Datenerfassung

[jb79]

Um die Drehzahl des Rotors zu erfassen fallen mir prinzipiell 2 Methoden ein:
1.) Magnete anbringen, je mehr Magnete desto genauer wird die Drehzahlerfassung bei niedrigen Umdrehungszahlen bzw. desto geringer kann man auch die Meßdauer machen.
2.) Generatorspannung auswerten mit einer Diode, einem (eventuell abhängig von der Eingangsspannung abhängig schaltbaren) Spannungsteiler und einem Schwellwertschalter a la CD4093 oder einem anderen CMOS Baustein.

Die Idee mit mehreren Magneten hatte ich beim Lesen dieses Threads.
Würde da sagen wir mal 10 Magneten einsetzen, damit hat man schon bei 20Umdrehungen/Min => 0,3U/s schon 3 Impulse in der Sekunde, bei nur 1 Magnet müßte man ein Meßintervall von 3s für nur einen Impuls haben. 3 Impulse/s sind außerdem schon viel genauer für die Erfassung. hier gilt: Je mehr desto besser, allerdings kosten auch Magnete Geld und wenn mal einer abfällt stimmt die Messung natürlich nicht mehr.

Die andere Idee die ich da verfolge geht über die Spannungen, die vom Gleichrichter kommen. Wenn man die über einen Schmitt-Trigger (z.B. 4093-er Baustein) schickt wird aus der pulsierenden Gleichspannunge ein Rechteckimpuls, dessen Frequenz genau die Frequenz bzw. Drehzahl vom Generator und damit des Windrades hat. Man kann nun diese Impulse zählen (macht bei sehr hohen Drehzahlen >1000min/min Sinn), oder man mißt die Periodenlänge von einem Impuls zum anderen und erhält die Frequenz bzw. damit auch die Drehzahl als Kehrwert dieser Zeit.

[Bernd]

Ich bin auch ein Fan von der Idee die im Generator entstehende Frequenz zur Bestimmung der
Drehzahl zu verwenden, zwei Gründe sprechen dafür.
Zu einem muss man bei Verwendung mehrerer Magnete diese äusserst präzise auf dem Radius
verteilen und auch deren Abstand vom Sensor muss immer super genau der gleiche sein, sonst
ergeben sich wieder Fehlmessungen weil ein oder mehrere Sensoren zu früh oder zu spät auf den
Magneten reagieren. Der zweite Grund ist pragmatischer Natur, es entfallen schlicht alle
Sensormagneten und die oben genannte Problematik derer genauen Verteilung.

Grüsse

Bernd

[jb79]

So bin wieder ein paar Stunden am PC gesessen und hab mich geärgert, weil die zweite Displayzeile nur erreichbar war, wenn man das Display praktisch mit Zeichen überflutet hat.
Nach einer Viertelstunde googeln hatte ich dann aber letztendlich die richtige Seite wo die exakte Positionierung des Cursors beschrieben wurde.
Nachdem ich meine schon bestehende "Analog-Eingang Auslese" Assembler-Files mit den "LCD-Display Anzeige- und Tastaturauslese" Assembler Files gekreuzt hatte (die Tastatur mit 0-9 und */# bekomm ich wohl morgen oder nächste Woche) und damit ein erstmal funktionierendes Ausgabescript geschnitzt habe stehe ich nun an einem Punkt, ab dem es wohl etwas schleppend gehen wird.

Die Werte, die vom Analog-Digitalwandler kommen müssen nämlich noch von derzeit einem einzelnen, auf dem Display einstelligen Zeichen (entspricht einem hexadezimalen Code von 00h-FFh), also dem "normalen" Ascii Zeichensatz in einen echten Wert umgewandelt werden, der dann in mehreren Stellen (z.B. 3,45V oder 870mA) im Display landet. Das Ganze funktioniert nur mit komplizierten Rechnungen die in Assembler schwierig zu programmieren sind. Zum Glück hat das schon der Hersteller (Microchip) mit einer Library für Otto Normalverbraucher erledigt, in die ich mich aber erstmal einarbeiten muß (keine Ahnung, welchen Input und Output das Ding haben will). PICs können nämlich leider nicht direkt multiplizieren oder dividieren, nur Addition und Subtraktion und das nur mit 8Bit, sowie diverse Bitverschiebe und Bitumdrehbefehle sind serienmäig drinnen. Die vorher erwähnte Library ermöglicht z.B. Gleitkommazahlenberechnungen die im Endeffekt auf den ganz primitiven Befehlen basieren.

