CAM84 Selbstbau CCD

  • Ersteller des Themas Ersteller des Themas Erik
  • Erstellungsdatum Erstellungsdatum
Status
Es sind keine weiteren Antworten möglich.
Hallo zusammen,

und als Ergänzung (zur Steuerung des Peltier Elements) hier das Stichwort zum Googeln: "R-2R Netzwerk".

Daraus und mit Hilfe eines Spannungsfolgers (Operationsverstärker) bekommt man aus n-Bits (Ausgängen) eines Arduinos eine Analogspannung (DAC). Mit einem Leistungstransistor und den Temperaturfühlern, läßt sich leicht eine analoge überwachte Steuerung (Regelung) des Peltiers umsetzen. Anstelle Pulsweiten-Modulation, was zu Störungen am CCD führt, hat man hiermit die Chance mit einem kl. Peltier eine hohe Kühlleistung zu erreichen.

Ein Nachteil gibt es: sobald man die Kühlung einschaltet wird immer fast gleichviel Leistung aus der Betriebsquelle "gezogen". Das unterscheidet die PWM von der analogen Technik. Dafür hat man das aber ohne Störung, sofern der Regelkreis als PID entsprechend programmiert ist.

Man bekommt einen DAC natürlich auch integriert als Chip- Lösung, sogar mit I2C Busanbindung, siehe
http://www.mouser.com/ds/2/256/MAX517-MAX519-88285.pdf

Gruss Ulrich
 
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hallo Zusammen,

aus den vielen Anmeldungen per Mail, PM und hier im Forum habe ich versucht, eine finale Übersicht für das Bestücken zu extrahieren (im Anhang):

Bitte schaut das einmal auf Richtigkeit durch nach:

Stückzahl der Platinen, wieviele Bauteilsätze Ihr zuliefert (0= keine), und welche IC's (IC1, IC6, IC9) ich extra zukaufen muss (die kommen nicht vom Bestücker).
Die zugelieferten Platinen sollten völlig unbestückt und sauber/fettfrei sein. Die Bauteilsätze sollten vollständig sein, sonst lehnt mir der Bestücker den Auftrag ab.

Wenn Ihr mir später die Bauteile und Platinen zuliefert, dann bitte pro Bausatz (Platine und Bauteile) in einem separaten Kunstoffbeutel mit Beschriftung und Namen drauf. Sonst kommen kommen ich als Absender und der Bestücker nicht mehr hinterher.

Bis dann

Gruß

Erik


 

Anhänge

  • Bestellliste.jpg
    Bestellliste.jpg
    69,7 KB · Aufrufe: 2.242
Hallo Ulrich,

da gehe ich mit. Bibliotheken für den MAX517 und sogar für den PID-Algorithmus gibt es für den Arduino. Aber das finden der passenden PID-Parameter kann sehr aufwändig sein. Hast Du da Erfahrung ?

Gruß

Erik
 
Hallo Erik,

hier wird das wichtigste erklärt (mit Beispiel).
http://brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-introduction/

Die Library für den I2C DAC ist verwendbar, jedoch nicht die PID für Arduino, weil diese per analog.write wieder nur die PWM Schnitstelle anspricht. Hier müssen dann für den DAC tatsächlich ein paar Datenleitungen z.B. 6 für 6 Bit (was wahrscheinlich völlig ausreicht) verwendet werden. Da die Temperatur sich ja nicht so schnell ändert, können 3 Bereiche für die 6 Bits - abhängig von der Temperaturmessung per Sensor definiert werden:
Anlaufbereich (Einschalten), max. Strom, Regelbereich (nahe am Setpoint).
Die Regelauflösung von 6 Bit ist da sicher bei der Temperaturträgheit völlig ausreichend. D.h. man arbeitet mit 3 Offset-Punkten.

Nachtrag, ich seh gerade: man kann den MAX517 direkt über I2C ansprechen und brauch dann wohl keine Datenleitungen... :-)

Beipiel:

i.A. hat misst der Temp Sensor Umgebungstemperatur, wenn ausgeschaltet. Beim Einschalten wird der Setpoint abgefragt (°C). Offset =0. Dann wird der Strom auf MAX hochgefahren: 111111 (alle Bits sind auf 1) = > max Spannung am DAC => Leistungstransistor mach ganz auf.

bei 70% der erreichten Temperatur wird auf Offset=1 geschaltet um einen weichen Übergang auf die Regelung zu kommen, es bleiben aber alle Bits auf 1, also 111111, das ist jedoch am DAC nicht mehr volle Spannung, sondern nur noch 70%. Bei 99% der Temp wird auf Offset=3 (Regelung) geschaltet, somit hat man eine sehr feine Möglichkeit (mit 6 bit) den Strom sehr genau am Setpoint zu steuern.

