Точность и мех. диапазон датчиков Холла?

[cnbbv]

Интересно узнать у летающих/катающихся/еще_что-либо_делающих на холлах. Задача такая - делаю самодельный руль на mjoy8 и так как с валкодерами все сложно, то думаю что ближайший датчик по точности и линейности - холл. Вопрос такой - если использовать магнит от привода (от головки с лазером) то какой механический диапазон если магнит поворачивать относительно холла или отдалять/приближать к холлу. Я правильно думаю, что около +-20 градусов и от 1см до 4см? И какая при этом точность перемещения (в долях градуса, долях миллиметра)?
Пояснение: не могу определиться с углом поворота руля, так как не знаю точности датчиков. В идеале хочу угол 720 градусов и точность не менее 1 градуса, но тогда если использовать шестереночную передачу и вращать магнит, то при диапазоне в 40 градусов поворота магнита и 720 градусов руля, холл вместе с mjoy8 должны реагировать на поворот датчика в 0,05 градуса...А если перемещение в 3см, то на перемещение в 0,04мм... 0_о...Проблема люфтов особо не беспокоит т.к. в случае перемещения собираюсь использовать механику от привода лазерной головки сидирома, а в случае поворота - подпружиненные шестерни.

[Alex Oz]

Боюсь что с подпружиненными шестернями всё равно будет сложно получить означенную точность.
Холлы то способны отреагировать на столь малые перемещения, вопрос в том способна ли гарантировать его механика с редуктором?
Надеюсь нижесказанное поможет сориентироваться хотя бы в направлении дальнейшего копания:

1. Вариант на датчиках Холла с линейными перемещениями не стоит рассматривать, потому как имеет сильно нелинейную характеристику (поищите темы про переделку Saitek X52(PRO) - всё поймете).

2. "Угловой" Холл. Зависимость от угла поворота до ±30-35° можно считать линейной. Но весь диапазон придется разделить на 1023 отсчёта (максимум mjoy8 и отнять ещё 20-100 отсчётов по краям - получить полный размах будет проблематично) . Т.е. дискретность руля будет чуть менее этого самого градуса.

3. Как альтернатива холлам - мостовые магниторезисторы KMZ41 (или HMC1005) с дифусилителем - схемы есть на форуме.
Точности и углы приблизительно такие же, но в плюсах - независимость от расстояния магнит-датчик (только от угла).

Исходя из вышесказанного, для 720° руля редукция должна быть не менее 12, и точность будет определятся механикой.

4. KMZ41+UZZ9000 (угол до 180&#176, точность 1° в этом диапазоне достижима, но требуется калибровка на спецоборудовании - всё зависит какой датчик попадётся, среднестатистически 2-3°. Редукцию можно понизить уже до 4.

Кстати общая рекомендация при покупке KMZ41 - покупать только с маркировкой NXP, если со старой маркировкой PHILIPS то это с очень высокой верояностью это - левые датчики - кривизна и вообще работоспособность не гарантируется.

5. Оптика. В руле места достаточно, есть возможность поставить достаточно большой градиентный диск 360°. Точность будет сильно зависеть от качества его изготовления, редуктор 2:1. Ну и про защиту от засветки не забыть.

6. Многооборотный MaRS от ВКБ - никаких шестерён, никаких люфтов.
Минусы - с аналоговым сигналом пока не существует в коммерчески доступном виде ( существует только c цифровым - но требует контроллера ВКБ). К тому же в аналоговом режиме из-за внешней обработки АЦП дискретность останется такой же невысокой.
Из-за многооборотности при включении требует, чтобы девайс находился в нулевом положении (или близком к нему), но позволяет "почуять" эти самые 0,05°
и получить их на выходе в качестве дискретности (при 14 бит или 16000 отсчётов на всю шкалу).

Успехов...

[VadNik]

Думаю что лучше всего пообщатся с Mercury. http://mercury13.tut.su/
Он как раз автосимуляторщик.
Думаю что поможет.

[Zorge]

А как вам вот такая вот идея?
Цельнотянуто из внутренностей промышленного валкодера. См. прилагаемый рисунок.

