Hochstartwinde: Brushless-Regler

[Arne Kerfin]

Ich habe es meinerseits nochmals geprüft. Das Heltec ESP32 V2 kann 500mA an den 3,3V Pins leisten. Das reicht bei mir für alle Notwenigen Sensoren. Dies muss ich nun nur noch im Schaltplan anpassen und das Routing auf der Leiterplatte etwas ändern. Somit bruache ich keinen zusätzlichen DC/DC Wandler und ich denke ihr auch nicht.

 

[Windenbauer]

Hallo zusammen

Bin immer noch auf der Suche nach weiterem Bauraum. Ich habe nun nochmals meine Steuerplatine etwas geändert und dabei meine Spannungsversorgung überdacht.
Bei dem Arduino Nano lief ja alles mit 5V. Der ESP verträgt aber nur 3.3V. Das macht auch bei mir einige Änderungen nötig.
Mein Plan sieht jetzt folgendermaßen aus:
Direkt auf der Steuerplatine befindet sich nun ein 7812 Spannungsregler der die Mosfet Treiber und einen 7805 mit 12V versorgt. Der 7805 wiederum versorgt den SN74HC86N, die Hallsensoren, Display und den ESP mit 5V Spannung. Der ESP selber versorgt dann nur noch Strom- und Temperatursensor mit 3.3V. Die Spannungsregler auf der ESP Platine entfallen, da ja auch kein Schrittmotor mehr betrieben wird.
Ich denke damit ist alles mit der richtigen Spannung versorgt und es gibt auch keine Probleme mit zu hoher Spannung an irgendwelchen Eingängen.

Gruß Peter

 

[RolfK]

Hallo zusammen,
wie haben die PWM Frequenz auf 10 KHz reduziert. Bei 5 KHz war das Signal schlechter.
Wir haben folgende Fast PWM Library benutzt:
https://github.com/khoih-prog/AVR_PWM
Der Sketch ist recht simpel.
#include "AVR_PWM.h"
#define pinToUse 5 // Timer3A on Mega
AVR_PWM* PWM_Instance; //creates pwm instance
float frequency;
float dutyCycle;
void setup()
{
//assigns PWM frequency of 20 KHz and a duty cycle of 0%
PWM_Instance = new AVR_PWM(pinToUse, 20000, 0);
}
void loop()
{
dutyCycle = 50;
PWM_Instance->setPWM(pinToUse, frequency, dutyCycle);
delay(10);
}

Um jedoch den Duty Cycle zu ändern ist jedesmal der Aufruf von PWM_Instance->setPWM(pinToUse, frequency, dutyCycle);
erforderlich. Dabei wird jedoch in der Library jedesmal der Timer zurückgesetzt, was zu einem unsauberen Signal führt.
Ich habe das ganze mit folgendem Workaround gelöst:

#define PWM_IN_pin 5 // Timer3A on Mega
#define Poti A3
#include "AVR_PWM.h"
AVR_PWM* PWM_Instance; //creates pwm instance
float frequency;
int dutyCycle;
float PWMPeriod;
void setup() {
pinMode(PWM_IN_pin, OUTPUT);
frequency = 10000; //assigns PWM frequency
PWM_Instance = new AVR_PWM(PWM_IN_pin, frequency, 0);
PWM_Instance->setPWM(PWM_IN_pin, frequency, 0);
PWMPeriod = PWM_Instance->getPWMPeriod();
}
void loop() {
int val = analogRead(Poti); // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023)
dutyCycle = (map(val, 0, 1022, int(PWMPeriod), 0)); // scale it to use with PWMPeriod
OCR3A = dutyCycle; // OCR3A (Output Compare Register) for Pin 5 => TIMER3A set pwm duty
delay(10);
}
Zum Ändern des DutyCycles wird nur noch das OCR3A Compare Register geändert. Man könnte auch selber direkt die Timer Register programmieren. Der Vorteil dieser Lösung ist, daß das Ganze auf verschiedenen Arduinos und für beliebige Frequenzen funktioniert. Lediglich das OCR3A Compare Register muß an die jeweiligen Bedürfnisse angepaßt werden.

