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Zündgerät für High-Power Raketen
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Reinhard



Anmeldungsdatum: 18.04.2005
Beiträge: 346

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 6:10    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,

das kommt raus, wenn ich meine alten Ideen um ein paar von Jürg geklaute erweitere, nur um festzustellen dass dann noch immer genügend Detailfragen offen sind...

Nur kurz zur Erklärung (das meiste ist eh offensichtlich):

R1 und Q1 bilden eine einfache Konstantstromquelle, somit ist der Prüfstrom durch den Zünder nicht von der Batteriesspannung abhängig. Damit sich die Durchgangsmessung und die Überwachung der Transitoren (bzw. Relais) nicht zu sehr stören, kommen noch Q4 und D1 dazu. Wenn man ganz penibel ist reduziert man noch R8 und hängt dazu eine Z-Diode in Serie damit kein Strom am Zünder vorbeifließen kann (wenn der Spannungsabfall gering genug ist). Ist aber nicht sehr sinnvoll. R8 bis R10 bilden einen Spannungsteiler zu Überprüfung der Transistoren. Die entsprechenden Messwerte kann man an den Anschlüssen A und B abgreifen, wobei man "A" ev. weglassen kann und dafür die Zünderprüfung verwenden kann.

Gegen Störungen auf der Eingangsseite hilft hier die Kombination aus einem RC-Glied und einem Schmidttrigger. Wenn der Logigbaustein entsprechend gepuffert ist, was bei der niedrigen Stromaufnahme nicht schwer ist, besteht auch keine Pinch-Off Gefahr. R2 und R3 sorgen dafür das im Falle einer Unterbrechung zur Steuereinheit die Schaltung nicht scharf wird oder feuert. Schutzdioden an dieser Stelle wären auch kein Fehler.

Der Differenzverstärker sorgt (abgesehen von der Verstärkung) dafür, dass der Messwert des Zündwiderstandes in Bezug zum Massepotential gebracht wird, und kompensiert somit den Hauptnachteil der LowSide-Ansteuerung. Je nach Verstärkung und wie nahe der OPV Eingangsseitig an die Rail kommen darf muss der Verstärker ev. 2 stufig ausgeführt werden.


So viel zu meinen Hirngespinsten, ev. findet sich darin ja eine nützliche Idee.

Gruß
Reinhard



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Andreas Müller



Anmeldungsdatum: 28.02.2005
Beiträge: 2493
Wohnort: Altendorf

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 8:51    Titel: Antworten mit Zitat

Reinhard hat folgendes geschrieben:
Der Differenzverstärker sorgt (abgesehen von der Verstärkung) dafür, dass der Messwert des Zündwiderstandes in Bezug zum Massepotential gebracht wird, und kompensiert somit den Hauptnachteil der LowSide-Ansteuerung. Je nach Verstärkung und wie nahe der OPV Eingangsseitig an die Rail kommen darf muss der Verstärker ev. 2 stufig ausgeführt werden.

Das Problem ist bei der kleine Spannung, die da gemessen werden soll, doch vor allem auch Input Bias, und mir will scheinen, dass dieses Problem durch zweistufige Ausführung nicht verschwindet. Es ist ziemlich schwierig, mit 1% Widerständen und Vcc > 10V den Differenzverstärker so hinzukriegen, dass man die 10mV, die man dort bestenfalls sieht, auch im Ausgangssignal noch zu erkennen. Mit einem richtigen Differenzverstärkerbaustein oder einem Instrumentationsverstärker (zwar ein bisschen Overkill) könnte das viel einfacher sein.
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Juerg
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Anmeldungsdatum: 27.02.2005
Beiträge: 4545
Wohnort: Oberengstringen

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 10:55    Titel: Antworten mit Zitat

Auch eine Variante!
Allerding ist diese Variante bei Verwendung von E-Matches als Zünder etwas heikel. Zwar wird mit einem Tiefpass verhindert, dass kleine Störspitzen den Transistor durchschalten, es wird aber entscheidend sein, hier die richtige Dimensionierung zu finden.
Der Eingangskreis muss relativ niederohmig ausgelegt werden und der Tiefpass mit sehr tiefer Grenzfrequenz.
Auch fehlt ein Ueberspannungsschutz der Eingangsseite der Schmitt Trigger. Wenn Du eine 100m lange Leitung anhängst, dann willst Du diese unbedingt! Mit ein Grund warum ich auf der Eingangsseite Reed Relais einsetze, ich schlage damit gleich zwei Fliegen: Die Reed Relais sind etwas robuster gegen Ueberspannungen und sie haben auch Naturbedingt eine gewisse Tiefpasswirkung, gekoppelt mit Energiebedarf für die Durchschaltung.

