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Zündgerät für High-Power Raketen
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Juerg
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Anmeldungsdatum: 27.02.2005
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BeitragVerfasst am: Di 20 Dez 2005, 15:28    Titel: Zündgerät für High-Power Raketen Antworten mit Zitat

Naja, wie soll ich's sagen, dem letzten Benutzer meiner Zündbox ist ein Missgeschick passiert (Batterieklemmen falsch rum angehängt), was die trickreiche Elektronik mit Rauchzeichen quittiert hat.
Gelegenheit also, die nunmehr doch schon 8 Jahre alte Schaltung kritisch zu beäugen bevor ich sie einfach repariere.

Neben der Recherche in meinem entsprechenden Bundesordner habe ich mir auch noch mal vor Augen geführt, was das Ding alles können soll. Das kann dem einen oder anderen der sich mit ähnlichen Fragestellungen rumschlägt auch als Hilfestellung dienlich sein.

Grundsätzliche Muss-Funktionen für ein HPR Zündgerät:
- Hochstromfähig (>=40A @12V)
- Sicherung gegen verschweiste Kontakte!
- Zündkreis muss zwei Trennungen aufweisen, den eigentlichen Zündkontakt sowie einen Sicherheitsschalter
- Continuity-Check an der Rampe wie auch an der Fernsteuerbox
- mind. 150m Kabellänge möglich
- Cluster-Tauglichkeit (Möglichkeit mehrere Zündleitungen anzuschliessen)
- Sicherheitsschalter an Rampe um Zündung unabhängig von Manipulationen an der (weit weg liegenden) Fernsteuerbox zu verhindern.

Habe ich was vergessen?

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Juerg
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Anmeldungsdatum: 27.02.2005
Beiträge: 4545
Wohnort: Oberengstringen

BeitragVerfasst am: Di 20 Dez 2005, 15:31    Titel: Antworten mit Zitat

Nice to have Funktionen:
- Widerstandsmessung, nicht nur ein "dummer" Continuity Check am Zünder
- Funk-Steuerung für grosse Distanzen (diese muss allerdings absolut störsicher sein!)

was noch?

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Andreas Müller



Anmeldungsdatum: 28.02.2005
Beiträge: 2493
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BeitragVerfasst am: Di 20 Dez 2005, 16:32    Titel: Re: Zündgerät für High-Power Raketen Antworten mit Zitat

Juerg hat folgendes geschrieben:
Habe ich was vergessen?

- Anschluss für Widerstands-Messgerät (damit reproduzierbare Übergangswiderstände vorliegen)
- Für Cluster: Continuitiy für jeden Zünder individuell, d.h. auch entsprechende Anschlüsse für Widerstandsmessgerät
- Alle Warnsignale (mehrere: welcher Cluster-Zünder ist schlecht?) auch akustisch oder über superhelle Anzeigen. LEDs alleine sind ungeeignet, da bei Sonne nur schwer ablesbar, evtl. Zeigerinstrumente.

Spätestens jetzt wird aus der Nice-To-Have Anforderung für Widerstandsmessung eine "allein-die-vielen-Steckverbinder-sind-teurer-als-wenn-man-das-mit-einem-Microcontroller-macht"-Anforderung. Ausserdem: das Rumgestöpsle um einen Cluster auszumessen ist auch nicht gerade toll.

Auch sehr hübsch wäre eine Schaltung, die so wenig Strom verbraucht, dass man sie aus einem Supercap einige Minuten betreiben kann. Damit wird man völlig unabhängig von irgendwelchen Kapriolen der Stromversorgung, die eigentlich nur noch für den Zündstrom benötigt wird.

Dafür als neue Nice-to-have Anforderung: Spannungsmessung für die Zündspannungsversorgung, Warnung bei Unterschreiten einer bestimmten Spannung.

Auch interessant: Strombegrenzung für jeden Zünder, damit ein kurzschliessender Zünder den anderen Zündern nicht den Strom entzieht. Problem dabei: so eine Strombegrenzung kostet ein paar Volt, d.h. muss evtl. mit einer höheren Betriebsspannung operieren (ein paar Zellen zusätzlich).

