Projekt 49: Schwebende Kugel Nachbau - Versionsgeschichte

John Kneib: /* Umsetzung mit dem Mikrocontroller */

2018-01-22T13:45:45Z

Umsetzung mit dem Mikrocontroller

← Nächstältere Version		Version vom 22. Januar 2018, 15:45 Uhr
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	====Umsetzung mit dem Mikrocontroller====		====Umsetzung mit dem Mikrocontroller====

	Als Mikrocontroller für die Regelung der Kugel wurde ein ~~Atmel326b~~ verwendet. Über das Entwicklungsboard Arduino Uno lässt sich eine Verbindung zu der Leiterplatte herstellen. Mithilfe des Arduino Uno Boards kann der Mikrocontroller direkt auf der Leiterplatte ~~programmieren~~ werden, ohne ihn immer entnehmen zu müssen. Zudem ist es möglich, die Analogeneingänge des Mikrocontrollers auf der Leiterplatte über das Arduino Board einzulesen und der Software MATLAB Simulink für die Regelung zu benutzen.		Als Mikrocontroller für die Regelung der Kugel wurde ein Atmel328P mit geflashtem Arduino Bootloader verwendet. Über das Entwicklungsboard Arduino Uno lässt sich eine Verbindung zu der Leiterplatte herstellen. Mithilfe des Arduino Uno Boards kann der Mikrocontroller direkt auf der Leiterplatte programmiert werden, ohne ihn immer entnehmen zu müssen. Zudem ist es möglich, die Analogeneingänge des Mikrocontrollers auf der Leiterplatte über das Arduino Board einzulesen und der Software MATLAB Simulink für die Regelung zu benutzen. Um diese Funktion zu benutzen muss der der 328P aus dem Arduino entnommen werden. Das Arduino Board dient nun im Prinzip nur noch als USB zu Seriell Adapter.
	~~Mit~~ dem ~~"Simulink Support Package for~~ Arduino ~~Hardware"~~ können die ~~Analogen Ein~~- ~~und Ausgänge~~ des ~~Mikrocontrollers in Echtzeit in Simulink eingelesen und verarbeitet werden. An dem analogen Eingängspin 0 ist~~ der ~~Hallsensor anschlossen~~ und an dem ~~analogen Eingangspin 1 ist das Potentiometer angeschlossen. Am analogen Ausgangspin 5 ist die Spule angeschlossen, die über Pulsweitenmodulation angesteuert wird~~.		Um die Kommunikation herstellen zu können müssen die an die männlichen Pin-Header geführten Pins des Microcontrollers auf der Platine(Sent, Recieve, Reset und GND) mit dem Arduino Board verbunden werden. (Siehe Schaltplan)

	Nachdem verfiziert werden konnte, dass die Platine elektrotechnisch gesehen ihren Zweck erfüllt, wurde ein Projekt in der Software MATLAB Simulink aufgesetzt. ~~Nach den zu machenden~~ Projekteinstellungen wurden die analogen Eingänge abgefragt, um sicher zu stellen, dass plausible Werte in Simulink eingelesen werden~~, wenn beispielsweise die Stellung des Potentiometers geändert wurde~~. Zudem wurde ein Dutycycle auf den analogen Ausgang, welcher mit der Spule verknüpft ist, gegeben um die Auswirkung desssen auf den Hallsensor beurteilen zu können.		Mit dem "Simulink Support Package for Arduino Hardware" können die Analogen Ein- und Ausgänge des Mikrocontrollers in Echtzeit in Simulink eingelesen und verarbeitet werden. An dem analogen Eingängspin 0 ist der Hallsensor anschlossen und an dem analogen Eingangspin 1 ist das Potentiometer angeschlossen. Am PWM Ausgang 5 ist der N-Channel Mosfet angeschlossen der dann das PWM Signal für die Spule schaltet.

