Moin liebe Leute.
Ich möchte versuchen ein Klinometer fürs Schiff selber zubauen mittels einem Arduino Uno.
Kurz erklärt für die die nicht wissen was ein Klinometer ist:
Ein klinometer ist nichts anderes als eine elektronische Wasserwage die mittels Blink Lampen die krängung also die Schieflage des Schiffes anzeigt.
Dies hilft bei der Beladung des schiffes, optisch von an Land aus zu bestimmen ob das Schiff gerade im Wasser liegt, ohne andauernd an Bord zu rennen, nach zu messen und das ganze den verladenen Personal immer wieder neu anzusagen.
Solch Systeme gibt es zwar schon, aber ich bin es leid für so etwas weit über 700€ und mehr zuzahlen obwohl man sowas selber bauen kann, und mein Ego sagt mir ich kann das selber bauen.
Nun nach Tage lange Rum probieren und Stundenlangen Internet recherchen muss ich leider zugeben das ich das wohl doch nicht ganz so einfach kann, UND DARUM BITTE ICH EUCH UM HILFE.
BITTE,BITTE.
Ich bin zwar kein blutiger Anfänger mehr aber allmählich verzweifelt ich an dem Projekt.
Ich habe bislang immer mit einem MPU6050 probiert mir Werte anzeigen zulassen aber wenn ich werte bekommen habe (was sehr selten war) waren sie unbrauchbar oder ich konnte damit nichts anfangen.
Es ist eigentlich ganz einfach:
Alle 0,2° - 1.0° soll ein von vier Lampen pro Schiffsseite anfangen zu blinken, wenn das Schiff anfängt sich durch die beladung zur Seite zu neigen.
Optional möchte ich auch die Empfindlichkeit einstellen können mittels einem Poti, das zb. Bei hoher Empfindlichkeit :0.2° 1Lampe | 0.4° 2 Lampen | 0.6° 3 Lampen | 0.8° 4 Lampen blinken, und bei einer niedrigeren Empfindlichkeit zb .1° 1lampe |2° Lampen .... naja ihr wisst schon.
Die Lampen sollen von dimmbar sein und es muss ein Poti vorhanden sein was ich zum korrigieren verwenden kann falls das System mit der Lage des Schiffes nicht übereinstimmt.
Und das System darf sich nicht beim einschalten neu kalibrieren müssen, denn wenn ich das System einschalten wenn das Schiff schon leichte schlagseite/ krängung hat würde sich das auf die gesamte restlichen Beladung Auswirken.
Es hört sich zwar extrem kompliziert an, aber ich denke das der ein oder andere viel weiter denkt als ich, und mir mit diesen Projekt evtl doch helfen kann.
Es wäre zumindest schön wenn es Feedback gibt ob das realisierbar ist oder ob ich mich doch zu weit aus dem Fenster lehne.
ich würde keinen Beschleunigungssensor verwenden, sondern, wie die ganz klassischen Klinometer, ein Pendel, welches vorzugsweise in der Längsachse des Schiffes aufgehängt ist, eventuell in leichtem Öl gedämpft, um Schwingungen zu dämpfen.
An die Drehachse dann einen magnetischen Encoder wie zum Beispiel dem AS5600. Der hat eine Auflösung von 12bit, also 4096Schritten/360°, was eine Winkelauflösung von 0,088° ergibt.
Gegebenenfalls, um die Auflösung zu verbessern, eine Übersetzung mit Hilfe eines kleinen Getriebes, um die Auflösung zu verbessern. Das muss nur einmal beim Aufbau genullt werden.
Als Controller dann einen Arduino Nano, der hat die gleichen Anschlüsse und Fähigkeiten, wie der Uno, ist nur wesentlich kompakter.
Da kannst du die 8 Lampen, den Encoder per I2C und an die Analogpins bis zu 6 Potis zum Dimmen und (vermutlich gar nicht nötigen) Nullpunktabgleich locker anschließen.
