Die neuen Encoder am Oszi

Es war nicht gerade leicht die Lichtschranken an der Schlitzscheibe auszurichten, zumal bereits Bruchteile von Millimetern entscheidend waren. Auch musste die Scheibe exakt konzentrisch auf der Motorachse verklebt werden.

Klingt doch super, oder? Ähm, ährlich gesagt haben wir die Scheiben und die Lichtschranken einfach, so gut es geht nach Augenmaß ausgerichtet und schlicht gehofft, dass es schon klappen wird.

Beim Test der Motoren zeigte sich jedoch, dass bei hohen Drehzahlen sehr viele Fehler entstanden (Siehe Beitrag im RoboterNetz). Ohne gute Messgeräte, ist es aber schlicht nicht möglich die Signale zu überprüfen und den Fehler zu lokalisieren. So entschieden mein Bruder und ich uns am Freitag-Nachmittag einmal in unsere alte Uni zu fahren und mit einem Oszilloskop der Sache auf den Grund zu gehen.

Gleich der erste Motor machte auf uns einen sehr guten Eindruck. Die Flanken waren auch bei hohen Drehzahlen (ca. 6000 UPM) steil und gleichmäßig. Es war nur ein leichtes Zittern zu sehen und der kleinste Abstand zwischen zwei Flanken von Signal A und B lag bei 50 µS.	Motor A: A=5V/Div; B=5V/Div; 250µs
	Motor A: A=5V/Div; B=5V/Div; 250µs

Der Zweite Motor war Leider nicht so gut. Das untere Signal hatte kürzere High Phasen und die Phasenverschiebung war manchmal so knapp, dass nur wenige µs zwischen den Flanken lag. Auch war zu erkennen, dass die Phasenverschiebung mal besser und mal schlechter war, was auf eine nicht kozentrische Schlitzscheibe schliessen lässt. Die ersten Versuche den Encoder gleich in der Uni auszurichten haben lieder nicht zum gewünschten erfolg geführt. Also werden wir zu Hause in vertrauter Umgebung einen neuen Versuch starten und bei der nächsten Gelegenheit wieder am Oszi testen.

Encoder Hardware

Viele von euch, die in der Freizeit gerne an Robottern basteln, standen schon sicher irgend wann einmal vor dem Problem die Drehzahl der Reifen erfassen zu wollen. Nicht immer hat man das Glück einen Motor mit angebauten Drehgeber zu besitzen oder den Platz mal eben schnell etwas zurecht zu friemeln.

Mein Bruder und ich standen vor einiger Zeit vor diesem Problem. Für unseren balancierenden Roboter brauchten wir eine sehr gute erfassung der Drehzahl, um die Motoren für das Balancieren auch richtig regeln zu können. Wir endschieden uns daher dafür die Drehzahl direkt an den Motoren mit Hilfe einer Gabellichtchranke zu erfassen. Dies sollte die größte Messgenauigkeit und schnellste Erfassung der Motoren ergeben, da das Lagerspiel nicht mit erfasst wird. Leider haben die Motoren (vom Typ RB-40) am hinteren Ende keine verlängerte Welle, sondern nur einen kleinen Nupsi der etwas über das Lager hinausragt. Eine Schlitzscheibe zu befestigen schien also so gut wie unmöglich.

Das zweite Problem war der geringe Platz den wir für die Lichtschranke hatten. Wir Ihr im Beitrag Alu und Glas sehen könnt, haben wir bereits ein fetiges und sehr schönes Chassi und so bleibt hinter den Motoren gerade einmal 14mm Platz um die Lichtschranke und eventuel auch etwas Elektronik zu befestigen.

Im März 2007 starteten wir bereits unseren ersten Versuch dieses Problem zu lösen. Damals scheiterten wir knapp an der zu schlechten Auflösung der Lichtschranken.

Die neuen Encoder

Für die neuen Encoder verwenden wir daher zwei Lichtschranken ROHM RPI 243 von Pollin, welche nur wenige Milimeter groß sind. Anstelle der Lochraster Platinen erstellten wir "echte" Platinen und verwendeten ausschliesslich SMD-Bausteine. Der Aufbau wurde wie im ersten Versuch beibehalten.

Die Encoder bestehen aus zwei Platinen die zusammengesteckt werden können. Auf der einen Platine befinden sich zwei Gabellichtschranken und einige Widerstände zur Ansteuerung. Rechts ist diese Platine einmal bgebildet. Gut zu erkennen ist die Aissparung in der Mitte für das Motorlagen. Die großen Kupferflöchen sind für die Spannungsversorgung der Motoren. Im Hinteren Teil befinden sich die beiden Lichtschranken. Mit Hilfe eines Spigels und der Handykamera konnten wir die Richtige Pohling der IR-LEDs testen.

Neue Motor-Encoder

Encoder für RB-40 Motoren

• Neue Gabellichtschranken ROHM RPI 243 von Pollin
• Die Lichtschranke wurde mit 120 Ohm für die LED und 2.2k für den Transistor nach dem Datenbatt ausgelegt.
• alles in SMD, damit es noch flacher wird
• Schmitt-Trigger  (74ls14) von Conrad Mir hat der Verkäufer nichts ahnend als TTL verkauft. Die Herauskommende HIGH-Pegel liegen nur bei 3,4 V und mussten durch einen zusätzlichen Pull-Up Widerstand (4,7k) auf einen für CMOS (µC) gültigen Pegel gebracht werden.
• Neues Platinen Layout mit endlang des Motor herausgeführten Steckern für die sensor-Platine und umgebauten Schraubklemmen für den Motor-Anschluss. Der Motorenanschlus wurde durch 100n und 47n Fahrad Kondensatoren bereists auch der Platine entstört.
• Gesammter Aufbau ist nur 8mm dick
• Er besteht aus zwei Platinen die durch Steckverbinder aus Prätzisions-Sockelleisten erstellt wurden.

Aufbau der Platinen

Befestigung der Schlitz-Scheibe

Tests im Labor