Terugmelding via stroomdetectie

[wimk]

Beste mensen,
Ik rijd analoog. De aansturing gebeurt via een zelfgeschreven programma op de PC, dat via een seriële koppeling een Arduino aanstuurt. Die Arduino geeft dan aan ieder blok op de baan een (per blok dus verschillend) puls-breedte-signaal. Het schema van de elektronica voor de voeding één blok van staat hieronder.



Het geheel werkt redelijk naar behoren. Echter met één probleem. De terugmelding naar de Arduino gaat nu via een magneetje onder de treinen en reed-contacten (niet op de tekening). Bij aanslaan van het reed-contact wordt de poort (input-pull-up) op de Arduino met de nullijn verbonden. Dat gaat nogal eens mis. Een aantal reed-contacten ligt in een bocht, en de uitslag van de locomotief is blijkbaar net teveel. Ook andere oorzaken zorgen dat het reed-contact geen schakelpuls doorgeeft. Kortom, ik ben daar niet zo tevreden mee.

Nu weet ik, dat het mogelijk is om via het meten in de stroomkring een signaal is door te geven (in mijn geval dus naar de Arduino). Gezien de huidige opzet zou alleen een plaats bij de rode vraagtekens bij B (dus vóór de motor, dus in de 12 volt draad) of bij A (volgens mij ongeveer op nul, aarde spanningsniveau). Ik denk dan het laatste stuk van 50 cm van een blok te isoleren, en in de draad die naar dat sub-blok toeloopt de stroomdoorvoer te meten.

Mijn vraag: wie weet een schakeling (ik vermoed iets met een transistor of zo), die ik in elkaar kan solderen, en bij A of bij B kan tussenvoegen, waarbij het eindresultaat aan de Arduino-poort kan worden aangeboden. Moet dus tussen 5 of 0 volt schakelen. Het in elkaar solderen is voor mij niet zo'n punt, dat lukt me wel. Het plaatsen tussen de huidige transistor en de nullijn is, gezien de huidige aanleg van de baan, niet goed mogelijk.

Wie helpt mij?

Wim K

[HansQ]

Zie de site van Klaas: https://people.zeelandnet.nl/zondervan/bonte%20verzameling.html#05

Als je digitaal rijdt, kun een enkelvoudige optocoupler gebruiken zoals de PC817, die zijn goedkoper...

En als diodes zou ik 1N540x gebruiken, zeker voor H0...

[Klaas Zondervan]

Een zelfde schakeling staat in de encyclopedie, afbeelding 09.

[wimk]

Dat is snel antwoord.
In de encyclopedia had ik dit nog niet zien staan, dat is inderdaad wat ik zoek.

Nog wel twee vraagjes:.

1.  over de twee condensatoren (10 nF wordt voorgesteld). Volgens mij geeft dat verstoring van het pmw-signaal. Kan dat zomaar bij het meten bij een puls-breedte-signaal? Kan ik die condensatoren gewoon weglaten of zijn ze echt nodig?

2. En is het wel nodig om dioden erin te zetten voor heen en voor terug? Een puls-signaal is alleen maar e-e-n richting op, het is aan of uit, maar nooit negatief. Mag ik de helft van de dioden (D3 en D4 in de tekening van de encyclopedie) gewoon weglaten? Of mag dat niet?

Wim K

[HansQ]

Ja, weglaten kan. Bij de meeste soortgelijke schakelingen zitten ze er ook niet in...
Neen, als je stroom maar 1 kant op loopt zijn 2 dioden genoeg, en uiteraard ook de goedkopere enkelvoudige optocouplers (PC817s).

[HansQ]

Suggestie: misschien is 1 diode wel genoeg als je de optocoupler over 1 diode EN de transistor zet, dat zou je es kunnen testen.
Als de collector-emitter spanningsval meer dan 0,5 Volt is, zou dat voldoende moeten zijn samen met de 0,6 Volt van de diode?

[Klaas Zondervan]

Als de spanning over collector-emitter 0,5 volt is dan wordt de transistor niet goed open gestuurd. Normaal gesproken zou die spanningsval niet meer dan 0,2 volt moeten zijn.
Het is ook mogelijk om de stroomdetector tussen emitter en massa te zetten. Dan kan het wel met 1 diode, maar dan krijg je een ander type stroomdetector.