Eine solche Zündbox möchte ich auch Smile
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Reinhard



Anmeldungsdatum: 18.04.2005
Beiträge: 346

BeitragVerfasst am: Di 20 Dez 2005, 17:34    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,

Wichtige Sachen fallen mir keine mehr ein nur ein paar Gimmicks.

An der Rampe könnte sich neben Sicherheitsschalter und Continuitycheck noch eine Anzeige befinden, welche den Status des Kontrollpults anzeigt (Kann ich gefahrlos den Sicherheitsschalter deaktivieren?).

Variationen zum Thema Clusterzündung:
1. Master-Slave Betrieb um a) massive Cluster zu bewältigen und b) Drag Races zu erlauben ohne lange Zündleitungen zu verlegen (sondern Signalleitungen). Das kann aber auch zentral im Pult gelöst werden.

2. Startsequencer um Motoren mit verschiedener Zündcharakteristik zu Clustern. Die Ariane hat das ja Onboard erledigt, oder?

Die Strombegrenzung benötigt nicht zwangsweise mehr Batteriespannung. Es reicht ja ein Shuntwiderstand im Bereich von 1-10mOhm pro Zünder, dessen Spannungsabfall verstärkt wird um den entsprechenden Zündkanal zu deaktivieren oder drosseln. Wenn man den Kanal nicht ganz abschaltet sondern nur auf einen bestimmten Wert limitiert wird man sich aber Gedanken zur Verlustleistung des Zündfets machen müssen.
Fraglich ist aber, ob solche (selten benötigte) Features, die die Komplexität deutlich steigern, sich nicht am Ende wieder negativ auf die Zuverlässigkeit des Systems auswirken.

Ach ja, ein Verpolungsschutz fehlt noch in der Liste Twisted Evil

Gruß
Reinhard
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Andreas Müller



Anmeldungsdatum: 28.02.2005
Beiträge: 2493
Wohnort: Altendorf

BeitragVerfasst am: Di 20 Dez 2005, 17:41    Titel: Re: Zündgerät für High-Power Raketen Antworten mit Zitat

Juerg hat folgendes geschrieben:
- Hochstromfähig (>=40A @12V)

Würde 10A @ 12V pro Zünder nicht genügen? Wenn man dafür 10A für jeden von 4 Zündern garantieren kann, käme man auf die gleiche Stromleistung, aber hätte aber garantiert vier Zünder, die auch zünden.
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Juerg
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Anmeldungsdatum: 27.02.2005
Beiträge: 4545
Wohnort: Oberengstringen

BeitragVerfasst am: Di 20 Dez 2005, 22:19    Titel: Antworten mit Zitat

Oje, ich seh schon, das war eine Schnapsidee! Dachte ich könne noch schnell ein paar Zusatzideen aufschnappen und einbauen.
Was passiert: Ich baue ein Rechenzentrum Very Happy

Spass beiseite:
- Zündsequenzer müssen on board sein, da die Zündung des ersten Triebwerks sonst Kabel ausziehen und auf andere Arten für Probleme sorgen kann.
- 10A pro Zünder ist knapp, besonders wenn man mit Magnelite und dergleichen clustern will. Da lassen sich Ampere nur durch mehr Ampere ersetzen. Gleiches gilt für die Zündung von Copperheads.
- In jeder Zuleitung hat man schon einen Shunt-Wiederstand, wirklich sauber in Griff kriegen lässt sich das nur mit einer Stromquelle pro Zündkanal, aber das wäre nun wirklich übertrieben und würde zu anderen Problemen führen.
- Die Zündermessung an Cluster ist eine interessante Idee, ich werd mir mal überlegen mit wie viel Aufwand dies zu verwirklichen ist. Allerdings eher als Nebenbaustelle.
-Spannungsmessung der Zündspannung ist ebenso Pflicht wie die Speisung der Elektronik während der Zündung aus einem Kondensator.
- Den Status der Fernsteuerbox kontrolliere ich manuell: Wenn ich das Zündgerät scharf stelle bin ich für den Fall einer Zündung genügend weit weg um sicher zu sein. Dann würde man einen rekordverdächtigen Sprint und einen Satz glühend heisse Ohren sehen! Ich habe das aber viel eleganter im Griff: Als Fernsteuerbox dient ein modifizierter Interlock Controler (Aerotech), da kann ich einfach den "Schlüssel" in die Tasche nehmen bevor ich nach vorne gehe!
- Master/Slave: Klar, interessant, aber dazu haben wir die Club-Zündanlage. Hier keine Anforderung.
- Noch nicht richtig sicher bin ich, ob ich als Schalter Auto-Relais verwenden soll oder FET. Der FET ist sicher die technisch sauberere Lösung, aber das Relais hat entscheidende Vorteile: Wenn eines hochgeht kann ich es auf dem Feld ersetzen, zudem erlaubt das Klackern eine akustische Funktionskontrolle.