			Nachdem verfiziert werden konnte, dass die Platine elektrotechnisch gesehen ihren Zweck erfüllt, wurde ein Projekt in der Software MATLAB Simulink aufgesetzt. Nachdem die Projekteinstellungen parametriert wurden, konnte die analogen Eingänge abgefragt, um sicher zu stellen, dass plausible Werte in Simulink eingelesen werden können. Zudem wurde ein Dutycycle auf den analogen Ausgang, welcher mit der Spule verknüpft ist, gegeben um die Auswirkung desssen auf den Hallsensor beurteilen zu können.
	Im Anschluss an diese Versuche wurden die besagten Kennnlinie aufgenommen und es wurde schematisch ein Regelkreis entworfen.		Im Anschluss an diese Versuche wurden die besagten Kennnlinie aufgenommen und es wurde schematisch ein Regelkreis entworfen.

John Kneib: /* Umsetzung */

2018-01-22T13:05:05Z

Umsetzung

← Nächstältere Version		Version vom 22. Januar 2018, 15:05 Uhr
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	====Umsetzung====		====Umsetzung====
	Während der Wartezeit auf die bestellten Bauteile, wurde von den Bachelorstudenten eine Leiterplatte designt, die zum Unterbringen der bestellten elektronischen Bauteile diente. ~~Das~~ Leiterplattenlayout wurde mit der Software Eagle erstellt. Gefertigt wurde die Leiterplatte mit dem eigenen Fräsbohrplotter der Hochschule.		Während der Wartezeit auf die bestellten Bauteile, wurde von den Bachelorstudenten ein Schaltplan erstellt und diesem entsprechend eine Leiterplatte designt, die zum Unterbringen der bestellten elektronischen Bauteile diente. Der Schaltplan und das Leiterplattenlayout wurde mit der Software Eagle erstellt. Gefertigt wurde die Leiterplatte mit dem eigenen Fräsbohrplotter der Hochschule.

	Nachdem die Bauteile eingetroffen waren, wurden diese auf die Leiterplatte anhand des erstellten Schaltplanes aufgelötet.		Nachdem die Bauteile eingetroffen waren, wurden diese auf die Leiterplatte anhand des erstellten Schaltplanes aufgelötet.
	Als Netzteil zur Spannungsversorgung der Leiterplatte wird ein Labornetzteil verwendet. An die Leiterplatte wird die Spannungsversorgung, die Spule, der Hallsensor und das Potentiometer über eine lötbare Schraubklemmleiste angeschlossen.		Als Netzteil zur Spannungsversorgung der Leiterplatte wird ein Labornetzteil verwendet (Vcc der Platine max. 14 V). An die Leiterplatte wird die Spannungsversorgung, die Spule, der Hallsensor und das Potentiometer über eine lötbare Schraubklemmleiste angeschlossen.
	Dies hat den Vorteil, dass die Platine von den angeschlossenen Komponenten problemlos getrennt werden kann.		Dies hat den Vorteil, dass die Platine von den angeschlossenen Komponenten problemlos getrennt werden kann.
	Nach Fertigstellung der Platine wurde zur nächst die Vesorgungsspannung angelegt und es wurde geprüft, ob die Platine Elektrotechnisch in Ordnung ist. Das heißt es wurde an verschiedenen Stellen Spannung gemessen und verifiziert, das die richtigen Spannungen anliegen. Durch diese Prüfung ist es relativ einfach schlechte Lötverbindung aufzudecken. Es war allerdings alles einwandfrei. Nach der elektrotechnischen Prüfung wurden dann Komponenten über die lötbare Schraubklemmleiste angeschlossen.		Nach Fertigstellung der Platine wurde zur nächst die Vesorgungsspannung angelegt und es wurde geprüft, ob die Platine Elektrotechnisch in Ordnung ist. Das heißt es wurde an verschiedenen Stellen Spannung gemessen und verifiziert, das die richtigen Spannungen anliegen. Durch diese Prüfung ist es relativ einfach schlechte Lötverbindung aufzudecken. Es war allerdings alles einwandfrei. Nach der elektrotechnischen Prüfung wurden dann Komponenten über die lötbare Schraubklemmleiste angeschlossen.

