Rätselhafte PWM bei Carrera Digital Autos

[GuenterI]

Hallo Leute,

einige Jungs aus dem www.freeslotter.de Forum und ich sind gerade, dabei die Geheimnisse der Carrera Pro-X Digitalrennbahn zu lüften. Das Digitale Protokoll zur Datenübertragung an die Autos ist bis auf Kleinigkeitn klar.

Nun haben wir die Pulsweitenmodulation der CarController etwas genauer unter die Lupe (=Speicheroszi) genommen. Dazu hab ich satt des Motors eine ohmsche Last angeängt und das Oszi parallel zu dieser geschaltet.

Auf den ersten Blick ist alles Paletti: Die PWM Impulse sind klar zu erkennen und haben eine Frequenz von ca. 463 Hz. Die Pulse ändern auch schön die Breite wenn man die Autoregler durchdrückt (wie erwartet - siehe Bild 1).

Zoomt man sich aber weiter in den Impuls rein, merkt man das dieser wiederum aus "Mikroimpulsen" besteht (Siehe Bild 2). Bei diesen hab ich eine f von ca. 125kHz gemessen. Und auch diese Impulse verändern die Pulsdauer wie halt bei PWM üblich.

Frage gibt es sowas wie eine PWM in der PWM??? :-s

Hier mal ein Osziscreenshots vom 463Hz Impuls:
Bild 1
http://home.pages.at/slotcar/userfiles/PWM01OWA.jpg
Und ein weiters Bild vom selben Impuls aber extrem "reingezoomt" "Mikroimpuls (125kHz).
Bild 2
http://home.pages.at/slotcar/userfiles/PWM01OWE.jpg

Der genaue Messaufbau, weitere Erklärungen und Bilder sind auf meiner Homepage http://home.pages.at/slotcar/_sgg/m5m3s2_1.htm dargestellt.

Ich weiß, das Thema hat nicht direkt was mit Robotern zu tun, aber ich denke, dass hier im Forum einige Leute mit viel PWM Knowhow anzutreffen sind. Vielleicht könnt ihr uns kindgebliebenen Rennbahnfans O:) etwas weiterhelfen.

Beste Grüße
Günter

[Blackbird]

Ist wie bei der Modelleisenbahn:
PWM ist das nicht ganz. Die "Mikroimpulse" sind die Datenbits des Protokolls, das der Decoder im Auto haben will.
Zitat:
"Das Digitale Protokoll zur Datenübertragung an die Autos ist bis auf Kleinigkeitn klar"
Wo ist da noch das Problem?


Siehe auch: http://www.freeslotter.de/thread.php?threadid=278

Blackbird

[GuenterI]

Ist wie bei der Modelleisenbahn:
PWM ist das nicht ganz. Die "Mikroimpulse" sind die Datenbits des Protokolls, das der Decoder im Auto haben will.
Ist leider nicht wie bei der Modelleisenbahn. Wie gesagt wir haben das Protokoll bereits entschlüsselt. Dabei handelt es sich um keine PWM für die Datenübertragung wie bei den Modelleisenbahnern!
Bei Carrera liegt für 14ms die volle Spg. an (=17V) dan wird für die Dauer von 1ms ein Datenpaket für jeweils ein Auto von 20 Zeitgleichen 50us Zuständen (0 oder 17V) gesendet. Das Ganze ist also vielmehr eine asynchrone serielle Übertragung. Alle Details dazu findest du hier:
http://www.freeslotter.de/thread.php?threadid=794&threadview=0&hilight=&hilightuser=0&page=4

Das oben gemessene Signal, ist das PWM Signal zur Motorsteuerung. Jetzt könnte natürlich die Datenübertragung am Slot diese "Mikroimpulse" verursachen. Diese sind aber 50us lang und passen deshalb so gar nicht zu den "Mikroimpulsen" am Motor. Weiters Ändert sowol der "große" 463hz Impuls als auch der "Mikroimpuls" (125kHz) die Pulsbreite wenn man den Autregler drückt. Schaut als wirklich wie eine PWM zur Leistungssteuerung aus.