Цилиндр из прозрачной пленки.
При диаметре цилиндра 8 см, можем обеспечить 512 отсчетов (9 разрядов) на один оборот и ширину одной полоски - 0.5 мм - вполне разрешимо для обычной мышиной (из старой мышки с шариком) оптопары.
Поставить 9 таких оптопар - подцепить их через буфер на цифровые входы микроконтроллера - и вуаля - "точный валкодер своими руками".
Если нужно больше 360 градусов - считаем обороты внутри самого МК - максимальное количество оборотов будет зависеть только от изощренности программиста.
А точность определения поворота руля будет неизменной.
Нужно точнее - пожалуйста - ставим 10 оптопар и печатаем "цилиндр" на 1024 отсчета. 0.25 мм тоже можно разрешить при помощи той же мышиной оптопары.
Или если 512 отсчетов хватает и нужна компактность - то цилиндр будет 4 см диаметром при ширине отсчета 0.25 мм.
Правда требования к точности сборки возрастают.

512 отсчетов на оборот - это 1,4 отсчета на градус.
1024 - соответственно 2.8 отсчета на градус.

В джойстик такую "дурынду" не запихнешь - а вот в руль - вполне.

Плюсы:
- не люфтит
- почти "вечная" конструкция
- не влияют электромагнитные поля (можно использовать в конструкции руля любые металлы)
- не нужен АЦП, и соответственно нет шумов.
- полная линейность.
Минусы:
- при оборотах больше одного, нужно калибровать контроллер каждый раз при включении "от упора и до упора".
- камеру с оптопарами нужно тщательно изолировать от света.
- довольно "нестандартный" способ оцифровки угла - с точки зрения МК, этой оцифровки нет вообще - штатная прошивка MJoy8 или MJoy16 не подойдет.

P.S. Рисунок показан для шести разрядов.
P.P.S. Можно еще проще поступить - купить этот самый промышленный валкодер. Правда дороговато и сложно найти в продаже.

[ironman]

В идеале хочу угол 720 градусов и точность не менее 1 градуса

Эээ, я , извиняюсь , конэшно не гонщик , но такой угол поворота больше подходит для электрокары ( ну тележка с моторчиком для развозки грузов)типа ещё набалдашник шариковый на руль крепят, а вот стритрейсеру или гонщику на кой стока?Или формулисту ?Вроде как от 180 до 240 самое заглаза.И ещё , а что за механика от "сидирома" ? Это эти пластмассовые реечки и шестерёночки ? Думаете надолго хватит ? Сильно сомневаюсь.Уж лучше ременная передача ( типа того же пассика ), а там уж проще с межосевым , чай не шестерёнки , цепляй разные ролики и хоть тышу градусов редуцируй-мультиплицируй

[LeonT]

Добавлю к списку СКВТ синус-косинусный вращающийся трансформатор, он же БИФ - бесконтактный индукционный фазовращатель. Бывают одно- двух- и четырёхквадрантные. У последних, угол - 360 град. Точность прецизионных доходит ЕМНИП до 0,1 град.
(На одноквадрантном у меня джой)

Да, сельсины-задатчики ещё забыли...

[cnbbv]

Alex Oz - спасибо за обстоятельное пояснение! Почитал про переделку Сайтека, от перемещения холла решил отказаться. То что диапазон при повороте магнита около 60 градусов - это уже радует. Думаю что при использовании шестерней с малым модулем и их нагрузкой спиральной пружиной можно достичь хорошей точности (1/12 градуса - имхо вполне). В принципе можно попытаться использовать червячную передачу, но сложно найти. А с оптикой связываться не хочу - думаю что линейность сложновато получить...

VadNik - сайт Mercury я изучил досконально Но вы правы пообщаться надо бы...

По поводу идеи Zorge - идея перспективная, получается что в каждом положении датчика контроллер получает двоичный код положения, тогда и ограничения на скорость перемещения датчика нет, и калибровка не собьется. Но нужен отдельный контроллер и надо поговорить с Mercury по поводу изменения прошивки mjoy8 для обработки напрямую цифровых данных (чтобы не делать преобразования цифры валкодера в аналог для мджоя). Кстати в этом случае ничто не ограничивает 10 битами (так как ацп не используется). Теоретически можно сделать 16 дорожек и полностью использовать весь диапазон DirectInput 65535 положений, если конечно USB позволит...

ironman - я катаюсь в LiveForSpeed, а там в кузовном классе руль с означенными 720 градусами самое оно. Да и руление перехватом добавляет интереса Для формульного класса все равно придется делать ограничение в 450 градусов. А про механику с сидирома - я имел в виду линейную червячную передачу перемещения головки с лазером, а точность там соответствующая задачам - позиционировать на дорожку диска - люфта ни малейшего. Но так как перемещение магнита плохая идея, то это отпадает. Ременная передача - если пасик - может проскальзывать, если зубчатая - то надо делать поправки на эластичность и осевую нагрузку, да и габариты не те...