Benedikt Wulowitsch: /* Umsetzung */

2018-01-15T12:40:16Z

Umsetzung

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	Datei:Schaltplan_Eagle_PCB.PNG\|Schaltplan der Platine		Datei:Schaltplan_Eagle_PCB.PNG\|Schaltplan der Platine
	Datei:Platine Schwebende Kugel 1.JPG\| Platine zusammen mit Arudino Uno Board zum Programmieren		Datei:Platine Schwebende Kugel 1.JPG\| Platine zusammen mit Arudino Uno Board zum Programmieren
			Datei:Aufbau Schwebende Kugel 1.JPG\| Versuchsaufbau der schwebenden Kugel
	</gallery>		</gallery>

Benedikt Wulowitsch: /* Bachelorstudenten */

2018-01-15T12:37:26Z

Bachelorstudenten

← Nächstältere Version		Version vom 15. Januar 2018, 14:37 Uhr
Zeile 140:		Zeile 140:

	==Ergebnis und Ausblick==		==Ergebnis und Ausblick==
	~~===Bachelorstudenten===~~
	Nach Fertigstellung des Versuchaufbaus wirkte keine Anziehungskraft auf die magnetisierte Kugel, sodass ein Schweben nicht möglich ist. Da bei vorherigen Testaufbauten jedoch bereits eine Anziehungskraft aufgetreten war und bereits eine Umpolung des Feldes vorgenommen wurde, wurden zunächst von Lötfehlern auf der Plantine als Ursache angenommen. Nach der Beseitigung Unreinheiten auf der Platine, war die gewünschte Funktion weiterhin nicht sichergestellt. Bei der Ursachenunteruschung fiel auf, dass zum Einen der Spannungsregler sehr heiß läuft, zum Anderen die Spule selbst beim Anlegen der maximalen Spannung kein Magnetfeld aufbaut, dass die Kugel im Gleichgewicht halten kann. Dies lässt darauf schließen, dass die Spule bei den ersten Ansteuerungsversuchen überlastet wurde, den Kupferlack zum Schmelzen brachte und somit Kurzschlüsse innerhalb der Spule hervor ruft. Ein Kabelbruch konnte ausgeschlossen werden, da beim Anlegen der Spannung ein Strom fließt, der messbar ist. Die Ursache der hohen Temperatur des Spannungsreglers könnte möglicherweise in einem Defekt des Spannungsregler liegen, der durch die zuvor angesprochenen Lötfehler zerstört worden sein könnte.

	===Bachelorstudenten WS17/18===		===Bachelorstudenten WS17/18===
	Das Projekt konnte soweit wie möglich erfolgreich umgesetzt werden.		Das Projekt konnte soweit wie möglich erfolgreich umgesetzt werden.

Benedikt Wulowitsch: /* Bachelorstudenten WS17/18 */

2018-01-15T12:37:17Z

Bachelorstudenten WS17/18

← Nächstältere Version		Version vom 15. Januar 2018, 14:37 Uhr
Zeile 144:		Zeile 144:

	===Bachelorstudenten WS17/18===		===Bachelorstudenten WS17/18===
			Das Projekt konnte soweit wie möglich erfolgreich umgesetzt werden.
			Es steht eine komplett fertige und funktionsfähige Platine zur Verfügung, um die schwebende Kugel mit einem digitalen Regler zum schweben zu bringen. Zudem wurde das Konzept zur Regelung, sowie die Kennlinien und das dazugehörige MATLAB Simulink Projekt entwickelt und kann zur Verfügung gestellt werden.

			Für nachfolgende Studierende, die sich mit diesem Projekt befassen, wäre es sinnvoll auf der gefertigten Platine und der Kennlinie aufzusetzen, um die Regelung erfolgreich in die Realität umsetzen zu können. Zudem könnte dann das Potentiometer fest mit eingebunden werden, um über die Stellung den Abstand vorgeben zu können.


	===Masterstudenten===		===Masterstudenten===
	Das Projekt konnte erfolgreich umgesetzt werden. Die Kugel schwebt in einem stabilen Zustand mit etwa 30 mm Abstand zum Hallsensor und der Spule.		Das Projekt konnte erfolgreich umgesetzt werden. Die Kugel schwebt in einem stabilen Zustand mit etwa 30 mm Abstand zum Hallsensor und der Spule.

