Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
xl15
Inlägg: 73
Blev medlem: 14 december 2006, 16:02:37
Ort: Lund
Kontakt:

Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av xl15 »

Ligger i startgroparna till att experimentera med en hemmabyggd gräsklippare.
Ska såklart ha en "perimeter wire", dels för att se till att gräsklipparen inte rymmer, men också för att den ska ha något att följa för att hitta hem.

Har kommit en bit och grunderna fungerar, men nu vill jag ha er hjälp för att optimera och komma vidare.

Jag har gjort det enkelt. En Arduino genererar en fyrkantsvåg på 9000 Hz och driver en mosfet. En lång kabel med ett motstånd i serie drivs av 12 V switchat av mosfeten.

Detektorn är en spole på 30 mH parallellt med en kondensator 10 nF (värdena framtagna m.h.a. http://www.deephaven.co.uk/lc.html).

Det fungerar. Börjar få utslag på multimetern på ca 20 cm avstånd. Får 20 mV på 10 cm avstånd, 45 mV på 5 cm och 0,5 V om jag lägger spolen på kabeln. Tittar man med oscilloskop ser det jämt och fint ut.


Nu till frågan, finns det bättre typer av spolar som är känsligare? Andra värden? Fysiskt större? Linda själv?

Bild
TobiasEinarsson
Inlägg: 58
Blev medlem: 6 september 2012, 11:15:33
Ort: Göteborg

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av TobiasEinarsson »

Jag kan inte det här överhuvudtaget, men om du ökar frekvensen på fyrkantsvågen till 9188 Hz (jag använde kalkylatorn du länkade till) blir det lättare att detektera tråden då?
xl15
Inlägg: 73
Blev medlem: 14 december 2006, 16:02:37
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av xl15 »

Bäst utslag blev strax under 9000 Hz faktiskt. Monterade spolen och tråden på ett fixerat avstånd och ändrade i Arduinon tills jag fick max utslag.
Antagligen p.g.a. komponenttoleranser.

Den här typen av spole gav bara utslag om jag drog kabeln genom mitten, knappast praktiskt :)
Bild
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11107
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av prototypen »

Toroiden stänger in magnetfältet så den kan du glömma i det här fallet.

Jag hade tagit en ferritstav från en AM radio och lindat själv.
Resonans behöver du inte, bara en massa förstärkning.
Med mina hörapparater så hör jag slingan, och de har absolut inte resonans.

Resonans ställer bara till med en massa toleransproblem.

Sedan finns det en (minst) tråd på forumet om att detektera gräsklipparslinga.

Protte
xl15
Inlägg: 73
Blev medlem: 14 december 2006, 16:02:37
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av xl15 »

Hade toroiden framför mig och ville testa :)
Vad menar du med att jag inte behöver resonans?
Kondensatorn? Tar jag bort den blir det inte bra alls...
E Kafeman
Inlägg: 3656
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av E Kafeman »

När det gäller mottagning av trådlösa signaler finns ett måste, och det är impedans-anpassning mellan antennen och det efterföljande aktiva steget.
Utan anpassning förloras gain och signal/brus-förhållande försämras ohjälpligt. Kan inte repareras oavsett hur bra efterföljande aktiva stegen är.

