Absoluter Anfänger sucht Hilfe zu Mikroprozessor

[MasterX2]

Hallo

Ich bin Maschinenbaustuden im 9. Semester und bin grad in den Anfängen meiner Studienarbeit. Ich bin auf dem Elektronikgebiet absoluter Neuling. Programmiert hab ich schon in Schule und Uni und in der Einarbeitung in eine neue Sprache sehe ich auch nicht das Problem. In Sachen PC kenn ich mich schon ganz gut aus. Nur die ganze Hardware Geschichte mit Sensoren und Mikrocontrollern macht mir ein wenig Bauchweh:

Grob gesagt will ich einen Stift entwickeln dessen Bewegung und Neigung ich mittels eines x,y,z Beschleunigungssensors messe. Freescale Acceleration Sensor (http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MMA7260QT&fsrch=1)
Dieser Sensor liefert, soweit ich das verstanden habe, eine Spannung, anhand derer ich ja die Beschleunigung ablesen kann.

Aber der Sensor ist denke ich nicht das Problem. Ich bin zur Zeit auf der Suche nach einem Mikrocontroller und im Roboternetz auf die Atmel Chips gestoßen. Sind die geeignet für meine Anwendung?
Zu Testzwecken kann ich ja das RN-Control Board benutzen (hoffe das hab ich so richtig dem Wiki entnommen), nur Frage ich mich wie es später aussieht. Habe ich überhaupt eine Chance einen Chip zu finden den ich in einem Schreibstift (eventuell auch ein bisschen größer) unterbringe.

Mein Wunschziel wäre ein Stift der mir die Sensordaten per Bluetooth an meinen PC schickt. Ist sowas überhaupt denkbar oder im Eigenbau nicht zu bewerkstelligen?

Könnt ihr mir irgendwelche Literatur zu dem Thema empfehlen damit ich mal einen groben Einstieg in die Materie bekomme?

Ich bin für alle Antworten zum Thema dankbar!

Gruß
Jan

[fumir]

machbarkeit ist oft eine frage der kosten.
in dem fall wohl auch eine frage der erfahrung / der zur verfügung stehenden zeit.

ich hab mal so was ähnliches wie nen stift gesehen. ein kleines gehäuse mit ner spitze (z.b. für nen optischen sensor) und platz für etwas elektronik. hab aber keine ahnung ob's so was noch zu kaufen gibt (vielleicht ein gehäuse für nen messadapter, oder etwas in der art)

dein sensor ist ja schon mal recht klein (6x6mm) und die µC gibts auch in winzig. die frage ist nur, ob du das rein praktisch auf ne kleine platine bekommst, wenn du, wie du sagt mit hardware nix am hut hast.
man kann sich auch nen prototypen fertig bestellen (firma stellt platine her und bestückt diese auch) dann kann man manche chips sogar direkt ohne gehäuse (also wirklich nur den silizium-kristal) auf die platine bounden lassen. billig ist aber was anderes :-)

ein beschleuingungssensor allein wird in dem fall wohl nicht reichen. da brauchst du wohl auch noch nen rotationssensor. zu dem thema gabs hier schon nen thread. such mal nach den entsprechenden schlagwörtern. ist nicht ganz einfach befürchte ich :-)

dann brauchst du auch noch ne stromversorgung. am besten wohl aus einer NiMh-zelle. d.h. du musst die spannung noch auf etwa 3.3v hochbringen.

zu bluetooth kann ich nicht viel sagen. ist aber sicher auch nicht so einfach.

alles in allem ist das alles machbar (schlieslich gabs so was schon mal irgendwo zu kaufen, so weit ich mich entsinne), wird aber entweder viel geld (das ist natürlich relativ, wie sieht denn dein budget aus?) und/oder viel zeit/übung kosten.

hoffe ich hab dich jetzt nicht entmutigt :-)

[MasterX2]

Ganz im Gegenteil, ich bin froh um realistische Einschätzungen ;-)

Also Zeit sollte schon da sein, für die nächsten 20-22 Wochen beschäftige ich mich Vollzeit damit.

Der Schaft des Stiftes kann nach oben hin auch ruhig ein wenig dicker werden um die Elektronik zu beherbergen. Im Datenblatt zum Atmeg168 steht, dass er 34x7,6mm wäre. Das bekommt man glaub noch unter ohne ihn von seinem Gehäuse zu trennen :D

Zelle habe ich auch schon drüber Nachgedacht und ich werde wohl eine LiIon Photozelle nehmen, die liefern immerhin schon 3V.

Danke für den Tipp mit dem Rotationssensor, ich werde mal die Suche bemühen. Das wird aber später wohl in der Software-Ecke landen um die Messwerte sinnvoll zu verarbeiten/interpretieren. Jaja, ich erinnere mich dunkel an die Mess- und Regelungstechnik Vorlesung ;-)

Budget ist so ne Sache, umsonst gibts das Zeug ja nicht. Nen Tausender sollte es halt nicht kosten, aber die Hälfte wäre schon noch im Rahmen. Kommt halt drauf an für was man das Geld braucht, ob die Testumgebung so teuer wird oder schließlich ein Prototyp soviel Geld kostet. Die Sensoren und Chips scheinen ja günstig zu sein.

