Rasenrobo mit Induktionsschleife, Schaltbilder, Hallsensor

[Vogon]

Als nächstes werde ich mich mal um das Thema Ladestation kümmern. .... für Tipps wäre ich also dankbar.

Vor einiger Zeit habe ich mir mal die Schleifensignale beim Automower angeschaut.
Der erzeugt ein Hutförmiges Signal für die Begrenzungsschleife. Das kommt in etwa auf das gleiche heraus wie es hier schon kennen.

In der verklebten Bodenplatte der Ladestation sind zwei Schleifen eingebaut. Die an der Aufnahmespule gemessenen Signale sind etwa nur halb so breit wie das der Begrenzungsschleife kommen aber zu einem festen späteren Zeitpunkt. Damit kann die Auswertelektronik die Signale einwandfrei auseinander zu halten. Etwa vergleichbar mit einer Asynchronen Seriellen Schnittstelle.
Die innerste Schleife, das Nahsignal, hat die Form einer Acht. Das Signal ist in einem sehr schmalen Streifen der auf die Ladekontakte zielt neutral, recht Positiv, links Negativ.
Die zweite Schleife, das Fernsignal, kann der Mäher aus ca 7 Meter Entfernung festellen. Er ändert dann sein Suchverhalten in dem er zum Punkt der maximalen Signalamplitute fährt. Sobald er in den Bereich des Nahsignals kommt, richtet er sich nach dem aus um endgültig einzuparken.

[jguethe]

Hi,

an Michael M:
Die Relaisspule mit Ferritkern (r = ca. 900 OHm, Durchmesser des Ferritkerns ca. 4,5mm) bringt bei mir keine besseren Ergebnisse. Mit Eisenkern geht es eher noch besser. Die Vergleichsmessungen mache ich mit einem Osci.

Für alle die es interessiert, habe ich ein Oscillogramm vom Spulensignal geschossen (Sensorschaltung nach Christian H, Messpunkt ist der Ausgang des OP's). Beide peaks sind wunderbar zu sehen.
Frequenz ca. 37Hz
Abstand der Spule vom Begrenzungsdraht ca. 10-15cm
Volt div 0,02
Time div 2 msec

an Christian H
die Schmitt-Triggerstufe funktioniert bei mir nicht so wie von Dir angegeben. Zwar hatte ich auch hier den von Dir beschriebenen Effekt, nämlich das die LED z.B. innen im Takt der Frequenz blinkt (kurz an, lang aus, und aussen umgekehrt. Nur habe ich dem Frieden nicht getraut, und mir die Signale auf dem Osci angeschaut. Dabei hat sich herausgestellt, dass das Aussensignal bei mir ausschließlich durch Oscillation mit etwas über 4 kHz erzeugt wird. Diese Schwingungen verschwinden auch wieder, wenn die Spule genau über bzw. innerhalb der Schleife ist.

Ich habe es mit allen denkbaren Potieinstellungen probiert. Dabei habe auch einen Einstellungsbereich gefunden, in welchem keine Schwingungen mehr auftraten. Innerhalb dieses Bereiches war es dann durch Einstellung des Potis möglich, entweder nur den positiven o d e r den negativen peak ( als positives bzw. negatives Rechtecksignale am Ausgang) sichtbar zu machen.

an Vogon
danke für die Info.
Ich werde zunächst einfach mal versuchen, dem Signal der normalen Begrenzungsschleife zu folgen. Dann sehen wir weiter.

Gruss an alle
jguethe
[/u]

[MichaelM]

Hallo,
du hast also bei 10 - 15cm lediglich 60mV Signal an der Spule? Wie kommst du da mit den diversen Störungen von stromführenden Leitungen oder den Motoren auf dem Roboter klar? Habe vorhin einen Versuch mit einem Gleichstrommotor (Leshi 750) gemacht und hatte bereits bei optimaler Ausrichtung zueinander 5mV. Bei minimaler Schrägstellung waren es bereits 40mV. Die Störsignale des Motors haben eine Form wie die eigentlichen Signale der Induktionsschleife. Wie sieht das dann erst in der Mitte der Schleife in ca. 20m Abstand zum Draht aus? Kaum hat man ein Problem gelöst, tun sich zwei neue auf...
Ich habe bei meinen heutigen Versuchen in 20cm Abstand bei einer Schleife mit 15m Umfang und 6 Ohm ca. 200mV, d. h. in 20m Abstand hätte ich dann etwa 2mV.
Gruß,
Michael

[jguethe]

Hi,

meine Messungen (Oscillogramm) habe ich mit einem Tastkopf 1:10 gemacht. Die Info fehlte wohl noch.