LeonT - страшные слова говорите Кстати я БИФы рассматривал, но все же сложновато, дороговато и габариты не те...Имхо холлом лучше будет. Хотя при зверском желании прецизионный БИФ даже самому намотать можно...но лучше не надо)). Про сельсины ничего не знаю, увы...

В итоге для моих целей остается:
1) Поворотный холл
+ отработанное решение, есть готовые схемы и примеры конструкций.
+ достаточная для данной задачи точность
+ абсолютная совместимость с mjoy8
- датчик аналоговый, значит экранированные провода, наводки, не полный 10 битный диапазон.
- точность могла бы быть и лучше - будущее за цифрой

2) Валкодер Zorge
+ предельная точность при соответствующем изготовлении
+ простота конструкции (можно распечатать на принтере и т.д.)
+ калибровка не нужна
+ нет проблемы пропуска шагов - каждому положению соответствует свой двоичный код
+ датчик цифровой - помехи и прочее - не помеха
- для сопряжения с mjoy8 надо раскинуть мозгами (преобразование ЦАП-АЦП - не лучший вариант, хотя можно использовать цифровые потенциометры)
- для многооборотистости уже нужна калибровка.
- еще что-нить да вылезет

Пожалуй надо делать два варианта параллельно...

[LeonT]

Про сельсины...

Да в принципе, думаю, а по алгоритму обработки сигналов, должно быть похоже на БИФы.
Только каналов будет три вместо двух, и сдвиг фаз между ними не 90, а 120 и 240 град. Далее - как обычно - сумматор, компаратор, etc... Но с учётом дополнительных фазовых звеньев и более сложной компенсации паразитных связей, это - для мазохистов...

[cnbbv]

При должном хотении на БИФах можно намудрить достаточно хороший и точный датчик, но со всякими мелочами, имхо, замучаешься бороться...Сложно все это...
Есть еще один вариант, но он халтурный. Хотя по своим характеристикам возможно даст фору многому из вышеописанного. Это мышиный сенсор. Самая простая реализация пришедшая на ум - делаем на оси цилиндр или круг с прорезями по краям, ставим сенсор мыши плюс фотодиодные ключи. В GlovePie пишем скрипт под PPjoy, указываем количество положений и на кнопки mjoy8 на которых висят фотодиодные ключи ставим корректировку координат по условию. Например если сделать 3 прорези - то можно каждый раз калибровать показания по трем точкам - центр и крайние, если поставить больше - то по промежуточным. Плюсы - неограниченная точность, теоретически калибровка не должна сбиваться. Минусы - используется мышь, реакция гловпая может не успевать при быстрых движениях руля и вносить ошибки в работу из-за корректировки, да и халтурно все это...

[Alex Oz]

Если всё-таки будет решение на холле - то линейность 1% только на углах до ±15°
на 30° ошибка составит ~4%, увеличиваясь к краям, но скорей всего это никак не почувствуешь.

[cnbbv]

Думаю что нелинейность при желании можно убрать с помощью DxTweak. Пойду искать подходящие шестерни для редуктора, холл и думать как сделать ограничение поворота руля. В задумке сделать переключение режимов 720, 540, 450 градусов (для разных классов авто), тогда в последнем случае нелинейность не будет заметна вовсе.

Спасибо всем за помощь! Идея реализации вроде оформилась в голове.
Планы пока что наполеоновские, но "глаза боятся, а руки делают".

[=M=PiloT]

Думаю что нелинейность при желании можно убрать с помощью DxTweak.