Viele Grüße
Rolf

 

[Windenbauer]

Hallo zusammen
Auf die Schnelle noch ein Bild von meiner geänderten Steuerplatine.

Die SMD Treiber Platinen sind nicht mehr gesockelt um die Platinenhöhe zu reduzieren. Ein 12V Spannungsregler kam dazu.
Die drei Kerkos 470nF für die Spannungspumpe wurden neu positioniert. Auch die zwei Kerkos für die 12V Spannungsversorgung wurden gegen 100nF Typen getauscht und neu angeordnet. Noch mehr Bauraum lässt sich jetzt aber nicht mehr einsparen.

Gruß Peter

 

[RolfK]

Hallo Arne,
wir haben die Halbrücken zunächst ohne Motor und Leistungsteil getestet.
Dazu haben wird einen Sketch genutzt der die Hallsignale simuliert und die PWM Signale erzeugt. Den Sketch habe ich jetzt für Siggi von Mega auf UNO geändert. Muß auch auf Nano laufen. Vielleicht kannst du den Sketch gebrauchen. (siehe Anlage)
Viele Grüße
Rolf

 

[Windenbauer]

Hallo Windenbauer

Ich bin mit der Änderung meiner Hardware jetzt fertig und glaube für mich den optimalen Aufbau erarbeitet zu haben.

Das Leistungsteil lässt sich ohne Platine leicht zusammen löten, hat dadurch kurze Stromwege und eine optimale Wärmeableitung ohne zusätzlichen Kühlkörper direkt an den Aluminiumgrundkörper.

Die verkleinerte Steuerplatine lässt sich auch noch gut löten und beinhaltet alle benötigten Bauteile ausser den ESP . Sie wird direkt an das Leistungsteil gelötet, was kurze Signalleitungen zur Folge hat. Eine zusätzliche Befestigung wird nicht benötigt.

Da der ESP nur noch die RC-Glieder an den Sensoreingängen benötigt, reicht hier eine Lochrasterplatine um den ESP zu Sockel und unter dem Grundkörper zu positionieren.
Da alle Sensoren sowieso verkabelt werden müssen, ist deren Anschluss auch kein zusätzliches Problem.


Was machen eigentlich die Windenbauer, die eine kleinere Winde mit der Multirolle aufbauen wollten. Müsste doch auch mal wieder etwas zu berichten gäben.

Gruß Peter

 

[Windenbauer]

So, hier noch ein Überblick von der Verdrahtung.

Wichtig ist die kurze und direkte Masseleitung von den Mosfets zu den Mosfet-Treibern (dickeres schwarzes Kabel). Eingestreute Störungen können da zu schlimsten Schwingungen führen, was zur Selbstzerstörung des Reglers führen kann. Die fünf fabigen Kabel sind die Signale von den Hallsensoren. Das weiße und braune Kabel an 5V, später an den ESP zur Power und Bremssteuerung. Jetzt noch die Steuerplatine an 24V , den Regler an 2V und der Motor dreht, sofern die Hallsensoren justiert sind, was bei mir der Fall ist. Die Kondensatorbank wird natürlich vorher auch noch verlötet.

Gruß Peter

 

[Arne Kerfin]

Hallo zusammen,

Hallo zusammen,
wie haben die PWM Frequenz auf 10 KHz reduziert. Bei 5 KHz war das Signal schlechter.....

Danke Rolf für die gute beschreibung. Das wird mir später sicher hilfreich sein. Sobald ich dran bin werde ich auch berichten.

So, hier noch ein Überblick von der Verdrahtung.

Also das ist echt super kompackt gelötet. Ich denke nicht das ich das so gut hinbekommen hätte.
Ich habe nun das restliche Material für den Windenaufbau und auch alles Notwenige für die Platine, inklusive Platine bestellt. Ob alles vor Weihnachten kommt denke ich nicht. Sobald ich hier etwas zu berichten habe werde ich mich melden. Es kann aber sein das es erst im neuen Jahr ist da ich dazuwischen Verwandschaft besuchen bin.

