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Author Topic: Strommessung mit Shunt für den Modellflug  (Read 3649 times)
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Ulm
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Hallo Forum,

ich bin ganz neu hier im Forum und auch das Thema Arduino ist für mich völlig neu.
Elektroniker bin ich leider auch keiner, deshalb richte ich mich einfach mal an euch, mit der bitte einem Unbedarften zu helfen.
Genau genommen komme ich aus dem Lager der Modellbauer und möchte sehr gerne ein Arduino zur Erweiterung einsetzen.
Fertige Systeme kann jeder kaufen und als Modellbauer will man seine Spielzeuge einfach selbst zusammenbauen und entwickeln.

Zu meinen genaueren Zielen:
1.Strommessung
2.Drehzahlmessung
3.Höhenmessung
4.[ch8230]

Bis jetzt habe ich herausgefunden, dass eine Strommessung per Shunt und Operationsverstärker möglich wäre. Genauer geht es erst einmal um Ströme, um die 0 [ch8211] 15 A bei ca. 12 V. Später bzw. ein weiteres Projekt soll dann Ströme bis ca. 60 A bei ca. 12 V messen können.
Zur Verfügung steht ein Duemilanove und eine riesen Begeisterung. Ich weiß, dass es doch etwas wenig für den Anfang ist. Aber ich bin sicher, mit ein paar hilfreichen Tipps, komme ich meinem Ziel näher.

Ganz auf den Kopf gefallen was Programmierung, LEDs, Widerstände und die Funktion eines Transistors betreffen bin ich nicht. Also nicht böse gemeint, wenn ich dumm daher frage.

Wie kann ich denn einen Operationsverstärker verwenden (aufbauen), wenn mein Shunt Spannungen von ca. 0,01 V (0,001 Ohm und 10 A) hat.

Die Stromquelle für den gemessenen Kreis besteht aus einem 3 zelligen Lipo-Akku und auf der anderen Seite ist halt mein Duemilanove, welches ich mit einer Messung und gegebenenfalls auch einer Speicherung beauftragen will.

Vielen Dank für eure Hilfe.

Grüßle,
Roland
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Hallo,
hab ich selbst noch nicht gemacht, aber diese beiden Sensoren
http://www.watterott.com/Strom
sehen interessant aus. Studium der Datenblätter scheint aber laut Begleittext nötig zu sein.

Eberhard
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AREA COLOGNE
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Das Problem ist halt die niedrige Spannung die du mit dem OP verstärken musst du hast unweigerlich durch die Stromschwankungen ein Problem das du dann viel "mist" mit verstärkt. Entweder du nimmst einen Sunt mir einem höheren Widerstand wass aber unweigerlich heisst das du mehr verlust im Sinne von Wärme hast. ganz so einfach ist das mit den Strommessen nicht. Wenn du bei deinem max Stromauf ca 60mV kommst hast du dann gute Chancen mit dem OP z.B. TSM103/A oder LMP7716. Mann muss dann aber halt ne Mittelwertbildung machen.
Viel erfolg
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So ist das Leben:
Manchmal bis du das Denkmal, manchmal die Taube!

Ulm
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Hallo wayoda,

danke für deinen Tipp. Über Hall-Effekt hab ich auch schon was gelesen und zum jetzigen Zeitpunkt eigentlich zur Seite geschoben. Ich habe noch die Hoffnung, dass ich mit der Lösung Shunt mehr lerne und einfacher selbst realisieren kann. Das selbst erarbeiten und verstehen, wie etwas funktioniert ist mir schon wichtig. Aus diesem Grund habe ich erst angefangen mit Arduino zu experimentieren.


Auch dir, volvodani ein Hallo,

das mit der arg niederen Spannung rührt nicht aus thermischen Gründen her, sondern ich habe nur eine sehr begrenzte Menge Energie beim Fliegen an Bord. Diese will ich eigentlich als Vortrieb nutzen und nicht verheizen.
Oh man, danke für den Tipp. Bin gar nicht auf die Idee gekommen einmal nach zu rechnen, wie viel von meiner Energie eigentlich verbraten wird. Bei 10 A und 60 mV sind es dann 0,6 W. Bitte berichtigt mich, wenn ich falsch liege! Dies ist bei einem Akku mit 12,6 V Nennspannung und 610 mAh schon einiges.
Wobei ich damit bestimmt mal leben könnte, wenn ich eine vernünftige Messung bekomme.
Fliege ja nicht die ganze zeit mit Motor und Vollgas.

