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freie und quelloffene Regelelektronik: Unterstützung gesucht
Hallo zusammen!
Ich hoffe hier Hilfe oder sogar Mitmacher für ein potentielles Hobbyprojekt zu finden. Als Open-Source-Fan denke ich schon länger darüber nach, eine freie und quelloffene Regelelektronik für Akkuträger zu basteln. Mir schwebt ein Projekt vor, dass es Moddern und anderen Bastelwilligen erlaubt, Schaltpläne, Platinenlayout-Vorschläge, Bauteillisten, Firmware und eventuelle „Servicesoftware“ herunterzuladen und sich damit leicht eine Regelelektronik bauen zu können. Die Firmware könnte in Varianten für verschiedene Benutzerschnittstellen (nur LEDs, Segmentanzeigen, Text-Display, verschiedene Knopf-Konfigurationen) angeboten werden und/oder – z.B. über die serielle Schnittstelle – konfigurierbar sein. Da ich, wie gesagt, ein freies und quelloffenes Projekt machen möchte, bliebe den Bastlern, die etwas programmieren können, natürlich auch die zusätzliche Möglich, direkt die Firmware nach Ihren Wünschen zu ändern.
Dem digitaltechnischen Teil sehe ich dabei relativ entspannt entgegen. Das bekomme ich vermutlich hin. (Ich bin eigentlich eher in der System- und Applikationsentwicklung unterwegs, habe aber schon μCs programmiert.) Ebenso würde ich Nebenkrempel wie die Projektverwaltung, Dokumentation und eventuell notwendige Art-Work stemmen können. Für die eigentliche Spannungsreglung werde ich aber Hilfe von Elektronik-Kennern benötigen. Sobald es analog wird, verlasse ich definitiv meinen Kompetenzbereich.
Meine erste Frage lautet also: Fühlt sich jemand hier in der Lage, eine solche Regelelektronik designen zu können und würde sich dazu bereit erklären, an einem solchen Projekt mitzuarbeiten?
Meine zweite Frage wäre ganz generell: Hat jemand mehr oder weniger signifikante Tipps für die Regelung? Bisher wäre ein Buck-Boost-Converter mein erster Ansatz, wobei ich auch nicht weiß, ob man ihn vollständig selbst implementieren sollte oder nicht. Ein Mikro-Controller wird ja sowieso Teil der Schaltung werden. Leider fehlt es mir an Klarheit über die Komplexität eines solchen Converters und ich wäre mit der Dimensionierung der Bauteile wohl auch überfordert. Alternativ wäre vielleicht ein Chip wie der MAX1523 nutzbar, nur kommt mir das wie Geld- und Platzverschwendung vor, wenn eben bereits ein μC vorhanden ist und die Ansteuerung sowieso digital erfolgen muss. Vielleicht kann hier jemand Wissen oder Ideen beisteuern.
Ich würde mich wirklich freuen, dieses Projekt in Angriff nehmen zu können. Eine freie Regelelektronik würde die Szene bereichern, Moddern mehr Flexibilität geben, Bastlern eine günstige Alternative zu Fertiglösungen bieten, die Industrie- und damit Gesetzesabhängigkeiten mindern (poor people from US) und einigen Leuten sicherlich einfach Spaß machen. Es wäre sicherlich auch ein netter Beitrag für das Buch von @Quink . ;)
Dann hoffe ich mal auf Feedback!
Liebe Grüße!
Daniel
#2 RE: freie und quelloffene Regelelektronik: Unterstützung gesucht
#3 RE: freie und quelloffene Regelelektronik: Unterstützung gesucht
Hi,
da du mich und unser Buch erwähnt hast, anwtorte ich dir hier mal als erster, Edit: als zweiter
Grundsätzlich finde ich Schaltungen immer gut, besonders in Hinblick auf Akkuträger und das Buch. Das ganze Buch soll hinterher, incl. Schaltungen für jeden Verfügbar sein.
Nun zu deiner Idee. Als ich gerade Max gelesen habe, kam mir das naja über die Lippen. Ich erinnere mich ungerne an die letzte Begenung mit so einem Max, keine Ahnung wie der noch hieß. Auf jeden Fall mußte ich dieses Sche*ßding über England bestellen, hier nicht lieferbar.
