Maus Encoder Schaltungsfrage

[AndreasD]

Hallo zusammen,

wie ein paar threads vorher schon erläutert (Transistor für Encoder-Schaltung) möchte ich aus einer alten Maus optische Encoder für digitale Teilkreise herstellen.

Ich habe mir jetzt die von Lutz erläuterten Hex-Inverter besorgt und die Schaltung soweit aufgebaut:

Link zur Grafik: http://www.boondog.com/%5Ctutorials%5Cmouse%5CmouseHackSchematic.jpg

Ich habe das Ganze etwas modifiziert, da in den neueren Mäusen nicht mehr zwei Emitter/Empfänger Paare für das quadrature encoding verwendet werden, sondern ein Emitter mit Doppelempfänger in einem Bauteil für die zwei Kanäle.

Der Empfänger arbeitet wenn ich's richtig verstehe als eine Art Doppel-Photodiode, wenn Licht drauf fällt, fließt ein Photostrom. Die dazugehörige Spannung kann ich auch am Eingang des Hex-Inverters messen, sie liegt bei 4.86 V auf beiden Kanälen, da ich die Segmentscheibe noch nicht montiert habe (VCC = 5V). Im Unterschied zum obigen Schema, habe ich aber die Widerstände aus der Maus verwendet, die liegen nicht bei 30 KOhm sondern bei 15 KOhm.

Mein Problem ist, das die IC Ausgänge zwar auf low stehen, wenn der Eingang high ist, wenn ich aber den Empfänger mit einem Papier abdunkle, fällt die Spannung nicht unter den Schwellwert des IC's (sie liegt bei ca. 1,7 V statt kleiner als 0,8 V). D.h. der Ausgang bleibt auf high.

Wißt ihr vielleicht, wo mein Fehler liegt und wie ich das beheben könnte? Oder hab ich vielleicht den Empfänger schon verbraten? Denke eigentlich, das ein defekter Empfänger gar keinen Stromfluß mehr ermöglichen sollte, oder?

Ihr seht, ich hab keine Ahnung von Elektronik, über eure Hilfe würde ich mich also freuen.

Schöne Grüße,
Andreas

 

[JuergenF]

Hallo,

wie ich die Schilderung verstehe, ziehen die Photodioden die Eingangsspannung zwar runter, aber nicht unter den Schwellwert.
2 Fragen:
1. Hast Du nur die Widerstände aus der Maus genommen oder auch den Chip ?
2. Hast Du mal den Wechsel der 15k Widerstände durch 30k probiert ? Das könnte schon helfen. 1. Versuch: beide Widerstände hintereinander, macht ja auch 30k

Grüße

Jürgen

 

[PFR]

Hallo, Andreas,

schau Dir mal das Datenblatt vom 7414 an. Du findest es unter http://www.loetstelle.net/datasheets/datasheets.php/69
Klicke dann auf den Link hinter dem Schriftzug 'Texas Instruments'.
In den elektrischen Daten stehen die Schwellwerte für die Eingangsspannungen. Die Spannungswerte von Deinen Empfängern sollten sicher in diesem Bereich sein. Gegebenenfalls musst Du noch Widerstandswerte anpassen.

Viel Erfolg!

Gruß
Peter

 

[AndreasD]

Hi Jürgen,

ja, mit 30K hab ich auch schon probiert, da liegt die Spannung am Eingang noch höher, wie ich mir das mit meinem geringen Elektronikwissen auch gedacht hab. Wenn ich mit dem Widerstand auf 6K gehe, sinkt die Spannung auch nicht auf unter 0,8V ab.

Ich hab auch schon einen Datenkanal ganz vom IC Eingang abgehängt, dann liegen am IC selbst immer noch ca. 1.1 V an. Heißt das, daß der IC kaputt ist? Hab allerdings auch schonmal mit einem anderen probiert, das gleiche Spiel...

Den Microprozessor aus der Maus hab ich übrigens nicht genommen, nur die Sender/Empfänger-Paare und die dazugehörigen Widerstände.
Es gibt wahrscheinlich doch einen größeren Unterschied zwischen den alten Mausencodern (zwei IR-LEDs und zwei Empfänger pro Achse) und den neueren (eine LED und ein Doppelempfänger).

Vielleicht ist es das Einfachste, ich versuche eine uralte Genius Maus o.Ä. aufzutreiben.

Trotzdem Danke,
Andreas

 

[AndreasD]

Hi Peter,

das Datenblatt hab ich mir schon von Conrad gezogen, daher weiß ich ja auch erst, das die Schwellspannung beim Übergang von high auf low ca. 0,8V beträgt (beim Übergang von low auf high liegt sie bei ca. 1,2V).

