Intelligenter Sensor mit CAN-Schnittstelle

[joni1977]

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Hallo alle zusammen,

Ich bin ganz neu hier und finde diese Seite einfach super!

Ich brauche Eure Hilfe!!!!!
Es geht um CAN-bus. Ich habe gerade mit meiner Diplomarbeit angefangen. Die Aufgabenstellung ist noch nicht ganz fest, aber es geht in die Richtung Busvernetzung von Temperatursensoren. Wenn Ihr auch irgenwelche Ideen oder Emfehlungen zu der Aufgabenstellung haben, nehme ich das gerne an.

Ziel der Diplomarbeit ist ein Prototyp eines Temperatursensors zu entwickeln, dessen Signale durch ein Bussystem verarbeitet werden kann. Als Bus-Protokoll werde ich CANopen anwenden. Dieser Sensor soll auch gewisse „Intelligenz“ besitzen. Unter intelligenten Sensor versteht man dabei, dass durch die Elektronik im Sensor komplexere Signalverarbeitungsschritte vorgenommen werden können. Dieser Sensor soll eine Aufbereitung der Signale durch

o Kalibrierung
o Skalieren
o Linearisierung durch Polynom
o Temperaturkompensation
o Versorgungs-Spannungs-Kompensation
o Daten für die Übertragung über Bussystem vorbereiten
o Messwerte auf Anforderung ausgeben
o Messwerte nach Überschreitung von Grenzwerten ausgeben
o Selbstüberwachung
realisieren.
Der Sensor wird sowohl in den Bereichen Anlagen- und Maschinenbau als auch bei Bahnfahrzeugen angewendet.
Das muss ein präziser Thermometer sein mit einem weiten Messbereich. Der Temperaturbereich liegt zwischen -50 °C und + 250 °C. Genauigkeit ist von der Klasse A. Um Datenaustausch auf dem Bus zu regeln, werden bei diesem Experiment mehrere Sensoren angeschlossen.
Ich möchte als Temperaturfühler PT1000 einsetzen.

Jetzt überlege ich wie ich das realisieren kann und welche Bauteile ich dafür benötige.
Thema Mikrokontroller ist ziemlich neu für mich. Ich habe zwar in C und Assembler an der FH programmiert, aber nicht viel. Ich kann sagen, dass ich noch Anfänger bin.
Also, ich brauche ein Mikrocontroller mit CAN Schnittstelle.

Ich denke, dass ich mit ATMEL arbeiten werde. Ich habe schon bisschen den Mikrocontroller von ATMEL in der Entwicklungsumgebung Keil mVision programmiert. Ich überlege über AT90CAN128.

Auf der Seite http://www.mikrocontroller.net/articles/CAN habe ich weitere Controller gefunden.

Was könnt Ihr mir empfehlen? Was brauche ich noch dafür?
Also, AD Wandler, Verstärker, EEprom … was noch?
Hat jemand eine Idee, wie ich das anfangen kann?
Ich werde mich freuen auf jeden Rat und Tat.

Mit freundlichen Grüssen

Eugen

[bL1nK]

ähhhhh

diplomarbeit, da hab ich noch zeit, aber soll ma das net selber machen? bzw mit betrieb und/oder professor?

aber für ein cannetzwerk brauchst schon mal 2 aktive knoten mit je nem transeiver und controller.

[toby_sx]

Was könnt Ihr mir empfehlen? Was brauche ich noch dafür?
Also, AD Wandler, Verstärker, EEprom … was noch?
Hat jemand eine Idee, wie ich das anfangen kann?
Ich werde mich freuen auf jeden Rat und Tat.

ADWandler, EEPROM hat der AT90CAN128 bereits.

Ich hab mit dem AT90CAN128
im Rahmen einer Studienarbeit nen CAN-Treiber geschrieben. Ist ein gut machbares Thema für ne Diplomarbeit. Den meisten Sourcecode rund um den AT90CAN128 findest du im Netz. Wenn Du Dir keinen Stress machen willst, besorg die die Crumb128CAN-Platine bei chip45.com, grüß den Herrn Lins von mir und lad Dir dann meinen Samplecode von dort. Damit läuft der Controller schon mal und kann die ersten CAN-Schritte wesentlich erleichtern

Wegen der Tempmessung. Hab sowas nie selbst entworfen und bin daher kein Profi auf dem Gebiet - im Prinzip würde ich jetzt aber erster Näherung den PTC oder NTC über einen Widerstand an einen Port anschließen , eventuell an den Port wo Vref liegt. Dann über den internen ADC die Spannung über dem Widerstand messen...