Die Gründe warum ich keine Low-Side Ansteuerung gewählt habe sind in der ursprünglichen Absicht begründet, ohne Op-Amp direkt auf den AVR AD Eingang zu gehen. Ursprünglich sollte das Zündgerät viel einfacher aufgebaut sein, als es sich jetzt entwickelt.
Weiter wollte ich unbedingt eine gemeinsame Masse an den Zünder führen, um den Anschluss von Bord-Elektronik (Zünd-Sequenzer) zu vereinfachen.
Auf eine echte Stromquelle kann man meines Erachtens verzichten, die Leerlaufspannung der Batterie ist eine genügend genaue Referenz. Es geht ja nicht darum, den Zünderwiderstand genauer als 5% zu ermitteln!

Summa summarum sind jetzt viele gute Ideen zusammengekommen die ich nun mal in ein Gesamtschema zusammenfassen werde.
Kurz gesagt werde ich den Arming Transistor durch ein KFZ Relais ersetzen, damit entfällt auch der Bedarf für den Pumpkreis.
Die analoge Signalaufbereitung wird noch etwas vereinfacht und die ganzen Signale auf einem AT tiny26 zusammengeführt.
LED's werden wichtige Statusmeldungen nach aussen geben und die Schaltung wird so aufgebaut sein, dass man jederzeit auch auf der Signalleitung ein RS232 Protokoll fahren kann.
Ob ich einen LCD Display für den Widerstand vorsehe steht noch in den Sternen.

Gruss

Jürg

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Juerg
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Anmeldungsdatum: 27.02.2005
Beiträge: 4545
Wohnort: Oberengstringen

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 11:16    Titel: Antworten mit Zitat

Andreas Müller hat folgendes geschrieben:
Mit einem richtigen Differenzverstärkerbaustein oder einem Instrumentationsverstärker (zwar ein bisschen Overkill) könnte das viel einfacher sein.

Warum? Wenn Du den Bias als Thema ausblenden willst, dann gibt es OP-Amps mit sehr geringem Bias im 1uV Bereich. Aber wir bauen hier ja ein Zündgerät und kein Widerstandsmessgerät!
Es ist vollkommen genügend, wenn der Widerstand auf 0.5 Ohm genau "gemessen" werden kann.
0.5 Ohm etspricht einer Spannung von 5mV bei 10mA Messstrom.
Ein AVR hat eine Auflösung von 10 Bit, entspricht genau 5mV. Real kann man wohl eher von 9Bit ausgehen, also 10mV.

Ein einstufiger Verstärker mit Verstärkung 10 z.B. bringt einem längst in einen komfortablen Bereich.
Der vorgeschlagene LMC6482 hat (neben einer Verfügbarkeit bei meinem Hauslieferanten für kleine Stückzahlen, Distrelec, und einem günstigen Preis) beinahe-Rail-to-Rail Fähigkeit auf Ein- und Ausgangsseite, einen Offset von bis zu maximal 4mV. Das kann nicht vernachlässigt werden, aber ist auch nicht wirklich ein Problem.

"Beinahe Rail-to-Rail" heisst, dass er Ausgangsseitig nur bis auf 20mV an die Speisung herankommt, dies wird noch berücksichtigt werden müssen.

Was die Messung angeht, so denke ich sowieso "bloss" an eine LED-Signalisierung:
Rot: Zünderwiderstand <0.5R oder >3.5R
Gelb: Zündwiderstand [0.5 .. 1.5R] oder [2.5R..3.5R]
Grün: Zündwiderstand [1.5 .. 2.5R]

Die obigen Werte sind als Beispiel gedacht und möglicherweise etwas eng tolleriert.
Vorteil: LED sieht man auch bei Tageslicht und sie sind auch nicht so empfindlich wie ein LCD Display.
Nachteil: Weniger "Spielwert" Wink

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Reinhard



Anmeldungsdatum: 18.04.2005
Beiträge: 346

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 18:14    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,

@Andreas, du hast recht ein zweistufiger Verstärker hilft gegen den Input Bias nichts. Der Grund ist ein anderer: Wenn ich z.B. mit einem Prüfstrom von 1mA und einer Verstärkung von 1000 arbeite, weil ich z.B. eine Auflösung ca. 5mOhm (sinnlos aber nett) erreichen will kann man sich leicht ausrechnen, dass die Eingänge des OPVs bis auf ca. 12mV an die obere Rail kommen. Wie nahe R2R-OPVs wirklich an die Rail kommen dürfen, weiß ich jetzt nicht. Bei einer niedrigeren Verstärkung ist der Abstand entsprechend größer. Jürg hat das umgekehrte Problem, seine Eingänge sind sehr nahe an der unteren Rail. Ein richtiger Instrumentenverstärker ist sogar noch weniger geeignet, weil er mit seinem positiven Eingang direkt auf der Positiven Rail liegt. Da gibt es dann gar keinen Widerstand am Eingang der noch einen kleinen Spannungsabfall (weg von der Rail) liefert. Außerdem existieren aufgrund seines symmetrischen Aufbaus intern Spannungen über die Batteriespannung hinausgehen würden. Dazu braucht man dann wieder eine Hilfsspannung (die dann aber auch die Probleme mit der oberen Rail eliminieren).