Hmmm, ich bekomme demnächst ein Oszilloskop ausgeliehen, vielleicht hilft mir das bei der Fehlersuche weiter...

Danke,
Andreas

 

[KHS]

Hallo Andreas,

deine Beschreibung stimmt irgendwie nicht mit der Zeichnung überein <img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/gruebel.gif" alt="" /> : Angenommen der Detektor ist eine Diode (die wäre dann auch noch verkehrt herum gezeichnet, da Fotodioden in Sperrrichtung betrieben werden) oder ein stilisierter Fototransistor, dann ist die Spannung am Invertereingang bei Beleuchtung=low und bei Dunkelheit=high. Möglicherweise hast du das Ganze auch so aufgebaut, dass der 30k Widerstand an Masse liegt und der Detektor an Vcc. Das würde deine Beobachtung noch am besten erklären.

Den 7414 gibt es in verschiedenen Ausführungen mit sehr verschiedenen Eigenschaften:
7414 (ur-ur-alt), vom Eingang fließt ein recht hoher Strom im mA-Bereich nach Masse; eine Fotodiode oder ein 15k...30k Widerstand ist da hoffnungslos überfordert (es geht nix kaput, aber die Eingangsspannung geht nicht genügend weit herunter)
74LS15 (recht alt): die Eingangsstrom ist reduziert, aber immer noch so knapp unter mA (die Daten weiß ich nicht genau, da die Tabellenbücher für diese Typen längst im Keller liegen <img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/grin.gif" alt="" />)
74HC15 (noch aktuell): praktisch kein Eingangsleckstrom, also auch für hochohmige Dioden bzw. Widerstände gut geeignet. Hysterese ungefähr symmetrisch zur Mittelspannung (2V zu 3V bei 5V/2 =2.5V Mittelspannung).
74HCT15 (noch aktuell): ebenfalls praktisch kein Eingangsleckstrom, aber Hysterese-Spannungen eher wie bei 74LS15.

Miss doch einfach mal die Spannung an der Detektor-Widerstandskombination ohne den IC mit einem hochohmigen Multimeter (digital) bei 'Licht an' und 'Licht aus' - da der Detektor auch auf Umgebungslicht reagiert, heißt 'Licht aus' auch wirklich Umgebung (fast) dunkel (z.B. einen Karton drüberstülpen...). Damit müsstest du mit Abdecken/Freigeben des Emitters fast den vollen Spannungsbereich am Detektor abdecken können.

Leuchtende Grüße
Karl-Heinz

 

[AndreasD]

Hrmpffff...

Sorry, habe gerade eine Antwort auf deinen Beitrag geschrieben und wegen Nichtanmeldung verloren...
Also nochmal.

Hallo Karl-Heinz,

vielen Dank für deine Antwort, die ein bischen mehr Licht ins Dunkel meiner elektronischen Gehirnwindungen bringt.

Möglicherweise hast du das Ganze auch so aufgebaut, dass der 30k Widerstand an Masse liegt und der Detektor an Vcc. Das würde deine Beobachtung noch am besten erklären.

Stimmt, ich habe mit meinem hochgenauen Conrad 10 Euro Multimeter zunächst den Detektor ausgemessen und da war der mittlere Pin mit den 5 V Versorgungsspannung verbunden und die Signalleitungen über 15K Widerstände gegen Masse bzw. den Maus-Mikroprozessor gelegt. Deshalb habe ich das obige Schema entsprechend angepasst. Ich hab mal versucht, die Mausschaltung aufzuzeichnen, bitte nicht lachen wegen der Fehler (und sorry wegen des schlechten Webcam Bildes):

Link zur Grafik: http://www.duda-derwahl.de/ATM/ms-maus_schematic.jpg

Die Widerstände R1, R2, R11 und R12 betragen alle 15K.

Die Emitter/Empfänger Bauteile sehen übrigens so aus:

Link zur Grafik: http://www.duda-derwahl.de/em_det_paar.jpg

Ich habe eine Tip von Mischel Nöttgen erhalten mit folgender URL: shaftencoder.pdf
wo zumindest schonmal ähnliche (gleiche?) Bauteile eingesetzt werden. Beim Empfänger handelt es sich wohl um ein Phototransistor-Paar und hier wird der mittlere Pin auf Masse gelegt und die Signalleitungen gehen direkt an einen Mikroprozessor, wenn ich das der Schematik richtig entnehme.