[Besserwessi]

Den Prozessor gibt es sogar noch kleiner als MLF Gehäuse (4x4x1 mm^3). Die Frage ist da aber ob man damit unbedingt anfangen will. Mir ist das trotz viel Übung noch zu klein. Schwieriger könnte es schon werden ein entsprechend kleines Blutouth Modul zu finden. Evetuell müßte man das auf eine andere Funkschnittstelle (z.B. ZigBee) oder einfach IR Ausweichen. Den ersten Prototypen kann man aber wie gesagt mit einem fertigen Prototypenboard wie z.B. dem RNControll, oder dem Atmel Butterfly oder einem ähnlichen Board machen. Verkleinern kann man das ganze ja, wenn es sonst schon läuft.
Mir stellt sich ein bischen die Frage wieso soetwas im Mashienenbau gemacht wird, das paßt eigentlich mehr zur Elektrotechnik oder Informatik.

[Hellmut]

Hallo Jan

Vom Maschbauer zu Maschbauer, auch wenns sehr viele Jahre her ist, bei www.RCLine.de gibt es einen "Einsteiger-Thread" der einen in kürzester Zeit in die Lage versetzt, besonders Mental, die "Black-Boxen" zu öffnen. Besonders die Flexibilität sich auf einer Lochplatine schnell eine Schaltung aufzubauen, oder diese zu verändern, wird einem nahe gebracht.

Viel Spaß

P.S.: 20-22 Wochen können schnell vorbei sein!

[MasterX2]

@Ich hab als Vertiefungsrichtung Mechatronik und Mikrosystemtechnik gewählt, von daher passt sowas eher rein. Ne klassische Domäne des Maschinenbau ist es nicht, da hast du recht ;-)

Ich habe im Netz dieses Bluetooth-Modul (http://www.promiserial.de/promiesd02.htm) gefunden. Das kann ich doch dann einfach statt eines RS232 Port an den Controller anschließen. Von der Theorie hört es sich gar nicht so kompliziert an.

Wie "schnell" ist denn solch ein AVR Chip? Kommen meine Signale von den Sensoren (evtl. mehrere Beschleunigungssensore) denn ohne nennenswerte Verzögerungen am Rechner an, oder ist eine "live" Aufzeichnung nicht möglich?

Ansonsten habe ich mir aus der Uni-Bibliothek mal 2-3 Bücher, die hier im Wiki standen geordert und die werde ich in den nächsten paar Tage mal genauer studieren...

Gruß
Jan

[AlKI]

Wie "schnell" ist denn solch ein AVR Chip?


bis 8MHz interner Quartz, mit externem bis zu 16, manchmal auch 20MHz Taktung



Kommen meine Signale von den Sensoren (evtl. mehrere Beschleunigungssensore) denn ohne nennenswerte Verzögerungen am Rechner an, oder ist eine "live" Aufzeichnung nicht möglich?

die MCs haben nen reduzierten Befehlssatz, welcher meist in 1-2, manchmal auch ein paar mehr Takten ausgeführt wird.

Ob du deine Daten schnell genug an den Rechner bekommst, hängt von der Übertragungsrate und der Art, wie du sendest ab (RS232 => von Baudrate abhängig; I2C; und wie die Schnittstellen alle heißen)

Natürlich auch von der Größe deiner Daten, und wie weit sie schon im MC verarbeitet werden sollen. (wenn der MC nur daten einlesen und senden soll, hast du gute chancen, ansonsten kommt es auf dein Programmierkönnen an))


Und wirkliches "live" gibts am PC nicht, das weißt du glaub. Ohne merkliche verzögerung? ja, sollte gehen.

[fumir]

Der Schaft des Stiftes kann nach oben hin auch ruhig ein wenig dicker werden um die Elektronik zu beherbergen. Im Datenblatt zum Atmeg168 steht, dass er 34x7,6mm wäre. Das bekommt man glaub noch unter ohne ihn von seinem Gehäuse zu trennen :D

Zelle habe ich auch schon drüber Nachgedacht und ich werde wohl eine LiIon Photozelle nehmen, die liefern immerhin schon 3V.

Danke für den Tipp mit dem Rotationssensor, ich werde mal die Suche bemühen. Das wird aber später wohl in der Software-Ecke landen um die Messwerte sinnvoll zu verarbeiten/interpretieren.

mit etwas übung sollte die verwendung von smd-bauteilen möglich sein, die sind dann schon noch ne ecke kleiner. es genügt ja nicht, den µC unterzubringen.
du brauchst auch noch die zwei sensoren (xyz-beschleunigung, xyz-drehung) die batterie (muss genügend saft für die funkverbindung liefern!) den bluetooth kram, einige externe bauteile (quarz, r, c, etc) und nicht zu vergessen: viel platz für die leiterbahnen, es sei denn, du investierst in eine multilayer-platine.



