Neigungssensor

[fabianaiple]

Hallo Zusammen!

Ich möchte einen Fahrradcomputer bauen, der mir die Steigung bzw. das Gefälle in % über einen Mycrokontroller angiebt. Als Neigungsmesser dachte ich nun an den ADXL 103 (da ich nur die Neigung des Fahrrades in einer Achse messen will) von der Firma Analog Devices. Hat jemand schon Erfahrungen mit diesem Sensor gemacht oder sogar mit einer ähnlichen Anwendung? Ist der ADXL 103 für diesen Zweck geeignet? Um wieviel Grad kann der Sensor messen, wenn es sich dabei um einen +- 1,7 g Sensor handelt?

Für Antworten schon im Vorraus ein Dankeschön
Mit freundlichen Grüßen

[recycle]

Um wieviel Grad kann der Sensor messen, wenn es sich dabei um einen +- 1,7 g Sensor handelt?


Wenn du einen Beschleunigungssensor als Neigungssensor verwendest, misst du damit die Erdbeschleunigung. D.h. eindeutig messen kannst du mit dem Sensor den Winkelbereich von -90 bis +90 Grad, wenn du den Messwertverlauf berücksichtigt auch die vollen 360Grad.

Vom Messbereich her sollte das sogar reichen, wenn du zwischendurch mal ne Wand rauf und runter.
Schluss ist bei dem ADXL 103 laut Datenblatt bei Beschleunigungen von 1,7g.
Wenn du die mit dem Fahrrad übersteigst, kannst du aber davon ausgehen, dass dich die Steigung in dem Moment nicht interessieren wird, da du gerade im Begriff bist den Sattel zu verlassen um irgendwo aufzuschlagen.

Interessanter für deinen Zweck sind Auflösung und Genauigkeit des Sensors.

Ausser der Erdbeschleunigung misst der ADXL allerdings auch noch deine Beschleunigung.
Laut Wikipedia treten beim Freizeit-Fahrradfahrern Beschleunigungen bis zu 1m/s^2 und bei Sportprofis sogar bis zu 2m/s^2 auf:
http://de.wikipedia.org/wiki/Beschleunigung#Beispiele_f.C3.BCr_die_Gr.C3.B6.C3. 9Fe_von_Beschleunigungen

1g entspricht 90Grad. 2m/s^2 entspricht 0,2g.

D.h. wenn du mit dem ADXL 0,2V misst, liegt die Wahrheit irgendwo zwischen einem tierisch sportlichen Antritt auf gerader Strecke und nem Päuschen an einer 18Grad Steigung ;-)
Letzteres kannst du minimieren, wenn du zusätzlich einen Tacho hast und nur bei konstanter Geschwindigkeit misst.
Die spannenden Abfahrten musst du dann allerdings zweimal fahren, einmal mit konstanter Geschwindigkeit um die Steigung zu messen und dann nochmal um zu messen welche Höchstgeschwindigkeit du dabei erreichst. Blöd dabei ist, dass man für die 2. Messung erst mühselig wieder hoch fahren muss ;-)



Hat jemand schon Erfahrungen mit diesem Sensor gemacht oder sogar mit einer ähnlichen Anwendung? Ist der ADXL 103 für diesen Zweck geeignet?

Ich glaube schon, dass der Sensor sich eignet. Du musst damit allerdings analoge Messwerte im mV Bereich auswerten. D.h. du musst den analogen Teil deiner Schaltung ziemlich sauber aufbauen und mit ein paar Grad Messfehler rechnen.

http://www.analog.com/en/prod/0,2877,ADXL103,00.html

[Besserwessi]

Die Idee mit dem Tacho ist wirklich gut. Man kännte dann sogar die durch den Tcho gemessene Beschleunigung korrigieren und damit auch noch bei moderater Beschleunigung eine einigermaßen richtige Steigung anzeigen. Dazu bräuchte man aber ein Tachosignal mit relativ vielen Pulsen pro Radumdrehung. Ein Problem könnten die Stöße bei unebener Straße geben.

[recycle]

Dazu bräuchte man aber ein Tachosignal mit relativ vielen Pulsen pro Radumdrehung.

Wenn man dsowieso schon die Beschleunigung durch differenzieren der Tachoimpulse misst, könnte man natürlich am Berg auch einfach das Trampeln einstellen und Gefälle, bzw. Steigung einfach ohne Neigungssensor aus der Beschleunigung errechnen ;-)



Dazu bräuchte man aber ein Tachosignal mit relativ vielen Pulsen pro Radumdrehung.

Wir haben uns früher als Kinder mit ner Wäscheklammer ein Stück Pappe in die Speichen geklemmt, weil das so schön klapperte.
Mit ner billigen Mikrofonkapsel gäbe das prima Tachoimpulse.

