Messaufbau mit Arduino: Gyroskop: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 4. August 2023, 15:32 Uhr

Author: Syed Rafsan Ishtiaque
Art: Praxissemester
Dauer: 02.05.2023 - 21.08.2023
Betreuer: Prof. Dr.-Ing Ulrich Schneider

Einleitung

Das Gyroskop-Projekt wird es uns ermöglichen, die Daten einer kontinuierlichen Drehung eines Gyroskops zu erfassen und sie zur Analyse an unsere Steuereinheit zu senden. In diesem Projekt werden wir das Gyroskop drehen und seine Daten über einen Schleifring übertragen. Das Hauptaugenmerk des Projekts liegt darauf, die Daten an das DS1104 R&D Controller Board zu senden. Und dafür brauchen wir ein robustes System, das einen Schleifring und einen Encoder enthält. Die größte Herausforderung beim Aufbau des Systems ist die Hardware-Montage. Wir werden uns also mehr darauf konzentrieren.

Anforderungen

Tabelle 1: Funktionale Anforderungen an der Gyroskop-Projekt
ID	Inhalt	Ersteller	Datum
1	Ein Haltebereich für PCB zwischen der Hauptstruktur und der Gyro-Struktur	Marc Ebmeyer	27.07.2023
2	Ein Servomotor (SG 90) zum Drehen des Gyroskops, des Rades des Inkrementalgebers und des Schleifrings	Marc Ebmeyer	27.07.2023
3	Einem Inkrementalgeber (FC 03) zur Messung der Drehung des Servomotors (SG 90) und des Gyro (GY 35)	Marc Ebmeyer	27.07.2023
4	Ein Gyro (GY 35), der in der gleichen Achse wie das Servo und der Schleifring platziert ist und über einen Draht mit dem Schleifring verbunden ist	Marc Ebmeyer	27.07.2023
5	Ein Schleifring (SN M022A-06), der über eine Welle mit dem Servo verbunden ist, um die Daten vom Gyro zu übertragen	Marc Ebmeyer	27.07.2023
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Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Abb. 2: Dieser Entwurf zeigt die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten des Systems

Komponentenspezifikation (Elektronische Komponenten)

Sensor

GY-35-RC one-axial Gyroscope/ Analog ENC-03RC

Der Sensor, den wir verwenden werden, hat die Modellnummer GY-35. Auf ihm ist ein ENC-03RC-Chip montiert. Der GY-35 ist ein einachsiges Gyromodul, das heißt, ein Modul kann nur eine Achse messen. Die Spannungsversorgung beträgt 3 bis 5 V. Die Größe beträgt 10mm × 17.5mm ^[1] ^[2]. Eine Alternative zum Sensor GY 35 kann der Sensor MPU 6050 oder GY 521 sein.

Servo motor

Wir haben den normalen Servomotor, der normalerweise in Arduino-Projekten verwendet wird, so verändert, dass er sich kontinuierlich um 360 Grad drehen kann. Wir verwenden Tower Pro micro servo 9g SG90.

Slip ring

Umsetzung (Hardware)

Umsetzung (Software)

Programmierung

Link zum Quelltext in SVN

Systemtest

Komponententest

Test im Labor

Projektunterlagen

Projektplan

Produktionskosten pro Einheit (Incomplete)

Servo motor: Tower Pro Micro Servo 9g SG90 (3 to 5 euro depending buying quantity)
Gyroscope: GY 35 ENC 03-RC (3 to 5 euro)
And we can use Adafruit mini slip ring :

12 mm, 6 wires = 20 euro apprx.
22 mm, 6 wires = 17 euro apprx.

Künftige Entwicklung: LC- und RC-Filter zur Rauschunterdrückung

Wenn der GY35-Sensor mit dem Schleifring verbunden wird, erwarten wir Geräusche (hohe und niedrige Frequenzen), die das System stören können. Um sie zu beseitigen, planen wir die Einführung eines Geräuschunterdrückungssystems. Unser anfänglicher Plan ist es, eine Schaltung oder ein Untersystem mit einem Satz von 3 Kondensatoren und 2 Induktoren auf der GY35-Schleifring-Seite des Hauptsystems zu bauen. Wir werden auch einen ähnlichen Aufbau auf der Schleifring- Arduino Seite des Systems machen. Diese beiden Sätze von Entkopplungskondensatoren werden uns helfen, das Rauschen zu reduzieren und die Stromversorgung zu stabilisieren. Jeder Kondensatorensatz besteht aus einem 0,1 µF, einem 1 µF und einem 10 µF Kondensator. Wir werden Keramikkondensatoren verwenden. Der Kondensator mit dem niedrigsten Wert (0,1 µF) wird in der Nähe des GY35 platziert, um hochfrequente Störungen herauszufiltern. Dann der mittlere (1 µF) und der letzte (10 µF), um das niederfrequente Rauschen herauszufiltern. Wahrscheinlich werden wir die üblichen Keramikkondensatoren verwenden.

Dann haben wir die Spule, zwei davon. Sie werden die hochfrequenten Geräusche zusammen mit den Kondensatoren abstoßen. So entsteht ein LC-Filter zur Rauschunterdrückung. Zunächst wollen wir unser System mit Induktivitäten verschiedener Werte (z. B. zwischen 10 und 100 µH) testen. Diese werden in Reihe mit der Vcc und dem GND geschaltet. Wir schlagen vor, Ferritperlen zu verwenden, da sie sich gut für die Unterdrückung von Hochfrequenzrauschen eignen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Implementierung eines RC-Low-Level-Filters. Es wird das Rauschen vom analogen Ausgang des GY35 beseitigen. Dafür haben wir hauptsächlich ein Paar von ??KΩ-Widerständen und ??nF-Kondensatoren (ca.) gewählt [wir haben die Grenzfrequenzberechnung verwendet, Grenzfrequenz = 1/(2πRC)] oder [Messwert] KΩ-Widerstand und [Messwert] nF-Kondensator (ca.) Diese Werte des Widerstands und des Kondensators des RC-Filters hängen von der Grenzfrequenz ab, die wir erreichen müssen. Für den Kondensator im RC-Filter könnten wir Folienkondensatoren verwenden, da unser Ziel die Filterung des Signals ist und Keramikkondensatoren eine gute Leistung haben.