Budget ist so ne Sache, umsonst gibts das Zeug ja nicht. Nen Tausender sollte es halt nicht kosten, aber die Hälfte wäre schon noch im Rahmen. Kommt halt drauf an für was man das Geld braucht, ob die Testumgebung so teuer wird oder schließlich ein Prototyp soviel Geld kostet. Die Sensoren und Chips scheinen ja günstig zu sein.
teuer wirds vor allem, wenn du nen fertig bestückten prototypen herstellen läßt. alles andere sollte preislich unproblematisch (<500) sein. ich würde auf jeden fall smd-bauteile (samt dem notwendigen zubehör für die bestückung der platine) einplanen und die platine industriell herstellen lassen (die ist dann vermutlich besser,präziser, kleiner als ne selbstgebastelte und elektrisch getestet für ca 50,-..100,-)
wenn du nicht schon an der uni an layoutsoftware rankommst kann es teuer werden, etwas vernünftiges (eagle) zu kaufen. wenn du mit ner zweiseitigen platine auskommst, genügt die kostenlose version von eagle. aber mit nem 4lagigen design wird die platine kleiner.

du solltest auf jeden fall mal checken, was an entwicklungskapazität (software, geräte/maschinen zur platinenherstellung, testequipment) an deiner uni zur verfügung steht, und das hier posten, dann kann man dir besser helfen.

[JonnyP]

(sarkastisch) Wie groß soll der Stift denn sein?
Ich würde die Sensoren in einen Stift einbauen und mit einer Drahtverbindung den Rest des Prototyps ganz konventionel auf einer Platine anordnen. Da kannst du das System entwickeln und austesten. Dann siehst du schon, ob sich das Ganze so verwirklichen lässt, wie du es dir vorstellst.

[fumir]

man sollte rein sprachlich mal differenzieren:
ich meinte mit prototyp eher das erste fertige, funktionierende gerät in stiftformat.

ein erster versuchs/entwicklungsaubau auf ner normalen lochrasterplatine und den sensoren auf ner kleinen platine mit kabel verbunden ist sicher auf jeden fall sinnvoll. aber das würde ich eben nicht als prototyp bezeichnen.

das ist dann auch ne sinnvolle aufteilung:
A) erst mal etwas mit möglichst wenig aufwand und viel platz zusammenbauen,programmieren und testen
B) dann erst den funktionierenden aufbau miniaturisieren und im stift unterbringen (und hoffen, dass es dann immer noch funktioniert)

[MasterX2]

So habe ich mir das auch gedacht. Ich werde mal noch ne Woche die Bücher lesen und dann erstmal ein Testboard und die Sensoren bestellen.

Wenn das dann soweit klappt und ich ein Programm geschrieben habe, das mir die Sensorwerte auf dem PC ausgibt kann man weiter drüber nachdenken wie man es kleiner bekommt. Aber das wird schon ein paar Wochen in Anspruch nehmen.
Den fertigen Stift nach 20 Wochen in den Händen zu haben, halte ich für unrealistisch, aber trotzdem Danke für den Tipp mit den fertig bestückten Platinen, das werde ich mir mal anschauen!

Gruß
Jan

[wawa]

hallo,

zurueck zu den Anforderungen: du suchst x,y,z Koordinaten ohne Drehung !! Du moechtest NUR den Stift vermessen. Ja.
Dann bau an das untere und obere Ende eine Infrarotdiode/n mit Kugelstrahlercharakteristik, beide unterschiedlich moduliert, um oben und unten erkennen zu koennen ( schon nicht einfach ). Auf die PC Seite haengst du einen µC der von DREI verschiedenen Punkten aus die beiden Leuchtdioden in der Entfernung ausmisst. Dann folgt das rechnen.
Geht alles. Wir haben so in den 80zigern den Helm von Piloten vermessen.
Die Sonne und andere Quellen machen aber Schwierigkeiten, daher modulieren.

Das Problem mit den Beschleunigungssensoren ist ihre Aufloesung und das Rauschen. Und du musst sauschnell rechnen. Von der Firma Vogel gibt es da sehr empfindliche Sensoren, aber nur eine Achse.

Denk mal drueber nach.

[wawa]

noch einen Nachtrag:

alle Messungen mit Beschleunigungssensoren addieren die Fehler auf. d.h. dein Stift ist dann sehr schnell im "IRGENDWO". Bei Traegheitsnavigationsplattformen muss auch in Abstaenden eine Normierung durchgefuehrt werden. z.B. wenn man gelandet ist, die Hoehe des Flughafens ueber NN ist genau bekannt, so kann man die Z-Achse abgleichen.
Fuer deinen Stift wuerde das bedeuten, du musst ihn auf eine genau definierte Stelle in einer festgelegten Position stellen. z.B. senkrecht an Koordinate x,y - dann Knopf "Abgleich" druecken.
Stiftbewegungen sind sehr langsam. Wir haben schon Schwierigkeiten eine Fussgaengerposition ( indoor location ) ohne grossen Fehler zu berechnen und haben alles Geld dieser Welt. Ohne Baken geht auch dies nicht.