Das hab ich auch probiert, mit niederschmetterndem Erfolg. Wenn ich das so mache, erhalte ich am Eingang des Inverters (ein SN74LS14N übrigens) eine Spannung von ca. 1 V und ca. 1.2 V bei hell bzw dunkel. Da ich nicht wußte, ob ich die Signalleitungen nicht doch über einen Widerstand gegen VCC legen müßte, hab ich auch das versucht, mit einem Poti zwischen 0 und 50K variiert, bei keiner Einstellung komme ich in den Triggerbereich des 7414 (lag immer um die 1 bis 1,5 V mit gaanz kleinem Unterschied zwischen Detektor erleuchtet und Detektor dunkel, Frust!).

Dann hab ich das Ganze wieder umgepolt (mittlerer Pin auf VCC, Signalleitungen über Poti auf Masse bzw. direkt an 7414) und mit dem Poti rumgespielt. Dabei habe ich tatsächlich eine Einstellung gefunden, bei der der Inverter schaltet. Ausgemessen ergaben sich 3,5K als nötiger Widerstandswert, wobei ich den Eindruck habe, das Ganze ist nicht ganz konstant (kann natürlich am Restlicht, das auf den Detektor fällt liegen).
Um sicher zu gehen würde ich vielleicht einen 2K Widerstand verwenden. Spricht da was dagegen?

Miss doch einfach mal die Spannung an der Detektor-Widerstandskombination ohne den IC mit einem hochohmigen Multimeter (digital) bei 'Licht an' und 'Licht aus' - da der Detektor auch auf Umgebungslicht reagiert, heißt 'Licht aus' auch wirklich Umgebung (fast) dunkel (z.B. einen Karton drüberstülpen...). Damit müsstest du mit Abdecken/Freigeben des Emitters fast den vollen Spannungsbereich am Detektor abdecken können.

Hab ich gemacht (ich weiß allerdings nicht, wie hochohmig mein Conrad Multimeter ist) und gegen einen 15K Widerstand 4,88 V hell und 1,02 V dunkel gemessen, gegen den 3,5K Widerstand ergeben sich respektive 4,8 V und 0,3 V.

Hat der niedrigere Widerstand zur Folge, daß der Encoder (wenn er jemals läuft) nacher viel mehr Strom verbraucht? Ich wollte wenn es geht das Ganze mit einem 9V Blockakku betreiben, der müßte dann im Feld sowohl das Encoder-Interface alsauch die zwei Encoder versorgen.

Oder kann ich dan alles besser mit einem der neueren IC's, die Du erwähnt hast, realisieren? Das Interface selbst braucht ca. 14 mA.

Viele Grüße,
Andreas

 

[robikon2]

hallo,
die detectorspannung (zischen detectror und 15k ) lässt sich mit einem spannungsteiler, zb zwei widerstände a 30k gegen masse, herabsetzen, der neue ausgang liegt dann zwischen den beiden 30k.
vieleicht reicht es auch nur einen 15k zusätzlich gegen masse zu schalten, dann ist die versorgungspannung des detectors halbiert und somit auch die ausgangsspannung, die dann in dem 7414 weiterverarbeitet wird.

mfg robikon

ps. sehe gerade die handskizze. da wirds etwas kommpiezierter, die erste meiner lösungen müsste aber funtzen. die zweite nicht, bzw in abgewandelter vorm, indem du einen 15k oder kleiner in die versorgung des doppeldetektors schaltest.

mfg robikon

 

[AndreasD]

Hi Robikon,

wenn ich dich richtig verstanden habe, kann ich über die Eingangsspannung am Detektor (ich bin mir jetzt ziemlich sicher, daß es ein Phototransitor-Paar ist, da er genau so aussieht wie auf dem obigen Link zum PDF-File) die Signalspannung so regeln, daß der 7414 sie akzeptiert?

Wäre es da nicht am Besten, einen Spannungsteiler mit einem Poti zu realisieren (d.h. einen 50K Poti gegen Masse, an dessem mittleren Pin der Detektor hängt), da kann ich dann solange einstellen, bis es optimal funktioniert?

Grüße,
Andreas

 

[KHS]

Hallo Andreas,

den Strombedarf kannst du selbst schnell überschlagen:
Bei 4 Detektoren mit je ca. 3.3kOhm fließen max. 6mA, im Mittel ergeben sich 3mA (weil's die halbe Zeit dunkel ist). Der Emitterstrom (bei 5V, 47Ohm, ca. 2x1.5V Spannungsabfall) liegt bei viel höheren 40mA!
Hier kannst du richtig sparen: auf 10mA (oder noch weniger) reduzieren, z.B. mit ca. 220Ohm Vorwiderstand. Dabei wird auch der max. Fotostrom der Detektoren verringert, also den Widerstand von 3.3kOhm aufs 4-fache (ca. 12kOhm) erhöhen, dann sollte es ungefähr passen. Bei den HC-Typen kannst du das Spielchen noch weitertreiben, die LS begrenzen durch ihren Leckstrom den max. Widerstand - hier ist es besser, den Detektor nach Masse zu schalten.
Beliebig lässt sich der Strom aber nicht reduzieren, da die Schaltgeschwindigkeit ungefähr linear mit dem Detektorwiderstand ansteigt, da kommt es letztendlich darauf an, wie schnell du die Zerhackerscheibe im Grenzfall drehen willst. Mit einem Oszi lässt sich das gut ausmessen.
Es gibt da noch Tricks, wie man die Schaltgeschwindigkeit auch bei kleinem Stromverbrauch hoch halten kann, aber dann wird die Schaltung ziemlich aufwendig.
Spannungsteiler und Ähnliches machen gar keinen Sinn; sei froh, wenn du einen guten Spannungshub hast!