Gruss

Jürg

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Andreas Müller



Anmeldungsdatum: 28.02.2005
Beiträge: 2493
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BeitragVerfasst am: Mi 21 Dez 2005, 3:02    Titel: Antworten mit Zitat

Juerg hat folgendes geschrieben:
- Die Zündermessung an Cluster ist eine interessante Idee, ich werd mir mal überlegen mit wie viel Aufwand dies zu verwirklichen ist. Allerdings eher als Nebenbaustelle.

Ohne individuelle Schaltung der Zünder geht es wohl nicht. Dann kannst Du das sogar mit einem Tiny machen: über einen Multiplexer verbindest Du abwechselnd die +-Anschlüsse der Zünder (die Du natürlich mit etwa 10mA fütterst) mit einem Op-Amp, der die Differenzspannung um den Faktor 10-100 verstärkt. Den Ausgang gibst Du auf den A/D Wandler des Tiny (zB ATiny15). Der Verstärker bezweckt, dass man die Auflösung des A/D besser ausnutzt, da man sonst keine aussagekräftigen Werte bekommt.

Zitat:
-Spannungsmessung der Zündspannung ist ebenso Pflicht wie die Speisung der Elektronik während der Zündung aus einem Kondensator.

Ein ATmega hat meist 8 A/D, d.h. auch für die Messung der Versorgungsspannung sind noch genug Eingänge da. Der Puffer-Kondensator sollte gross genug sein, um auch "Langsamzünder" zu überleben. Brown-Out Detection muss natürlich sein, wenn man so eine unsichere Stromversorgung hat.

Zur sicheren Übermittlung eines Startbefehls könnte man das folgende Protokoll verwenden: Zufallszahl + Seriennummer + Startbefehl (welche Zünder..., ARM, FIRE) + SHA1-Hash davon mit symmetrischem Schlüssel AES-verschlüsseln. Resultat übermitteln. Empfänger überprüft Dechiffrat, Kontrolliert SHA1-Hash (Authentisierung), kontrolliert ob die Seriennummer zugenommen hat (Schutz vor Replay-Angriffen), speichert Seriennummer, löst Zündung aus. Das dürfte ziemlich sicher sein. Vielleicht genügt auch etwas weniger aufwendiges als AES und SHA1.
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Reinhard



Anmeldungsdatum: 18.04.2005
Beiträge: 346

BeitragVerfasst am: Mi 21 Dez 2005, 3:47    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,

Andreas Müller hat folgendes geschrieben:
Das dürfte ziemlich sicher sein. Vielleicht genügt auch etwas weniger aufwendiges als AES und SHA1.

CRC, Parity,...?
Die Frage ist nur: Meint Jürg mit Sicherheit Safety oder Security? Ich hätte jetzt mal auf Ersteres getippt.

Gruß
Reinhard
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Andreas Müller



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Beiträge: 2493
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BeitragVerfasst am: Mi 21 Dez 2005, 7:51    Titel: Antworten mit Zitat

Reinhard hat folgendes geschrieben:
Safety oder Security?

Er meint sicher auch Security. Denn auch bei Modellflugveranstaltungen gibt es immer wieder so coole Kids, die es eine gute Idee finden zu versuchen, Modellflugzeuge zum Absturz zu bringen. Da bräuchte es einen Schutz gegen simples Replay.
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Juerg
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BeitragVerfasst am: Mi 21 Dez 2005, 12:18    Titel: Antworten mit Zitat

ADMIN: Die entstandene Diskussion über verschlüsselte/sichere Datenübertragung wurde hierhin verschoben:

http://www.eurocketry.org/forum/german/viewtopic.php?t=267


Andreas Müller hat folgendes geschrieben:
Ohne individuelle Schaltung der Zünder geht es wohl nicht.

