Drehzahl eines Motors mit Spannung darstellen (Inkrementalgeber;ohne Microcontroller)

[Lukas722]

Hallo Gemeinde,

ich bin neu hier, und muss in der Schule ein Projekt realisieren. Bei diesem Projekt soll die Drehzahl eines Motors (600 RPM) in einer Spannung an einem analogen Messwerk dargestellt werden (Hohe Spannung = Hohe Drehzahl; Niedrige Spannung = Niedrige Drehzahl). Wir versuchen dabei nur Schwankungen der Drehzahl sichtbar zu machen dh. bricht die Drehzahl des Motors kurz ein sollte die Spannung auch kurz zurück gehen.

Nun, wir dachten dabei an einen Inkrementalgeber mit Lichtschranke (http://de.rs-online.com/web/p/drehgeber/7967806/). Dieser liefert uns jedoch immer eine Rechteckspannung.
Wie schaffen wir es nun diese Rechteckspannung in eine zur Drehzahl proportionale Spannung umzuwandeln?
Nach längerer Recherche fanden wir dann folgendes Bauteil:

http://de.farnell.com/linear-technology/ltc2644l10-pbf/10-bit-d-a-wandler/dp/2447849

Würde diese Kombination (Inkrementalgeber + Bauteil) das gewünschte Resultat liefern?
Hättet ihr andere Ideen oder am besten einen passenden Schaltplan?

Da wir nicht gerade die versiertesten Elektroniker sind würden wir dies am liebsten Analog lösen.
Ich bedanke mich schon jetzt für jede Antwort!

Viele Grüße und vielen Dank,
Lukas

[i_make_it]

Häng einen kleinen Motor mit permanentmagneten dran (DC-Motor), den Du im Generatorbetrieb nutzt.
Fertig nennt man das einen Tachogenerator.
Der liefert Dir dann ohne irgendeinen zusätzlichen Aufwand eine zur Drehzahl proportionale Spannung.
Ggf. noch ein Spindeltrimmer als Spannungsteiler um einen Abgleich der Anzeige durchführen zu können.
Die Nennspannung des Tachgenerators sollte natürlich der des Motors entsprechen, nicht das sonst was bruzelt.

Beim digitalen Drehgeber bekommst Du eine drehzahlabhängige Frequenz.
Also braucht Du eine Frequenz zu Spannung Wandlung.

Bsp.:
https://www.reichelt.de/?ARTICLE=10435&PROVID=2788&wt_mc=amc141526782519998&gclid=CPHH9I_gsNMCFU08Gwod8NYOvQ

Dein gewählter D/A Wandler wird nichts bringen, das Puls Pausen Verhälltniss ist ja Frequenzunabhängig immer gleich (50%) da kommt also dann immer 50% der Signalspannung des Drehgebers raus. Oder wenn der Motor langsam genug dreht, mal 0V und mal die Signalspannung.

[Lukas722]

Vielen Dank für deine schnelle Antwort.
Einen Motor als Generator zu nutzen war auch der erste Gedanke meines Lehrers, jedoch sind wir für eine Umsetzung mit Generator (laut meinem Lehrer) zu viele Schüler, also das Verhältnis von Aufwand zu mitwirkenden Schülern ist zu klein. Deshalb sind wir gezwungen das Problem anderweitig zu lösen.

Solch eine Frequenz zu Spannung Wandlung ist ein interessanter Punkt, Danke.
Muss ich die Rechteckspannung in ein Sinussignal umwandeln wenn ich diesen Wandler benutzen will? Und wenn ja, wie funktioniert dies (Hochpass/Tiefpass?) ?

Viele Grüße und immer noch dankbar für jede Antwort,
Lukas

[i_make_it]

Du könntest einfach auf der von mir verlinkten Reichelt Seite das Datenblatt öffnen und drin lesen das der IC mit einem OPAMP und einer Ladungspumpe arbeitet.
Und du köntest Google mit "lm2907 drehzahlmesser" als Suchbegriff bemühen und würdest innerhalb von Sekunden auf:
https://www.youtube.com/watch?v=5N6rclSOaR8
stoßen.
Etwas mehr Eigenleistung fände Dein Lehrer bestimmt gut.