Gruß
Karl-Heinz

 

[robikon2]

hallo,
ja, im prinzip schon, nur bei 50 k ist nicht mehr viel strohm übrig, wenn der eine transistor leitet, der andere leitend wird, bricht die versorgungsspannung wieter ein.
wenn du ein poti nehmen willst würde ich max 20 k nehmen, nicht gegen masse, sondern als vorwiderstand.
diese lösung ist nicht so optimal, wegen der erwähnten spannungseinbrüche bei wechselnder last.
bau dir ein paar spannungsteiler (2* 15k in reihe) und teile die ausgangsspannung der sensoren vor dem 7414. das funtzt immer. die obtimalen teilerwert kannst du ja vorher mit dem poti ermitteln. ob der gesamtwiderstand des teilers nun 30k oder 50k ist, spielt quasie keine rolle, weil der 7414 keinen strohm am eingag benötigt (bzw einen minimalen strohm). deshalb ist der widersandswert des teilers unproblematisch. in der versorgung der detectoren hingegen ist ein spannungsteiler problematischer, die spannungsschwankungen gehen in alle! signale mit ein!
die versorgungsspannung der detektoren herabsetzen, würde sich nur mit einer stabilisierten spannung eignen, daß würde hier den ramen sprengen.

mfg robikon

ps mein vorschreiber hatt recht, den vorwiderstand der ir-led erhöhen, ausprobieren. das könnte alleine schon reichen, wiel die transistoren bei abdunkelung nicht mehr soviel restlicht abbekommen.

mfg robikon

 

[AndreasD]

Hallo Karl-Heinz,

jetzt wo ich das Ganze ans Laufen gebracht habe (die Überprüfung mit Oszi steht aber noch aus, ich weiß noch nicht ob sich die Schaltung an einigen Pulsen "verschluckt") kann ich ja in Ruhe die Widerstand-Kombinationen ausprobieren und das Ganze auf möglichst niedrigen Verbrauch optimieren. Andererseits würde es mir durchaus reichen, wenn das Interface inclusive Encoder mit einem 9V Blockakku so zwei drei Beobachtungsnächte durchhält (so ca. 6 bis 9 h Dauerbetrieb). Mal schaun, ob das hinzukriegen ist.

Bei Interesse kann ich das Ganze ja hier dokumentieren und vorstellen, wenn mal alles läuft.

Vielen Dank nochmal für deine Tips.

Andreas

 

[AndreasD]

Hallo Robikon,

ich glaube, ich hole mir bei Conrad oder Reichelt mal ein Grundsortiment verschiedener Widerstände und Potis und probiere eure Tips mal alle aus (sofern ich sie richtig verstehe). Bin jedenfalls froh, das es schonmal läuft, jetzt kann ich "feintunen". Melde mich bestimmt wieder, wenn ich Probleme bekomme.

Auch Dir nochmal Danke für deine Tips.

Viele Grüße,
Andreas

 

[Lorchi]

Hallo Andreas,

mir fiel noch ein Trick ein, für den Fall, dass die Schaltung ab und zu Impulse "schlucken" sollte. Das wäre eine Überlegung wert, falls Du sowieso noch 5V erzeugen müsstest. Die Schaltung habe ich mal schnell aufgezeichnet. Braucht 3 Dioden und 2 Widerstände.

Hast Du irgendwo noch eine normale Diode rumliegen (z.B. 1N4148, 1N4001 oder 1N4007)?

Dann hänge die doch mal zwischen den GND-Pin des ICs und GND. Dadurch wird der GND-Pin um ca. 0,7V angehoben (die Schwellenspannung der Diode), und damit auch die interne Schaltreferenz des IC.

Das ganze hat nur 2 Haken:

1.) Das IC braucht recht genau 5V, 0,7V Abfall ist laut Datenblatt zuviel. Wo bekommst Du die 5V her? Wenn Du z.B. mehr Spannung hast und einen 5V-Spannungsregler verwendest, dann kannst Du den GND-Pin des Reglers einfach an den GND-Pin des IC anschließen, die beiden haben dann eine gemeinsame Masse, die 0,7V über dem echten GND liegt. Haken beseitigt.