Такую малую нелинейность ты не сможешь убрать вручную по причине еще большей нелинейности человеческих органов осязания\управления . Типа зачем дровосеку скальпель (утрирую).Если 4 %,то в игнор,тем более для автосимулятора. У меня 1-2% нелинейности на весь ход.Когда было 10% - тоже не сильно замечал,но это многовато уже.

[LeonT]

Ой, простите за глупый вопрос, но применительно к автосимулятору, линейность джоя (руля) это зависимость какого параметра от угла поворота "баранки"?

[cnbbv]

Это зависимость приращения угла поворота виртуального руля (виртуальных колес) от приращения угла поворота железной "баранки".

[LeonT]

Спасибо, с виртуальным рулём понятно.
С колёсами - не совсем, их ведь два, и поворачиваются на разный угол, да к тому же, нелинейно относительно баранки.

В общем, для себя, решил считать по вирт. рулю.

[cnbbv]

Нелинейно колеса поворачиваются только в гражданских авто (переменный шаг рейки и прочее), плюс к тому же гидроусилители с разной нагрузкой в зависимости от скорости. Все это повышает комфорт, но падает информативность руля и предсказуемость реакции автомобиля. А в гоночных авто (или подготовленных к гонкам) зависимость поворота колес от поворота баранки линейна, да и гидроусилителей нет. Поэтому применительно к гоночным автосимуляторам, коих большинство (LFS, iRacing, netKar pro, rFactor и др.) нелинейность можно считать и по повороту колес. Правда учитывая эффект Аккермана, кастер, схождения и прочее - по их усредненному углу поворота

=M=PiloT а может быть вы и правы, не буду зацикливаться на достижении полной линейности. Хотя если у меня в голове ничего не перемкнуло, то нелинейность холла 4% в крайних углах при коэффициенте редукции 12 приведет к расхождению с реальностью в ~15 градусов. С одной стороны, на фоне всех 720 градусов руля, это немного, но с другой стороны жизнь без них была бы лучше))

Я нашел пару зубчатых колес с соотношением 1/22. Что для холла будет обозначать ±16 градусов и в лучшем случае я могу надеяться на нелинейность 1-2%. Вопрос только - будет ли в таком диапазоне достигнута необходимая мне разрешающая способность. Как я понимаю - чем меньше диапазон холла, тем больше его надо подтягивать ОУ, тем выше требования к помехозащищенности. В общем - эксперименты покажут

[Alex Oz]

Куда подтягивать? зачем? Просто подобрать магнит (если речь идёт о простом холле) - на макимальный размах, поближе к 5 вольтам. Шум конечно будет сказываться - стоит ожидать в лучшем случае 2 единицы шума, то есть скачки до 2° по углу вполне нормально из-за ограничения по ацп в 10 бит. Лишь бы шестеренки не "шумели" больше.
Отпишитесь по результатам?
Желаю удачи! )

[cnbbv]

Про магниты понял, за удачу - взаимно! по результатам отпишусь!

[lbodnar]

Добавлю к списку СКВТ синус-косинусный вращающийся трансформатор, он же БИФ - бесконтактный индукционный фазовращатель. Бывают одно- двух- и четырёхквадрантные. У последних, угол - 360 град. Точность прецизионных доходит ЕМНИП до 0,1 град.
(На одноквадрантном у меня джой)

Да, сельсины-задатчики ещё забыли...

Ну это еще не прецизионные Есть масса интересных вариантов этого интерфейса в индустриальных поворотных столах в станках с ЧПУ или в сервомоторах. Там обычно разрешение порядка 1млн позиций на оборот и больше. Часто используется такая комбинация (в одном корпусе) - абсолютный датчик (одно или много-оборотный) с разрешением нескольких десятков тысяч отсчетов на оборот плюс пара синхронизированных дифференциальных SIN/COS сигналов которые тоже за оборот пару десятков тысяч раз пульсируют. Из каждого такого периода SIN/COS еще можно вытащить 100-1000 позиций так что в итоге и набегают миллионы отсчетов за оборот. Гудственно то, что такая система абсолютная а не инкрементная и можно в любой момент узнать положение без поиска начального маркера и огромного количества инкрементных отсчетов. Старшие биты позиции выдаются абсолютным цифровым энкодером а младшие - оцифровкой и atan пары SIN/COS. По-моему гениально просто! Если SIN/COS пропустить через диф.приемник и триггер шмитта то получится классическая квадратурная пара которую можно использовать для быстрого определения скорости. В общем - интересная идея!