Im Moment bin ich damit beschäftigt, meinen „Experimentierdrahtverhau“ auf eine Lochrasterplatine zu bringen. Außerdem bin ich dabei, die Sensorschaltung so zu ergänzen, dass diese durch digitale Signale eindeutig bestimmt, ob der Sensor sich aussen oder innen befindet. Sobald diese fertig ist, werde ich versuchen, genauere Messergebnisse zu produzieren.

Zu den Störsignalen:
Bei meinen ersten Versuchen mit der ADC-Auswertung per Software (nach Christian H), hatte ich im Labortest auch Störsignale gemessen. Allerdings ist mein Meßplatz mit diversen Störquellen verseucht. (Neon-Schreibtischleuchte, Netzgerät, Lötstation, W-LAN, teilweise 2 PC’s). Wenn ich diese Störquellen so gut es geht eliminiere, sehe ich auf dem Osci einen deutlich niedrigeren Störsignal-Pegel. So ist auch mein Oscillogramm zustandegekommen.

Wie ich schon berichtet habe, hat mein Prototyp einen echten Testlauf auf dem Grundstück von insgesamt ca. 1 Stunde , also mit laufenden Antriebsmotoren, jedoch ohne Mähmotor, ohne Fehlfunktion absolviert. Die am Schreibtisch experimentell eingestellte Empfindlichkeit (Software) hat in der Praxis offenbar auf Anhieb funktioniert. Der Robby hat immer die Begrenzung erkannt. Bei seinen Fahrten auf dem Grundstück ist er niemals unplanmäßig umgekehrt.

Allerdings habe ich den Robo auch mit ausgeschaltetem Generator testweise laufen lassen.
Dabei hat die Kontroll-LED der Sensorschaltung unerwartet etwa im Takt der nicht mehr vorhandenen Generatorfrequenz von ca. 5 – 8 Hz geblinkt. Ich vermute, die Störungen kommen von den Motoren. Offensichtlich haben diese Störsignale aber die grundsätzliche Funktion nicht beeinträchtigt.

Ich vermute auch, dass draussen im Gelände der sonstige Störsignalpegel niedriger ist als im Haus. Leider kann man im Gelände nicht so ohne weiteres mit dem Osci arbeiten. Zur Not werde ich aber auch das noch einmal machen.

Zuvor werde ich mir aber im „Labor“ bei laufenden Motoren die Signale mit dem Osci anschauen.

Noch ein Versuch:
Ich habe 2 Spulen parallell geschaltet. Die Empfindlichkeit war mindestens doppelt so hoch. Am Osci hatte ich sogar den Eindruck, dass es noch mehr ist. Kann aber wohl theoretisch nicht sein. Leider habe ich nicht darauf geachtet, ob das Grundrauschen (die Störsignale) auch entsprechend höher war. Ich werde auch das noch einmal genauer prüfen.

Grüsse
jguethe

[sigo]

Zunächst:

Der Chat hat mich sehr beeindruckt. Dank an alle, die bisher schon gepostet haben und weiter posten. Das macht Lust, seinen Rasen mähen zu lassen. Könnte mein nächstes Projekt werden.

Noch eine Idee zur Orientierung und Stationsfindung:

Evtl. könnten 2, 3 oder mehr ( Ultraschallsender (Piezzo-Hochton-Tweeter) synchron zu den Pulsen auf der Spule Bursts senden. Hierzu müsste die Frequenz auf der Randspule niedriger als die Laufzeit des Ultraschalls sein (f < Vschall / max. Abstand bezw. max. Reichweite)

Wenn man dann die Ultraschallsender z.B. 1x pro Sekunde wie folgt sendet:

1. Sender
2. Sender
3. Sender
..
Pause bis zur nächsten Sekunde (oder auch schneller)

jeweils zeitsynchron zu aufeinanderfolgenden Pulsen der Spule...

...kann man die Laufzeit aller Ultraschallsender die man "hören" kann bestimmen, gemütlich einen nach dem anderen. Man braucht nur einen Empfänger dazu.

Wenn die Sender ala GPS sinnvoll im Garten verteilt sind, kann man so recht genau die Position des Bots bestimmen. In Zusammenhang mit einer Karte kann der Bot sich dann zielsicher im Garten bewegen - da wo Ultraschallempfang ist. Sonst weiß er zumindest etwa, wo er ist.

Da das elektrische Feld ja im ganzen Garten herrscht, könnten diese Ultraschallbaken sich selbst synchronisieren, wenn sie über eine Spule verfügen und z.B. außerhalb in der Nähe des Randdrahtes stecken.

Evtl. könnte man sogar eine Solarlampe dazu umbauen...wenn die Energie reicht.