Edit:
gerade noch mal nachgesehen. Der AS5600 benötigt eine Betriebsspannung von 3,3V. 5V sind dafür zu viel, also wäre vermutlich ein ESP8266 oder ESP32 geeigneter, da man dann ohne Pegelwandler auskommt.
Ob die von Dir angestrebte Lösung sich mit kostengünstiger Sensorik umsetzen lässt, hängt insgesamt sehr von Deinen Anforderungen und dem Messumfeld ab.
Die Anwendung soll in Stufen von 0,1° reagieren. Bei einem 10 m breiten Schiff entspricht das einer Abweichung von 8,7 mm gegenüber der Position in Schiffsmitte (also in 5 m Abstand). Hier ergeben sich (mindestens) folgende Fragen:
Wie ruhig liegt das Schiff generell beim Beladen?
Müssen kleinere Bewegungen über einen noch zu bestimmenden Zeitraum herausgerechnet werden?
Hat das Beladepersonal Einfluss auf die Schiffslage?
Welchen Einfluss hat der Beladevorgang (Bewegung von Gütern) auf die Schiffslage?
Wie schnell muss (und darf) auf Veränderungen der Messwerte reagiert werden, damit eine die Anzeige sinnvoll nutzbar ist und weder als "Disko-Beleuchtung" noch zu träge agiert?
Welche Winkelwerte sind tatsächlich signifikant?
Die von @nano555e vorgeschlagene "klassische Lösung" mit einem ölgedämpften Pendel würde freundlicherweise einen Teil der Aufgabe von der Algorithmik in die Physik (Mechanik, Öldämpfung, Schwingungsverhalten des Pendels etc.) verschieben ...
Hilfreich für die Auslegung wäre es, wenn Du Daten von Vergleichsgeräten liefern könntest.
Der Kalibriervorgang hängt von der tatsächlich eingesetzten Sensorik und deren Montage (fest oder mobil) ab. Wie Korrekturen "falls das System mit der Lage des Schiffes nicht übereinstimmt" eingegeben werden dürfen, solltest Du Dir genau überlegen, insbesondere wie die "tatsächliche" Lage bestimmt und wie die Eingabe vor unsachgemäßer Nutzung gesichert wird ..
Wenn das gelöst ist, ist das Ansteuern von Led-Leuchten nur noch Kleinkram ...
ec2021
Hallo nano555e,
Der Ansatz ist gut.
Nur jetzt muss ich mal dumm nachfragen.
Der AS5600 ist ein Magnetsensor wie ich gelesen habe, also reagiert bzw. Misst er magnetische wellen.
Da habe ich aber die Vermutung daß dies ein Problem darstellen wird im Steuerhaus(Brücke), da das Steuerhaus so wie auch der Rest des Schiffes voll gepackt ist mit elektrischen Leitungen (24, 230, 380V inkl hunderten Steuerleitungen).
Alle diese Leitungen erzeugen ein leichtes magnetfeld je nach Leistung und Stromart.
Dies wird ggf.wahrscheinlich den Sensor beeinflussen können wenn er magnetisch misst.
Andernfalls werde ich des öfteren mit einem starken Magneten be/entladen was sich dann auch auf den Sensor bemerkbar machen würde.
Oder liege ich da falsch ?
Hallo ec2021,
ja leider gibt der Hersteller keine weiteren Daten raus ( was auch ein bisschen nachvollziehbar ist).
Die einzigen Daten dir ich dir leider geben kann sind wie oben beschrieben:
Bei höher Empfindlichkeit
0,2° eine Lampe.
0,4°zwei Lampen ...
Und bei niedriger Empfindlichkeit
1° eine Lampe
2° zwei Lampen ....
Und das System läuft auf 24V, aber das ist eher nebensächlich.
Das ganze System will ich dann auch wie das Original fest im Steuerhaus verbauen.
Bei deinem Beispiel mit der 10m breiten Schiff muss ich sagen das du gut geraten hast.
Das Schiff ist tatsächlich 10m breit .
Bei der Beladung kommt es auf die Art von Fracht an wie schwer diese beim "reinfallen" ins Schiff ist und wie stark das Schiff dadurch beeinflusst wird.