2.) Das Ausgangssignal des IC liegt jetzt ebenfalls 0,7V höher als vorher. Das kann auch wieder zu Problemen führen, je nachdem wie der Eingang des Teils ist, wo diese Signale hingehen. Also setzen wir diese Signale wieder mit je einer Diode herab. 2. Haken auch beseitigt.

Als Widerstände habe ich mal 10k Ohm angenommen. Das bedeutet eine Belastung von je ca. 0,5 mA. Eine 1N4148-Diode hat bei diesem Strom ca. 0,55V Spannungsabfall (die 0,7 oben waren idealisiert), Du würdest also so in etwa 0,5 V gewinnen.

Link zur Grafik: http://home.arcor.de/panacocha/maus.gif
Grüße, Henning

 

[robikon2]

hallo,
<img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/Spitze.gif" alt="" /> idee. das könnte spitze funzen.

mfg robikon

 

[AndreasD]

Hi Henning,

die 5V kommen vom Interface zum Palm, welches die Impulse zählt und über RS323 Schnittstelle ausgibt, beschrieben und konstruiert von David Ek:

Schaltplan

Das Interface ist über Kabel mit den Encodern (Alt&AZ) verbunden. Da müßte ich dann, wenn ich das richtig sehe, zwei zusätzliche Adern zu den Encodern führen, was etwas Aufwand bedeuten würde, da ich eine RJ45 Steckverbindung für beide Encoder benutze (= 8polig). Wenn ich das umgehen könnte wäre es mir glaube ich lieber.

Wenn's allerdings anders nicht klappt, werde ich das auch ausprobieren, vielen Dank für den Tip.

Grüße,

Andreas

 

[Lorchi]

Wenn ich das richtig sehe:

Du bräuchtest für meine Lösung einen zusätzlichen Spannungsregler (7805), weil der im Gegensatz zu dem im Interface um 0,5V versetzt arbeitet.

Willst Du den 7414 mit zu den Encodern tun? Dann wären vom Interface zu den Encodern folgende Adern nötig:
Versorgungsspannung (8 - 15V)
GND
Alt: 2 Ausgänge
Az: 2 Ausgänge
Macht insgesamt 6 Adern.
Gruß, Henning

 

[KHS]

Hallo Henning, Andreas und der ganze Rest <img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/laugh.gif" alt="" />,

die Pegelverschiebung ist deshalb wirkungsvoll, weil der LS14 unsymmetrische Schaltschwellen hat. Das Problem löst sich in Wohlgefallen auf, wenn gleich ein Typ mit annähernd symmetrischem Schaltverhalten verwendet wird, etwa der HC14 (nicht HCT14, der ist wieder unsymmetrisch!) oder alternativ ein Baustein aus der älteren CD Serie (z.B. 40106). Dann ist eine Pegelverschiebung mit dem zusätzlichen Schaltungsaufwand überflüssig.
Wie werden die Daten nach dem Schmittinverter weiterverarbeitet? Wenn klassische Zählerbausteine dranhängen, ist die vorgestellte Lösung das Mittel der Wahl. Handelt es sich um abgetastete Mikrokontrollereingänge, ist die Impulsaufbereitung durch Schmitttrigger überflüssig. Ich schließe in so einem Fall den Detektor mit seinem Vorwiderstand nach Vcc direkt an den Prozessoreingang an!
Minimalisten lassen auch noch den Vorwiderstand weg und verwenden interne Pullup-Widerstände, die bei vielen Mikrocontrollern vom softwaremäßig aktiviert werden können.

Durch gezieltes Aufbohren des Mikrocontrollergehäuses können evtl. auch noch die Detektoren weggelassen werden <img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/grin.gif" alt="" /> <img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/grin.gif" alt="" />

Gruß
Karl-Heinz

 

[Lorchi]

Hallo Karl-Heinz,

tatsächlich, ich hab mal hier geschaut: http://www.semiconductors.philips.com/acrobat_download/datasheets/74HC_HCT14_3.pdf (Seite 10):

die typischen Schwellenspannungen des 74HC.. liegen bei VCC=4,5V bei 1,4 (low in) sowie 2,4 Volt (high in)... 1,4V ist natürlich deutlich mehr als 0,8V! (Dürfte dann bei VCC=5V auch eher bei 1,5V liegen).
Man lernt nie aus <img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/wink.gif" alt="" />
Gruß, Henning

 

[AndreasD]

Hallo Karl-Heinz,

die Signale werden von einem PIC16F84 weiterverarbeitet.