Das geht, weil die Temperatur relativ träge ist und sich nicht im ms-Bereich sehr stark ändert.

PID steht für proportional-integrativ-differenziell. D.h. eine Kombination aus Differenzierer, Integrator und einem Propotionalitäts- (=liearem) Glied.

Das habe ich auch noch gefunden:
http://www.honeywell.de/FP/PI/regler/Reglerparametrierung.pdf
http://www.chemie.unibas.ch/~hauser/open-source-lab/Arduino-DAC/Arduino-DAC.html

Ich schau mal in Google, ob da für Temperatur sinnvolle Parameter genannt werden.

Gruss U.
 
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hallo Erik,

im Grunde muss durch die Parameter festgelegt werden, wie stark der Strom aufgedreht werden muss, wenn die Temp. höher wird, bzw. wie stark reduziert, wenn es genug kalt ist. Die Parameter legen dabei die Steilheit bzw. die Hysterese fest, also ab wann eine erkannte Regelabweichung Auswirkung auf die Regelgröße hat.

Die Auflösung des Temp.Sensors am Arduino liefert Dir die kleinste messbare Regelabweichung (Error=Soll-IST).

Im ungünstigen Falle wird der Strom zu stark runtergeregelt, dann pendelt die Temperatur stark (Schwingung).

Die Parameterfindung ist im Prinzip vom System abhängig und muss vermutlich individuell feinjustiert werden.

Weil mein Gehäuse u.U. andere Wärmeaufnahme/Abstrahlung hat, als Deines.

Gruss

U.
 
Hallo zusammen,

ich habe mal recherchiert, und dabei ist folgendes herausgekommen, um mit dem DAC das Peltier anzusteuern:

wäre das eine Umsetzungsmöglichkeit? Der Transistor sollte jedenfalls gekühlt werden. Aber er kann über 100W Verlustleistung.
Über den Spannungsteiler aus R1/R2 liegen bei 0...5 V vom DAC an der Basis 0...1V an. und die Kollektorschaltung treibt den Strom aus der Versorgung. Die Versorgungsspannung muss ca. 1 Volt über der Spannung am Peltier liegen, falls ich mich nicht irre ...

Gruss Ulrich
 

Anhänge

  • Peltier.JPG
    Peltier.JPG
    15,5 KB · Aufrufe: 2.167
  • Transistor.JPG
    Transistor.JPG
    69,5 KB · Aufrufe: 2.146
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hallo Zusammen,

anbei die finale Liste für das Bestücken.
Wow, das sind jetzt 14 Platinen und ein richtiger großer Auftrag.
Ich werde jetzt das Angebot erneuern lassen. Die gute Nachricht:
Die Kosten für jeden einzelnen fallen durch die hohe Anzahl weiter, das sich Porto und Stencil-Masken auf viele verteilen.

Sobald das finale Angebot, da ist bekommt jeder seine Kosten zugesandt.
Die CDX bestelle ich dann auch und ebenfalls bei Digikey die restlichen IC's (@Ulrich auch den MAX517 und die Gehäuse zum Testen).

Gruß

Erik
 

Anhänge

  • Bestellliste.jpg
    Bestellliste.jpg
    75,5 KB · Aufrufe: 2.089
Hallo Erik,

wahrscheinlich hast Du meine PM vom Montag noch nicht gelesen ;-) ...
Hatte auch noch eine Platine zum Bestücken (Bauteile komplett vorhanden, also nur löten).
Wäre schön und hilfreich, wenn Du die noch berücksichtigen könntest.

Danke und viele Grüße,
Jürgen
 
Hallo Erik,

hast du deine Mails nicht gelesen?

Bei mir sind es 2 Platinen
Einmal Bauteile habe ich!
+ 1x Bauteile Komplett, brauche ich noch!!
+ 2x Sonychip, ist vorhanden!!
 
Hallo Zusammen,

eine gute und eine schlechte Nachricht:

Die gute ist, das finale Angebot da ist (der Bestücker ist superschnell und zuvorkommend. Die letzte Liste hängt unten an.