Also habe ich bei deinem Max1523 geschaut, zumindest kriegt man den bei Conrad, aber leider nur die SMD Version, nicht für für einen IC Sockel.
Zu den Schaltungen allgemein. Was haben wir bis jetzt. Schaltungen ohne Display, mehr als satt und reichlich. Mit Display wirds sehr dünn. Es gibt da aber fertige Platinen mit Display die man für unter 10 Euro kaufen kann. Da lohnt sich das selber machen nicht wirklich.
Was aber fehlt und dürfte dich freuen sind Schaltungen mit AT Mega. Wäre das eine Alternative statt eines Max?
Jemand hat schon mit Tiny Atmel 25 einige Schaltungen und Regelungen entworfen. Programmiert haben die allerdings mit Bascom. Das ganze ist aber vom dem Ersteller ein Privatprojekt das er nicht wirklich freigegeben hat. Ich habe ihm zumindest mal dazu geschrieben.
Aber AT Mega wäre natürlich großartig, da eine Regelung, wahlweise mit Display oder ohne. Wäre auf jeden Fall was.
Hallo Quink!
Ja, habe schon gesehen das Conrad den hat. Besser sie haben nur SMD als nur Sockel. ;) Besser wäre natürlich beides. Am besten wäre natürlich, man bräuchte halt gar keinen.
Nun, einfach ein Display zu haben ist ja noch kein Vorteil. es kommt natürlich darauf an, was man damit macht. ;) Ich will nicht einfach eine fertige Spannungsanzeige, sondern eine vollständige Benutzerschnittstelle für die Regelung mit Ohmmeter, Leistungsauswahl und was man halt typischerweise so an einem geregelten Mod hat. Natürlich würde ich mit einem minimalen Feature-Set beginnen. Eine Temperaturregelung wäre sicherlich nicht unter den ersten Features. Später könnten man auch „Fancy-Features“ wie Entladeintegrator und Anheizkurven realisieren.
AT Mega ist tatsächlich mein Favorit. Programmieren würde ich ihn sicherlich in C. Wenn das von Dir genannte Projekt tatsächlich einen brauchbaren DC-Converter (step-up und step-down) mit einem μC realisiert hat, wäre das sicherlich interessant. Wenn Du da noch was findest, wäre ich schon mal dankbar. Den Code benötige ich nicht wirklich, solange ich eine Idee bekomme wie die Taktung zur Converter-Ansteuerung aussieht.
Der mit dem Tiny 25, naja wie gesagt keine Rückmeldung auf die Nachricht.
Das was ich dazu habe schick ich dir morgen, kannste ja mal durchsehen
C, aus der Ecke komm ich übrigens auch, die einzig wirklich Sprache :-)
Hey Quink! Na eigentlich bin ich eher Python- und Java-Anhänger, aber Raw-On-Chip nehmen wir natürlich C. Besonders wenn wir mit wenig Ressourcen allerlei Krempel schnell beschalten müssen. Du darfst übrigens natürlich gerne am Code mitarbeiten, wenn Du magst. Ich schwebt eine Code-Verwaltung auf GitHub oder ähnlichem vor. Ich würde zudem noch eine Wiki oder ähnliches einrichten wollen.
Die Idee findet ich toll. Meine Unterstützung wäre da. Ich komme zwar auch aus der Software-Ecke, habe aber auch Erfahrungen im Hardwaredesign (Layout haben dabei immer andere gemacht - nicht mein Ding *g*). Praktische Erfahrung im Bereich DC/DC-Konverter fehlen mir allerdings. Da beschränkt es sich auf die Theorie.
Bevor man sich auf irgendwelche Chips stürzt, sollten vielleicht erstmal die Eckpunkte, was das Teil können/machen soll, abgesteckt werden. Da wären z.B. [Brainstorm-Mode on]:
1) Dumm oder intelligent (ohne oder mit Mikrocontroller)? Ich gehe mal von *mit* aus.
2) Wie groß darf das ganze werden? Wäre natürlich schön, wenn die Schaltung in einem Zentimer einer 22mm-Tube passen würde (man darf ja mal träumen), aber mMn sollte sie schon in eine 80x22mm-Box passen.