Wie würde ich denn ein TSM103/A oder LMP7716 verwenden?
Eine Bezugsquelle wäre nicht ganz schlecht.
Gibt es da vielleicht fertige Schaltpläne, welche ich für mich nutzen könnte?
Bin wie schon erwähnt kein Elektroniker und einen OP zu verstehen und richtig zu verwenden ist glaube ich nicht trivial.

Ich weiß, dass ich recht viel von euch verlange und Ihr das Gefühl haben müsst, dass man mir alles vor kauen muss. Aber mein Wissensstand ist einfach noch zu gering.

Grüßle,
Roland

*edit*


Dies wäre doch eine passende Lösung, bei der ich noch das Problem der Stromkreise (Flugakku, BEC RC-Anlage, Akku Arduino) habe.

« Last Edit: December 08, 2009, 03:02:00 am by r.merk » Logged

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Das Schaltungsbeispiel kann so in der Praxis problemlos verwendet werden.

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bei der ich noch das Problem der Stromkreise (Flugakku, BEC RC-Anlage, Akku Arduino) habe.

Was heisst das konkret? Wo liegt das Problem?
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Ulm
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Hallo Webmeister,

das Schaltbild habe ich von http://home.arcor.de/d_meissner/d_logger.htm und dabei steht "Aber ACHTUNG: Die Schaltung funktioniert nicht zusammen mit BEC-Stellern (Kurzschlußgefahr!)!"

Warum weiß ich auch nicht. Aber ich denke, dass es damit zusammen hängen kann, dass es zwei Akkus gibt. Den einen für den Regler-Motor-Empfänger-Servos und den zweiten für den Arduino.

Hier hätte ich die vermeintliche Weiterentwicklung von der oberen Schaltung.
Ist dies wirklich eine Verbesserung?
Welche Soll ich verwenden?
Und was noch viel wichtiger für mich ist, wo soll ich die Massen anschliessen und wie den Arduino?



Danke Für eure Hilfe!

Grüßle,
Roland
« Last Edit: December 08, 2009, 10:13:19 am by r.merk » Logged

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.. und dabei steht "Aber ACHTUNG: Die Schaltung funktioniert nicht zusammen mit BEC-Stellern (Kurzschlußgefahr!)!"

Was wird an diesen BEC-Steckern angeschlossen?

Ich vermute die Problematik liegt dabei bei den Masseführungen. Vermutlich kann dabei der Shunt kurzgeschlossen werden und die nachfolgende Schaltung reagiert dann falsch, da ja 0 V = kein Strom gemeldet wird.

Mit der ersten Schaltung wären der MINUS-Anschluss des Akkus und der Ground (Masse) auf gleichem Potential. An dieses Potential sollte auch die Masse des Arduino-Boards angeschlossen werden.
Nicht ersichtlich ist was in der Blackbox "Motorsteller" drin ist und wo der erwähnte 2. Akku angeschlossen wird.

Ich würde in diesem Fall die gesammte Schaltung mit einzelnen Blackboxen aufzeichnen und dann versuchen diese Boxen zu verdrahten (auf dem Papier). Nur so ist sichergestellt, dass nicht ein Stecker einen Kurzschluss produziert.

Und dann heisst es mal testen. Dabei wird noch kein Arduino benötigt, die Spannung am OP Ausgang ("zum ADC)") kann mit einem Voltmeter oder Oszi gemessen werden.

Der Schaltungsaufbau sollte also in Schritten erfolgen. Stufe für Stufe aufbauen und testen.
Nicht alles zusammenbauen und dann einschalten.  smiley-wink
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Ulm
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Erstes Erfolgserlebnis!
Die obere Schaltung wurde erfolgreich von mir gesteckt. Als Verbraucher habe ich noch keinen Regler+Motor genommen, sondern Halogenstrahler.
Das was jetzt noch nicht ganz passt ist die Verstärkung. Sie ist mir etwas zu stark und ich bekomme bei höheren Strömen am Verbraucher (z.B. 2 Halogenstrahler) eine zu große Spannung am Ausgang.
Dies kann ich doch mit dem Verhältnis der Widerstände am invertierenden Eingang (-) des OP verändern? Hoffe ich zumindest.