Ja, aber die lässt sich ja relativ einfach verwirklichen. Ich muss mal meine Schaltung diesbezüglich überdenken, auch wenn das nicht Primär auf dem Pflichtenheft steht.

Die Uebermittlung des Startbefehles kann einfacher erfolgen, wozu Verschlüsselung? Eine Zustandsmaschine die in beiden Geräten läuft tut den gleichen Zweck und ist nicht zu knacken.
Prinzip muss einfach sein, dass das eigentliche Signal eine Sequenz ist, welche aus mehreren Kommando -> Quittierung Schritten besteht und bei jedem Fehler sofort auf Anfang zurückfällt.
Wenn ich einen Controller einbaue (sehr wahrscheinlich), dann wird dieser sicher mit einer RS-232 bestückt um allenfalls die Option offenzuhaben. Aber vorerst wird die Schaltung für die Zündung reine Schalttechnik sein.

Gruss

Jürg

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Zuletzt bearbeitet von Juerg am Di 03 Jan 2006, 10:56, insgesamt 4-mal bearbeitet
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Brzelinski



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BeitragVerfasst am: Mi 21 Dez 2005, 20:34    Titel: Antworten mit Zitat

Wie zündet ihr größere Cluster? Kommerziell wird die Reihenschaltung genommen. Die erfordert aber sehr eng tolerierte Anzünder. Die Parallelschaltung ist da großzügiger. Allerdings lassen sich da nicht die Widerstände der Zünder so leicht bestimmen. Es soll aber elektrisch gezündet werden. Ich habe noch keine Lösung gefunden.
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Rainer



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BeitragVerfasst am: Do 22 Dez 2005, 0:22    Titel: Antworten mit Zitat

@ Gert
dann frage mal Tom Engelhardt.
Pyro-Profis machen es _nur_ in Reihe !
Zündet Einer nicht, zündet dann eben Keiner, und das ist sicher.
Voraussetzung: alle in Reihe verwendeten Zünder haben
den gleich Widerstand und es ist genug Saft>Ampere dahinter.
Das Thema hatten wir aber schon mal irgendwo anders. Cool
Beim NRT3 haben Tom E. und die uns befreundete Firma Pyroflash
5 Std. herumgewerkelt, und das alles in REIHE !!! Wink
VG
Rainer
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Brzelinski



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BeitragVerfasst am: Do 22 Dez 2005, 9:16    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, das ist mir schon klar. Wir haben aber auch sehr unterschiedliche Zünder. Wenn man die in Reihe schaltet, dann brennt der erst erst Anzünder durch wärend der nächst Anzünder noch nicht genug Wärme erzeugt hat, um zu Zünden.

Die Reihenschaltung geht nur bei sehr eng tolerrierten Anzündern. Heißt das, das man zum Beispiel ESTES Solarzünder nicht verwenden kann?

Aber wir stören den laufernden Thread. Ein andermal weiter.
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Juerg
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BeitragVerfasst am: Do 22 Dez 2005, 12:04    Titel: Antworten mit Zitat

Brzelinski hat folgendes geschrieben:
Wie zündet ihr größere Cluster? Kommerziell wird die Reihenschaltung genommen. Die erfordert aber sehr eng tolerierte Anzünder.

Reihenschaltung funktioniert nur beim Einsatz von professionellen Zündern wie DaveyFire oder Sn0.
Für Treibsatzzündung im Allgemeinen muss Parallelschaltung eingesetzt werden, da die Zünder zu wenig eng tolleriert sind.

Gruss

Jürg

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Brzelinski



Anmeldungsdatum: 20.10.2005
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BeitragVerfasst am: Do 22 Dez 2005, 12:56    Titel: Antworten mit Zitat

Danke Juerg, das ist auch meine Meinung. Endlich bestetigt sie mal jemand. Im www.raketenmodellflug.org stand ich ganz alleine da.
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