OK, da wo mich jemand kennt würde ich heute nicht mehr so gerne mit der rappelnden Pappe in den Speichen rumfahren wollen, aber wenn man das Gefälle vor der Haustür wissen will, kann man ja auch beim Strassenbauamt nachfragen ;-)

[schnasemann]

ich habe sowas auch mal vorgehabt. Bevor Du nun Beschleunigung und Neigung auseinanderdividierst: Warum nicht ein Poti, an dessen Achse ein Gewicht hängt? Das sauber genug (oft genug) gesampelt sollte doch auch genug Auskunft über Neigung geben.
Tacho macht man mit Hallsensor oder Reedkontakt und Magnet.

HTH Carsten

[recycle]

Warum nicht ein Poti, an dessen Achse ein Gewicht hängt?

Warum einfach, wenn es kompliziert geht ;-)

Noch einfacher wärs eigentlich ein Stück Bindfaden mit nem Gewicht und ein altes Geodreieck an den Lenker zu frickeln.
Das ergibt dann neben Neigungssensor auch gleich ein prima analoges Anzeigegerät für den Neigungswinkel ;-)

Ok,ok, der Vorschlag mit dem Poti ist schon irgendwie professioneller.

Aber Fadenpendel mit Geodreieck passen dafür besser zur Pappe in den Speichen ;-)

[Tido]

Hi!

Warum nicht ein Poti, an dessen Achse ein Gewicht hängt? Das sauber genug (oft genug) gesampelt sollte doch auch genug Auskunft über Neigung geben.

HTH Carsten

Weil er mit dem Pendel auch die Beschleunigung mißt

[recycle]

Weil er mit dem Pendel auch die Beschleunigung mißt

Ich glaube was bei allen bisher genannten Lösungen ein bischen stört, ist dass ein Fahrrad besonders wenn man beim Bescheunigen feste in die Pedale tritt nicht besonders ruhig auf der Strasse liegt.
D.h. die Beschleunigung geht nicht nur als Störgrösse ein, sondern bringt auch noch weitere Störeffekte mit.

[Besserwessi]

Die Beschleunigung durch die Pedale ist zeitlich nicht konstant (merkt man besonders bei Glatteis). Die Tachomessung und der Beschleunigungssensor müssen also schon syncron gemessen werden. Wesentlich mehr Probleme sollten die Pedale aber eigentlich nicht machen.

[fabianaiple]

Vielen Dank für die schnellen Antworten.

Da ich das Messergebnis auf einen Mycrokontroller geben möchte wird dieses in einem Analog- Digitalwandler gewandelt. Da dieser einen Eingangsspannungsbereich von 0- 5V hat müsste ich die relativ kleinen Messergebnisse verstärken. Könnte ich dieses mit einer einfachen Verstärkerschaltung realisieren (Neigungssensorausgang auf die Basis von einem Transistor legen, an Kollektor Emitter 5 V anlegen)? Würde das funktionieren oder gibt es eine bessere Möglichkeit, da sich die Spannungen am Ausgang des Neigungssensors nur im mV Bereich bewegen.

Mfg

[recycle]

Könnte ich dieses mit einer einfachen Verstärkerschaltung realisieren (Neigungssensorausgang auf die Basis von einem Transistor legen, an Kollektor Emitter 5 V anlegen)?

Ich bin da nicht so der Spezialist, aber ich vermute das wäre ein recht typischer Einsatzzweck für einen Operationsverstärker und sollte relativ einfach lösbar sein.



da sich die Spannungen am Ausgang des Neigungssensors nur im mV Bereich bewegen.

Bei einem 10 Bit AD-Wandler hast du bei 5V eine Auflösung von ca. 5mV.
Wenn du die Referenzspannung anpasst, kannst du das noch etwas verfeinern.

Der Sensor macht 1000mV/g.
Bei einer Auflösung von 5mV ergibt das 200 Schritte.
1g entspricht 90Grad.
90Grad / 200 = 0,45 Grad.

Bevor du dir um die Auflösung Gedanken machst, solltest du dich glaube ich erst mal damit beschäftigen, welche Genauigkeit du erreichen willst und ob das möglich ist.

- Beim Fahrrad ändert sich der Neigungswinkel, wenn du mal besser Frühstückst als normal, wenn Luft im Reifen fehlt, wenn du während der Messung gerade auf ner Zigarettenkippe stehst .....
- Du musst Fahrtbeschleunigungs und Graviationsbeschleunigung auseinander rechnen.
- Du bekommst Störimpulse, weil ein Fahrrad immer ein bischen rappelt
- Sensor, Controler und deine Schaltung haben einen Messfehler.

Da können schnell ein paar Grad Messfehler zusammenkommen und wenn das Messergebnis sowieso nur auf ein paar Grad genau ist, dürfte die Auflösung von 0,34 Grad reichen.

