocontroller einzusteigen ist das ein absolut 
untaugliches Beispiel, weil nicht realisierbar.

@Karl heinz Buchegger (kbuchegg)

Wenn die Geschwindigkeit konstant abweicht, wächst die vom Weg linear 
(und das war oben die Vorraussetzung). Wenn die Geschwindigkeit linear 
mit der Zeit abweicht (was viel eher der Realität entspricht) hast du 
natürlich recht.

Autor: 6640 (Gast)
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>Dabei ist ein Flugzeug noch eine ziemlich erschütterungsfreie Umgebung.

Das mag stimmen wenn man's mit einem Auto im Gelaende vergleicht. Sonst 
leider ueberhaupt nicht. Zugegeben eine 747 ist etwas traeger wie eine 
Piper in der Thermik

Autor: Garry Weber (garryweber)
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ok, das mit berg habe ich nicht durchdacht. hmm...

Autor: Mr K. (mrk)
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Karl heinz Buchegger wrote:
>...
> Aber nur dann wenn
> * du keinerlei Rauschen im System hast
> * zu jedem Zeitpunkt exakt deine Lage im Raum kennst.
>   (Geschwindigkeit ist ja ein Vektor und kein Skalar)

bei einem Auto ist man ja nur an der v_x Komponnente interessiert. Für 
den Fahrer wäre ja fatal wenn v_z >> 0 oder/und v_y >> 0

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Mr K. wrote:
> Karl heinz Buchegger wrote:
>>...
>> Aber nur dann wenn
>> * du keinerlei Rauschen im System hast
>> * zu jedem Zeitpunkt exakt deine Lage im Raum kennst.
>>   (Geschwindigkeit ist ja ein Vektor und kein Skalar)
>
> bei einem Auto ist man ja nur an der v_x Komponnente interessiert. Für
> den Fahrer wäre ja fatal wenn v_z >> 0 oder/und v_y >> 0


Ach. Dann fährst du weder Kurven bzw. beschränkst dich
auf Norddeutschland bzw. Holland?

Komm du mir mal in die Alpen. Da zeig ich dir wie schnell
man ein v_x, v_y bzw. v_z haben kann :-)

Autor: Mr K. (mrk)
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Karl heinz Buchegger wrote:
> Mr K. wrote:
>> Karl heinz Buchegger wrote:
>>>...
>>> Aber nur dann wenn
>>> * du keinerlei Rauschen im System hast
>>> * zu jedem Zeitpunkt exakt deine Lage im Raum kennst.
>>>   (Geschwindigkeit ist ja ein Vektor und kein Skalar)
>>
>> bei einem Auto ist man ja nur an der v_x Komponnente interessiert. Für
>> den Fahrer wäre ja fatal wenn v_z >> 0 oder/und v_y >> 0
>
>
> Ach. Dann fährst du weder Kurven bzw. beschränkst dich
> auf Norddeutschland bzw. Holland?
>
> Komm du mir mal in die Alpen. Da zeig ich dir wie schnell
> man ein v_x, v_y bzw. v_z haben kann :-)

v_x und v_y kann man auch bei uns schnell haben aber beim v_z wirst du 
mich auf jeden fall übertreffen :-)
ich bezweifele kaum das die österreichische Autos anders gebaut werden 
als in DE aber bei uns zeigen die Autos die Geschwindigkeit nur in eine 
Dimension und außerdem bezweifele ich sehr das die Analogen Tachos über 
vektor arithmetik verfügen.
Ich habe gesagt man ist nur an eine Komponente interessiert und nicht 
das es nur eine Komponente existiert
den Operator ">>" bzw "<<" verwenden wir in der Physik für viel 
größer/kleiner und nicht nur größer/kleiner. eigentlich wäre 
korrekter: v_y>>v_x bzw. v_z>>v_x

Autor: Unbekannter (Gast)
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> die ja nicht von wind und wetter wie bei den venturirohren an
> fliegern abhängig sind?

Die Geschwindigkeit relativ zur Luft wird im Flieger nicht mit einer 
"Venturidüse" oder so gemessen, sondern mit einem ganz normalen Staurohr 
der Gesamtdruck, der die Summe aus statischem und Staudruck ist. 
Gleichzeitig geht an den Fahrtmesser noch der rein statische Luftdruck, 
der mechanisch vom Gesamtdruck abgezogen wird, und schon bleibt der 
Staudruck alleine übrig, der übrigens quadratisch von der 
Geschwindigkeit abhängt.


> Zugegeben eine 747 ist etwas traeger wie eine Piper in der Thermik

Naja, mit einer Piper gondelt man ja auch nicht in der Thermik rum. Wenn 
Du in der Thermik fliegen willst, flieg mal in einem Duo-Discus, oder in 
einer ASH-25 mit...

Aber wenn man wissen will, was dynamisches FLiegen ist, empfehle ich 
immer noch eine MDM-1 Fox... ;-)

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Mr K. wrote:

> Dimension und außerdem bezweifele ich sehr das die Analogen Tachos über
> vektor arithmetik verfügen.

Analoge Tachos messen aber auch nicht die Beschleunigung.

Autor: Mr K. (mrk)
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> Analoge Tachos messen aber auch nicht die Beschleunigung.

habe ich auch nicht behauptet.

Autor: Analog (Gast)
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Cool. Mr.K. hat den Raum zweidimensional gemacht. Dann fällt mir das 
Treppensteigen jetzt leichter.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Mr K. wrote:
>> Analoge Tachos messen aber auch nicht die Beschleunigung.
>
> habe ich auch nicht behauptet.

Warum vergleichst du dann die beiden Messmethoden?
Du wendest Wissen aus einer Messmethode auf eine
andere Messmethode an, einzig und alleine aus dem Grund,
weil hinten dieselbe Größe rauskommt (der Betrag des Vektors).

Aber im Grunde spielt diese 'Streiterei' über ein Detail der
Messung auch keine Rolle. Die anderen Details genügen vollauf,
der Geschwindigkeitsmessung mittels Integration der Beschleunigungen
durch Hobbymittel den Garaus zu machen. Für kurzzeitige Messungen
mag es gehen, aber für praktische Zwecke auf einer Überlandfahrt
könnte man die Geschwindigkeiten genausogut würfeln.

Autor: Walter (Gast)
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>Ein Gyroskop ist genau das was du willst. Rate mal was ein Kreisel macht
>auf den eine konstante Beschleunigung wirkt... nimm mal einen laufenden
>80mm Lüfter in die Hand und probier's aus, du wirst überrascht sein ;)

Dann sag mir doch mal was ein Kreisel macht
auf den eine konstante Beschleunigung wirkt...

Autor: Mr K. (mrk)
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ach, ich gebe auf. ich will nicht dazu beitragen das dieser Thread genau 
so ein Streitthread wird wie die anderen.

Autor: Garry Weber (garryweber)
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naja, auf jeden fall wird das mit den bergen etwas kompliziert. hm....

Autor: I_ H. (i_h)
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Walter wrote:
>>Ein Gyroskop ist genau das was du willst. Rate mal was ein Kreisel macht
>>auf den eine konstante Beschleunigung wirkt... nimm mal einen laufenden
>>80mm Lüfter in die Hand und probier's aus, du wirst überrascht sein ;)
>
> Dann sag mir doch mal was ein Kreisel macht
> auf den eine konstante Beschleunigung wirkt...

Es wirkt eine Kraft drauf ;).

http://de.wikipedia.org/wiki/Kreisel - noch nie gefragt wieso so'n Ding 
nicht einfach umkippt?

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