RC-radio för proportionalstyrning av hydraulventil

[andre77i]

Hej!

Jag är ny på detta forum och detta är min första post här. Har en bakgrund med studier i datateknik som jag avslutade för några år sedan. Har sedan dess jobbat inom ett helt annat område så mina kunskaper börjar bli lite "rostiga". Mina kunskaper inom analog elektronik är och har alltid varit minst sagt bristfälliga, tyvärr!

Hur som helst, nu har jag fått en idé som jag tänkte bolla med er lite mer kunniga!
Min idé är enkel: "trådlös" proportionalstyrning av en hydraulventil med hjälp av en rc-radio, alltså en sådan som används till t.ex. radiostyrda bilar.
Varför, det finns väl redan radiostyrningar avsedda för ändamålet?
Sant, men de kostar en hel del! Enklare radiostyrningar av typen "av/på" är inte så farligt dyra och ligger i prisklass mellan 3000-15000 beroende på antal kanaler osv. Om man däremot vill ha en radio med proportionalstyrning (alltså en "steglös" styrning som man kan "smyga" med) får man lägga ut från 40000kr + moms och uppåt. Jag kan förstå att när det handlar om att styra säkerhetskritiska system som t.ex. en kran, så gäller det att det är kvalitet på grejjerna!

Min tankte är dock att en rc-radio skulle kunna användas till lite mindre säkerhetskritiska tillämpningar, som t.ex. att styra en mindre hydraulisk vinsch. Moderna digitala rc-radios är dessutom mycket tillförlitliga / okänsliga för störningar, antigen fungerar det eller så fungerar det inte - alltså ingen/liten risk för att mottagaren får "spel" vid störningar eller vid tappad mottagning som på de gamla analoga apparaterna.
(Se t.ex. Futabas 2.4GHz FASST: http://www.youtube.com/watch?v=uMDmZpTqWTw)

Problemet som måste lösas för att använda en rc-radio till detta ändamål är att konvertera signalen från rc-mottagaren till en signal som passar till "servot" som sitter på hydraulventilen.
Rc-mottagaren fungerar i stort sätt på följande vis:
- ca var 20ms skickas en puls ut till servot.
- Pulsens längd talar om vilken position som önskas.
- Pulslängd på 1.5ms betyder centerläge
- 0.6ms betyder fullt utslag åt ena hållet
- 2.4ms betyder fullt utslag åt andra hållet
"Hydraulventils-servot" (märke sauer-danfoss) fungerar på följande vis: (om jag förstått det rätt)
- Styrning sker genom att variera spänningen
- Udc x 0.5 betyder centerläge
- Udc x 0.25 betyder fullt utslag åt ena hållet
- Udc x 0.75 betyder fullt utslag åt andra hållet
- Udc = matningsspänningen = 12V (11-15V) eller 24V (22-30V)

Nu till min fråga, hur löser man enklast denna konvertering?
Jag har ju en grundläggande idé om att använda en microcontroller med inbyggd D/A omvandlare. Ta in signalen från rc-mottagaren, omvandla och skicka ut den genom D/A omvandlaren så får man en analog signal på ~0-5V. Sen kommer mina bristande "analog-kunskaper" och sätter käppar i hjulen. Hur konverterar jag den analoga signalen till lämpliga spänningsnivåer som passar till servot?

Lite mer data på "servot":

(Hela databladet finns här: http://www.norcanfluidpower.com/assets/ ... ochure.pdf)

Vore tacksam för hjälp!
Mvh
Andreas

[Icecap]

Men vad besvärligt du gör det för dig...

Det finns ett antal radiomoduler på marknaden, jag har använd ER400-serien men det finns ett antal olika som jobbar runt 433MHz och andra frekvenser.

Principen är att man har en serieport på modulen, på denna serieport skickar man data och de kommer ur den andra ändan. De 2 ändar kan prata med varandra självklart och varje ända kostar runt 300:-.