3) Stromquelle: Eine, zwei oder drei Zellen? Zwei oder drei Zellen bieten vom Schaltungsdesign einige nicht zu vernachlässigende Vorteile (z.B. Boost nicht unbedingt nötig), machen den Akkuträger aber klobig und schwer. Schaltungen, die nur mit 2 oder mehr Zellen laufen, wären für *mich* uninteressant.
4) Leistungsbereich: low-Power (20-30W) oder max-Power (was die Zellen hergeben, ca 70W pro Zelle). Welcher Ausgansstrom-/spannungsbereich? Ich würde auf max-Power gehen (low-Power lohnt nicht). Max Spannung sollte möglichst gering sein (je höher desto schlechter der Wirkungsgrad).
5) Steuern oder Regeln? Welche Modi? PWM/VV/VW/TC. Mir persönlich würde ja ne popelige VV (oder Äquivalent) reichen. Eine Form von Kokelschutz wäre zwar nett, aber für mich nicht zwingend.
6) Bei einigen Modi wird ne Widerstandmessung nötig. Wann wie messen (nur vorm Feuern oder auch beim Feuern, unterbrechungsfrei oder nicht)?
7) Wie wandeln? Ne PWM geht per Microcontroller. Bei nem Buck/Boost dürfte ein Microcontroller ohne spezielle HW zu langsam sein (zu niedrige Frequenz -> zu große Spulen). Evtl unkonventionelle Lösungen (z.B. optimierter Boost auf eine feste Spannung, dann PWM)?
8) Spannungsversorgung der Elektronik? Die Batteriespannung kann, gerade beim Feuern, stark einbrechen. Die Elektronik muss also mit Spannung von ca 2V bis 4.5V (mal Anzahl Zellen) arbeiten. Bei Unterspannung muß sie *sicher* abschalten. Wird eine zusätzliche Spannungsversorgung für die MOSFETs gebraucht?
9) Schutzmaßnahmen? Das wichtigste: Unterspannung, Kurzschluß, Temperatur. Bei mehr-Zellen-Betrieb: unbalanced cells.
10) Laden? Bräuchte ich nicht.
11) USB? Nett für Flashen, RS232 tut's aber auch.
11) User Interface. Extra am Ende: sobald ein Mikrocontroller beteiligt ist, ist das Benutzerinterface (Display, Lampen, Tasten, Regler, Beeper) ziemlich schnuppe - da kann man dranbasteln was einem gefällt. Vom Schaltungsaufwand ist das trivial. Ein Bikeshedding-Thema, mit dem man sich befassen kann, wenn der Rest der Schaltung steht.
Man sollte moderne geregelte Mods (wie z.B. den iStick Pico) nicht unterschätzen - das ist aktueller Stand der DC/DC-Konverter-Technik, nicht irgendwas zurechtgewurschteltes. Vor einigen Jahren gab es die Technik noch nicht, solch flexible und leistungsstarke Regler so kompakt zu bauen.
Um eine qualifizierte Entscheidung bzgl der Konverter-/Steuerung- und Meßtechnik vorzunehmen, wäre es natürlich schön, zu sehen, wie existierende Mods das implementieren - nicht um das abzukupfern sondern einfach nur, um einen Überblick über mögliche Lösungswege zu haben. Ich habe bisher noch keinen Schaltplan oder Implementationsdetails eines ordentlichen Mods gesehen. Wenn also jemand so etwas hat bzw irgendwo gesehen hat: bitte Link posten! Selbst eine detaillierte Bauteileliste oder Photos der PCB, auf denen man die Chipbezeichnungen erkennen kann, kann schon sehr hilfreich sein...
#11 RE: freie und quelloffene Regelelektronik: Unterstützung gesucht
Hallo @Froese !
Schön dass Dein Interesse geweckt ist! ;)
Du hast natürlich Recht, die Vision muss schon etwas abgesteckt sein, bevor man anfängt. Ich versuche mal anhand Deiner Punkte ganz schnell meine derzeitige Vorstellung etwas präziser darzulegen.
1) Dumm oder intelligent: Unbedingt Intelligent und natürlich mit μC.