Grüße!
Toby

[Sepp O.]

Tag

Also zum Thema Themperaturberwachung:
Man muß sich im Klaren sein welche Art der Messung man verwenden will und in welchem Bereich der Themperatur gemessen werden soll.
Auch wie genau gemessen werden soll ist wichtig.
(Wenn man z.B.: Themperaturen jenseits 200°C messen will, dann liefert dass messen der Rot-Grün Lichtverschiebung ein sehr genaues Messergebnis.)

Da gibt es wichtige Fragen die bei der Arbeit geklährt werden müssen.
Soll berührend oder nicht berührend gemessen werden.
Müssen die Systeme redundant sein?
Wenn ja, bis zu welchem Grad?
Gibt es Stöhreinflsse und wenn ja, welche?
Soll die Themperatur absolut oder relativ gemessen werden?
Soll der Hauptaugenmerk auf das Bussystem oder auf die Themperaturmessung gelegt werden?

Und zum Schluss die aller wichtigste Frage die du dir bei deinem Projekt setellen mußt:
Wie groß ist dass Budget.

mfg Sepp

[joni1977]

Hallo alle zusammen,
Danke für die Hilfe und die Unterstützung.

Zur ersten Antwort:

ähhhhh

diplomarbeit, da hab ich noch zeit, aber soll ma das net selber machen? bzw mit betrieb und/oder professor?

möchte ich nur folgendes sagen. Natürlich werde ich das selbst machen. Und ich sehe eigentlich hier keinen Unterschied, ob es um Schulprojekt, Bastelprojekt oder Diplomarbeit geht. Es geht hier vor allem um die Erfahrungsaustausch. Und ich freue mich, wenn die Leute gerne ihre gesammelten Erfahrungen mit anderen teilen. Und werde auch sehr freuen, wenn ich irgendwann auch jemandem behilflich sein kann.

Trotzdem Danke.

Das was meinen Betreuer angeht, hier habe ich noch überhaupt keine Hilfe bekommen.
Chef von der Firma, wo ich meine DA schreibe, will etwas in dieser Richtung machen, weißt aber noch nicht genau was sie hier machen können. Es geht allgemein um Busvernetzung von Temperatursensoren. Sie haben keine Ahnung von Feldbussystemen und haben keinen Elektrotechniker im Unternehmen. Ich bin der erste. Deshalb dauert es bei mir mit der Aufgabenstellung. Jetzt momentan recherchiere ich, mache Marktanalyse, vergleiche Bussysteme usw. und schlage es meiner Firma vor, damit diese Sache bisschen schneller geht. Deshalb es geht jetzt erstmal um die Organisation für meine Diplomarbeit. Ich habe momentan auch tausend Fragen an meine Firma, die sie noch nicht beantwortet. Das ärgert mich sehr.

Ein besonderer Dank an Toby. Du hast mich sehr motiviert. Das war für mich das Schwierigste, die Datenübertragung über CAN-Bus zu realisieren. Erst, wenn die ersten Pakete über CAN-Bus kommen, werde ich schon beruhigt. Dann kann man bisschen rumspielen, experimentieren und testen, damit es schneller klar wird, wie es alles wirklich praktisch funktioniert.

Für den zweiten Teil meiner Diplomarbeit (Temperaturmessung) habe ich schon einige Gedanken gemacht. Ich möchte das mit PT1000 Widerstand (Kaltleiter) realisieren.
Jetzt entwerfe ich die Schaltung für den Messumformer und später mache ich Mikrocontroller Board. Dann bleibt nur die Programmierung für die Signalverarbeitung.
Aber das kommt erst später.

Noch mal vielen Dank für die Hilfe und die Unterstützung!

Ich bedanke mich auch bei Sepp für das Interesse an meinem Projekt.

Also zum Thema Temperaturüberwachung:

Es muss im Bereich zwischen -50 bis +250°C mit der Genauigkeit Klasse B. D.h. t=+/-(0.30+0.005*t) gemessen werden.