Gehen wir hier einfach vom einfachsten Fall aus:
Das Schiff wird mit Getreide beladen und dies hat nur einen geringen Einfluss beim rein fallen.
Wenn ich zb. das verlade/band punktuell auf die äußereste Seite das Frachtraums stellen lasse und ich mit einer Geschwindigkeit von 280t/Std beladen werde, dann sinkt das Schiff auf der Seite ca 0,5cm/1sek. ein.
Daher wäre gut wenn der Wert des Sensor, jede Sekunde aktualisiert wird.
Zu der Frage ob das beladepersonal Einfluss auf die Lage hat:
Ja, dafür sind die vier Lampen auf jeder Seite um das sie selbstständig erkennen können dass das Schiff nicht in Waage liegt und dementsprechend die Position des Verladerohr/bandes korrigieren können.
Es kann auch mal vor kommen das wenn ich gewichtsmäßig schwerere Fracht lade, das Schiff sich auf zu Schaukeln durchs beladen.
Aber dies beruhigt sind immer nach ca 5-10sek.
Dann ist es aber egal wenn das System kurz disco spielt.
Korrigiert werden kann es eh erst dann wenn sich das Schiff beruhigt hat und das System stabile Werte ausspuckt.
Die max Winkelwerte sind wie gesagt max 4° dass das System anzeigen können muss, da ich schlussendlich immer versuche das Schiff gerade zubeladen.
Wie gesagt, das System ist einig und allein dafür da das sich das beladepersonal orientieren kann ohne das ich alle 5min mit einem Zollstock rumrennen muss um die Lage zu bestimmen und dies weiter zugeben.
Der Sensor arbeitet mit einem eigenen Magneten, der auf der Welle befestigt sein muss und nur wenige Millimeter vom Sensor entfernt sein darf.
Von all den von dir erwähnten Magnetfeldern traue ich nur dem Magnet des Beladekrans zu, überhaupt einen Einfluss auf den Sensor zu haben. Aber dazu müsste er wohl schon auf weniger als einen Meter (vermutlich sogar noch näher) an den Sensor kommen. Und ich vermute mal, daß du dann ganz andere Probleme hast, als dich um die Neigung des Schiffes zu sorgen.
Dazu kommt, daß so ein Sensor, besser noch die Gesamte Konstruktion aus Pendel und Sensor, in einem Gehäuse sitzen sollte. Und das kann man auch aus Eisenblech bauen, welches Fremdeinschlüsse auch noch minimiert.
OK das Stellt dann ein anderes Problem da ,da ich keine Magneten ins steuerhaus einbauen kann da die der Magnet die nautischen Instrumente wie Radar, Ruderanlage, Kompass etc. beeinträchtigen wird.
Die Instrumente sind alle hochsensible und auf einander sowie auf das Stromnetz abgestimmt.
Das betrifft soweit den Betrieb in Fahrt.
Und da ich zugegebenermaßen vielleicht ein bisschen faul bin, möchte dieses Risiko nicht eingehen das ich den Magneten vergessen könnte wenn wir fertig sind mit der Beladung ,dennoch würde ich doch gerne auf eine Lösung hinarbeiten die nicht auf Magnetismus basiert.
Sicher ist Sicher.
Ich hoffe du hast dafür Verständnis.
Bezüglich der Wichtigkeit der Neigung der Schiffes:
Die Neigung ist eines der vier wichtigsten Bestandteile des Prozesses.
Dazu gehören noch :
Tonnage
Tiefgang
Verteilung der Fracht
Und natürlich die Neigung.
Das ganze zusammen träg immer dazu das die "Stabilität" des Schiffes gewährleistet ist.
Also nicht Stabilität im Sinne von aus einander brechen sondern von umkippen.