Har ingen större koll på dessa slingor men gjorde några enkla test med en Husqvarna gräsmatte-slinga.
Anledningen till testet var att ett avbrott skulle sökas upp på ett ställe där jag inte hade några mätverktyg.
För att vara väl beväpnad så skaffades billigaste radion på ClasOhlsson som hade intällbart långvågsband. Kostade ca 60 kr om jag minns rätt, då det var länge sedan.
Skaffade även en sökspole, en sådan: http://www.ebay.com/itm/120833457679?ss ... K:MEWNX:IT
Tog spolen som den var och tunade upp den med en serie fasta SMD kondingar via dip-switch, då jag inte visste vilken frekvens som kunde väntas, samt förstärkte med en TL072 och skickade signalen till lysdiod och hörlur.
Med LV-radion var det lätt att hitta avbrottet. Radions ställdes på lägsta långvågen och detekterade slingan tydligt från 1 meters håll. Vid punkten efter avbrottet så fick man hålla radion i stort sett på gräsmattan över slingan för att höra något.
Avbrottet reparerades och efter det kunde slingan höras tydligt över hela gräsmattan och typ 20 meter utanför, om radion orienterades bra.
Förmodligen är det övertonsskräp som hörs med radion.
Testade sedan med ebay-antennen och räckvidden var i vart fall 100 meter nerför gatan, sedan orkade jag inte gå längre. Det var ingen särskilt kritisk tuning.
Hur känsligt valet av tuningskondensator är i detta fallet, kan man styra med att variera impedans-lasten i efterföljande förstärkare. Det är nog inga större problem med temperatur, fukt eller åldrings-drift då mottagaren i praktiken oftas blir relativt bredbandig ändå och man designar ju helst med god mottagnings-marginal så att mindre misstuning inte ska få systemet att fallera.

Otunad spole ger en magnetisk pickup-spole med låg egen-impedans i motsats till den högimpediva parallelresonanskretsen. Antar att sökt frekvens ligger betydligt under systemets självresonans och att man inte använder induktor med höga resistiva förluster (tunn tråd). Slutna kärnor fungerar inte bra då de är just till för att inte sprida magnetfältet utanför spolen och därmed även reagerar sämre för yttre påverkan.
Ebay-spolen har ingen kärna så där finns inte detta problemet. Då otunad variant i princip bara tar emot magnetfältet, som avtar fortare med avståndet än konventionella EM-vågor så sjunker möjliga trådlösa avståndet drastiskt.
Man kan jämföra med de otunade system som används för att överföra ström för laddning av mobiler och liknande. Avstånd över 10 cm existerar i stort sett inte då förlusterna är större i mottagarelektroniken än den ström man lycka överföra.

För att anpassa den otunade spolen så att mesta möjliga energi överförs till mottagaren så måste denna anpassas genom sänkt impedans i förstärkasteget. Ett vanligt knep är att börja med en impedanstrafo. 8:1000 Ohm brukar kunna hittas i skrotbingen från någon gammal transistorradio eller kan trafo från ett gammalt modem duga.
Trafon ger gratis brusfritt spänningsgain och lagom impedans-matchning åt bägge håll. Välbyggt är min gissning, utan att testat, ska man nog kunna klara mottagning på hela gräsmattan, men en nackdel med otunad mottagare är att man på grund av bredbandigheten även tar emot störningar från fast elnät, strömbrytare, bilar och elmotorer. Även själva 50Hz nätet kan ställa till bekymmer. Om längre räckvidd än någon meter eftersträvas så är därför ett bra bandpass-filter nog nödvändigt.
Om man använder spole typ Ebay så kan mycket väl så mycket energi plockas upp att skyddsdioder kan behövas för att skydda efterföljande elektronik.
Även den tunade antennvarianten kan tänkas tjäna på ytterligare filtrering, i synnerhet om den kommer nära andra nergrävda elkablar där störnivåerna kan bli så höga att det direkt går ladda gräsklipparen.
Användarvisningsbild
Andax
Inlägg: 4379
Blev medlem: 4 juli 2005, 23:27:38
Ort: Jönköping

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av Andax »

Magnetfältet som genereras följer ju i en cirkel kring ledaren (högerhand regeln). Om du lindar en rund spole så kommer den att inducera maximalt när 'hålet' sammanfaller med de fältlinjerna. Så håll spolen parallellt med ledaren ovanför (dvs så att hålet pekar åt sidan jämfört med ledaren i backen). Då borde du få maximalt utslag. Stor tvärsnittsyta samt hyfsat många varv borde ge bra utslag. Skapar man sedan en resonanskrets med en kondning borde du väl få ännu bättre.
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11107
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av prototypen »