Nach meiner Überlegung, durch den hohen Temperaturbereich muss ich allerdings einen A/D Wandler haben, der mindestens 10Bit breit ist also 210 = 1kBit der teilt meinen Messwert in 1024 einzelne Messwerte. Es kommt dann 0,292°C raus. Ich muss aber noch andere Fehler bei der Messung beachten. Deshalb wäre es natürlich besser AD-Wandler mit der höheren Auflösung zu verwenden. Aber wie gesagt, ich möchte AT90CAN128 anwenden, der AD Wandler 10 Bit breit hat.


Wie ich sehe, habe ich noch viele wichtige Fragen die bei der Arbeit geklärt werden müssen.
Soll berührend oder nicht berührend gemessen werden. -> Berührend, mit PT1000
Müssen die Systeme redundant sein? -> Ich weiß noch nicht, was es heißt
Wenn ja, bis zu welchem Grad? -> bis 250°
Gibt es Störeinflüsse und wenn ja, welche? Eigenerwärmung von dem Widerstand, vielleicht Spannungsschwankungen(das kann man stabilisieren). Ich überlege später was noch.
Soll die Temperatur absolut oder relativ gemessen werden? Keine Ahnung
Soll der Hauptaugenmerk auf das Bussystem oder auf die Temperaturmessung gelegt werden? Temperaturmessung

Und zum Schluss die aller wichtigste Frage die du dir bei deinem Projekt stellen musst:
Wie groß ist dass Budget. Habe ich diese Frage auch meinem Chef gestellt, darauf ich keine definierte Antwort gekriegt habe. „Dieser Projekt werden wir finanzieren“, Punkt.
Ich denke aber nicht, dass Sie am Anfang viel Geld darauf einlegen. Vielleicht später, wenn sie sehen, dass dieser Projekt auch Geld bringen kann oder sie konkreten Kundenauftrag bekommen, dann ja.

Ich danke alle.

[askazo]

Müssen die Systeme redundant sein? -> Ich weiß noch nicht, was es heißt
Wenn ja, bis zu welchem Grad? -> bis 250°
Gibt es Störeinflüsse und wenn ja, welche? Eigenerwärmung von dem Widerstand, vielleicht Spannungsschwankungen(das kann man stabilisieren). Ich überlege später was noch.
Soll die Temperatur absolut oder relativ gemessen werden? Keine Ahnung
Soll der Hauptaugenmerk auf das Bussystem oder auf die Temperaturmessung gelegt werden? Temperaturmessung

Redundanz bedeutet, dass Du in Deinem System Komponenten mehrfach einbaust, um die Ausfallsicherheit zu erhöhen. Fällt zum Beispiel ein Temperatursensor aus, muss ein zweiter Sensor vorhanden sein, der die Aufgaben des defekten Sensors übernimmt.

Und der Grad der Redundanz hat nichts mit der Temperatur zu tun

Die Temperaturmessung sollte denke ich mal absolut erfolgen. Ansonsten bräuchtest Du ja einen weiteren Sensor, der irgendwo eine Bezugstemperatur misst.

Wenn der Hauptaugenmerk auf der Temperaturmessung liegt, solltest Du Dir überlegen, ob Du statt den relativ ungenauen (+/- 2 LSB) ADC des Controllers einen genaueren externen ADC einsetzt.

Zum Thema CAN: Für die Softwareentwicklung ist es extrem Hilfreich, wenn man ein CAN-Adapter für den PC hat, mit dem man Nachrichten senden und empfangen kann. Sowas gibt es z.B. von Peak System

Gruß,
askazo

[toby_sx]

Hi,

Ich kann als zweiten Busteilnehmer eine CANCard (PCMcia) empfehlen in Verbindung mit der Software CANdela, CANoe oder CANalyser (alles von Vector-Informatik). Wir haben diese Hardware bei uns an der BA, und in der Automotive-Ecke sind diese Tools auch weit verbreitet.

Welche Fachrichtung ET hast Du denn gewählt?

Gruß,
Toby

[Sepp O.]

Ein kleiner Hinweis zur Redundanz.

Damit erhöht man nicht nur die Ausfallsicherheit, man weis auch ob die Messwerte stimmen.
Wenn ein Messfehler +10°C anzeig und der Andere +120°C, dann heißt dass, dass etwas nicht stimmt.

Soetwas ist besonders bei instabilen bzw. gefährlichen Prozessen wichtig.