Die Frage bleibt: Warum gibte es diese Impulse im Impuls ??

Übrigens: Die PW-Modulation am Motor wird alle 15ms für ca. 4ms unterbrochen. Da alle 15ms die Slotdaten übertragen werden, nehmen wir mal an das sich der Mikrokontroller in dieser Zeit auf das Datenempfangen "konzentriert". Bzw. das diese Maßname Störende Rückwirkungen auf das Datenprotokoll am Slot unterbinden soll.

Neben den Infos auf meiner Hompage
http://home.pages.at/slotcar/_sgg/m5m3s2_1.htm

Gibts auch hierzu einen Thread im Freeslotterforum:
http://www.freeslotter.de/thread.php?postid=10214#post10214

[Blackbird]

Respekt, der Aufwand, den Du getrieben hast ist ja enorm.
Wenn ich es richtig verstanden habe (hab' leider nicht alles gründlich lesen können - die Zeit), dann tragen die 125kHz-(PWM-)Impulse keine Digitalinformationen. Die sind nur in dem 1ms dauernden Teil der 15ms-Wiederholung enthalten?

Die 125kHz-PWM-Impulse innerhalb der 2,16ms-PWM-Impulse sind eigentlich nutzlos, wenn man annimmt, dass der Controller alle Informationen im Datenpaket erhalten hat. Was er aber zur Ansteuerung des Motors (genauer: der Endstufe) braucht, ist eine immer gleiche Versorgungsspannung, deren Mittelwert immer konstant ist. Damit die Spannung am Motor (und damit die Geschwindigkeit des Cars) aber nach den Vorgaben des Datenpaketes geregelt werden kann, müßte er eine passende PWM erzeugen.
Entweder kann er das, dann dient die "PWM in der PWM" vielleicht der Erzeugung einer konstanten mittleren Spannung oder
er kann's nicht und die PWM wird nur durchgeschaltet.
Kleine permant erregte Motoren arbeiten mit einer hohen Taktrate besser (Stichwort Motorinduktivität) als große.
Die Frage ist nur, ob so ein Motor für die Dauerspannung von 17V geeignet ist. Wahrscheinlich ist es eher ein 6V-Motor, der IMMER im PWM-Betrieb arbeiten muß, damit er nicht überlastet wird. Das würde dann die "Lücken" in der Versorgungsspannung erklären, die ja immer vorhanden sind.
Soweit meine Vermutungen.
Vielleicht hilft Dir auch eine Anfrage im Forum bei www.rclineforum.de weiter.

Blackbird
PS: So ganz klar ist mir der Betrieb auf einer Carrera-Bahn noch nicht (hab' nur eine Prefo- und eine Uralt-Carrera-Bahn, nix mit digital). Hat denn jedes Car seine eigene Regelung oder fahren alle Cars mit der gleichen (PWM-)Versorgungsspannung?

[GuenterI]

...dann tragen die 125kHz-(PWM-)Impulse keine Digitalinformationen. Die sind nur in dem 1ms dauernden Teil der 15ms-Wiederholung enthalten?

Richtig!



Vielleicht hilft Dir auch eine Anfrage im Forum bei www.rclineforum.de weiter.

Danke für den Tip.

Ich hab nochmal ein einfacheres Bild gemacht:
http://home.pages.at/slotcar/userfiles/Schema_PWM.jpg

Oben sieht man die Spannung am Slot (=den Stromschienen der Bahn). Darauf werden alle 14ms für 1ms Digitalinformationen für jeweils ein Auto übertragen. Die Autos haben alle einen CarController eingebaut der die Digitalinfos aus dem Slot auswertet und entsprechend via PWM den Motor ansteuert.
Die Mitte zeigt die Spannung am Motorausgang des Autos bei Vollgas. Die 4ms Pause dienen wohl dem einwandfreien Empfang der Slotdatepakete oder sind aus Performancgründen des Mikrocontroller notwendig.