[wimk]

Dank voor het meedenken.
Het medegebruik van de transistor is, gezien de bedrading onder de baan, niet mogelijk, maar de andere hints (weglaten condensator, e-e-n richting op diodes) zal ik ter harte nemen.
Binnenkort zal ik wat gaan experimenteren.

Wim K

[Timo]

Nee, die diode de andere kant op kan je niet weglaten. Tenminste, ik neem niet aan dat de flyback in je trein zelf zit maar over A en B. Als je de diode de andere kant op weg zou laten heb je geen pad meer voor de back EMF. Of je moet na de detectie nog een flyback diode over de rail zetten.


Timo

[Klaas Zondervan]

De back EMF laat de stroom toch in dezelfde richting lopen? Dus ik zie het probleem niet als je de andere diodes weglaat.

[Timo]

Nu moest ik weer even nadenken want doe het niet dagelijks meer. Moest weer even zoeken. Dus zeg het maar als ik het fout heb.

Volgens mij is dit de mooie verwarring van termen. Waar back EMF voor zowel de piek spanning over een inductor die je uit zet, als voor de spanning ten behoeve van een motor in generator modus wordt gebruikt. Waarbij de eerste dan eigenlijk correcter / minder verwarrend counter EMF is. En dat is wat ik bedoelde. De negatieve puls bij het uitschakelen van een inductor (en dus motor). Zonder diode in de andere richting kan deze puls nergens heen.


Timo

[Klaas Zondervan]

Timo, je vergist je toch. De term back-EMF is wat verwarrend omdat dit suggereert dat die de stroom in de andere richting wil sturen. Maar dat is niet zo. Een inductor, of spoel, die wordt afgeschakeld wil de bestaande stroom juist handhaven en stuwt hem dus in dezelfde richting.

Iets anders is de generatorwerking van de motor op het moment dat de voeding is afgeschakeld. Die wil de stroom juist in tegengestelde richting stuwen. Daar helpen geen diode tegen want zo'n diode zou de motor kortsluiten zodat die niet meer wil werken.

Gelukkig kan de generatorspanning geen kwaad want die kan nooit groter zijn dan de voedende spanning. Dit in tegenstelling tot de spanning die ontstaat door de inductie, als je die niet afvoert via een diode kan die zo hoog oplopen dat de stuurtransistor wordt opgeblazen.

[Timo]

Nee, de inductie spanning is tegenovergesteld (counter EMF) en generator spanning gelijk (back EMF).

Simpel motor model:


Als je de spanning over de spoel definieert dat deze positief is zodra deze aan een (positieve) voeding hangt (voeding + aan spoel +, voeding - aan spoel -) dan loopt de stroom dor de spoel netjes van + naar -. Zodra deze losgekoppeld wordt van de voeding wil de spoel deze stroom aanhouden en druk dus stroom uit zin - klem. Iets parallel aan de spoel zal daarom een stoom van spoel - naar spoel +krijgen ofwel de spanning over de spoel moet negatief geworden zijn.

Even door LTspice:


Groen, stroom door L1.
Blauw, spanning over L1 + R1 ofwel R2


Timo _{of ben ik zo toe aan weekend?}

[Klaas Zondervan]

Iets parallel aan de spoel zal daarom een stoom van spoel - naar spoel +krijgen ofwel de spanning over de spoel moet negatief geworden zijn.

Je bent inderdaad aan het weekend toe.
De spanning over de spoel keert inderdaad om, maar de stroom blijft in dezelfde richting lopen. Het verschil is dat de spoel in het ene geval, als hij van buiten wordt gevoed, de verbruiker is. In het andere geval, na afschakeling, wordt hij de bron. En binnen een bron loopt de stroom van min naar plus.

[Timo]

Je hebt gelijk!

Probleem was niet niet zo zeer niet goed hebben wat de motor doet maar hoe dat dan gaat in combinatie met de schakeling. Had ik dat even getekend had ik het wel gezien Om vervolgens door mijn eigen stomme schuld te lezen:

[...]De term back-EMF is wat verwarrend omdat dit suggereert dat die de stroom spanning in de andere richting wil sturen.
[...]
Iets anders is de generatorwerking van de motor op het moment dat de voeding is afgeschakeld. Die wil de stroom spanning juist in tegengestelde richting stuwen.

Laten we het er op houden dat het een lange dag werken was na een te korte nacht. Iemand had de mug op de slaapkamer niet verteld dat het januari is


Timo