Am Bild ist der aktuelle Stand zu sehen, links oben der PIC, rechts daneben die 4 Potis mit den Analogwerten und darunter das Display, auf dem richtige Zahlen zu stehen scheinen.
Leider hab ich dafür einfach nur die Potis entsprechend einstellen müssen Normalerweise kommt dort vom Schrägstrich bis zu irgendwelchen Zeichen, von deren Existenz ich bis heute nie was gehört oder gesehen habe alles mögliche.
Drückt mir also mal die Daumen, daß ich nächste Woche die Library soweit behirnt habe, daß ich irgendwie brauchbare Zahlen aufs Display kriege.

[jb79]

So hab gestern auch noch die kleinen Tastaturen bebekommen (0-9, *, #), und dafür gleich eine Schaltung gebaut, die mit einem Testprogramm auch die entsprechenden Zahlen aufs Display gezaubert hat. Bin immer noch am Studieren der Libraries, aber irgendwann hab ichs.

[Menelaos]

*staun*

[jb79]

So besonders ist das Ganze eigentlich nicht, zumal ich das meiste eigentlich aus Codeschnipseln zusammengeschustert habe Dazu kommen dann noch ein paar selbstgeschriebene Unterprogramme (natürlich alles in Assembler), perfekt ist es aber lange noch nicht, allerdings funktioniert es schon mal nicht so schlecht.

Hab heute Nchmittag das mit der Umrechnung einer Fließkommazahl (z.B. 4,56x10³) auf die entsprechenden Zahlen zur Darstellung am Display hinbekommen. Allein die Library für diese Umrechnung braucht schonn ca. 1kByte (des 8kByte) großen Speichers meines PIC, der Rest des Programms nur knapp 0,5kByte, wobei da schon AD-Wandlung usw. mit drinnen sind. Jetzt fehlt dann noch die Umrechnung bzw. Berechnung des Wertes vom Analog-Digital-Wandler in die Gleitkommazahl (weitere Application Note mit noch einer Library).

[jb79]

So, bin wieder einen Schritt weiter. Die Libraries haben nur verwirrt und ewig viel Speicher verschwendet (mehr als 1,5kByte ohne brauchbare Ausgaben), da war erstmal kein brauchbares Ergebnis zu holen. Der aktuelle Code hat nur knapp 0,5kByte, wodurch noch 7,5kByte für weitere Funktionen zur Verfügung stehen.

Bin zu einer einfachen Routine zurückgekehrt die einen ADC Port einlesen und am Display mit 4 Stellen darstellen kann. Maximalwert ist 5000mV, also 5V. Durch Weglassen der letzten Stelle kann man dann Werte von 0,00-5,00 erreichen, genauer als 0,1V werden wir die Meßwerte sowieso nicht brauchen denke ich mal. Der Drehzahlwert ist einfach eine Spannung von 1,96V, nur ohne dem Kommazeichen. Dieser Wert wird aber dann sowieso noch anders ermittelt werden. Die Werte sind übrigens immer noch von den 4 Potis (ein paar Posts zurück am Photo zu sehen).

Erste echte Meßwerte (4x Spannung von 0-5V mit 0,01V Auflösung, 3 Nachkommastelle weggelassen).

messwerte.jpg (69.18 KiB) 5884-mal betrachtet

Den nächsten Schritt hab ich dann sehr schnell geschafft, eine Verdopplung des Meßbereiches auf 10V (eigentlich max. 9,99, aber egal), da muß dann einfach nur ein Spannungsteiler vorne dran, der die max. 10V halbiert, also z.B. zwei Widerstände mit 10k in Serie, beim Mittelabgriff kommt der ADC Eingang dran. Als nächstes kommt eine Erweiterung des Meßbereiches für Spannungen größer 10V. Die Spannung auf 5V runterzubrechen ist mit Spannungsteilern kein Problem (man braucht aber möglichst genaue Widerstände), allerdings muß im Display auch der richtige Wert stehen. Besonders bieten sich hier (weil eine Verdopplung bedeutet binär einfach ein Bit nach links zu schieben) Vielfache mit 2-er Potenzenan, also 2, 4, 8 usw. Mit 2²=4-facher Wert kommt man z.B auf 20V, mit 2³=8 schon auf 40V Maximalspannung. Für alles was mehr als 9,99V ist muß allerdings die Anzeigeroutine bzw. die Berechnungsroutine noch erweitert werden. Ein Nachteil höherer Spannungen ist aber auch die sinkende Genauigkeit, weil sich an der 10 Bit Auflösung des ADC nichts ändert und man eben statt 5V/1024 z.B. dann 40V/1024 hat, also viel größere Schritte. Die Auflösung im Bereich 0-5V ist ca. 5mV, im 10V Bereich sinds nur noch 10mV und bei 40V nur noch 40mV. Wenn man also die letzte Stelle wegläßt so wie ich das vorhabe, dann fällt das aber nicht auf.