@Juerg, die Schutzdioden hatte ich im Text schon erwähnt, du hast aber Recht, die stehen nicht zur Diskussion sondern sind ein Muss. Ansonsten hat man bei dieser Lösung deutlich mehr Kontrolle über den Eingangswiderstand und das Zeitverhalten im Vergleich zu den Reedrelais. Die Robustheit der Schaltung hängt an sich nur noch vom Widerstandswert und der max. Verlustleistung der 4 Widerstände am Eingang ab.
Die Stromquelle (ich hab sie übrigens falsch eingezeichnet Confused) ist nicht notwendig, aber der Aufwand hält sich andererseits in Grenzen.

Eine Alternative ist mir noch eingefallen: Die Widerstände parallel zu den Fets/Relais kann man durch Optokoppler ersetzen. Dann hat man ein schön digitales Feedback darüber, welche Transistoren/Relais durchgesteuert/gebrannt sind ohne irgendwelche analogen Spannungen mit Sollwerten zu vergleichen. Außerdem ist man den Offset los.

Ich bin schon neugierig wie deine endgültige Lösung aussieht, sie wird sicher mein Zündgerät beeinflussen. Aber das dauert noch ein wenig bis ich das angehe.

Gruß
Reinhard
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Andreas Müller



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Beiträge: 2493
Wohnort: Altendorf

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 18:34    Titel: Antworten mit Zitat

Juerg hat folgendes geschrieben:
Vorteil: LED sieht man auch bei Tageslicht und sie sind auch nicht so empfindlich wie ein LCD Display.

Dies deckt sich allerdings nicht mit meiner Erfahrung. Das Probleme, dass man LEDs nicht sehen kann ist einer der Gründe, warum ich mein Zündgerät umbauen will. Ein reflektives (monochromes) LCD, ist im Gegensatz zu einem transmissiven bei Sonnenschein sehr gut lesbar.

Zitat:
Nachteil: Weniger "Spielwert" Wink

Dieser Nachteil ist allerdings schwerwiegend Shocked
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Juerg
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Beiträge: 4545
Wohnort: Oberengstringen

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 19:26    Titel: Antworten mit Zitat

Stimmt. Aber was machst Du bei einem Night Launch Very Happy (ach ja: Taschenlampe Wink )
Ich spreche natürlich von sehr hellen LED. Da hast Du bestimmt kein Problem die abzulesen.
(ich muss höchstens eine Schutzbrille vorschreiben Wink )

Gruss

Jürg

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Reinhard



Anmeldungsdatum: 18.04.2005
Beiträge: 346

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 20:02    Titel: Antworten mit Zitat

Kompromisvorschlag: Transflektives LCD
Mit einer dimmbaren Hintergrundbeleuchtung wird der Spielwert dann noch weiter gesteigert. Very Happy

Reinhard
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Andreas Müller



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Beiträge: 2493
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BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 20:08    Titel: Antworten mit Zitat

Reinhard hat folgendes geschrieben:
Kompromisvorschlag: Transflektives LCD
Mit einer dimmbaren Hintergrundbeleuchtung wird der Spielwert dann noch weiter gesteigert. Very Happy

Noch besser: akustisches Signal: Continuity-Tonhöhe hängt vom Widerstand ab. Für Rocketeers ohne absolutes Musikgehör wird eine Stimmgabel mitgeliefert Twisted Evil
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Reinhard



Anmeldungsdatum: 18.04.2005
Beiträge: 346

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 20:28    Titel: Antworten mit Zitat

Andreas Müller hat folgendes geschrieben:
Für Rocketeers ohne absolutes Musikgehör wird eine Stimmgabel mitgeliefert Twisted Evil

Very Happy

Noch einfacher:
Widerstand Ok: Dauerton
Widerstand zu niedrig: Kurze Piepstöne, Pause wird bei steigendem Widerstand immer kürzer, bis sie im grünem Bereich verschwindet.
Widerstand zu hoch: Analog, nur halt mit langen Piepstönen.

Einen Dauerton sollte jeder erkennen. Ansonsten traue ich es den Rocketeers eher zu verschiedene Treibstoffsorten akustisch zu unterscheiden, als Töne. Wink

Gruß
Reinhard
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Juerg
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Anmeldungsdatum: 27.02.2005
Beiträge: 4545
Wohnort: Oberengstringen

BeitragVerfasst am: Fr 10 Feb 2006, 20:50    Titel: Antworten mit Zitat

Jetzt gehts wieder los... Twisted Evil
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