Benedikt Wulowitsch: /* Umsetzung mit dem Mikrocontroller */

2018-01-15T12:34:07Z

Umsetzung mit dem Mikrocontroller

← Nächstältere Version		Version vom 15. Januar 2018, 14:34 Uhr
Zeile 135:		Zeile 135:
	Als Mikrocontroller für die Regelung der Kugel wurde ein Atmel326b verwendet. Über das Entwicklungsboard Arduino Uno lässt sich eine Verbindung zu der Leiterplatte herstellen. Mithilfe des Arduino Uno Boards kann der Mikrocontroller direkt auf der Leiterplatte programmieren werden, ohne ihn immer entnehmen zu müssen. Zudem ist es möglich, die Analogeneingänge des Mikrocontrollers auf der Leiterplatte über das Arduino Board einzulesen und der Software MATLAB Simulink für die Regelung zu benutzen.		Als Mikrocontroller für die Regelung der Kugel wurde ein Atmel326b verwendet. Über das Entwicklungsboard Arduino Uno lässt sich eine Verbindung zu der Leiterplatte herstellen. Mithilfe des Arduino Uno Boards kann der Mikrocontroller direkt auf der Leiterplatte programmieren werden, ohne ihn immer entnehmen zu müssen. Zudem ist es möglich, die Analogeneingänge des Mikrocontrollers auf der Leiterplatte über das Arduino Board einzulesen und der Software MATLAB Simulink für die Regelung zu benutzen.
	Mit dem "Simulink Support Package for Arduino Hardware" können die Analogen Ein- und Ausgänge des Mikrocontrollers in Echtzeit in Simulink eingelesen und verarbeitet werden. An dem analogen Eingängspin 0 ist der Hallsensor anschlossen und an dem analogen Eingangspin 1 ist das Potentiometer angeschlossen. Am analogen Ausgangspin 5 ist die Spule angeschlossen, die über Pulsweitenmodulation angesteuert wird.		Mit dem "Simulink Support Package for Arduino Hardware" können die Analogen Ein- und Ausgänge des Mikrocontrollers in Echtzeit in Simulink eingelesen und verarbeitet werden. An dem analogen Eingängspin 0 ist der Hallsensor anschlossen und an dem analogen Eingangspin 1 ist das Potentiometer angeschlossen. Am analogen Ausgangspin 5 ist die Spule angeschlossen, die über Pulsweitenmodulation angesteuert wird.

			Nachdem verfiziert werden konnte, dass die Platine elektrotechnisch gesehen ihren Zweck erfüllt, wurde ein Projekt in der Software MATLAB Simulink aufgesetzt. Nach den zu machenden Projekteinstellungen wurden die analogen Eingänge abgefragt, um sicher zu stellen, dass plausible Werte in Simulink eingelesen werden, wenn beispielsweise die Stellung des Potentiometers geändert wurde. Zudem wurde ein Dutycycle auf den analogen Ausgang, welcher mit der Spule verknüpft ist, gegeben um die Auswirkung desssen auf den Hallsensor beurteilen zu können.
			Im Anschluss an diese Versuche wurden die besagten Kennnlinie aufgenommen und es wurde schematisch ein Regelkreis entworfen.

	==Ergebnis und Ausblick==		==Ergebnis und Ausblick==

Benedikt Wulowitsch: /* Umsetzung */

2018-01-15T12:30:57Z

Umsetzung

← Nächstältere Version		Version vom 15. Januar 2018, 14:30 Uhr
Zeile 123:		Zeile 123:
	Als Netzteil zur Spannungsversorgung der Leiterplatte wird ein Labornetzteil verwendet. An die Leiterplatte wird die Spannungsversorgung, die Spule, der Hallsensor und das Potentiometer über eine lötbare Schraubklemmleiste angeschlossen.		Als Netzteil zur Spannungsversorgung der Leiterplatte wird ein Labornetzteil verwendet. An die Leiterplatte wird die Spannungsversorgung, die Spule, der Hallsensor und das Potentiometer über eine lötbare Schraubklemmleiste angeschlossen.
	Dies hat den Vorteil, dass die Platine von den angeschlossenen Komponenten problemlos getrennt werden kann.		Dies hat den Vorteil, dass die Platine von den angeschlossenen Komponenten problemlos getrennt werden kann.
			Nach Fertigstellung der Platine wurde zur nächst die Vesorgungsspannung angelegt und es wurde geprüft, ob die Platine Elektrotechnisch in Ordnung ist. Das heißt es wurde an verschiedenen Stellen Spannung gemessen und verifiziert, das die richtigen Spannungen anliegen. Durch diese Prüfung ist es relativ einfach schlechte Lötverbindung aufzudecken. Es war allerdings alles einwandfrei. Nach der elektrotechnischen Prüfung wurden dann Komponenten über die lötbare Schraubklemmleiste angeschlossen.