Insgesamt kostet das Ganze jetzt 760.-€ inkl Porto und extra Bauteilen. Eine einzelne Platine bestücken kostet schlappe 21.-€, wenn alle Bauteile zugeliefert werden. Die Stencils und das Porto verteilen sich jetzt auf genügend Besteller, so dass das nur ca. 8€ sind. Insgesamt also grob 30.-€ pro Platine.
Der Löwenanteil der Kosten liegt also bei den Bauteilen, die noch nicht vorhanden sind.

Die schlechte ist, dass ich es aufgrund aktueller Umstände (sowohl privat als auch beruflich) jetzt nicht mehr stemmen kann, auch noch die Logistik durchzuziehen, d.h. mit jedem kommunizieren, Bauteile bestellen, Listen pflegen, Geld einsammeln, Versand hin, Versand zurück, usw.

Wer könnte das bitte übernehmen ? Das Angebot und eine Kostenkalkulation mit den Kosten für jeden einzelnen sind fertig und sende ich gerne zu.

Grüße

Erik
 

Anhänge

  • Bestellliste.jpg
    Bestellliste.jpg
    91,7 KB · Aufrufe: 2.017
Hallo zusammen,

schade dass sich niemand findet, mir geht es momentan ähnlich wie Erik und ich arbeite noch an einem anderen Projekt, ner CNC Portalfräse.

Wäre schön wenn sich jemand findet, ich würde dafür wenn die Portalfräse steht, gegen die Unkosten die Gehäusebearbeitung für alle übernehmen.

Viele Grüße
Michael
 
Hallo,

sorry, ich kann es leider auch nicht übernehmen, bin auch z.Z. mit Baustellen gut ausgestattet.

Hätte nur zwei Vorschläge zu machen bzw. zur Diskussion zu stellen...
Vielleicht kann Erik ja mit dem Bestücker klar machen, ob jeder einzelne aus der Liste seine Platinen+eventl. Zubehör direkt an den Bestücker senden kann. Der könnte dann z.B. bis zu einer "Deadline" sammeln und danach mit der Arbeit anfangen. So würde die Organisation an den Bestücker fallen, der sicher eher die Infrastruktur für so etwas hat. Dafür wäre ich, und ich denke mal auch einige andere, sicher gerne bereit noch ein paar Extra-Euro darauf zu legen.

Andernfalls, wenn dem Bestücker das zu aufwändig ist, vielleicht möchte sich hier im Thread ja jemand ein paar Euros verdienen, welche auf die Gesamtmenge umgelegt werden könnten.

Wie gesagt, Vorschläge...

Gruß, Jürgen
 
Hallo zusammen,
bei mir ist es z.Z. auch schlecht (Urlaub, bin nicht da).

Wenn Erik noch sagen könnte wie der Bestücker die Teile erwartet (pro Platine eine Tüte Bauteile, alle gleichen Bauteile eine Tüte, pro Bauteile eine Tüte...) dann könnte der "Aufwand" etwas besser geplant werden.

Gruß
Andreas
 
Hallo Michael,

zu dem Angebot mit der Fräse kann ich jetzt nicht nein sagen. Ich werde zwar viel Zeit brauchen, aber ich habe mich entschlossen, doch weiterzumachen.

Allerdings habe ich alle Extrawünsche, wie Mitbestellen von extra Bauteilen etc. gestrichen, um den Aufwand zu minimieren.

Ich bestelle jetzt die restlichen Bauteile und versende im Lauf der Woche jedem seine Überweisungsbetrag. Für die 760.-€ kann ich nicht vorab geradestehen.

Ihr könnt jetzt Eure Bauteile und Platinen an mich versenden. Bitte pro Versender alle Teile und Platinen in einen beschrifteten Kunststoffbeutel geben, damit der Bestücker das Portionsweise angehen kann.

Eine Bitte: Kommunikation in der Sache bitte nur per Email (erikfrank aet web.de). Ständig alle Infos aus dem Forum, PM's und Email zusammmenzuklauben ist mühselig. Wenn Eure Anfragen eine weile liegen bleiben, dann ist mein Zeitmangel die Ursache.
Es geht aber trotzdem weiter.

Gruß

Erik
 
Hallo Erik,
alle Bauteile in einem Beutel???
Echt?
Sortiert der die Teile wieder auseinander?
Tobias und ich haben für 4 Platinen die Teile zusammen, aber nach Typ sortiert, müssen wir die Teile jetzt trennen in 4 Beutel?