Blir ju lite farligt, ska klipparen vända när den får signal? Om slingan är av eller det är strömavbrott så får grannen sin matta klippt också.
Husqvarna måste ha signal från slingan hela tiden och när den kör över tråden så blir det tyst och då vänder den. Drar man ur strömmen till basstationen så stannar klipparen på 2 sekunder. Vår största plätt är på 40x40 meter så det är en stor "hörslinga"

Protte
xl15
Inlägg: 73
Blev medlem: 14 december 2006, 16:02:37
Ort: Lund
Kontakt:

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av xl15 »

Tack Kafeman för utförligt svar.

Har läst på lite och det verkar vara lite som svart magi att få till bra trådavkänning.

Men jag tror jag är på god väg. Ska prova att linda eller köpa fysiskt större spole men med ungefär samma värde.

Kopplar jag min spole med parallell kondensator direkt till ett par hörlurar (utan förstärkare) hörs 9 kHz-signalen tydligt på 20 cm avstånd och ökar i styrka när man närmar sig.
Så med en op amp? (som jag aldrig jobbat med) kan jag nog förstärka och likrikta signalen så den passar på en analog ingång i Arduinon.

Klipparen ska vända när den får lagom stark signal. Förhoppningsvis en dm innan slingan så det finns marginal. Eftersom slingsignalen genereras av en Arduino är det lätt att koppla in övervakning. Kan ju trä slingan genom min toroid :). Ingen signal = skicka stopp till klipparen via RF-fjärrkontroll.

Dessutom tänkte jag ha GPS för att spåra var den kört. Då kan man enkelt skriva in grova begränsningar.
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11107
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av prototypen »

Om du kör med en vertikalt orienterad spole så kommer det att tvärt bli tyst när spolen är precis ovanför slingan. När kommer din signal att vara tillräckligt stark för att vända?

Har du en spole fram och en bak så får du alltid veta om det finns slingsignal även om ena spolen är mitt över slingan.

Protte

(För väldigt många år sedan gjorde en lärare här i Umeå en robotklippare men den körde förbi slingan och in till grannen, var väl inte så populärt)
Gimbal
Inlägg: 8720
Blev medlem: 20 april 2005, 15:43:53

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av Gimbal »

HQ kör (så vitt jag vet) med dubbla signaler. Tex en på 8khz och en på 16khz som ligger i synk med varandra. Med en (eller två?) stående spolar plockar man upp signalen kontinuerligt varhelst man befinner sig på gräsmattan. Det fina med detta är att om man jämför signalerna med varandra så kan man avgöra om de är fasvända 180grader, dvs om man är innanför eller utanför slingan.

En annan teknik är att lyssna på en signal, och sedan själv ha en referensignal som man kan jämföra med och på så vis avgöra om den inkommande signalen plötsligt fasvänds, dvs man har passerat slingan. Ambrogio/Wiper/Stiga kör med den metoden.
Thorsten
Inlägg: 1
Blev medlem: 7 juni 2015, 16:00:37

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av Thorsten »

TobiasEinarsson skrev:Jag kan inte det här överhuvudtaget, men om du ökar frekvensen på fyrkantsvågen till 9188 Hz (jag använde kalkylatorn du länkade till) blir det lättare att detektera tråden då?
En enkel fråga: Vilken dimension på gränstråden? Medföljande blev för kort. Man bör kunna förlänga de 10 meter som fattas med annan än tillverkarens tråd!?
Gimbal
Inlägg: 8720
Blev medlem: 20 april 2005, 15:43:53

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av Gimbal »

Det går med vad som helst. Enda skillnaden är hur hållbar tråden är liggandes i marken. Många kör med vanlig installationskabel FK 1.5mm andra hävdar att man absolut måste ha originaltråd då den är tåligare mot vädrets makter.
E Kafeman
Inlägg: 3656
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av E Kafeman »