	<gallery caption="Galerie zur Umsetzung der Bachelorstudenten WS17/18" widths="200px" heights="200px" perrow="4">		<gallery caption="Galerie zur Umsetzung der Bachelorstudenten WS17/18" widths="200px" heights="200px" perrow="4">

Benedikt Wulowitsch: /* Ergebnis und Ausblick */

2018-01-15T12:29:08Z

Ergebnis und Ausblick

← Nächstältere Version		Version vom 15. Januar 2018, 14:29 Uhr
Zeile 138:		Zeile 138:
	===Bachelorstudenten===		===Bachelorstudenten===
	Nach Fertigstellung des Versuchaufbaus wirkte keine Anziehungskraft auf die magnetisierte Kugel, sodass ein Schweben nicht möglich ist. Da bei vorherigen Testaufbauten jedoch bereits eine Anziehungskraft aufgetreten war und bereits eine Umpolung des Feldes vorgenommen wurde, wurden zunächst von Lötfehlern auf der Plantine als Ursache angenommen. Nach der Beseitigung Unreinheiten auf der Platine, war die gewünschte Funktion weiterhin nicht sichergestellt. Bei der Ursachenunteruschung fiel auf, dass zum Einen der Spannungsregler sehr heiß läuft, zum Anderen die Spule selbst beim Anlegen der maximalen Spannung kein Magnetfeld aufbaut, dass die Kugel im Gleichgewicht halten kann. Dies lässt darauf schließen, dass die Spule bei den ersten Ansteuerungsversuchen überlastet wurde, den Kupferlack zum Schmelzen brachte und somit Kurzschlüsse innerhalb der Spule hervor ruft. Ein Kabelbruch konnte ausgeschlossen werden, da beim Anlegen der Spannung ein Strom fließt, der messbar ist. Die Ursache der hohen Temperatur des Spannungsreglers könnte möglicherweise in einem Defekt des Spannungsregler liegen, der durch die zuvor angesprochenen Lötfehler zerstört worden sein könnte.		Nach Fertigstellung des Versuchaufbaus wirkte keine Anziehungskraft auf die magnetisierte Kugel, sodass ein Schweben nicht möglich ist. Da bei vorherigen Testaufbauten jedoch bereits eine Anziehungskraft aufgetreten war und bereits eine Umpolung des Feldes vorgenommen wurde, wurden zunächst von Lötfehlern auf der Plantine als Ursache angenommen. Nach der Beseitigung Unreinheiten auf der Platine, war die gewünschte Funktion weiterhin nicht sichergestellt. Bei der Ursachenunteruschung fiel auf, dass zum Einen der Spannungsregler sehr heiß läuft, zum Anderen die Spule selbst beim Anlegen der maximalen Spannung kein Magnetfeld aufbaut, dass die Kugel im Gleichgewicht halten kann. Dies lässt darauf schließen, dass die Spule bei den ersten Ansteuerungsversuchen überlastet wurde, den Kupferlack zum Schmelzen brachte und somit Kurzschlüsse innerhalb der Spule hervor ruft. Ein Kabelbruch konnte ausgeschlossen werden, da beim Anlegen der Spannung ein Strom fließt, der messbar ist. Die Ursache der hohen Temperatur des Spannungsreglers könnte möglicherweise in einem Defekt des Spannungsregler liegen, der durch die zuvor angesprochenen Lötfehler zerstört worden sein könnte.