Hab ich dich richtig verstanden, in dem Fall kann ich den Schmittinverter ganz sparen? Das würde alles natürlich noch viel einfacher machen, obwohl ich nicht ganz verstehe, wie das klappen kann, da ja doch die Signalflanken vom Phototransistor von der Drehgeschwindigkeit der Segmentscheibe abhängen, oder?

Das würde aber die widersprüchlichen Angaben im Internet zur Verwendung von Mausencodern am Ek-Interface erklären.

Grüße,
Andreas

 

[AndreasD]

Hi Henning,

da die Encoder räumlich getrennt sind (einer an einem Höhenrad, der andere am Azimuth-Lager) brauche ich wohl acht Adern und zwei 7414, wenn ich die Dioden der beiden Ausgänge beim Interface belasse.
Mal ne andere Frage, schadet es dem Signal, wenn ich es durch vieradriges, nicht abgeschirmtes Telefonkabel mit ca. 40 (Alt) und 70 cm (AZ) Länge vom Encoder zum Interface schicke oder sollte ich da lieber was abgeschirmtes nehmen?

Grüße,
Andreas

 

[Lorchi]

Normalerweise schadet es dem Signal nicht, solange Du nicht auf die Idee kommst, die Masse irgendwo mit der Montierung oder der Steuerung zu verbinden, dann gibt es sehr unschöne Effekte, die z.B. auf die Schrittmotoren zurückzuführen sind!

Evt. kann es Dir passieren, dass Du an der Versorgungsstelle Deines Interface noch was zum Glätten brauchst. Ich hatte bei mir selbst leider superheftige Spikes, die von der Schrittmotorsteuerung zurückkamen (Boxdörfer) und meinen DC-DC-Spannungswandler außer Gefecht gesetzt haben. Wahrscheinlich reicht es, in dem Schaltplan C1 zu vergrößern (so auf 220 uF), und zur Diode D1 in Reihe einen Widerstand mit 1 Ohm zu schalten. Dadurch werden Spikes ganz gut abgefangen. Eine Spule zum Glätten würde ich nicht nehmen, wegen der Regelmäßigkeit der Spikes und der Gefahr des Aufschwingens.

Was aber einen tatsächlichen Einfluss auf ungeschirmte Kabel hat sind Handys! Das könnte Deine Analogsignale stören.

Ist aber wohl eine Philosophiefrage. 40 - 70cm sind noch nicht sooo kritisch. Abgeschirmt wäre aber besser, sicher ist sicher.

Bei längeren Kabeln hätte ich dazu geraten, den 7414 auf einem Platinchen schon in bzw. an der Montierung anzubringen, dann hättest Du von dort nur noch je einige Zentimeter zu den Encoderbausteinen selbst (je 4-adrig). Zwischen 7414 und dem Interface könnte man ruhig eine ungeschirmte Leitung verwenden (das wären dann die 6 Adern, die ich dachte). Als Alternative könnte man den 7414 mit einem Encoder auf ein selbes Platinchen löten, und von dort ausgehend 4 Adern zum anderen Encoder. Je nach Deinen Räumlichkeiten...

Grüße, Henning

 

[KHS]

Hallo Andreas,

Bei der Ansteuerung von konventionellen Zählern (z.B 74XX190) muss eine definierte Flankensteilheit gewährleistet sein, ansonsten zählten die Dinger einfach nicht, d.h. verschlucken Impulse und die Anzeige wird mit der Zeit falsch <img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/mad.gif" alt="" />. Im Gegensatz dazu messen abgetastete Eingänge den momentan anliegenden Pegel der beiden Kanäle (und der ist entweder 0 oder 1 - etwas anderes gibt es nicht) und vergleichen diesen mit dem zwischengespeicherten alten Vorgängerwert, um daraus die Richtungsinformation zu gewinnen:
Hier mal alle 16 möglichen Kombinationen der beiden Kanäle A+B in der Form "A,B(alt)->A,B(neu)":

00->00, 01->01, 10->10, 11->11: keine Bewegung erfolgt
00->01, 01->11, 11->10, 10->00: ein Schritt vorwärts
01->00, 11->01, 10->11, 00->10: ein Schritt rückwärts
00->11, 01->10, 10->01, 11->00: Fehler, 2 Schritte in unbekannte Richtung! Darf nicht vorkommen.

Das schlimmste was passieren kann ist, dass ein Kanal grad so an der Grenze zwischen 2 Zuständen hängt und dauernd zwischen 0 und 1 hin und her wackelt (der andere ist um 90° verschoben und damit im maximal stabilen Zustand). Dabei zählt die Auswertestufe dauernd 1 Schritt rauf und wieder runter - die Anzeige springt dann zwischen 2 benachbarten Werten (meist in der letzten Kommastelle), aber es werden in keinem Fall Schritte verschluckt!