Unten sind die PWM Impulse mit ca. 2,1ms Periodendauer (ca. 463 Hz) dargstellt.
Diese bestehen aber in wirklichkeit aus lauter kleinen PWM Impulsen mit einer Periodendauer von nur ca. 8us (125kHz)
Was hat das für einen Sinn? Ist das nicht verdammt schnell?

[Blackbird]

Ist das nicht verdammt schnell?

Nein, da die Motorinduktivität ja auch klein ist (nehme ich jetzt mal an - mehr als 5W werden da sicher nicht umgesetzt?).

Die 463 Hz erscheinen mir eher etwas zu langsam für so einen Slot-Car-Motor. Die Motoren in meinen E-Modell-Flugzeugen (100W bis 400W Wellenleistung bei Strömen bis 45A) werden mit PWM-Signalen bis zu 32 kHz betrieben. Standard sind so um die 3 bis 8 kHz. Das quietscht im Anlaufmoment und bei kleinen Drehzahlen schon ordentlich :)

Und stören tun die 125 kHz ja nicht, da sie nur auf den Leitungen zwischen Motor und Motor-Regler auftreten.

Das wäre meine Vermutung.

Die Funktion dieser 125kHz-PWM könnte man mit einem Test herausfinden: Zwischen Motor-Reglerausgang und Motor einen retriggerbaren Monoflop (Impulsbreite > 8us ~ 10us), der einen MOSFET triggert. Der MOSFET sollte an einer Gleichspannung hängen (irgendein kleiner niederohmiger NiCd-Akku).
Dann ergibt sich ein Impulsdiagramm wie im (2. und) 3. Bild, jedoch ohne die 125 kHz-PWM.

Oder gleich mit einem AVR oder PIC den Digitaldekoder+Fahrtregler OHNE 125kHz-PWM nachbauen (Hardware ist ja nicht viel, Software schon mehr).

Interessant ist, warum die 4ms-Lücke vorhanden ist. Korrelieren die Zeitachsen des 1. Diagramms mit den Zeitachsen der andern beiden?
Also fallen der Beginn der 1ms-Digitalinfo-"Lücke" und der Beginn der 4ms-Lücke zusammen?

Blackbird

[James]

Hallo!

Hab auch keine ahnung warum die das so machen, aber beim durchlesen ist mit gekommen, dass die so vielleicht ne logarithmische Leistungskurve machen. nur so also idee. könntest du vielleicht mal mit nem analog messgerät die spannungen messen, die bei vollgas am widerstand anliegt und die bei halbem gas.

Bernhard

[GuenterI]

Interessant ist, warum die 4ms-Lücke vorhanden ist. Korrelieren die Zeitachsen des 1. Diagramms mit den Zeitachsen der andern beiden?
Also fallen der Beginn der 1ms-Digitalinfo-"Lücke" und der Beginn der 4ms-Lücke zusammen?

Es ist immer so wie gezeichnet. Für mich schaut es so aus als würde der CarController immer nach 11ms abdrehen damit das Slotdatagramm von 1ms dauer sicher empfangen werden kann. Erst nach Abschluss des Slotdatagramms (Rote Linie) startet die PWM wieder (Blaue Linie).



könntest du vielleicht mal mit nem analog messgerät die spannungen messen, die bei vollgas am widerstand anliegt und die bei halbem gas.

Huch ein analoges Meßgerät hab ich leider nicht. Das Fluke Oszi hat zwar TrueRMS aber irgendwie kommt es mit dem vermurksten Signal (4ms Pause, 125kHz Impulse die wiederum zu 463Hz Impulsen zusammengefaßt werden) nicht zurecht. Eins ist uns jedoch auch Aufgefallen. Die Impulsdauer der 463Hz Impulse steht immer im gleichen Verhälnis zur Impulsdauer der 125kHz Impulse. 1:270
Das ist auch genau das Verhälnis der zwei Frequenzen zueinander.

Danke jedenfalls für Eure Tips.
Übrigens hab ich auch einen Thread hier geöffnet. Danke für den Tip Blackbird. Auch dort ist die Rede von den kleinen Impedanzen der Slotcarmotoren.

http://www.rclineforum.de/forum/thread.php?threadid=82382&sid=