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Hinweise für Nachbauer

An dieser Stelle möchte ich einige Hinweise für Nachbauer zur Verfügung stellen.

Verschiedene Programme stehen zum Download zur Verfügung.
 

0. Vorwort
1. Software
2. Programmer
3. Hardware / Platinen
4. Testprogramme / Hauptprogramm
5. Spezielle Hinweise
6. FAQ

7.
Schrittweises Testen
8. Hauptplatine
9. Sensoren
10. H-Brücken
11. Mechanischer Aufbau
12. Software

 

 

0. Vorwort

Dieses Projekt ist anspruchsvoll. Bevor man mit diesem Projekt beginnt, sollte man abschätzen,
was auf einen zukommt. Erfoderlich sind Kenntnisse im Bereich der Elektronik sowie Fertigkeiten,
mechanische Probleme zu bewältigen. Niedrige und hohe Ströme sind im Bereich der Elektonik
zu verarbeiten und erfordern eine geeignete Verkabelung. Die angetriebenen Motoren sind recht
kräftig und können bei einer Fehlsteuerung mechanische als auch körperliche Schäden hinterlassen,
wie ich an anderer Stelle berichtet habe.
Handwerkliches Geschickt ist unbedingt erforderlich, nicht nur um einen Nachbau anzufertigen,
sondern auch um verschiedene Probleme in eigener Regie zu lösen.

1. Software

    Die Steuerungsprogramm wurde mit BASCOM geschrieben. BASCOM ist eine Basic ähnliche
    Programmiersprache, die in allen notwendigen Befehlen der Anwendung mit Mikrocontrollern
    angepasst wurde.
    Eine alte Demo-Version kann hier herunter geladen werden. BASCOM-Demo
    Besser ist es, die aktuelle Demo-Version des Herstellers zu verwenden.
    Mit dieser Demo-Version kann wegen der Beschränkung auf 4MB die aktuelle Software (ca. 30MB) nicht compiliert werden.
    Eine Ansicht des Programms ist jedoch möglich.

2. Programmer

    Um ein Programm auf einen Mikrocontroller zu übertragen ist ein Programmiergerät notwendig.
    Eine einfache Möglichkeit wurde in den Atmega-Projekten beschrieben.
    Eleganter ist die Verwendung eines USB-Programmers. Dieser überträgt das Programm
    wesentlich schneller.
    Mit der Bezeichnung
"USBASP-Programmiergerät Programmierer für Atmel AVR " findet man
    preiswerte Steckmodule mit passendem Kabel bei eBay unter 5.-€. (z.Z.
Artikelnummer: 261100135914 )

    Die Treiber und Installationshinweise für diesen Programmer können hier heruntergeladen werden.
    Beim ersten Einstecken des USB-Programmers wird nach Treibern gesucht. Dann ist das
    Verzeichnis mit diesen Treiberdateien anzugeben.
    In BASCOM / Optionen / Programmierer wird der Programmer USBASP ausgewählt.

3. Hardware / Platinen

    Auch fertige und geprüfte Platinen können bestellt werden. Da die Anfertigung eine nicht zu vernachlässigende
    Zeit in Anspruch nimmt, ggf. B
auteile bestellt werden müssen, entstehen längere Lieferzeiten.

    Unbestückte Platinen stehen im Shop zur Verfügung.
    Auch hier betreibe ich keine größere Vorratshaltung, aber längere Wartezeiten sind selten.

    Die Platinen ab Version 2.x sind für den Betrieb mit 24V - 36V(45V) geeignet.

    Alle .brd-Dateien wurden mit EAGLE erstellt. Mit Hilfe des Show-Button und der Eingabe von z.B. R10
    werden die Bauteile auf der Platine angezeigt.

    Die Power-H-Brücke ist nicht mehr lieferbar.