Zur weiteren Erklärung:
Ein BEC "Battery Eliminator Circuit" wird als elektronische Spannungsregelung im Modellbau verwendet, so dass man nur einen Akku für die Spannungsversorgung des Motors und der Empfangsanlage benötigt.
Wenn kein BEC verwendet wird, braucht man einen Akku um die Empfangsanlage, die Servos und die Elektronik des Reglers zu versorgen. Der zweite Akku wird über den Regler zum Antreiben des Motors verwendet.
Ich weiß aber immer noch nicht, ob ich mir Probleme mache, wenn ich einen Regler mit BEC verwende. Hierfür kenne ich mich einfach zu wenig aus. Werde aber nochmal eine Nacht drüber schlafen, bevor ich dies dann auch stecke.
Ich weiß, hört sich komisch an, was ich hier schreibe. Aber ein Laie kann es nicht besser erklären.

Bei der zweiten Schaltung habe ich als erstes das Problem, dass ich die Masse auf beiden Seiten des Shunts anschließen soll.
Habe ich dann hier zwei verschiedene Massen und somit kein gleiches Potential? Bei der ersten Schaltung konnte ich ja noch alles auf Masse des Netzteils (später Akku) legen.

Grüßle,
Roland
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Bei der zweiten Schaltung habe ich als erstes das Problem, dass ich die Masse auf beiden Seiten des Shunts anschließen soll.

Die Masse, also das Bezugspotential der Schaltung, kann nur an einem Ort sein. Die Masse ist in deinen Beispielen mit dem Symbol _|_ (sorry, habe nur eine Tastatur) erkenntlich. Also dort wo der (-)-Anschluss des Motorstellers und der Shunt verbunden sind.

In der 2.Schaltung ist die Masse oder Ground der Schaltung NICHT gleich dem Minus des Akkus. Die Schaltung misst mit den beiden Eingängen jeweils das Potential und gibt die Differenz am Ausgang des Operationsverstärker aus.

Wenn da jetzt noch dieser BEC zum Einsatz kommt, muss genau überprüft werden wo die verschiedenen Minusanschlüsse verdrahtet sind.

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Ich weiß, hört sich komisch an, was ich hier schreibe. Aber ein Laie kann es nicht besser erklären.
Sorry wenn ich frage: Kann man Modellbau betreiben ohne grosse Elektronik-Kenntnisse? Ich erlebe immer wieder Leute, auch in diesem Forum, welche sich an für Laien komplizierte Projekte ranwagen und sich dann von Problem zu Problem durchfragen. Oder ist das "Learning by Doing mit viel Geduld".

Die Verstärkung der OP-Schaltung von Schaltung 1 lautet:

V=(1M/22k)+1

Grundschaltungen von OP's gibts hier erklärt:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen
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Ulm
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Ok, dass mit dem Bezugspotential hab ich mal nicht verstanden. Warum es nur ein einziges haben kann, ist soweit schon klar. Aber wie ich die Schaltung 2 nun richtig aufbauen würde weiß ich noch nicht.
Das differenziert wird, ist mir soweit zum Glück klar geworden (Google ist mein freund).

Falls es dir nichts ausmacht mal auf einen Schaltplan eines BECs zu schauen, um mir vielleicht nochmal einen Schups in eine Richtung zu geben oder es dich einfach interessiert. Es ist eigentlich nur ein Spannungsregler, der die Spannung von >5V auf ein Niveau bringt, mit dem die Komponenten Servo, Empfänger, Regler nicht kaputt gehen.
http://www.modellbau-weissensee.de/technik/seiten/bec5a.htm

Du darfst alles fragen! Ich machs ja auch smiley-wink
Es ist genau genommen nicht einmal notwendig zu wissen, wo der +Pol und wo der -Pol eines Akkus ist, um Modellbau zu betreiben.
Viele Jahre durfte man an der Sende- und Empfangsanlage sowieso nichts ändern, weil sie von der Post abgenommen werden musste und heute ist es so, dass man nichts mehr basteln muss, weil es fast alles schon fertig gibt.
Ich für mich baue Modelle und deshalb bin ich Modellbauer smiley und jetzt will ich halt eine Stufe weiter und dies kann ich leider nur per "Learning by Doing mit MEHR Geduld"
Vielleicht hast du ja auch ein gutes Buch, welches du mir empfehlen könntest, dass ich nicht die dümmsten Fragen stellen muss und ihr euch nicht drüber aufregen müsst.