Welche Bauteile bestellst du jetzt noch oder nicht mehr nach?
Ich stehe gerade etwas auf dem Schlauch...

Gruß
Andreas
 
Hallo,

das war wohl etwas missverständlich. Nehmt einfach alle ungeöffneten Teilebeutel die Ihr habt und verpackt diese in einen extra Beutel (für Euch 4 Alles zusammen ist ok). Es geht einfach darum dass Platinen und zugehörige Bauteile zusammen bleiben....

Und ich bestelle die fehlenden ICs 1 , 6 und 9 nach gemäß obenstehender Liste, wenn diese noch fehlen.

Gruß

Erik
 
Hallo Erik,

vorab schon mal vielen, vielen Dank für deinen Einsatz!!!

Das du weitermachst finde ich klasse!

Wenn du die Überweisungssumme mailst, bitte denke an deine

Postanschrift!

Eine Frage noch: kommen die Bauteile außer den IC`s denn
vom Bestücker selber?
 
Hallo,

ja alle übrigen Bauteile kann der Bestücker beschaffen.

Gruß

Erik
 
Hallo Zusammen,

kurz zum Zwischenstand:
Der Bestücker ist beauftragt, hat aber vom 1.8. bis 19.8. geschlossen, also bleibt uns jede Menge Zeit und es wird September mit dem Bestücken.
Ich habe alle fehlenden Bauteile bestellt.

Wer es noch nicht getan hat, sollte mir eine Email mit vollständiger Adresse und Namen zukommen lassen, damit ich Euch auch erreichen kann.

Gruß

Erik

 
Hallo zusammen,
ich habe jetzt noch weitere Quellen für die Peltiersteuerung gesichtet. Dabei wird sehr oft auf die PWM Steuerung verwiesen. Diese ist aber für das Peltier und auch für den Wirkungsgrad ziemlich ungünstig. In der "Aus"-Zeit fließt nämlich immer wieder Wärme zurück zur kalten Seite. Das reduziert die Leistung tatsächlich.

Mein Schaltungsvorschlag oben ist leider so nicht wirklich umsetzbar.

Ich bin jedoch - was die Ansteuerung von Peltiers betrifft auf unterschiedliche Seiten gestoßen, die sich auch für eine lineare Ansteuerung entscheiden. Jedoch sind die kommerziellen Produkte da ziemlich teuer. Im Prinzip reicht für die geregelte Ansteuerung eine Software-Steuerung mit einem uC also z.B. ein Arduino, daran angeschlossen, der in einem der obigen Beiträge erwähnte DAC (Digital Analog Converter) z.B. ein wie den MAX517. Dann braucht man noch Temperatursensoren, welche die Temperatur an den Controller zurückmelden, die Auswertung geschieht in der Software. Als letztes - und jetz wird es interessant - einen DC-gekoppelten Verstärker an dem das Peltier hängt.

Googlen hilft da, wie gesagt ziemlich teures Zeugs. Jedoch gibt es nette Operationsverstäker der Marke APEX. So einer allein reicht als Leistungsquelle aus, z.B. der PA51(A). Er kann direkt vom DAC angesteuert werden und könnte ein Peltier direkt antreiben. Allerdings kostet der auch sicher so 50 Euronen. Das wäre dann aber eine für viele unterschiedliche Peltiers geeignete lineare Ansteuerung, die keine PWM Störungen verursacht und bei der die Kühlleistung nicht durch PWM reduziert wird.

Gruss
Ulrich
 
Hallo zusammen,

ich hab mal eine Simulation gestartet und das Ergebnis sieht ganz vernünftig aus. Geht man von einem Ausgangssignal am DAC von 0 bis 5 Volt aus, um das Peltier anzusteuern.
Zum Besipiel kann man einen einfachen OP (TL71) dazu nutzen plus den Mj 15003. Siehe Anhang.

Widerstand für Rückkopplung habe ich jeweils 2 Stück 10K Potis genommen. Das Peltier ist der Widerstand mit 100mOhm.

SO kann man das Peltier schön linear regeln. Mit 0V...10V. Die Versorgungsspannung kann man passend wählen und mit den Potis den Verstärkungsfaktor. Der TL71 Operationsverstärker sollte positiv mit ca. 2 Volt über der Peltierspannung und negativ mit -2 Volt versorgt werden. Dann hat man den vollen Regelumfang.