Zu den Kabellängen: Wenn Schrittmotoren oder andere Störsender in der Nähe sind oder an der gleichen Spannungsversorgung hängen, empfiehlt es sich schon, ein paar Gedanken zu EMV (Elektro-Magnetische Verträglichkeit) zu verschwenden: Das könnte sein:
- möglichst kurze Kabel
- abgeschirmte Kabel
- niederohmige Signalauskopplung
- Störfilter (RC-Glied) an den Controller-Eingängen
- ausreichende Pufferung der Versorungsspannung durch z.B. Abblock-Kondensatoren (100nF)
- ...

Du brauchst je Messeinheit (RA, Dec) 4 Leitungen: Gnd, +5V für die LEDs, Kanal A+B. Hierfür geht prima einfaches Stereo-Überspielkabel, wenn du die beiden Abschirmungen getrennt für Gnd und +5V verwendest und die Kanäle A+B auf die Innenleiter legst. Wenn die RA/Dec Messtellen nicht zu weit auseinander liegen, geht auch ein gemeinsames 6-adriges Kabel.

Je nach Detektor und Vorwiderstandswert empfiehlt es sich, die Signale vor Einspeisen in das Kabel zu puffern, z.B. mit einem Inverter (kann, muss aber nicht Schmitttrigger sein). Besonders niederohmig und gut geeignet sind die 74HCxx Bauteile, aber auch Operationsverstärker, Einzeltransitoren, was auch immer... können verwendet werden. Ein weiterer Effekt bei hochohmiger Detektoreinheit und langen Kabeln ist die Kabelkapazität, die die Signale bei höheren Frequenzen verschleift und unbrauchbar macht. Die max. übertragbare Frequenz ist ungefähr f=1/(2*pi*R*C); mit R=Detektorvorwiderstand, C=Kabelkapazität.

Wenn du sowieso zusätzlichen Aufwand zur Pufferung betreibst, kann ich auch noch kurz berichten, wie ich es bei meiner Steuerung mache: Ich habe ein serielles Verfahren mit einem speziellen System entworfen, das nur 3 Leitungen braucht (Gnd, Takt, Data) und mit einem simplen Schieberegisterbaustein als Puffer arbeitet. Die 5V werden aus der Taktleitung gewonnen (Diode+Kondensator) oder bei höherem Stromverbrauch über eine 4.Leitung zugeführt. Damit kann ich gleichzeitig 8 unabhängige Signale einlesen, 6 andere Signale ausgeben und ein 4-zeiliges Display ansteuern - alles über 3 Leitungen! Den Rest übernimmt nebenbei der Controller der eigentlich die Schrittsteuerung macht, und der hierfür nur 2 Ports spendieren muss. Mehr dazu auf meiner Web Seite Abschnitt "Userbus". Ich verwende in meinem Fall die in der Leistung vergleichbaren Atmel 2313 Typen, die haben eine RS232-Schnittstelle zur Kommunikation mit einem PC o.Ä. schon integriert.

Noch ein Tip am Rande zum Stromsparen: Da die Controller-Eingänge zeitlich abgetastet werden, reicht es aus, wenn die Messeinheit (bestehend aus Emitter+Detektoren) nur zum Zeitpunkt der Messung mit Spannung versorgt werden. In den Zwischenzeiten könnte deren Versorgung auch komplett abgeschaltet werden. Beispiel: Abtastfrequenz 1kHz, Spannung ein 10µs vor Abtastung (Zeit zum Einschwingen), Spannung sofort danach wieder aus -> der Stromverbrauch ist damit um den Faktor 100 reduziert! Allerdings muss dann wohl die Controllersoftware modifiziert werden, falls diese Möglichkeit nicht schon vorgesehen sein sollte.
Es gibt noch viel zu verbessern ... <img src="/phpapps/ubbthreads/images/graemlins/cool.gif" alt="" />

Serielle Grüße
Karl-Heinz

 

[AndreasD]

Hi Karl-Heinz,

vielen Dank für die ausführliche Mail und die tieferen Einsichten in die Elektronik einer Teleskopsteuerung.
Deine Hompeage hatte ich mir schon ergoogelt, vielen Dank nochmal für den Link.
Vielleicht will ich nach der Realisierung der digitalen Teilkreise eine Stufe weiter und auch eine Motorisierung per Schrittmotoren einbauen. Dabei wird deine Seite sicherlich des öfteren von mir frewuentiert werden. Meine Lernkurve geht jedenfalls jetzt schon steil nach oben...