    Die Standard-H-Brücke gibt es in der Version 2.7, hier das Board und die Schaltung.
    Falls an eine eigene Herstellung gedacht wird, kann ich eine geeignete Datei zur Verfügung stellen.
    Auch diese .brd-Datei wurde mit EAGLE erstellt. Auch hier wird mit Hilfe des Show-Button und der Eingabe
    von z.B. R10 die Position von R10 auf der Platine hell angezeigt. Dies erleichtert das Bestücken der Platine.

    Teilelisten können mit dem Programm EAGLE aktuell aus der .brd-Datei exportiert werden.

    Testvideo für die H-Brücke

4. Testprogramme / Hauptprogramm

    In der aktuellen Softwareversion wurde ein umfangreiches Testprogramm integriert, welches den Test
    von LEDs, Sensoren bis hin zu den H-Brücken mit angeschlossenen Motoren erlaubt.

    a) Hauptprogramm V6.42 letzte Version für analoge Sensoren, wird nicht weiter geplfegt.

    b) Software V7.xx im Download-Bereich

5. Spezielle Hinweise

Wichtig:

Meine bisherige Erfahrung mit Nachbauern hat gezeigt, dass ich häufig in Anspruch genommen wurde, um z.T.
kleine Probleme von Abmessungen des Runners bis zur Beschaffung von Rädern, Achsen, Befestigungsmöglichkeiten, Drahtstärken und vieles mehr zu beseitigen.

Auch die Fehlersuche auf Platinen und Reparaturen blieben schon an mir hängen.

Dies möchte ich nicht mehr, da ich auch anderen Beschäftigungen nachgehen muss.

Somit erscheint es mir wichtig darauf hinzuweisen, dass elektronische und mechanische Erfahrungen vorhanden sein
müssen, um das Projekt erfolgreich zu realisieren.

Ich bitte jeden vorher alle Anforderungen zu überdenken und auch schon mal alle Beschaffungsmöglichkeiten für
Materialien abzuklären.

Sehr zu empfehlen ist auch ein Elektroniker, der bei Tests und einer möglichen Fehlersuche helfen kann.

Ich stelle euch auch die Software in der aktuellen Form zur Verfügung.

Des weiteren habe ich eine umfangreiche Dokumentation meines Projektes angefertigt, deren aktuelle Version
ich auf Anfrage auch versende.

 

Für Veränderungen an der Software ist eine eigene Version des BASCOM-Compilers erforderlich.

Auch ein Programmer (max. 5.-€) muss dann erworben werden.

Zum Benutzen der Bestückungspläne kann man auf das Programm Eagle zurückgreifen, mit dem die Bauteilpositionen
angezeigt werden können. Dies hilft bei der Bestückung der Platinen.

Software, für die ich keine Garantie übernehmen kann, stelle ich zur Verfügung.

Hardware, Hauptplatine, H-Brücken und so weiter müssen vor der Verwendung meiner Software zu 100% getestet sein.
Dazu sollte der Testmodus in der aktuellen Software V7.xx verwendet werden.

6)   FAQ

6.1    Das Spiel im Getriebe der Motoren oder an Ketten ist unerheblich. Eine Kette sollte ca. 3 - 5mm durchhängen.

6.2    Ruckartige Störungen können verschiedene Ursachen haben.

6.2a)    Induktive Übertragung von Impulsen bzw. Stromwechsel, die in den Zuleitungen von den MOSFETs
zu den Motoren entstehen und die Elektronik beeinflussen.

Abhilfe:) Der Controllerplatine noch einige 100nF Keramikkondensatoren verpassen. Am Controller zwischen Masse
und VCC direkt am IC. Auch zu VCC des Sensors. Auch am Ein- und Ausgang der Spannungsversorgung.

6.2b) Die Controllerplatine auf einer Massefläche montieren, die elektrisch leitend an mehreren Stellen mit der Platine
verbunden ist. Bei großen Problemen die Platine HF-dicht verpacken und für die Anschlüsse , auch die PWM-Ausgänge,
Durchführungskondensatoren benutzen. Letzteres war bisher nicht erforderlich.