2) Wie groß darf das ganze werden?: Das würde ich nicht Vorfeld beschränken. Ich würde versuchen, immer die Größe im Auge zu behalten, aber erst in einem späteren Projektstadium zu schauen, wo man etwa landet.
3) Stromquelle/Zellenzahl: Ich würde mit einer Zelle starten. Sicher, das macht den Boost nötig, aber ich einerseits selbst kein Fan von gestackten Geräten und hinsichtlich der Größe verliert eine auf mehrere Zellen ausgelegte Schaltung deutlich an Flexibilität. Für spätere Erweiterungen kann man sehen, welche Priorität ein Mehrzellenbetrieb bekommen würde.
4) Leistungsbereich: Auch hier wäre ich konservativ. Meine Vorstellung ist das, was Du als Low-Power klassifizierst. Auch hier: später kann mehr.
5) Steuern oder Regeln?: Regeln. Zwar würde ich mit VV starten (klar), aber noch vor “Version 1” eine VW-Regelung anstreben. TC sehe als “Fancy-Feature” für später.
6) Widerstandsmessung: Must-Have. Solange es nicht beim Feuern geht, wäre dass noch keine “Version 1” für mich. Konsequenzen von Feuerunterbrechung kann ich nicht ganz absehen. Bisher bin ich von Unterbrechungen ausgegangen, aber meine E-Technik-Kenntnisse sind eben sehr beschränkt. Ohne Unterbrechung kann ich mir nur eine Strommessung Vorstellung. Aber vielleicht geht das auch schöner. Ich hätte es zuerst mit Unterbrechung versucht.
7) Wie wandeln?: :D Jaa! Das ist mein Problem! Da fehlt mir die Kopfgrütze! Die mangelnde Geschwindigkeit war auch meine Sorge. Letzte Posts und weiteres Googlen hat mir die Hoffnung gegeben, dass es vielleicht doch geht. Aber hier steh ich derzeit wie der Ochs vorm Berg. Wie machen das wohl die Profis?
8) Spannungsversorgung der Elektronik?: Ja, Teil des Problems. Ich denke mal, der μC würde das schaffen. Wie es aber mit Displays o.ä. aussieht, müsste man schauen.
9) Schutzmaßnahmen?: Ich hab an Kurzschluss (und zu geringen Widerstand generell), sowie Unterspannung und Überlast gedacht.
10) Laden? „Bräuchte ich nicht.“: Ich auch nicht. Fancy-Feature für die Zukunft, wenn man da angekommen ist und die Muße hat…
11) USB? „Nett für Flashen, RS232 tut's aber auch.“: Sehe ich auch so.
11) User Interface. „Extra am Ende“: Kommt später, da hast Du Recht. Aber ein Extra ist es meiner Meinung nach nicht. Ich glube sogar das ein gutes UI extrem wichtig für das Ergbnis und ein hübsch zu wählendes und konfigurierendes UI sehr wichtig für die Modder da draußen ist. Ich bin ein Usability-Fetischist. ;)
Und zu „[Es] wäre es natürlich schön, zu sehen, wie existierende Mods das implementieren - nicht um das abzukupfern sondern einfach nur, um einen Überblick über mögliche Lösungswege zu haben. Ich habe bisher noch keinen Schaltplan oder Implementationsdetails eines ordentlichen Mods gesehen. Wenn also jemand so etwas hat bzw irgendwo gesehen hat: bitte Link posten! Selbst eine detaillierte Bauteileliste oder Photos der PCB, auf denen man die Chipbezeichnungen erkennen kann, kann schon sehr hilfreich sein...“:
Meine Meinung, danke fürs Aussprechen und von mir auch nochmal die Bitte um derartige Infos von jenen, die sich etwa einen Dicodes-Chipsatz gekauft haben oder einfach die zwei Jahre alte Box aufgebrochen haben!
Da ich gerne auch mit den AVR Risc Processor arbeite und programmiere, so sind für Bastelzwecke eh nur die großen Bauformen interessant, SMD ist für den Normaluser etwas heftig.
Auch da wäre ein fertiges Board interessant, was klein genug ist. Im Laufe der Zeit müsste jedoch die Software angepasst werden, was ich aber nicht als Problem sehe, Programmierer wird es immer geben, die das können.