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Die Verstärkung der OP-Schaltung von Schaltung 1 lautet:
V=(1M/22k)+1
Dann war ich zum Glück hier wenigstens richtig.
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Aber wie ich die Schaltung 2 nun richtig aufbauen würde weiß ich noch nicht.
Einfach so aufbauen und Masse, also 0V beachten.

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Es ist eigentlich nur ein Spannungsregler, der die Spannung von >5V auf ein Niveau bringt, mit dem die Komponenten Servo, Empfänger, Regler nicht kaputt gehen.

Das ist eine simple Standardschaltung eines Spannungsreglers. Variable Eingansspannung und fixe 5 V am Ausgang.

Ein Buchtip habe ich auf die schnelle nicht. Meine Bibliothek umfasst viele, themenspezifische Bücher, keine Grundlagenbücher.
Ich schaue mal was ich bei meinen ersten Schritten verwendet habe.
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Hallo,
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Vielleicht hast du ja auch ein gutes Buch, welches du mir empfehlen könntest, dass ich nicht die dümmsten Fragen stellen muss und ihr euch nicht drüber aufregen müsst.
ich finde diese Seiten
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/index.htm
sehr hilfreich. Sie haben mir schon öfter weitergeholfen.

Über die Bücher des Authors kann ich nichts sagen, aber wenn sie so gut sind wie die Online-Artikel auf der Seite  sind sie wohl auch empfehlenswert.

Eberhard
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Ulm
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Ich möchte mich nochmal bei euch Helfern bedanken.

Stand der Dinge ist bis jetzt, dass Ströme gemessen werden können (erste Schaltung) und diese auch auf einer microSD-Karte landen.
Zum Spaß wurde dann natürlich auch mit Temperaturen und so weiter experimentiert, was dann erst interessant wird, wenn meine Barodose lieferbar ist.

Zwei fragen habe ich aber noch.
1. Besteht die Möglichkeit eines Verpolschutzes, sodass ich auch einen nicht versierten Benutzer den Shunt anschließen lassen kann. An verpolsichere Stecker habe ich schon gedacht. Dies will ich aber vermeiden. Es wird denke ich so sein, dass ich meinen Logger auch mal ausleihen möchte (sollte).

2. Wenn mein Verbraucher (Motor) nun durch eine mechanische Blockade sehr viel Strom zieht, habe ich am Shunt eine möglicherweise zu hohe Spannung, welche durch die Verstärkung dann ja über 5V steigen kann. Ich denke richtig zu liegen, dass dies dem ADC-Eingang nicht besonders gefallen würde.
Wie kann man so etwas mit angemessenem Aufwand in den Griff bekommen?

Grüßle,
Roland
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Frohe Weihnacht allerseits

Zu 1: Wenn du mit Verpolungsschutz nur den Anschluß am Shunt meinst,
  kann da eigentlich nichts passieren, abgesehen von falschen Messwerten.

  Wenn der Anschluß der Versorgungsspannung am OPV gemeint ist wirds schwieriger,
  eine zusätzliche Diode in der Versorgungsleitung kann Abhilfe schaffen,
  drückt die Spannung am OPV aber um ca. 0,6V runter (Schottky- Germaniumdiode um ca. 0,3V),
  das könnte schon zuviel sein.
  Als Modellbauer sollte man allerdings schon wissen, wo beim Akku + und wo - ist,
  schließlich muß der Shunt ja soundso einseitig an Masse (-).

Zu 2: Wenn die Versorgungsspannung des OPV (erste Schaltung) 4,8V beträgt,
  kann am Ausgang auch keine höhere Spannung ausgegeben werden, also kein Problem.
« Last Edit: December 25, 2009, 10:32:55 am by Schwarzfuss » Logged

Gruß Peter

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