6.2c) Die Zuleitungen zu den Motoren verdrillen.

6.2d) In die verdrillte Zuleitungen runde Ferritkerne mit 3-4 Windungen einfügen. Ich habe große, gelbe Ferritkerne aus alten
PC-Netzteilen benutzt.

6.2e) Die Leitungen so kurz wie möglich machen. 5cm länger dürfen sie schon sein, aber nicht mehr als 10cm .

6.2f) Die Leitungsführung muss so gewählt werden, dass die Zuleitungen zu den Motoren nicht in der Nähe der anderen
Zuleitungen zur Controllerplatine liegen. Die Zuleitungen zu den Motoren nicht über die Controllerplatine legen!

6.3)   Der gemeinsame Massepunkt wurde nicht beachtet.

6.3a)  Dieses Problem ist eigentlich jedem Elektroniker bekannt. Bei pulsierenden Strömen bis 50A  sind die dabei entstehende
Störungen erheblich.

An einem gemeinsamen GND-Punkt sind die Leitungen für den Controller und die Zuleitungen zu den H-Brücken getrennt
anzuschließen. Zu den H-Brücken auch Leitungen mit ausreichend großem Durchmesser.

6.3b)  Alle Leitungen kurz halten und “sauber” verlegen. Keine frei hängenden Kabel, weder zu den Motoren noch zu den
Controllern bzw. Sensoren.

6.4)   Schlecht befestigter Sensor.

7.   Schrittweises Testen der Regelung / Elektronik.

7a)    Meine ersten Tests bestanden darin, dass ich das Signal des manuell betätigten Lenkerpotis benutzt habe, um daraus
ein PWM-Signal zu erzeugen. Um zu hohe PWM-Werte zu vermeiden, du hast ja die Folgen bereits kennen gelernt, habe ich
diese bereits in der Software auf z.B. 50 beschränkt. Diese Test müssen problemlos auf dem Prüfstand und auf dem Boden
laufen, bevor man weiter macht. Auf dem Prüfstand drehen die Motoren sehr viel schneller als später auf dem Boden.

7b)    Dann kommt der Test des Beschleunigungssensors. Nur dieses Signal wird zur Erzeugung der PWM benutzt und
natürlich begrenzt. Dabei sollte anfänglich auch der Verstärkungsfaktor sehr klein! gewählt werden.

Hier lässt sich prüfen, ob das Fahrzeug auch in die richtige Richtung fährt, was ggf. durch Umpolung der Motoren bzw. in der
Software geändert werden muss. Auch diese Test muss problemlos auf dem Prüfstand und auf dem Boden laufen, bevor man
weiter macht.

7c)    Dann kommt der Test des Gyrosensors. Nur dieses Signal wird zur Erzeugung der PWM benutzt und natürlich wie auch
vorher begrenzt. Dabei sollte anfänglich der Verstärkungsfaktor sehr klein! gewählt werden, so dass die PWM-Werte auch
 theoretisch bei großer / schneller Neigung kleiner als 100 sind.

Auch hier lässt sich prüfen, ob das Fahrzeug auch in die richtige Richtung fährt, was ggf. dann in der Software geändert
werden muss. Auch diese Test muss problemlos auf dem Prüfstand und auf dem Boden laufen, bevor man weiter macht.

7d)    Dann folgt der gemeinsame Test der Sensoren mit in b) und c) genannten Begrenzungen.

 

8 )    Hauptplatine

Der Spannungsregler für 3,3V muss nur eingebaut werden, wenn diese Spannung für Sensoren erforderlich ist.
Sonst wird er durch eine Brücke ersetzt.

9 )    Sensoren

Analoge Sensoren sind out.

Am 15. Oktober 2014 wurde weitere Entwicklung von Soft- und Hardware auf die Verwendung
des digitalen Sensors MPU-6050 umgestellt.