Die Pulse auf der Randspule könnten eine Pause zur Synchronisation enthalten (alle 100 Impulse, wird einer ausgelassen oder so...)

Wenn man nun könnte man der jeweiligen Bake sagt (Codierschalter oder so), auf welchem Impuls nach der Pause sie senden soll (1..8 oder so) braucht man keine Kennung für die Bake, ein einfacher (modulierter?) Burst reicht..alle gleich.

So könnte man weite Teile des Gartens beschallen. Von mir aus auch nur alle paar Sekunden oder Minuten mal...
Der Bot weiß dann mit einer map recht genau, wo er sich befindet, kann nachhalten, wo schon gemäht ist usw...und angewiesen ist er ja nicht auf das Singal, wenn es mal nicht kommt..wird chaotisch gemäßt

Auch ohne Map und Wissen um die Position der Baken kann er sich orientieren, und jede Bake im System finden und bei Bedarf anfahren. Und er kann sich selbst eine Map erstellen. Wenn z.B. ungerade Baken immer auf der linken Seite des Gartens stehen (von der Ladestation aus) und gößere Nummern weiter weg als kleinere...kann er bestimmt in welcher Richtung die Bake 1 (Ladestation) zu finden ist.

Das wäre nur eine zusätzlich "Spielerei" und könnte auch das Finden der Station von jedem Punkt aus vereinfachen und das systematische. Im Nahbereich sollte die Station dann wie von Vogon beschrieben arbeiten.

Lebenswichtig ist das nicht. Käme aber meiner Vorstellung näher als ein Zufallsprogramm beim Mähen. Das kann er machen, wenn das US-Signal ausfällt.

Just some spontanous thoughts

Sigo

[jguethe]

Hi,

ausgehend von meinen Erfahrungen mit dem Solarmover von Husquarna (dieser hatte mehrfach die Schleife verlassen, so dass er auf öffentlichen Wegen mit laufendem Mähmotor „tätig“ war) ist für mich die sichere Begrenzung des Arbeitsbereiches zwingend erforderlich. Verläßt der RasenRobo seinen Bereich bzw. ist das Generatorsignal nicht vorhanden, muss eine Zwangsabschaltung erfolgen.

Die nachfolgend vorgestellte Erweiterung der Sensorschaltung nach Christian H dient diesem Zweck..

Annahmen und Voraussetzungen für die Beschreibung der Schaltung:
- Generatorfrequenz: 5 Hz, Impulsbreite 5 msec (eingestellt mit Atiny 2315)
- der positive peak tritt zuerst auf (Pin 14 geht zeitlich vor Pin 8 von 0 auf 1)
An den Ausgängen von IC1D und IC1C stehen wegen Übersteuerung der Komparatoren zeitlich versetzte Rechtecksignale (ca. 2,5 msec) zur Verfügung. Das durch IC2A invertierte Signal triggert einen monostabilen Multivibrator (eine Hälfte des Doppeltimers NE 556), welcher das Signal auf etwa 10 ms verlängert. Der verlängerte Impuls wird wieder invertiert und auf den Reset-Eingang (Pin 10) des zweiten monostabilen Multivibrators gegeben. Damit ist dieser für die Dauer des verlängerten Impulses gesperrt, d.h. der zeitlich nachfolgende negative peak gelangt nicht an den Ausgang „aussen“. Das ganze funktioniert umgekehrt, wenn der negative peak der erste ist.

Im Ergebnis blinkt bei mir entweder die grüne LED = LED3 (innerhalb der Schleife) oder die rote LED = LED 4 (ausserhalb der Schleife).

Allgemeine Anmerkungen und Messergebnisse:
LED1 und LED2 dienen vorwiegend dem Abgleich. Sie müssen beide im Takte der Generatorfrequenz blinken. Hierbei ergibt sich eine gewisse Abhängigkeit vom eingestellten Wert von R1 bzw. vom Spulenwiderstand.

Messwerte:
IC1A Pin 1 (Ausgang zum ADC): ca. 100 mV Signalamplitude bei > 50 cm Abstand zur Schleife
ca. 300 mV bei 10 cm Abstand (vertikal und horizontal)

Impulsbreite Generator: 5 msec
Impulsbreite IC1D Pin 14 / IC1C Pin 8 ca. 2,5 msec
Impulsbreite IC3 Pin 5 / Pin 9 ca. 10 msec

Durch entsprechende Dimensionierung der RC-Glieder (R11 und C4 bzw. R12 und C6) kann man die Impulsbreite noch weiter verlängern, jedoch muss diese bei einer Generatorfreqzenz von 5 Hz (entspicht 200 msec) natürlich unter 200 msec bleiben.