			===Bachelorstudenten WS17/18===



	===Masterstudenten===		===Masterstudenten===
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	Um die Kugel auch nach größeren Störungen stabil zu halten, ist es möglich das Projekt mit einem Microcontroller, wie beispielsweise dem Arduino Uno, zu realisieren. Hier könnte ein PID-Regler zum Einsatz kommen.		Um die Kugel auch nach größeren Störungen stabil zu halten, ist es möglich das Projekt mit einem Microcontroller, wie beispielsweise dem Arduino Uno, zu realisieren. Hier könnte ein PID-Regler zum Einsatz kommen.


	==Literaturverweise==		==Literaturverweise==

Benedikt Wulowitsch: /* Umsetzung mit dem Mikrocontroller */

2018-01-15T12:25:05Z

Umsetzung mit dem Mikrocontroller

← Nächstältere Version		Version vom 15. Januar 2018, 14:25 Uhr
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	Als Mikrocontroller für die Regelung der Kugel wurde ein Atmel326b verwendet. Über das Entwicklungsboard Arduino Uno lässt sich eine Verbindung zu der Leiterplatte herstellen. Mithilfe des Arduino Uno Boards kann der Mikrocontroller direkt auf der Leiterplatte programmieren werden, ohne ihn immer entnehmen zu müssen. Zudem ist es möglich, die Analogeneingänge des Mikrocontrollers auf der Leiterplatte über das Arduino Board einzulesen und der Software MATLAB Simulink für die Regelung zu benutzen.		Als Mikrocontroller für die Regelung der Kugel wurde ein Atmel326b verwendet. Über das Entwicklungsboard Arduino Uno lässt sich eine Verbindung zu der Leiterplatte herstellen. Mithilfe des Arduino Uno Boards kann der Mikrocontroller direkt auf der Leiterplatte programmieren werden, ohne ihn immer entnehmen zu müssen. Zudem ist es möglich, die Analogeneingänge des Mikrocontrollers auf der Leiterplatte über das Arduino Board einzulesen und der Software MATLAB Simulink für die Regelung zu benutzen.
			Mit dem "Simulink Support Package for Arduino Hardware" können die Analogen Ein- und Ausgänge des Mikrocontrollers in Echtzeit in Simulink eingelesen und verarbeitet werden. An dem analogen Eingängspin 0 ist der Hallsensor anschlossen und an dem analogen Eingangspin 1 ist das Potentiometer angeschlossen. Am analogen Ausgangspin 5 ist die Spule angeschlossen, die über Pulsweitenmodulation angesteuert wird.

	==Ergebnis und Ausblick==		==Ergebnis und Ausblick==

Benedikt Wulowitsch: /* Umsetzung mit dem Mikrocontroller */

2018-01-15T12:19:31Z

Umsetzung mit dem Mikrocontroller

← Nächstältere Version		Version vom 15. Januar 2018, 14:19 Uhr
Zeile 132:		Zeile 132:
	====Umsetzung mit dem Mikrocontroller====		====Umsetzung mit dem Mikrocontroller====

	Als Mikrocontroller für die Regelung der Kugel wurde ein Atmel326b verwendet. Über das Entwicklungsboard Arduino Uno lässt sich eine Verbindung zu der Leiterplatte herstellen. Mithilfe des Arduino Uno Boards ~~lässt sich~~ der Mikrocontroller direkt auf der Leiterplatte programmieren, ohne ihn immer entnehmen zu müssen. Zudem ist es möglich, die Analogeneingänge des Mikrocontrollers auf der Leiterplatte über das Arduino Board einzulesen und der Software MATLAB Simulink für die Regelung zu benutzen.		Als Mikrocontroller für die Regelung der Kugel wurde ein Atmel326b verwendet. Über das Entwicklungsboard Arduino Uno lässt sich eine Verbindung zu der Leiterplatte herstellen. Mithilfe des Arduino Uno Boards kann der Mikrocontroller direkt auf der Leiterplatte programmieren werden, ohne ihn immer entnehmen zu müssen. Zudem ist es möglich, die Analogeneingänge des Mikrocontrollers auf der Leiterplatte über das Arduino Board einzulesen und der Software MATLAB Simulink für die Regelung zu benutzen.

	==Ergebnis und Ausblick==		==Ergebnis und Ausblick==