Gruß Arne

 

[vivi-56]

Hallo,

da ich nicht zu schönen Ergebnissen mit dem Lochplatinen löten gekommen bin und glücklicher Besitzer einer CNC Fräse bin habe ich mich mal mit Isolationsfräsen beschäftigt und eine Steuerplatine entworfen, gefräst und gelötet! Nach dem Vorbild der Lochplatine!

Mit dem Ergebnis bin ich sehr zufrieden und es erleichtert das löten ungemein.
Auch die Funktion war von Anfang an gegeben. Das war bei der Lochplatine nicht der Fall!

Da ich schon mal beim zeichnen und fräsen war, habe auch noch direkt die Magnetringplatte aus 3mm GFK neu gefräst.

Oben genanntes wird dann für die Funkwinde benutzt. Aber die Woche geht es erst mal weiter mit der normalen Umlenkwinde!

Euch noch angenehme Festtage!

Viele Grüße Siggi

 

[Windenbauer]

Hallo Siegfried

Das mit dem Isolationsfräsen begeistert mich. Das sieht wirklich gut aus und wäre warscheinlich auch etwas für mich. So kann man das schnell selbst machen, und wenn sich Fehler eingeschlichen haben kann man sie schnell selbst mit geringen Kosten korrigieren. Was ich mich aber frage, kann man die Platine so fein fräsen, das man auch die SMD Mosfet Treiber direkt ohne Adapterplatine einlöten könnte. Doppelseitiges Fräsen sollte doch auch möglich sein? Das eröffnet viele Möglichkeiten ohne Lochrasterplatine und ohne Platinenservice Platinen herzustellen.
Selber besitze ich keine Fräse. Es werden aber für schmales Geld spezielle Platinenfräsmaschinen angeboten. Was ist davon zu halten. Könntet ihr etwas empfehlen? zB CNC 3018Pro ?

Gruß Peter

 

[vivi-56]

Hallo Peter,

das freut mich! Ich denke das es möglich ist auch feine Leiterbahnen zu fräsen. Ich habe das z.B. mit einem Gravierstichel mit 2mm Durchmesser und einer 45° Schneide gemacht. Dabei war die Eintauchtiefe 1/10mm. Anschließend die Löcher mit mit der Maschine mit einem 1mm Fräser gebohrt und die Kontur ausgeschnitten.
Dazu ist es notwendig eine gute Maschine zu haben. Ich bin immer wieder erstaunt wie präzise meine ist obwohl diese eine Arbeitsfläche von 1000x500mm hat. Dann eine so kleine Platine. Ist schon super! Die Arbeit liegt im genauen zeichnen.

Damit fräse ich auch ganze Modelle wie z.B den Thermy

oder auch eine BO209 mit 3,20Meter Spannweite:

Auch zweiseitiges fräsen ist sicher möglich.
Die Machine die Du ausgesucht hast ist eine Graviermaschine. Wie oben genannt habe ich einen Gravierstichel verwendet.
Damit sollte es gehen. Ich würde mich aber noch weiter erkundigen. Ich habe leider keine Erfahrung damit!

Viele Grüße
Siggi

 

[vivi-56]

Hallo Peter,

es gibt wohl auch gute Software für die Platinen Konstruktion.
Schau mal nach "Sprint Layout". Zumindest da habe ich gelesen, dass es viele Vorlagen gibt, auch für IC's!
Grüße
Siggi

 

[gbon]

Hallo Windenfreaks,

was die Herstellung einer Platine angeht, so glaube ich, dass ihr den richtigen Weg beschreitet.

Meine Erfahrungswerte:
Software zur Erstellung eines Platinenlayouts - Sprint Layout - wie von Siggi vorgeschlagen
Fräsen als Isolationsfräsen mit Gravierstichel - die obige Software erstellt die erforderlichen Bohr- & Fräsdaten als HPGL Datei.