Für Ströme ist es ähnlich, nur muß da sowieso ein OPV (Operationsverstärker) vorne dran, der den Strom in eine entsprechende Spannung von 0-5V umwandelt. Auch hier sind 2-er Potenzen einfacher zu berechnen.


So, hier jetzt die Aufforderung zum Mitmachen:
Welche Meßbereiche brauchen wir maximal bei Spannung und Stom, sowie bei der Drehzahl und Windgeschwindigkeit?
0-5A - wäre vom Display her fertig, fehlt nur der OPV mit einem Shuntwiderstand
0-10V - fertig, Spannungsteiler 1:2 über 2 Widerstände mit 10k
Drehzahl 0-1000u/min? Oder reichen auch 500min-1? Erfassung will ich hier über die Pulse vom Gleichrichter machen.
Windstärke: Hier bräuchte man ein externes Meßgerät, das 0-5V oder entsprechende Impulse liefert die gezählt werden können, 10m/s ist aber wohl zu wenig, reichen 20m/s oder sollen es besser 40m/s sein?

[Bernd]

Hallo Jürgen, deine Messeinrichtung macht ja zügig Fortschritte. Ich glaube was du da gerade
entwickelst gibt es in dieser Form noch überhaupt nicht, weder zu kaufen noch als Nachbauanleitung.
Das Teil gefällt mir sehr gut.

1000 U/min für die Drehzahl wäre für einen kleinen C- Rotor als max. Wert vermutlich ok,
oder auch nicht, wenn er sich dann vielleicht schon zerlegt hätte. Aber als Messbereichsgrenze passt es.
Kleine Horinzontallläufer drehen im Sturm unter Umständen noch viel höher.
Im Normalbetrieb sollte z.B. unser kleiner Prototyp MK1 von 10 bis 300 U/min arbeiten.

5A machen bei 12V genau 60 Watt. Für grössere Modelle wäre das noch zu knapp.
Der MK1 liefert max. ca. 0,6A oder ein klein bisschen mehr.

Bei der Windgeschwindigkeit bedeuten 32m/s Orkan. 40m/s wären als Endwert also ok.

Grüsse

Bernd

[jb79]

Ok, also werde ich mal folgende Werte als Maximum nehmen:
Umdrehungen: 1000 bzw. 999min-1 (1 Stelle weniger am Display), 1000-99999 ginge aber auch, hab da noch 2 Displaystellen dann wären obere und untere Zeile gleich lang, allerdings sind so große Meßbereiche meist schwieriger zu erfassen, vor allem wenns relativ genau sein sollte. Bleibe also erstmal bei 0-999
Spannung: 40V
Strom: 10A /9,99A
Damit sind dann Generatoren bis max. 400W anschließbar
Wind: 40m/s, wobei hier noch ein passender Windsensor gefunden werden muß, hab da mal einen Thread dazu aufgemacht, vielleicht gibts ja ein paar passende Ideen.

[Andre]

Man Jürgen, was du hier zauberst ist ja irre. Spitzenarbeit . Hoffentlich bekommen wir das auch alle
gut nachgebaut, mein Lötkolben wurde die letzten Jahre nur zum Verzinnen gebraucht .

Was die Meßbereiche angeht, stimme ich mit Bernd's und deiner Meinung überhein.

Winsensoren sind ja leider sehr teuer. Hier hab ich mal einen gefunden der bezahlbar scheint:
http://www.mercateo.com/p/624HT-so47430 ... _0027.html

Windmesser ala Windmaster 2 haben ja keinen Datenausgang. Könnte man solche Geräte trotzdem
für solche Messungen mißbrauchen, sprich: man öffnet das Ding und holt sich die Signale direkt ?
Vielleicht 'ne blöde Frage, aber solche (Chinesen)Windmesser bekommt man ja verhältnismäßig
günstig, siehe hier: http://cgi.ebay.de/Anemometer-Windmesse ... dZViewItem

oder hier: http://www.heavyweather.de/EA-3000-Anem ... 0bd_x2.htm

Edit:
... gerade noch was eingefallen: (PC)Lüfter o.ä. - gibts da welche die schon bei geringen Windgeschwindigkeiten
anlaufen ? Die liefern dann ja eine (wenn auch geringe) Spannung. Die müßte mann dann mit einem Windmaster
"eichen"....

Gruss
Andre