[wkrug]

Was auch geht ist, mit den Impulsen ein Monoflop anzusteuern.
Je mehr Impulse kommen umso höher wird dann die gemittelte Spannung ( Tiefpaßfilter ) nach dem Monoflop.
Die Lösung mit den F/U Konverter ist natürlich wesentlich eleganter, weil da ja schon eine Spannungsstabilisierung eingebaut ist.
Als Geber könnte man einen kleinen Magneten auf den Motor kleben und dann mit einem Hall Geber abfragen.
Z.B. TLE 4905L. Da ist die Signalaufbereitung ( Schmitt Trigger ) schon mit drin!

[i_make_it]

Was auch geht ist, mit den Impulsen ein Monoflop anzusteuern.


Klar kann man das machen, aber augehend von:


Da wir nicht gerade die versiertesten Elektroniker sind würden wir dies am liebsten Analog lösen.


Bin ich mal von einer möglichst einfach umzusetzenden Variante ausgegangen.
Beim Monflop muß dimensioniert (R-C) werden und ob retriggerbar oder nicht gewählt werden..

Der Lerneffekt bezüglich Elektronik ist bei einem Monoflop, das am besten noch diskret aufgebaut wird, natürlich am höchsten.
Denn im Prinzip lernt man da eine Möglichkeit einen F/U-Wandler selbst aufzubauen kennen.

Wenn man den noch erweitert, so das man auch andere Signalformen als Digitalsignale als Trigger nutzen kann, hat man:
Schmitt-Trigger - Monoflop - Tiefpass als Baugruppen in einer Schaltung vereint.

Könnte man also durchaus als drei Teilaufgaben an Schülergruppen vergeben.

Von daher hat die Idee natürlich Ihren Reiz.
Müsste Ihr mit eurem Lehrer besprechen, wieviele Unterrichtseinheiten Ihr dafür habt.

[hbquax]

Was ist denn an der Tachogenerator-Lösung aufwendig? Da tut es doch der kleinste und billigste Motor aus der Grabbelkiste, sowas gibts bei den großen Elektronikversendern für weniger als 1 €...
Die Ausgangsspannung bei max. Drehzahl sollte halt ungefähr zum Messbereich des Anzeigeinstrumentes passen, aber wenn es ein Standard-Multimeter ist haben die ja mehrere Messbereiche.

[i_make_it]

@hbquax:
An einer Tachogeneratolösung ist nichts aufwändig.
Das ist es ja grade.

das Verhältnis von Aufwand zu mitwirkenden Schülern ist zu klein
Da können dann 5 Schüler gar nichts machen und trotzdem gibt es ein Ergebniss.

[Peter(TOO)]

Da können dann 5 Schüler gar nichts machen und trotzdem gibt es ein Ergebniss.
Naja, 5 Schüler könnte man gerade noch beschäftigen:
2, für jeden Draht einen
1 für den Generator
1 für das Messgerät
1 für die mechanische Kopplung des Generators an die Welle

;-)

[Roccat]

Hallo,
bin ebenfalls ein Neuling. Ich wollte fragen wie es nun bei Lukas722 mit seinem Projekt aussieht?

Denn ich versuche zur Zeit ebenfalls einen Drehzahlmesser mit einer Lichtschranke zu realisieren.
Mein Plan sieht so aus: Ein Inkrementalgeber gibt ein Rechteckssignal aus, wobei ich den Ausgang auf den Eingang (Pin 1) des LM2907 leite (Ich besitze die 8-Pin Variante).
Leider erhalte ich jetzt am Ausgang nur einen konstanten Spannungswert, der überhaupt nichts mit der Drehzahl des Motors zutun hat (ca. 4V). Was mache ich falsch?
Mein Schaltplan hängt im Anhang und besteht aus dem Inkrementalger (links) und der IC (rechts). Die Kondensatoren und Widerstände sind aus dem Datenblatt (Miniumum Component Tachometer S.1), da die maximale Frequenz sich in einer ähnlichen Größenordnung befindet (ca. 700-800 Hz).