Was nun die Fräserei & Bohrerei angeht so gibt es für mich zwei Sachen:

es reicht eine einfache Gravierfräse - wie oben genannt - Arbeitsfläche ist für Platinenherstellung ok
die "Rohplatine" muss sehr sauber auf dem Frästisch ausgerichtet sein - horizontal

Letzten Punkt kann man elegant umschiffen, wenn mann eine Fräss-Software mit Autoleveling nutzt - siehe bCNC.
bCNC kann man kostenlos herunterladen https://github.com/vlachoudis/bCNC.
Mit der Hilfe von Google findet man sehr viel zur obigen Software.
Die kleinen Gravierfräsen haben ein GRBL Controller an Bord (ATmega / Arduino), der über USB von der bCNC Software am PC bedient wird.

Man muss sich ein wenig einlesen und probieren, Tutorials / Videos etc. findet man auf Anhieb. Am Ende des Tages erzielt man recht brauchbare Ergebnisse für die individuelle Herstellung von Einzelstücken.

Ich habe das selbst probiert und vor einiger Zeit verschiedene Platinen für Modellbau-Applikationen hergestellt.
Viel Spaß bein "Reinfuchsen"!

Georg

 

[Windenbauer]

Hallo Platinenlöter

Bevor ich jetzt eine Fräse bestelle und mich im Platinenlayout vertiefe, mache ich erst mal weiter wie bisher. Hat ja auch schon zum Erfolg geführt.
Hier noch mal als Anleitung gedacht, da sich einige Sorgen um ihre Fähigkeiten beim Löten machen. Die Reihenfolge ist auch wichtig.

Erst die Platine auf Maß bringen und die Lötpunkte reinigen und leicht mit Flussmittel benetzen. Als erstes die Verbindungen unter dem IC verdrahten. Dann das IC, die Spannungsregler und die dazugehörigen Kondensatoren einsetzen und verlöten.

Danach noch die Drahtbrücken unter den Mosfet Treiber und die 100nF Kondensatoren verlöten. Die SMD Adapter habe ich etwas auf Maß geschliffen und zur Kurzschlussvermeidung auf der Unterseite isoliert.

Die SMD Treiber auf die Adapterplatinen und anschließend auf der Steuerplatine mit dünnen Draht gelötet.
Jetzt erstmal Pause. Morgen geht es weiter.

Gruß Peter

 

[RolfK]

Hallo Zusammen,

alternativ zum ESP32 LoRa, der nur mit 3,3 Volt betrieben werden kann, bin ich bei meiner Lora Recherche auf folgende LoRa Module gestoßen:
Adafruit RFM69HCW and RFM9X LoRa Packet Radio Breakouts
https://learn.adafruit.com/adafruit...95-rfm98-lora-packet-padio-breakouts/overview

Jedes Modul wird mit einem Header, einem 3,3V-Spannungsregler und einem Levelshifter geliefert, der 3-5V Gleichspannung und Logik verarbeiten kann, so daß Sie es mit 3V- oder 5V-Geräten verwenden können. Damit können die Module auch mit einem Arduino mit 5 Volt betrieben werden.

• Das RFM69HCW kann entweder auf 433 MHz oder 868/915MHz Sie können etwa 200-500 Meter Sichtlinie mit einfachen Drahtantennen.
• Das RFM9x LoRa entweder mit 433 MHz oder 868/915MHz. Dies sind +20dBm LoRa-Module, die eine spezielle Funkmodulation haben, die nicht mit den RFM69s kompatibel ist, aber viel weiter reichen kann. Sie können leicht 2 km Sichtlinie mit einfachen Drahtantennen.

Das LoRa Modul RFM9x LoRa kann man scheinbar nur in den USA bestellen (Versandkosten!), das RFM69HCW auch in Deutschland. Beide sind Pin kompatibel, so dass man später wechseln kann.