På sändarsidan tar man då en mikroprocessor, läser av nödvändiga styrdon och formaterar ett datablock med CRC osv. för att säkra validiteten i datablocket, mottagaren avkodar och kollar att allt är OK och genererar de nödvändig styrsignaler baserat på inkommande data. Kommunikationen kan vara dubbelriktat för att få kvittens på varje datapaket.

Tillförlitligheten har INTE med frekvensen att göra, den har med CRC och kontroll av samma att göra.

Att förstärka ett analogt signal är enkelt, man tar en op-amp som även finns i kraftutförande, sedan är saken biff.

Edit: du ska i övrigt ha beröm: denna tråd är ta mig tusan en av de bäst ställda frågor jag har sett här, du har allt med, bakgrund, mål, uppslag och har inte snöat in dig på en viss (& dålig?) lösning. Bra!

[andre77i]

@Icecap

Tack! Tanken var ju att försöka förklara problemet så tydligt som möjligt så man får så bra svar som möjligt.

Sen vet jag inte riktigt om jag håller med om att din lösning skulle vara mindre besvärlig än min Låter ju iofs roligare att genomföra, men tyvärr har jag inte tiden att bygga allt från "scratch" (och förmodligen inte kunskapen heller för den delen)

Kan du förklara lite mer hur du menar med att använda en op-amp? Gärna med förslag på komponenter samt hur de ska kopplas för att få rätt nivåer. Som sagt, jag är tämligen okunnig när det gäller analog elektronik...

@alla

En tanke slog mig: kan det möjligen vara så att dessa signaler är någon form av standard som det redan finns färdiga kretsar för!? En D/A-omvandlare som omvandlar direkt till rätt nivåer? Det vore något! Ska givetvis försöka kolla upp detta själv, men är det något som vet direkt så tipsa gärna.

Mvh
Andreas

[Icecap]

op-amp = Operational Amplifier = operationsförstärkare.

HÄR finns det lite att välja på, kopplingar finns i mängder på nätet.

"Din" lösning:
* På mottagaresidan ska du omvandla pulserna till ett värde som sedan ska skickas ut, det enklaste är med en mikroprocessor. Men då har du ingen kontroll av om datan i pulsen är korrekta...

* Input i sändaren ska göras med spakarna.

Kontra "min" lösning:
* Datas validitet kan kontrolleras.
* Det är möjlighet för dubbelriktat kommunikation.
* Styrinput kan göras på valfritt sätt som mikroprocessorn kan klara.

Den enda egentliga skillnad är att du ska bygga sändaren själv, dock inte radiodelen men bara µC-delen med input osv.

Att detta samtidig kan ge säkerhet i överförda data är bara bra.

[andre77i]

@Icecap

Tack för dina synpunkter!

Dock håller jag inte med om att man inte har något kontroll på om pulsen från rc-mottagaren är korrekt eller inte. Jag är ganska säker på att futaba (m.fl.) har tänkt på detta och inkluderat en crc-koll av data som skickas. Om mottagare upptäcker fel i checksumman så kastar den helt enkelt datapaketet och väntar på nästa. Om det skulle vara så att mottagaren inte får ett korrekt datapaket inom en viss tid så går den in i en fail-safe mode där den ställer alla kanaler/servon i en förutbestämd position (förslagsvis neutral i detta fall). Dessutom använder ju t.ex. Futabas FASST frekvenshoppning m.m. som gör att sändare/mottagare automatiskt byter till en annan kanal om störningar uppstår. Mycket säkrare än så kan det knappast bli i mina ögon sett. Om det är någonstans där det är risk att det blir fel så är det nog i min "signalkonverter" Hittade föresten en till video på youtube som visar hur robust Futaba FASST systemet är:
http://www.youtube.com/watch?v=VWH8KkXhHY0

Angående dubbelriktad kommunikation så ser jag inget större behov av det. Vad ska man använda det till? Om du syftar på omsändningar av datapaket så är det inte särskilt önskvärt i ett realtidssystem som detta. Man vill ju alltid använda det senaste värdet/positionen när man ska styra något i realtid.