Gruss Ulrich
 

Anhänge

  • Peltier_.JPG
    Peltier_.JPG
    34,4 KB · Aufrufe: 1.591
Hallo Ulrich,

um das analoge Regeln in die Praxis umzusetzen, bräuchte es wohl eine zweite Platine. Kannst Du die entwerfen ? Ein paar extra Platinen anfertigen lassen, sollte kein Problem sein.

Gruß

Erik
 
Hallo Erik und alle anderen,
ich bin schon dabei eine Platine zu entwerfen, vor der Produktion wäre es natürlich sinnvoll, das ganze mal auszuprobieren und zu testen. Dabei ist die interessante Frage, welche Peltiers so i.A. verwendet werden (sollen).

Also Betriebsspannung/Leistung bzw. Strom.
Momentan rechne ich mit einer Versorgungsspannung mit Wumps also ca. 12 V/10A ~120W und einer Peltierspannung von bis zu 10V. Reicht das aus? Oder ist das schon überdimensioniert?

Ich gehe davon aus, dass für diese Platine im großen und ganzen nur wenige Bauteile benötigt werden:

1)Spannungsregler 5V
2)ICL7660 für negative Spannung
3)MAX517 (DAC)
4)Leistungstransistor NPN (MJ 15003) + Kühlkörper (Ventilator?)
5)ein paar Widerstände, Potis und Kondensatoren
6)2-3 Dioden
7)ein paar Jumper, sowie Anschlussbuchsen
8)Arduino
9)Temperatursensor(en)
10)Peltier

Wer würde sich für eine linear-Regelung erwärmen können, was für Peltiers hab Ihr vor zu nutzen?

Grüße
Ulrich

 
HI,

ich lege Euch die Peltiers von QuickCool nahe. Sind deutlich effizienter und halten auch länger. Ich würde ein Stack aus zweien machen machen und dabei auf eine Gesammtleistung von 10-20 Watt gehen. Bei effizienten mechanischem Aufbau sollte das für ein Delta von 30-40° reichen. Wichtig ist die Abkopplung des Sensors vom Gehäuse und die gute Anbindung der Peltier an den Kühlkörper.

Gruß Markus
 
Hallo Ulrich,

danke für Deinen Einsatz.

Ich habe zwei von denen hier: http://www.ebay.de/itm/361617317793?_trksid=p2057872.m2749.l2649&ssPageName=STRK:MEBIDX:IT

Die könnte man gut in Reihe schalten für 12V Stromversorgung. Die passen auch gut vom Maß und haben einen Arbeitsbereich von -55 bis +83 °C.
Natürlich sollte man die 30W pro Peltier nicht ausreizen, wäre völlig überzogen, aber Reserven schaden nie.
Die wurden auch sehr schnell geliefert.

Gruß

Martin
 
Hallo Martin,

In Reihe schalten ist fragwürdig,
elektrisch geht es schon, aber mechanisch?
Wie sollen denn die Peltiers nebeneinander angeordnet werden?
Aufeinander geht nicht wirklich sinnvoll, ausser das "wärmere" hätte größere Fläche und Leistung. Und selbst wenn die beiden nebeneinander passen, dann haben die selten gleiche Temperatur bzw. Leistung trotz selben Daten. Das gibt sicher Probleme, wenn wir auch noch horizontale Temperaturströme haben... :-(

dann mach ich mal eine Peltier-Liste

Martin: 6V/5A
.....
 
Hallo Martin & alle

abgedichtete Version - wie Deine - ist zu bevorzugen. Am besten ein Peltier was so ziemlich gut die Chipfläche abdeckt und noch zwischen die CCD Beinchen passt.

Gruss Ulrich
 
Hallo zusammen:

Noch 1 Idee (für die, die evtl ein3n 3 D Printer haben):

könnte man einen schmalen Rahmen drucken, der rechts und links von oben auf die Beinchen drückt und an den Schmalseiten des CCD Löcher für kl. Schrauben hat?

Damit könnte man den Chip sicher an einer kl. Kupfer-Platte befestigen, auf dessen Unterseite das Pelier mit Wärmeleitkleber befestigt wird.

Auf die Rückseite des Peltiers dann die Wärmeableitung....
(z.B. Geäuse ..... Kupferfinger usw. .

Die Verbindung zur Platine mit Konstantan oder kurzem Kabel...

Gruss Ulrich
 
Status
Es sind keine weiteren Antworten möglich.
Zurück
Oben