Was ich meine siehe http://www.watterott.com/de/Wattuino-Nanite85
Mit USB Loader und sehr klein, wie auch günstig.
Abends werde ich mal Fotos einiger meiner SMD Boards schiessen und hier hochladen.
1. einfachste FET Schaltung ohne Verpolngsschutz
2. FET Schaltung mit Verpolungsschutz,echt gute Schaltung
3.legendäre Provari VV Elektronik mit LED Display und Step up and Step Down
4.DNA 30 mit OELD ohne Step Down
5.Yihi SX Mini 350 V2 (in der ML Class verbaut) mit TC und
allen Schickanen=Schwierigkeitsgrad graue Haare krieg
Tya, wer kann schon sagen, ob in ein paar Jahren noch Boards zu bekommen sind, die für unsere AT geeignet sind, dafür gebaut wurden.
Ich denke, dass wir genug damit zu tun haben werden, eine "Bastelanleitung für alle" umzusetzen, und da sehe ich auch das eigentliche Ziel.
Mit basteln und Elektronik ist das immer so eine Sache, solange denn alles funktioniert, alles gut. Seltsamerweise ist aber gerade bei Bastelprojekten immer der Teufel im Detail vorhanden, selten ein 100% Ergebnis, wie erhofft. Und so kann sehr schnell überfordert werden.
Einfach und simpel, das funktioniert wahrscheinlich. Alles andere wird den Außenstehenden eher abschrecken. Die absolute Mehrheit hat mit Elektronik und Basteln sehr wenig bis gar keine Erfahrung. Und an die wendet sich dieses Projekt. Habe nichts gegen fortgeschrittene Bastelprojekte, aber das wird nach meiner Einschätzung eher die Ausnahme bilden.
Es sollte so einfach sein, dass selbst eine Fehlerquelle auffinden möglich wird. Weil, Fehler beim Bau werden gemacht, das ist wohl abzusehen. Und auch, dass bei einem Fehler kein Unglück passieren kann. Daher mein Vorschlag die Schaltung mit einer Schmelz-Sicherung zu versehen, welche eine Überlastung schon abfangen kann. Und zwar gleich nach dem Pluspol in der Schaltung.
#18 RE: freie und quelloffene Regelelektronik: Unterstützung gesucht
Den Teufel im Detail kennt wohl jeder Dampferhardware-Bastler.
Die Fotos der aufwändigeren Elektroniken poste ich eigentlich nur als Infoquelle,um zu sehen,was wie womit umgesetzt wurde.
Eine FET Schaltung ohne SMD sollte aber im Bereich des Machbaren liegen,jeder wird wohl jemanden kennen,der mit einem Lötkolben hantieren kann.
Die FET SMD-Schaltung ohne Verpolungsschutz,die ich nachher posten werde,könnte man mit gutem Lötzeug und SMD-Löterfahrung noch nachbauen-
die könnte man in Tube-Mods gut verwenden.
Einen optischen Unterspannungsschutz könnte man besipielweise mit einer Low Batt LED (Blinkt ab einer Bestimmten Batteriespannung) realiesieren.
Dazu braucht man nur die LED und einen Widerstand.
#20 RE: freie und quelloffene Regelelektronik: Unterstützung gesucht
Hier erstmal die versprochenen Fotos der einfacheren SMD FET-Steuerung:
Diese Steuerung hat hat jedoch keinen Verpolungsschutz und
feuert einige 1/10tel Sekunden zeitverzögert.
Hier seht ihr diese Platine im eingebautem Zustand:
www.fasttech.com/products/0/10017982/370...-mechanical-mod
Falsch eingelegte Akkus erzeugen Dauerfeuer und das Herzstück,der FET
stirbt innerhalb weniger Sekunden den Hitzetod.
Für eine Dampferin habe ich bei 2 dieser Elektroniken die weggeschmorten FETs gegen diese getauscht:https://www.conrad.de/de/mosfet-irf6201p...-ir-160886.html
#21 RE: freie und quelloffene Regelelektronik: Unterstützung gesucht
Hier die Fotos zu der komplizierteren SMD FET-Steuerung:
Dank Verpolungsschutz können die Bauteile nicht mehr bei falsch eingegtem Akku
geröstet werden,es gibt auch kein Dauerfeuer.