Aber wir sind hier ja nicht in der Schule, sondern in einem Arduino Forum
Als allererstes wäre klarzustellen, dass eine "selbstgebastelte Lösung" mit Sicherheitsrelevanz haftungstechnisch höchst problematisch ist ... Selbst bei Deinem Referenzprodukt für ca. 780€ hätte ich in dieser Hinsicht höchste Bedenken. Es fehlen technische Daten und Abnahme-/Zulassungsdokumente, die einer rechtlichen Prüfung standhalten.
Gehen wir im Folgenden also von einem Hilfsmittel ohne Sicherheitsrelevanz aus (günstigerweise gibt es ein unabhängiges System, dass bei akuter Fehlbeladung alarmiert und beispielsweise das Förderband rechtzeitig stoppt).
Es ist auf jeden Fall ratsam, mit einem ausreichend stabilen Probeaufbau Originalmessdaten (ungefilterte Rohdaten mit Zeitstempel, da genügt meist "Millisekunden" ab Messbeginn) auf dem Schiff aufzunehmen, eventuell während der Messung das Verhalten des Schiffs per Video aufzeichnen und zu bestimmten Zeiten "händische" Messungen durchzuführen und zu dokumentieren.
Das gibt Dir die Möglichkeit, die Messwerte gegen die jeweiligen realen Verhältnisse zu prüfen und geeignete Algorithmen zur Mittelung und Bewertung auszuprobieren. Wenn Du verschiedene Ladevorgänge getrennt aufnimmst, kannst Du damit "im Labor" mit den Daten testen.
Maximal +/-4° bedeuten bei einer Entfernung zur Reling von 5m etwa
(5 m/1000 m ) x 4° x 17,45 m/° = 0,349 m = ca. 35 cm
Abweichung zur Schiffsmitte. Ab welchem Wert wird's denn kritisch?
Mit einem MEMS wie z.B. einer MPU9250 oder der MPU9265, wie sie bei mir gerade hier auf dem Schreibtisch liegt, könnte man mal - wie oben beschrieben - Messwerte aufnehmen. Eine MPU9250 kostet ca. 10€ plus Versand und lässt sich hervorragend mit der Anleitung von "Wolles Elektronikkiste" verstehen und programmieren:
Ich weiß nicht wie empfindlich der Kompass usw. sind aber ich vermute, wenn der Magnet wenigstens 1 m vom Kompass entfernt ist, dass dann das Magnetfeld des Sensormagneten keinen messbaren Einfluss mehr hat.
Käme eben auch auf einen Versuch an.
Wenn das ganze kein "Geheimprojekt" ist, dann solltest du mal beschreiben um was für ein Schiff es geht und wo dieses Schiff unterwegs ist. Ein Lastkahn auf einem Fluss mit zigtausend Tonnen Gesamtgewicht wird tatsächlich nur ganz unmerklich schwanken.
Irgend ein Boot mit 10 m Länge auf einem 30 m breiten Fluss wird wohl auch nur ein kleines bisschen schwanken wenn gerade ein großes Schiff das ordentlich Bugwelle macht vorbeifährt.
In einem Hafen der direkt am offenen Meer liegt sieht das ganz anders aus.
Ich denke auch nicht, daß der Magnet in der Lage ist irgend ein Instrument zu beeinflussen. Das Einzige Instrument, dem ich zutraue, von einem kleinen Magneten überhaupt beeinflusst zu werden, ist ein magnetischer Kompass, wenn man ihn näher als einen halben Meter in dessen Nähe bringt. Alles was weiter weg ist, dürfte in der natürlichen Schwankung des Erdmagnetfeldes untergehen.
Was du von dem, was dir hier gesagt wird, anwendest, ist letztendlich deine eigene Entscheidung.
Der MPU9250 ist eigentlich ein Auslaufmodell. ... Nachfolger ist der ICM-20948.
Wolfgang Ewald [ April 26, 2023 ] Hallo, Nachtrag: habe gerade MPU9250 von hier bekommen ... Update : habe den Link herausgenommen, da ich in meiner letzten Lieferung nun auch Schrott bekommen habe. Richtiges Label auf dem IC, aber gem. Who Am I Register MPU6500. Sehr enttäuschend!
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