Jag hoppas du inte tar detta som ett påhopp, det är inte meningen. Jag ville bara förklara min syn på saken.

Mvh
Andreas

[danei]

en enkel lösning med ett lågpass filter skulle det funka?

[Icecap]

Så det är OK att styrningen kan varierar mellan fail-safe inställningerna och de "riktiga" styrpulser? Men då så, har du så lågt ställda krav är det bara att köra på ju.

danei: nej. servopulserna kommer oftast med variabel tid mellan, alltså kan en pulsbredd vara stabil men paustiden varierar.

[GFEF]

andre77i
>Ta in signalen från rc-mottagaren, omvandla
> och skicka ut den genom D/A omvandlaren så
> får man en analog signal på ~0-5V.

Sök efter"Fartreglage borstmotorer"

Att vartalstyra standard likströmsmotorer
med pulserande ström för RC-modelleler.

[andre77i]

Så det är OK att styrningen kan varierar mellan fail-safe inställningerna och de "riktiga" styrpulser? Men då så, har du så lågt ställda krav är det bara att köra på ju.

Att den varierar är väl lite överdrivet. Som man kunde se i videon jag länkade till så ska det mycket till innan mottagaren går in i fail-safe. Det är väl i stort sett bara om man kommer utom radio-räckvidd som det inträffar. Men det är klart att din hemmapulade lösning med radiomoduler är bättre än vad ingenjörerna på ett välrenomerat företag som Futaba kan åstakomma, de har ju trots allt bara utvecklat radiostyrningar i några decennier...

För övrigt har jag hittat en lösning på problemet! Vid närmare efterforskning visade det sig att danfoss redan har en aktuator / servo som styrs av pwm-signaler. Tänk vad enkelt det blev nu..
Här är en länk för den som är intresserad:
http://domweb.sauer-danfoss.com/domdb/S ... EV%20A.pdf

Mvh
Andreas

[Icecap]

Ska jag vara ärlig verkar du inte förstå de grundliggande principer inom radiokommunikation och radiovågars väg från sändare till mottagare.

Jag är utbildat radarspecialist och jobbade i 9 år som ansvarig för radaravdelningen på en spaningsstation, jag har lärt mig datorer på egen tid, jag har specialiserat mig på mikroprocessorer och jag anser att jag faktisk vet vad jag pratar om.

Du bör läsa lite om vad 2,4GHz ger av roliga fenomen innan du höjer Futaba till molnen baserat på "vetande" från en av deras reklamfilmer. Visst, Futaba gör bra grejer, problemet ligger i 2,4GHz-delen och det kan varken Futaba eller någon annan rå över.

Personligt är jag ganska skeptisk till reklam...

[limpan4all]

Jag håller med Icecap hela dagen.
Det är inte det "hempulade" radiosystemet som gör det hela bra det är det faktum att det ligger ett kvitterande protokoll ovanför.
Med bara CRC så kommer det för eller senare finnas felfall som inte är som det var tänkt.

Om man då styr en hydralikutrustning må så vara "bara" en winch...
Jag har sett vad hydraulkolvar, och winchar för den delen också kan åsadkomma på mycket kort tid när något går fel.
Att öka den risken för att en skitunge på en hårdtrimmad moped med magnettändning far förbi, eller en mobiltelefon just ringer är på gränsen till oansvarigt.
Låg frekvens hög sändareffekt och frekvensmässigt långt från allt annat samt ett bra kvitterande protokoll. Samt en ordentlig genomgång av hur saker skall hantera alla felfall från späningsbortfall till överspäningar och alla typer av störningar.

Men om Futabas 2,4GHz är dubbelriktat så är det väl bra men är det inte "line of site" som gäller vid på 2,4GHz. Inget i vägen mellan mottagare och sändare alltså.