Zusammenfassung

Literature

→ zurück zum Hauptartikel: Messaufbauten mit Arduino

[1] ttps://www.christians-shop.de/GY-35-RC-one-axial-Gyroscope-analogue-ENC-03RC

[2] ttps://www.lxxtech.com/gy-35-rc-axis-gyroscope-analog-gyro-module-enc-03rc-module-p299.html

[1]

[2]

@@ Zeile 141: / Zeile 141: @@
 * 22 mm, 6 wires = 17 euro apprx.
-== LC and RC filter for noise cancellation ==
+== Künftige Entwicklung: LC- und RC-Filter zur Rauschunterdrückung ==
-For the GY35 sensor when it will be connected with the Slip ring, we are expecting noises (high & low frequency) that can abrupt the system. To get rid of it, we are planning to introduce a noise cancellation system. Our initial plan is to make a circuit or sub-system that will have a set of 3 capacitors and 2 inductors on the GY35-Slip Ring side of the main system. We will also make a similar setup on the Slip Ring- Arduino side of the system. These two sets of decoupling capacitors will help us to reduce the noise and stabilize the power supply. Each set of capacitors will consist of one 0.1 µF, one 1 µF and one 10 µF capacitor. We will be using ceramic capacitors. The lowest valued capacitor (0.1 µF) will be placed near to the GY35 to filter out high frequency noise. Then the middle one (1 µF) and then the last one (10 µF) to filter out the low frequency noise. Probably we will use the general ceramic capacitors.
-Then we will have the inductor, two of them. They will repel the high frequency noises along with the capacitors. This will make a LC filter for noise cancellation. For now we want to test our system with various valued inductors (e.g. ranging from 10 to 100 µH). The will be in series with the Vcc and the GND. Our proposal is to use the ferrite bead as they are good with high frequency noise cancellation.
+Wenn der GY35-Sensor mit dem Schleifring verbunden wird, erwarten wir Geräusche (hohe und niedrige Frequenzen), die das System stören können. Um sie zu beseitigen, planen wir die Einführung eines Geräuschunterdrückungssystems. Unser anfänglicher Plan ist es, eine Schaltung oder ein Untersystem mit einem Satz von 3 Kondensatoren und 2 Induktoren auf der GY35-Schleifring-Seite des Hauptsystems zu bauen. Wir werden auch einen ähnlichen Aufbau auf der Schleifring- Arduino Seite des Systems machen. Diese beiden Sätze von Entkopplungskondensatoren werden uns helfen, das Rauschen zu reduzieren und die Stromversorgung zu stabilisieren. Jeder Kondensatorensatz besteht aus einem 0,1 µF, einem 1 µF und einem 10 µF Kondensator. Wir werden Keramikkondensatoren verwenden. Der Kondensator mit dem niedrigsten Wert (0,1 µF) wird in der Nähe des GY35 platziert, um hochfrequente Störungen herauszufiltern. Dann der mittlere (1 µF) und der letzte (10 µF), um das niederfrequente Rauschen herauszufiltern. Wahrscheinlich werden wir die üblichen Keramikkondensatoren verwenden.
-Another important aspect, we will implement a RC low level filter. It will get rid of the noise from the analog output of the GY35. For that we primarily selected a pair of ??KΩ resistor and ??nF Capacitor (apprx.) [we used the cut off frequency calculation ,
+Dann haben wir die Spule, zwei davon. Sie werden die hochfrequenten Geräusche zusammen mit den Kondensatoren abstoßen. So entsteht ein LC-Filter zur Rauschunterdrückung. Zunächst wollen wir unser System mit Induktivitäten verschiedener Werte (z. B. zwischen 10 und 100 µH) testen. Diese werden in Reihe mit der Vcc und dem GND geschaltet. Wir schlagen vor, Ferritperlen zu verwenden, da sie sich gut für die Unterdrückung von Hochfrequenzrauschen eignen.
-Cut off frequency = 1/(2πRC)] or ?? KΩ resistor and ??nF Capacitor (apprx.) This values of the Resistor and Capacitor of the RC filter will depend on the cut off frequency that we need to achieve. For the capacitor in the RC filter we might use the film capacitors, because our aim is to filter the signal, and the ceramic ones are good with power.
-Now we need to order the circuit elements for our project.
+Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Implementierung eines RC-Low-Level-Filters. Es wird das Rauschen vom analogen Ausgang des GY35 beseitigen. Dafür haben wir hauptsächlich ein Paar von ??KΩ-Widerständen und ??nF-Kondensatoren (ca.) gewählt [wir haben die Grenzfrequenzberechnung verwendet,
+Grenzfrequenz = 1/(2πRC)] oder [Messwert] KΩ-Widerstand und [Messwert] nF-Kondensator (ca.) Diese Werte des Widerstands und des Kondensators des RC-Filters hängen von der Grenzfrequenz ab, die wir erreichen müssen. Für den Kondensator im RC-Filter könnten wir Folienkondensatoren verwenden, da unser Ziel die Filterung des Signals ist und Keramikkondensatoren eine gute Leistung haben.
 == Zusammenfassung ==