Ich weiß nicht, ob ich deine Erläuterung mit den abgetasteten Eingängen eines Mikroprozessors richtig verstehe.
Aus dem Detektor erhalte ich ein Signal, welches u.U. von verschiedenen Faktoren beeinflußt wird und variiert (Temperatur, Umgebunslicht, Alter des Emitters und Detektors etc.).
Ich habe jedenfalls beim direkten Messen des Ausganges der Phototransistoren verschiedene high (ca. 4,8 bis 2 V) und low (0,2 bis 0,7 V) Spannungen gemessen. Wenn ich diese Spannung an den Mikroprozessoreingang lege, wird die wenn ich dich richtig verstanden habe, abgetastet, als 0 oder 1 interpretiert und zwischengespeichert. Wie weiß nun der Mikroprozessor, welches Signal er als high und welches als low interpretieren soll? bzw. kann es Betriebssituationen geben, bei denen die Signale falsch interpretiert werden? Ich stelle mir es sicherer vor, das Signal mit dem Inverter zu konditionieren, aber da ist das Problem wahrscheinlich nur auf den Inverter verlagert...

Naja, wie sagt man so schön: Versuch macht kluch...

Da ich im Moment noch nicht mit Schrittmotoren arbeite, werde ich erstmal das alte Telefonkabel verwenden, daß ich hier noch rumliegen habe. Wenns dann weitergeht mit der Steuerung kann ich ja dann immer noch nachrüsten.

Deine Lösung der Daten- und Signalübertragung über ein dreiadriges Kabel ist ja auch mega-elegant! Das gehört aber schon zur "Kür", ich wäre ja froh, wenn ich die "Pflicht" erstmal hinter mich bringe...
Die Stromsparoptionen sind auch interessant, werden aber vom Interface nicht unterstützt.
Ich hab gesehen, daß ein Programmierer für den PIC bei Ebay schon für 5 Euro zu haben ist, wenn ich mal viiiel Zeit und Langeweile habe, mach ich vielleicht mal daran...

Nochmal Danke für deine wertvollen Tips,

Andreas

 

[martin_c]

Hallo,
ich hätte zu dem Thema mal eine andere Idee:

Warum soll eine Encoderauswertechaltung nachgebaut werden, die in einer seriellen Maus schon drin ist ?

Eine serielle Maus zählt bereits die Schritte und gibt deren Anzahl über die serielle Schnittstelle aus.
Das verwendete Protokoll ist z.B. hier geschrieben:
http://users.tkk.fi/~then/mytexts/mouse.html

Alle zeitkritischen Vorgänge wie das Auslesen der Encoder übernimmt die Hardware der Maus. Der Palm oder die Steuerung müsste nur noch die vergleichsweise langsam übertragenen Bytes auswerten und die gezählten Schritte übernehmen.

Mit freundlichen Grüßen,
Martin Cibulski
http://www.martin-cibulski.de/atm/

 

[AndreasD]

Hi Martin,

sehr interessanter Link!
Ich hatte mich auch schon mal gefragt, ob man nicht die Maushardware als Interface nutzen könnte. Wenn das sinnvoll ans Laufen zu kriegen wäre, könnte man digitale Teilkreise für 5 bis 10 Euro realisieren.
Leider gibt es soweit ich weiß noch keine Palm-Software die das Mausprotokoll unterstützt. Und um sowas selbst zu Programmieren fehlen mir die Kentnisse.

Theoretisch würde ja eine Maus ausreichen, da sie optische Encoder für zwei Achsen enthält. Könnte man denn die räumliche Trennung der beiden Encoder für Alt / Az realisieren, indem man jeweils die LED und den Detektor auslötet und per Kabel an die gewünschte Stelle verbringt? Oder gibt es da Probleme mit dem Signal?

Eventuell müßte man natürlich eine externe Versorgung haben, da der Palm da bestimmt Schwierigkeiten hätte (die Maus bezieht ihre Versorgungsspannung ja aus der RS232).

Wäre auch sehr reizvoll. Aber da ich das Interface schon habe und es Programme gibt, die es unterstützen, werde ich da wohl erstmal keine Versuche machen.

Viele Grüße,
Andreas

 

[AndreasD]

Hi Henning,

sorry, ich sehe gerade, daß ich Dir noch nicht geantwortet habe.

Was aber einen tatsächlichen Einfluss auf ungeschirmte Kabel hat sind Handys! Das könnte Deine Analogsignale stören.

Zum Beobachten nehm ich normalerweise kein Handy mit, und die Sendeleistung nimmt ja ziemlich schnell mit dem Abstand ab, so daß hoffentlich auch von benachbarten Beobachtern nichts zu befürchten ist.
Ein Kabel ist ja schnell ausgetauscht, da lasse ich's auf einen Versuch ankommen.

Viele Grüße,
Andreas