10) H-Brücken

Die Power-H-Brücke ist für den Betrieb des Runners nicht erforderlich. Sie wird aus diesem Grund nicht weiter angeboten.

Die Standard-H-Brücke wurde überarbeitet und ist aktuell in der Version 2.8 verfügbar.
Die beiden notwendigen H-Brücken sind auf einer Platine (80mm x 100mm) untergebracht.
Diese Platine kann problemlos geteilt werden.
Sehr wichtig ist die bereits an anderer Stelle gezeigte Verstärkung der Leiterbahnen mit
einem Kupferdraht, da die hohen Ströme sonst die Cu-Flächen auf der Platine in Rauch
auflösen.
Schutzdioden sind auf der Platine vorgesehen. Ergänzt wurden auch ein Varistor und eine
bidirektionale Schutzdiode mit einer sehr hohen Belastbarkeit.

Wichtig:
Der Betrieb der Motoren mit der H-Brücke ist mit Sorgfalt durchzuführen.

Es ist auf alle Fälle zu vermeiden, dass unbefestigte Motoren schlagartig mit 100% (>20%) ihrer
Leistung betrieben werden. Dabei dreht sich das Gehäuse mit Wucht in die
entgegengesetzte Richtung und können Schäden an Menschen und Material verursachen.
Die Motoren müssen unbedingt fest mit dem Fahrzeug oder dem Experimentiertisch verbunden sein.
Ebenso ist die Ansteuerung mit dem PWM-Signal durch die H-Brücken mit Vorsicht
durchzuführen. Auch hier kann durch ungeschickte Programmierung ein schlagartiger 100%-
Betrieb eintreten und das mit den bereits genannten Folgen.

Als Grundsatz gilt:
Das Einschalten der Motoren erfolgt immer mit einem PWM-Signal, welches bei weniger als
10% beginnt!
Auch ein Umschalten der Drehrichtung ohne eine Rücknahme der Motorleistung ist nicht
erlaubt. Dies führt zu starken mechanischen Belastungen der Motoren sowie deren
Befestigungen und hat in einem Fall auch schon zum Verdrehen der Permanentmagnete im Motor
geführt, so dass der Motor danach nur eine reduzierte Leistung abgegeben hat.

Wichtig:
Alle Tests der H-Brücke, insbesondere im Zusammenhang mit der Software,
müssen zuerst mit KFZ-Lampen durchgeführt werden! Damit werden auch Schäden an den
H-Brücken vermieden, die ggf. bei einer Drehrichtungsänderung während einer höheren
zugeführten Leisung auftreten können.

Im Normalbetrieb müssen die MOS-FETs gekühlt werden. Dazu können Kühlkörper
verwendet werden. Bei mir haben Kühlkörper aus einem 2mm dicken Alublech mit einer
Abmessung von 40mm x 100mm pro Brücke genügt. Im Fall einer Erwärmung, die nicht für
mehr als 5 Sekunden mit dem Finger berührt werden kann, ist die Kühlung zu verstärken.
Meine aktuelle Alternative besteht im Befestigen der MOSFETs am Alu-Gehäuse meines
Runners.
Die MOSFETs sind dabei mit Pads und Isolierhülsen gemäß der üblichen Vorgehensweise
bei der Isolation von Leistungstransistoren zu befestigen.

Die Durchführung von Tests ist auch ohne Kühlkörper möglich. Die Verwendung einer
12V/55Watt KFZ-Lampe ist dafür geeignet.
Erst nach allen erfolgreichen Tests können Motoren angeschlossen werden.
Bei einer Betriebsspannung von 24V-28V kann der PWM-Wert bis auf 50% steigen, ohne
dass KFZ-Lampen kaputt gehen.
Bei 36V-42V sollte der PWM-Wert auf 30% begrenzt werden, um dies zu verhindern.