Redundaz bedeutet auch, dass die Systeme nicht einfach doppelt aufgebaut sind, sondern dass Bauteile verschiedener Hersteller verwendet werden um Produktions-, Konstruktions- und Programmierfehler auszuschließen.
Weiters sollte man alles auf eine unterschiedliche Art aufbauen.
Dass kann man dann bis ins Unendliche weitertreiben, desswegen sollte man sich im Vornherein im Klaren sein wie weit man dass treiben soll.
Ob es z.B. reicht wenn man Themperatursensoren unterschiedlicher Bauart verwendet oder ob man unterschiedliche Prozessoren mit unterschiedlichen Programmen verwendet und parallel mit Profi- und Canbus arbeitet.

Man sollte sich aber nicht nur über die Erfassung und die Weiterleitung der Daten Gedanken machen.
Man sollte sich auch überlegen wie die Daten angezeigt und archiviert werden sollen.

Dass man den gesammten Messbereich von -50°C bis +250°C mit einem berhrenden Sensor genau messen kann, kann man vergessen.
Jeder berührende Themperatursensor (egal ob NTC oder PTC) hat einen bestimmten Themperaturbereich in dem er zuverlässige Werte liefert.

Normalerweise ist dieser Themperaturbereich ca. 50° breit.
Dass heißt man muß sowiso mit mehreren Thermosensoren für verschiedene Themperaturbereiche arbeiten um genaue Daten zu bekommen.
Dadurch ist man auch wieder bei den ADC's in einem bezahlbaren Bereich.

Mich überascht nur dass dieser Stoff als Diplomsarbeit durchgeht.
Dass ist doch normalerweise normaler Lehrstoff einer technischen Fachhochschule.

mfg Sepp

[joni1977]

Hallo alle zusammen,

ich bedanke mich für die guten Tipps. Das hat bei mir etwas gedauert, bis ich das alles verarbeitete und überlegte.
Ich werde ein Sensormodul aufbauen mit acht Kanälen.
Hier habe ich die wichtigsten Schritte zusammengefasst, was ich bei dem Projekt zu tun habe.

1. Hardwareentwurf und Aufbau eines mikrocontrollergesteuerten Sensormoduls zur Temperaturerfassung

1.1 Stromversorgung (extern oder über Bus-Leitung)
1.2 Messumformer (mit IC INA12
1.3 Signalverstärker
1.4 A/D-Wandler (nehme ich externen Baustein von Maxim mit 16 Bit Auflösung)
1.5 Mikrocontroller (AT90CAN12
1.6 Interface-Elektronik für CAN/CANopen-Bus (CAN Tranceiver PCA82C250)
1.7 Schnittstelle für Programmierung des Mikrocontrollers

2. Software zur Kommunikation von CAN-Teilnehmern
2.1 Programm zur Ansteuerung des CAN-Interface
2.2 Programm zum Senden von CAN-Nachrichten
2.3 Programm zum Empfangen von CAN-Nachrichten

3. Software zur Verarbeitung der Messdaten
3.1 Aufbereitung der Daten für Übertragung über Bussystem
3.2 Messwertausgabe auf Anforderung
3.3 Messwertausgabe bei Erreichen Grenzwert

4. Aufbau eines Bussystems mit 3 Teilnehmern
4.1 CAN-Intrface zum PC (Adapter zum PC vom PEAK)
4.2 CAN-Sensormodul
4.3 CANalyser

5. Tests und Fehleranalyse

6. Software- und Hardwareentwicklung zur Fehlerkompensation

7. Programm zur Selbstüberwachung des Temperatursensors


CANalyzer finde ich auch sehr gute Idee. Mann kann damit sehr viel experimentieren,
CAN-Bus überwachen, die Teilnehmer simulieren usw. Dadurch kann man viel lernen.
Das ist leider nicht der Schwerpunkt meiner Diplomarbeit und CANalyzer kostet viel Geld (ca.2000 €). Ich überlege, ob ich das bei meinem Projekt anwende.
Hat jemand schon damit gearbeitet? Ist es zu empfehlen? Wie viel Zeit braucht man ungefähr einem normalen Mensch um sich in das Tool einzuarbeiten? (so bisschen. Alles anzuschließen, Installieren, Programm für Datenaustausch, -überwachung und Teilnehmersimulation zu schreiben) .
Über Redundanz überlege ich noch und werde später ausprobieren beim Experimentieren.

Viele Grüße

Eugen