Lichtschranke Datenblatt: http://www.krause-robotik.de/service/download/doku/gp1a30r.pdf
LM2907 Datenblatt: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2917-n.pdf

Verzweifelte Grüße - Roccat :confused:

32635

[wkrug]

Ich vermute, das der 2917 an seinem Input ein leicht negatives Signal gegen GND braucht um den Ausgang kippen zu lassen.
Ein magnetischer Sensor wie im Datenblatt macht das so!
Ich würde mal einen 100k Widerstand von Pin 1 des IC nach GND rein Bauen und den Optokoppler mal mit einem 100nF Kondensator an den Pin 1 des 2917 ankoppeln und dann gucken was passiert.
Bei der Kombination ergibt sich eine Zeitkonstante von 10ms.
Wenn der Optokoppler nur eine sehr langsam ansteigende Spannung am Ausgang raus bringt ist evtl. ein größerer Koppelkondensator notwendig.
Ein Oszilloskop wäre hier hilfreich.

[Peter(TOO)]

Hallo Roccat,

Du hast da eine wichtige Kleinigkeit übersehen.
das an den Pins 1 und 8 ist ein Komparator:
Wenn Pin 1 ein höhere Spannung als Pin 8 hat, wird der Ausgang 1.
ist Pin 1 negativer als Pin 8, ist der Ausgang 0.

Im Datenblatt wird ein Induktiver Geber verwendet, dieser liefert eine Wechselspannung und Pin 1 wird auch negativer als GND.

Deine Gabellichtschranke liefert entweder etwas um 0.4V oder um 4.5V.
Pin 1 kann also NIR negativer als Pin 8 werden ......

Nimm mal zwei etwa 10k Widerstände und mach damit einen Spannungsteiler (beide Widerstände in Serie, ein Ende der Schaltung kommt an GND, das andere an Pin 5 der Lichtschranke, da sollten etwa 5V sein. Der Mittlere Anschluss kommt dann an Pin 8 des LM2907. Vorher natürlich die Verbindung von Pin 8 nach GND unterbrechen.)

An Pin 8 liegen dann etwa 2.5V an und es klappt dann auch, das Pin 1 positiver oder negativer als Pin 8 wird.


Übrigens, nummerier bitte die ICs durch, also z.B. IC1, IC2 usw.
Bei deiner Schaltung geht es jetzt noch, aber wenn du jetzt zwei LM2907 verwenden würdest. Die Schreiberei ist mit "IC1, Pin 2" eindeutig. Sonst muss man "Pin 1 des LM2907 oben rechts" schreiben ....

MfG Peter(TOO)

[Roccat]

Danke für eure Lösungen. Leider kann ich die Schaltung erst morgen abändern und testen...
Deine Lösung Peter(TOO) klingt absolut logisch und ich bin ziemlich zuversichtlich, dass es jetzt klappen wird!

Vielen Dank und schönen Sonntag,
Roccat

[wkrug]

Nimm mal zwei etwa 10k Widerstände und mach damit einen Spannungsteiler (beide Widerstände in Serie, ein Ende der Schaltung kommt an GND, das andere an Pin 5 der Lichtschranke, da sollten etwa 5V sein. Der Mittlere Anschluss kommt dann an Pin 8 des LM2907. Vorher natürlich die Verbindung von Pin 8 nach GND unterbrechen.)

Müsste man gucken, ob das geht.
Ich meine ich hätte beim Überfliegen des Datenblattes gelesen, das dieser Pin 8 intern noch mit einem anderen IC internen Schaltungsteil verbunden ist. Dann kann man diese Verbindung nach GND nicht so einfach durch einen Spannungsteiler ersetzen.

[Peter(TOO)]

Müsste man gucken, ob das geht.
Ich meine ich hätte beim Überfliegen des Datenblattes gelesen, das dieser Pin 8 intern noch mit einem anderen IC internen Schaltungsteil verbunden ist. Dann kann man diese Verbindung nach GND nicht so einfach durch einen Spannungsteiler ersetzen.
Da hast du recht, kommt aber auf das Gehäuse an!
Bei den 8-Pinnern ist der Anschluss intern verbunden und fest mit GND verbunden um Pins zu sparen.
Nur bei dem Gehäuse mit mehr Pins ist er wirklich einzeln herausgeführt.

Dann bleibt nur die Variante mit der Einkopplung über einen Kondensator.

[Roccat]

Okay, heute getestet. Geht nicht, ist das Gehäuse mit 8 Pins...
Hab am Ausgang immer noch die altbekannten 15V gemessen. Werde mal die Variante von wkrug testen.
Oszilloskop habe ich leider (noch) keins, komme aber morgen zu einem Kollegen der eins hat.

Danke für eure Hilfe,
Grüße