Gefühlt hat diese Elektronik einen etwas höheren Wirkungsgrad als die einfachere Version.
Sie gibt ihren Saft auch ohne spürbare Verzögerung auf den Verdampfer.
Dort gab es diese Elektroniken zum Schnäppchenpreis,mittlerweile leider discontinued:
www.fasttech.com/search?Replacement%20Ch...echanical%20Mod
Ich weiß nicht, ob das hier in den Thread paßt, aber ich hätte da gerne mal ein Verständnisproblem.
Wie funktioniert das eigentlich insgesamt bei so einem geregelten AT?
Die Schaltung mißt den Widerstand und errechnet den für die eingestellte Leistung notwendigen Strom bzw. die Spannung. Soweit, so gut.
Und dann?
Wird die Akkuspannung immer (?) voll hochgedingst und dann (z.B. per Phasenanschnittsteuerung) wieder runtergedreht?
Oder kann man dem Spannungswandler irgendwie sagen: jetzt bitte 4,5V ausgeben?
Bitte erleuchtet mich.
Hallo oreg2,
vielen Dank für die Photos! Gehe ich recht in der Annahme, dass diese Chips nicht regeln sondern den FET nur zum Durchschalten der Akkuspannung nutzen?
Super wäre es ja, eine Schaltung mit Regelung zu sehen. Würde mich freuen, wenn Du die Bilder zu 3, 4 & 5 Deiner Aufzählung noch hochladen könntest. :)
Hallo colonius,
tja, wenn ich das genau wüsste. :) PWM wird vermutlich nicht bei den typischen geregelten Trägern verwendet. Und Step-Up und anschließendes Step-Down wäre wohl ineffizient. Ich vermute halt (wie oben mal erwähnt), dass dort ein Buck-Boost eingesetzt wird, also ein Konverter, die eine gegebene Eingangsspannung auf eine Ausgangsspannung sowohl unterhalb wie auch überhalb der Eingangsspannung wandelt. Wikipedia hat einen Artikel zu Gleichspannungswandlern, der auch zwei Buck-Boost-Schaltungskonzepte zeigt. Meine Vermutung ist also derzeit, dass Dicodes und Co. auf etwas Derartiges setzen. (Nun, Dicodes hat wohl eine Wechselspannung am Ausgang… ;))
Zitat
Oder kann man dem Spannungswandler irgendwie sagen: jetzt bitte 4,5V ausgeben?
Soweit ich verstehe gibt man der Buck-Boost-Schaltung eine Pulsweite, welche durch die Schließzeiten der beteiligten FETs die Ausgangsspannung beeinflusst. Fertige BB-Steuer-Chips geben diesen Puls offenbar zumeist auf Basis eines Stellwiderstandes aus. Da kann man dann zwar beliebig mehr oder weniger Spannung einstellen (im Rahmen der Spezifikation), jedoch keinen diskreten „Wert“ vorgeben. Dazu müsste man schon eine digitale Schnittstelle haben. Wenn man den Pulsgeber selber in einem μC implementiert, hat sich das Problem natürlich gelöst. Aber eben, jetzt muss man ihn selbst implementieren. :D
Also grundsätzlich habe ich das Prinzip des Spannungswandlers ja verstanden.
Aus dem Verhältnis von Lade- zu Entladezeit ergibt sich die Spannung. Ein 50/50 Verhältnis sollte eine identische Spannung ergeben, ein 2/3 zu 1/3 sollte die doppelte (oder halbe) Spannung ergeben.
Also müßte die Schaltung "einfach nur" in einem bestimmte Zeitverhältnis den Schalter schließen (also den Buck-Boost mit Spannung versorgen) und ihn damit "laden" und den Rest der Zeit die Spannungsversorgung unterbrechen, damit die Elektronen in der Wicklung ihre Arbeit verrichten können.
Und das ganze muß natürlich so schnell gehen, daß man kein Pulsen hat und auch kein Brummen oder Fiepsen hört. (>20kHz oder so)
So könnte ich mir das vorstellen.
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