FK kan säkert fungera en tid, men läcker markfukt. Fukt i tråden ger dämpning av signalen men det är troligen rätt stor skillnad hur krävande olika gräsklippare är.
Fuktrelaterade korrosionsproblemet är samma som det relativt välkända problemet med att använda FK i på fuktiga platser typ båtel.
Dämp-effekten kan bli lika kraftig som när fukt kryper in i TV-antennens koaxialkabel, om man använder den vita inomhuskabeln för utebruk.
PVC-höljen är inte gastäta så det är inte bara i kabelns ändar svartoxidationen av kopparkabeln sker pga fukt. På relativt kort tid blir det samma fuktnivå på både in och utsidan om isolationen utefter hela kabeln.
Skulle behovet uppstå att man senare måste skarva skadad kabel är oftast kopparen allt för spröd och svårt korroderad för att kunna lödas eller klämmas.
De signalkablarjaf sett, avsedda för gräsklippare, är fuktsäkrade PE-isolerade järntrådar eller förtennad koppar. Oförtennt koppar är allt för korrosions-känslig.
Tillverkning av PE-isolerad tråd sker på lite annorlunda sätt än PVC-kablar, så inte plasten ska få otäta porer, vilket man kan se på ny PVC-isolation, om man synar noga.
Originalkabel till en robot-klippare är säkert lika dyrt och som andra reservdelar till nisch-produkter.
Varuhus för mest billig enkelledare typ FK, så det är ett lockande alternativ, men ska installationen fungera tillförlitligt ska man inte använda kabel som uttryckligen är avsedd för torrt inomhusbruk.
Svenska Försvaret visste att blöt telefontråd dämpar och korroderar så man körde med PE-isolering i t.ex. DL1000, som användes för att förbinda två fältapor. Tråden skulle användas och återanvändas åtskilliga gånger i fält så den tillverkades med högsta kvalitet och var nära oförstörbar vid normalt bruk.
När man drog fram och krigade i skogen så la man ut rulle efter rulle med tråd så man kunde hitta hem igen och fältapor var lite den tidens mobiltelefon.
DL1000 fanns i därför enorma mängder på plåtvindor med 1 km tråd per vinda. För kortare förbindelser fanns DL500.
Tråden kan hittas på platser där man säljer militärt överskott, för en 50-lapp. Tråden är består av två löst tvinnade trådar som delas lätt, så det blir total 2 kilometer begränsningslina per rulle.
Det finns säkert andra möjliga trådalternativ, det behöver inte nödvändigtvis vara särskild gräsklippar-tråd.

Ledarens diameter är inte särskilt kritisk, det är små strömmar. Total ledningsinduktans och resistans har betydelse men är normalt inget bekymmer.

Fuktsäkra skarvningar är kritiskt. För ändamålet vaselinfyllda skarvklämmor finns där de säljer tillbehör till dessa gräsklippare. Välsorterade elaffärer kan ha krympslang för markförläggning, med invändigt smält-lim.
Vulktejp fungerar om det görs väl. Slå en gemensam knut på sladdarna efter skarvning så att det inte blir draglaster i skarvningen.

Snåla inte på kvalitet på begränsningslina, det är så vitalt för robotgräsklippares funktion att linan fungerar, helst år efter år.
Det är lite av idén med robotgräsklippare, att det ska vara en bekymmerslös installation och lösning på gräsklippandet.
Dessutom så är det så lagom kul att leta kabel-fel på en kabel som är dold i gräsmattan. Rena avbrott är lätt hittade men är signalen försvagad pga att fukt/korrosion dämpar allt för kraftigt, kan det vara lite svårare att hitta.
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11107
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Detektera närhet till tråd (robotgräsklippare)

Inlägg av prototypen »

Kafeman brukar skriva klokt men nu tycker jag att han målar fan på väggen.
Jodå PVC är inte vattentätt men ren koppar klara sig ganska bra i mark.
Att korrosion skulle dämpa signalen tror jag inte på, det är en magnetslinga och magnetfältet påverkas inte av korrosion.

Protte
Skriv svar