Wichtig:
Sicherungen !!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Während des regülären Betriebes können Ströme 40A auftreten. Daher ist eine Sicherung, ich
verwende Sicherungen aus dem KFZ-Bereich, von 50A (2x25A) sinnvoll.

Bei allen Tests rate ich zu einer 5A-Sicherung. Diese Verhindert bei fehlerhafter Ansteuerung Probleme
mit den Motoren und auch eine Beschädigung der H-Brücken, wenn aus Versehen ein zu hohes
PWM-Signal zum Starten der Motoren verwendet wird.

Bei ersten Fahrversuchen können 10A gewählt werden (bis eine solche Sicherung durchbrennt).


Es wird dringenst empfohlen, alle diese Hinweise zu beachten.

  Testvideo für die H-Brücke mit BTS7960B

 

11a)    Mechanischer Aufbau, Lenkung, Lenkerrückstellung

Versuchsweise genügt eine Plattform aus Holz. Meine ersten Versuche mit einer 16mm starken Sperrholzplatte waren
erfolgreich.Eine Breite von 69,5cm mit Rädern und einer Tiefe von 39cm waren ausreichend. Die Achse der Räder sollte
dabei etwa 2-3cm hinter der Mitte liegen.

Die Elektronik sollte von oben zugänglich sein, um ein Umdrehen des Runners bei jeder kleinen Änderung zu vermeiden.
Batterien und Motoren können auch unter der Plattform angebracht werden.

Der schwenkbare Lenker erfordert eine sehr starre Verbindung mit der Plattform. Ideal ist ein Drehlager eines Fahrradpedals,
welches auf die Plattform aufgeschraubt und an dessen Achse noch ein längerer Teil der Tretkurbel vorhanden ist.
Daran wird die Lenkstange befestigt.

Die Skizze zeigt eine trickreiche Feder um den Lenker in der Mitte zu halten.

 

11b)    Motoren

Wie bereits an anderer Stellle beschrieben, können 24V-Motoren auch mit einem PWM-Signal aus einer 36V-H-brücke
betrieben werden. Es steht dabei im Bedarfsfall kurzfristig fast die doppelte Motorleistung zur Verfügung. Es kommt im
normalen Fahrbetrieb nicht zur Überlastung, da durch den der PWM-Betrieb dem Motor nur die benötigte Leistung zugeführt
und abverlangt wird.
Die Nennleistung eines 24V/500W Motors wird daher nur im Notfall zum schnellen Ausbalacieren überschritten und dies nur
für wenige Sekunden.

Die Stromzufuhr zu den Motoren muss verdrillt, so kurz wie möglich und sicherheitshalber mit einem Ferritkern (groß, rund,
aus einem alten PC-Netzteil) ausgestattet sein, durch den das Zuleitungskabel mehrfach gewickelt wurde.

11c)    EMV

Das Schalten starker Strome führt nicht nur zur EM-Belastung der Umwelt, sondern auch zu Störungen der eigenen Elektronik.
Wenn Softwarefehler auszuschließen sind und plötzliche, starke und ruckartige Bewegungen des Fahrzeuges auftreten,
können z.B. die Datenleitungen zu den H-Brücken davon betroffen sein, was zu Richtungsänderungen, voller Leistung
oder auch Null-Leistung führen kann.
Die Stromzufuhr zu den Motoren muss verdrillt, so kurz wie möglich und sicherheitshalber mit einem Ferritkern
(groß, rund, aus einem alten PC-Netzteil) ausgestattet sein, durch den das Zuleitungskabel mehrfach gewickelt wurde.

12 ) Software

Das endgültige Programm wird ständig weiterentwickelt. Bei Bedarf bitte bei mir nachfragen.

Anpassungen an die eigene Hardware sind bei der Verwendung anderer Sensoren oder Motoren notwendig.
Viele interne Parameter können aus diesem Grund mit Hilfe einer anschließbare PC-Tastatur (PS/2) geändert werden.

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Stand: 22.3.2019.