[cnbbv]

Если я Вас правильно понял, то такое можно реализовать, например, комбинацией - датчик холла(основное положение)+энкодер(уточненное) ?
А я тем временем думаю о реализации того датчика, что предложил Zorge. Т.к. он и абсолютный и цифровой. Сейчас все упирается в незнание мною асма и микроконтроллеров...
На холлах руль был сделан и испытан на диапазоне 180 и 450 градусов (т.к. нашел часовые шестерни с соотношением 1/3 и 1/7,5). Именно часовые шестерни подошли превосходно - силовая нагрузка на них минимальная, а их точность изготовления и малый модуль обеспечили полное отсутствие люфта (правда они еще спиральной пружиной подтягивались...). Предыдущие шестерни 1/22 не прокатили именно из-за достаточно большого модуля - точность их перемещения получилась плохой (возможно и из-за совокупности АЦП+холл+шестерни).
По итогам - 180 градусов руля - точность "руления" порядка 1/5 градуса, весьма плавно и приятно, в игре - ни дрожания, ни сильной нелинейности не замечено. При 450 градусах - точности уже начинает нехватать, в зависимости от угла поворота - реакция на перемещение от 0,5 до ~0,8 градуса...Пробовал и на 720 (с шестернями 1/22, а холл поворачивался уже не на +-60 градусов, а на около +-16), точность перемещения около 1 градуса и ее явно не хватает. Не подумайте только, что у меня перфекционизм в тяжелой степени или еще что, потому что на руле достаточно большого диаметра (а у меня 280мм) поворот на 1 градус довольно ощутим (линейное перемещение руки целых 3 мм ).
Из всего этого сделал вывод что надо искать шестерни большого диаметра и с малым модулем, да и датчики надо бы цифровые - т.к. АЦП mjoy дает только 10 бит, а для моей цели больше-лучше...А пока что mjoy с холлом продан другу за себестоимость...буду собирать заново

[Alex Oz]

Посмотрите ещё эту ветку: http://www.sukhoi.ru/forum/showthrea...t=9831&page=11

[MaxPayneRUS]

Из всего этого сделал вывод что надо искать шестерни большого диаметра и с малым модулем, да и датчики надо бы цифровые - т.к. АЦП mjoy дает только 10 бит, а для моей цели больше-лучше...А пока что mjoy с холлом продан другу за себестоимость...буду собирать заново

многооборотные энкодеры используются для того что бы работать с большими относительными перемещениями и ТОЛЬКО, при этом "удлинняется" измерительный элемент. В холлах вы ничего уже не измените, чувствительность их описана в ДШ и она не очень высока, выше этой чувствительности не прыгнешь ни при каких шестеренках.
Для этого и делают комбо датчики (вышеупомянутые)
базовую точность обеспечивет энкодер а страхует его (от случая когда резко крутанули и контроллер пропустил импульсы) холл

[cnbbv]

MaxPayneRUS - в любом случае придется выделять датчику отдельный микроконтроллер с которого отсылать мджою уже обработанную инфу. Желательно минуя преобразование ЦАП-АЦП, хотя это можно сделать с помощью цифровых потенциометров (у AT Mega8 нет ЦАП) и это обеспечит совместимость датчика с другими устройствами.
ВКБ-шный MaRS с контроллером - дорого...
PS - Alex Oz - ветку посмотрел. Буду думать.

[ironman]

В очередной раз ловлю себя на мысли , что джоестроение касаемое точности позиционирования в итоге дойдёт до прецизионности программно -управляемых станков (ЧПУ) .Где есть разумная грань необходимости и достаточности ?Каков предел насыщения колличеством отсчётов , битностью и каков реальный "выхлоп" от этих параметров?

[MaxPayneRUS]

Да это массовая болезнь "однобокое" джоестроение. Погоня за точностью которую не способна переварить игра удел недоинженеров.
Любой здравомыслящий человек задается вопросом "а для чего будет использован контроллер" и вот тут то и выясняется что директ в виндах рисует 65535 отсчетов на ось а среднестатистическое приложение вряд ли способно принять более 1024.