Die Schaltung ist zwar relativ aufwändig, jedoch habe ich mich von folgenden Überlegungen leiten lassen:
1.wie schon erwähnt, die Zwangsabschaltung muss sicher gewährleistet sein
2.Die Auswertung des Analog-Signals über ADC, Software usw. könnte insbesondere bei Störsignalen eher zu unerwünschten Zwangsabschaltungen führen.
3. Macht man das Ausgangssignal des monostabilen MV so lang wie möglich, werden zwischenzeitliche Störsignale weitestgehend unterdrückt.


Gruss
jguethe

[Christian H]

Hallo,

mir geht´s wie Einstein.
Nachdem Mathematiker seine Theorie in die Hände genommen haben, hat er sie nicht mehr verstanden!


Vielleicht kann man noch etwas abwarten, um zu sehen wie sich die Schaltung bewährt. Dann kann man Sie natürlich ins RN-Wissen mitübernehmen.


Grüsse

Christian

[jmetzkow]

Hallo

Christian H

Sag mal wo hast du die Drucksensoren her ?
Bye

[Christian H]

Hi,

Drucksensoren von Conrad z.B. FSR-149=(CP1) Best-Nr 182389-62.
oder
http://www.otik.de/elektronik/ota182389-drucksensor-fsr-149ns-(cp1).html

Sind leider nicht gerade billig.

Bye

[jguethe]

Hi,

die kürzlich vorgestellte Schaltungsergänzung (Auswertung innerhalb / ausserhalb der Schleife) habe ich noch einmal im Garten getestet. Die Schaltung funktioniert prima, wenn nur die Antriebsmotoren nicht wären. Diese verursachen einen zu hohen Störpegel (Entfernung Empfangsspule Motor zur Zeit ca. 12 cm.).

Die Hauptfunktion der Empfangsschaltung (Schaltung von Christian H), nämlich die Richtungsänderung in unmittelbarer Nähe der Begrenzungsschleife funktioniert zwar, weil am Rand die Amplitude des Generatorsignals deutlich höher als der Störsignalpegel der Motoren ist.

Der Störpegel etwas weiter innerhalb der Schleife bringt jedoch meine Auswertungselektronik für innerhalb / ausserhalb durcheinander. Auch wenn ich den Robo ohne eingeschaltetes Generatorsignal laufen lasse, blinken beide LED’s im (unregelmäßigen) Takt der Störimpule. Im „Labor“ habe ich den Fahrbetrieb etc. simuliert und mir die Signale mit dem Osci angeschaut. Bei etwa 50 – 75 cm Abstand (Spule / Schleifendraht) ist das Störsignal im Mittel fast auf dem Pegel des Nutzsignals.

Ich habe dann testweise die Entfernung Sensor-Spule / Motor immer weiter erhöht. Etwa bei 30 cm Entfernung (d.h. die Spule befindet sich nicht mehr auf dem Chassis), war das Störsignal fast vollständig, aber eben nicht zu 100%, verschwunden. Die beiden LED’s in meiner Schlaltung zeigen dabei viel besser als der Osci Störimpulse an, was eben mit der Logik dieser Schaltung zu tun hat (auch extrem schmale Störimpulse werden in der Schaltung verlängert und lassen die LED’s aufleuchten).

Ich werden nun versuchen, die Motoren in Mu-Metall zu verpacken. Da dieses relativ teuer ist, würde ich gern wissen, wie viele Lagen man in etwa braucht, um eine wirksame Abschirmung zu erreichen.

@Christian H:
Du hast doch deinen Mähmotor in Mu-Metall eingewickelt. Wäre nett, wenn Du noch ein paar Details nennen könntest. Muss man den Motor sozusagen hermetisch einpacken? Was wäre sonst noch wichtig? Wie effektiv ist die Mu-Metall-Methode? Wenn ich Mu-Metall bestelle, werde ich gleich die erforderliche Menge für den Mähmotor mitbestellen. Was hast Du für den Mähmotor gebraucht?

Hast Du übrigens den Signalpegel Deiner Motoren einmal untersucht und Deine Software auch mal unter der Bedingung geprüft, dass der Generator nicht läuft? Wenn ich Deine geposteten Softwareschnitzel richtig in Erinnerung habe, hast Du diesen Fall ausgewertet und in Konsequenz den Robo wahrscheinlich abgeschaltet. Was macht Dein Robo, wenn Du den Generator abschaltest und der Robo sich weit weg vom Schleifenrand befindet?

Bei meinem Störsignalpegel kann ich diesen Zustand gar nicht erkennen.

Gruss
jguethe