Adafruit hat wie immer eine perfekte Anleitung:

https://learn.adafruit.com/adafruit...95-rfm98-lora-packet-padio-breakouts?view=all

Viele Grüße

Rolf

 

[Windenbauer]

Und es ist weiter gegangen.
Erst mal die Beinchen der Kondensatoren Isolieren, ablängen, justieren und einlöten.

Danach nur noch die Dioden einlöten und die Bestückungsseite ist komplett fertig.
Anschließend kommt die Lötseite dran. Einige SMD Dioden und Widerstände suchen einen Platz. Einige Verbindungen müssen hergestellt werden.

Gruß Peter

 

[Windenbauer]

Jetzt noch die Lötseite

Die kleinen schwarzen SMD Bauteile (linkes Bild) sind die 6 Dioden für die Signalaufbereitung der Hallsensoren. Die hellen SMD Bauteile (rechtes Bild) sind die 10K Ohm Widerstände für Power und Bremse (PWM) in unterschiedlicher Baugröße.

Dann noch die fehlenden Drahtbrücken und die Treiber Platinen sollten funktionieren.

Wenn man eine logische Reihenfolge bei der Bestückung der Platine einhält, ist es gar nicht so schwer, auch auf einer Lochrasterplatine ein gutes und kompaktes Ergebnis zu erzielen.
Dennoch werde ich mir für die Zukunft Gedanken über eine Platinenfräse zum Isolationsfräsen machen. Wenn damit auch die Möglichkeit besteht SMD Bauteile zu verarbeiten, könnte das für mich ganz neue Möglichkeiten eröffnen.

Gruß Peter

 

[Windenbauer]

Hallo Seilstarter

Nachdem das mit der Steuerplatine so gut geklappt hat, wollte ich den Lötkolben etwas Ruhe gönnen.

Säge, Bohrmaschine und Drehbank müssen ja auch mal bewegt werden. Habe mal mit dem Grundgestell weiter gemacht. Einige Teile aus dem 3D Drucker fehlen noch. Kann aber noch einiges montieren und die Seiltrommeln müssen ja auch noch gefertigt werden. Dieses Jahr wird das aber nicht`s mehr.
Bis dahin wünsche ich euch einen guten Rutsch und ein frohes erfolgreiches neues Jahr.

Gruß Peter

 

[Windenbauer]

Hallo, im neuen Jahr gleich wieder ein Bild.

Habe erst mal einiges verschraubt, was schon fertig war. Fehlen noch die Seiltrommeln um Gleichstand zwischen den im Bau befindlichen Winden zu erreichen. Habe bereits mit den Vorbereitungen begonnen.
Wenn es von Interesse ist, werde ich ausfühlich über die Anfertigung der Seiltrommeln berichten.

Gruß Peter

 

[Windenbauer]

Hallo Hochstarter

Da die neue Winde nicht mehr mit Arduino sondern mit ESP32LoRa betrieben werden soll, habe ich jetzt eine Logikspannung von 3,3V. Der bisher benutzte Temperaturfühler arbeitet aber nur bei einer höheren Spannung und kann deshalb nicht mehr verwendet werden. Da ich bei der Verwendung des ESP auch etwas Platzprobleme bekomme, habe ich mich entschieden einen NTC Widerstand zu verwenden. Ich benötige keine genaue Temperaturanzeige sondern möchte nur einen Überhitzungsschutz realisieren. Der NTC wird Teil eines Spannungsteilers und der Spannungsabfall am NTC dient zur Messung der Temperatur.

Ich habe den NTC (sieht aus wie eine Diode) direkt auf einen der mittleren MosFets geklebt.

Es handelt sich hier noch um eine Winde mit 5V Logik, so das auch noch der alte Temperatursensor vorhanden ist (schwarz/gelb/rotes Kabel). So kann ich die Spannung des NTC mit der Messung des Temperatursensors vergleichen und entsprechend anpassen damit der Überhitzungsschutz weiterhin im gleichen Temperaturbereich arbeitet.

Gruß Peter