[Besserwessi]

Die Sensoren geben 1 V bei Erdbeschleunigung aus. 1 Grad Neigung gibt sin(1 Grad) * 1 V = 17 mV. Das würde von der Auflösung schon reichen. Etwas Verstärkung wäre aber eventuell doch angebracht. Dazu Würde ein Operationsverstärker reichen.

[Dirk]

... habe gerade in den "Highlights 2008" von ELV einen digitalen Neigungssensor gefunden.

Vielleicht wäre das was?

Gruß Dirk

[fabianaiple]

Wo hast du denn den Neigungssensor genau gefunden im Katalog oder internet? Im internet finde ich nix passendes könntest du mir eventuell den link schicken wäre nett.

Vielen Dank MFG

[uffi]

Eine weitere Lösung für das Problem die Beschleunigung des Fahrrades herauszurechnen ist folgende:

man nehme zwei Beschleunigungssensoren und montiere diese im Winkel von 90° (oder einen, der auf x-Richtung und einen weiteren, der auf z-Richtung empfindlich ist).

Dann kann man die korrigierte Neigung und die Beschleunigung des Fahrrades ermitteln.

Hier steht die Mathematik dazu (weiter unten):

http://home.arcor.de/uffmann/ARTIST3.htm

Das Vorzeichen der Beschleunigung kann man aus dem Tacho ermitteln.

[Dirk]

Hallo fabianaiple,

Wo hast du denn den Neigungssensor genau gefunden...?

In den "ELV Elektronik Highlights 2008" (Zeitschrift 1,50€).

Bestell-Nr. 19-687-73 für 39,95€

Soll auf 0,1° genau messen.

Gruß Dirk

[fabianaiple]

Kann mir mal jemand genauer beschreiben, wie sich die beiden Beschleunigungen auseinanderaddieren lassen?
So wie ich das jetzt verstanden habe, müsste ich die neigung immer messen, wenn ich die momentane Geschwindigkeit messe also Zeitgleich. Und dann muss ich die momentane Geschwindigkeit abziehen. Gibt es hierfür irgendwelche Formeln zur Berechnung?

Habe ich dies überhaupt richtig verstanden??? Bitte helft mir ich bin fast am verzweifeln. Im Vorraus schon vielen Dank.

MFG

[fabianaiple]

Kleine Anmerkung noch zu dir Dirk.
Danke für den Vorschlag aber ich möchte dieses Teil selber erstellen da es für eine Projektarbeit gedacht ist.
MFG

[Dirk]

Danke für den Vorschlag aber ich möchte dieses Teil selber erstellen da es für eine Projektarbeit gedacht ist.

Ok.
Mich hätte nur interessiert, was für eine Technik in dem ELV-Ding steckt.
Vielleicht hätte man sich da was abgucken können.

Gruß Dirk

[U.H.M.]

Eine Frage die sich mir noch stellt ist:

Wird so ein Beschleunigungssensor nicht empfindlich gestört wenn man mit dem Mountainbike über Stock und Stein hüpft?
Eigenlich kann man ja so den Straßenbelag katalogisieren.
je weniger Störeinfluß, desto besser der Belag? Desto besser die übertragene Kraft auf die Straße ?

???

Dafür wüsste ich aus dem Stehgreif ne Menge Anwendungen die zwar nicht reich machen, sich aber doch vermarkten ließen.

Gruß, UM

[vohopri]

Hallo Fabian,

"auseinanderaddieren" ist gut formuliert, den Spruch muss ich mir merken.

So wie ich es verstanden habe, ist die Gesamtbeschleunigung die Wurzel aus (quadrierte Beschleunigung SensorX + quadrierte Beschleunigung SensorZ).
Davon ziehst du die Erdbeschleunigung von 1g ab und du hast die Beschleunigung des Fahrzeugs im Sinne einer Geschwindigkeitsänderung.

@UM
Meim Hüpfen von Stein zu Stein kannst du dich entscheiden, ob du die "Momentanbeschleunigung" misst, oder die mittlere Beschleunigung über einen bestimmten Zeitraum. Je nach dem, was dich interessiert. Beim Mitteln fallen die "Fehler" raus. Das rüttelt sich so zu sagen gleich.

grüsse,
Hannes

[Besserwessi]

Das mit dem 2ten Beschleunigungsensor um die Beschleunigung rauszurechnen hat ziehmliche Probleme mit der Genauigkeit. Einer Beschleunigung von 1m/s^2 (entspricht ca. 10% Steigung) ändert sich die Summe (als Vektoren) aus Erdbeschleunigung und Fahrbeschleunigung nur um ca. 2%. Das heiß andersherrum, das 2% Änderung in der Summe schon als etwa 10 % Steigung interpretiert werde müssen. Bei noch kleinern Werten wird das ganze noch schlechter.

Da ist die Lösung mt dem Tacho deutlich besser.