Цифровой магнитный сенсор для устройств управления _by Komaroff

[Komaroff]

Итак. Цифровой магнитный сенсор (датчик) угла поворота, который уже с успехом применяется в устройствах управления (джойстиках, педалях и др.) для компьютерных симуляторов различных видов.
Отдельную тему сделал, т.к. здесь уже ряд форумчан спрашивали про данный вариант устройства. Кроме того, проект недавно получил некоторое дополнительное развитие.

Сенсор реагирует на угол поворота магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, установленным на валу оси устройства управления.

Основные характеристики сенсора:
– разрешающая способность 8192 отсчета (13 бит);
– диапазон непосредственно измеряемых углов - до 180 градусов (с помощью дополнительных методов этот диапазон может быть расширен);
– цифровой сигнал передается в контроллер устройства управления всего по одному проводу (плюс два провода питания), позволяя избежать паутины проводов в корпусе устройства управления.

Иными словами это примерно 0,022 градуса на один отсчет.
Таким образом, например, для джойстика можно получить свыше 1300 отсчетов на 30 градусов угла отклонения ручки. Для сравнения, это такая же разрешающая способность, как у магнитного датчика KMA200 (применялся, например, с известным контроллером от Станислава Kreml). И по этому параметру, на момент самого первого анонса, превосходил заявленные данные ближайшего функционального аналога, могу гордиться по праву
 

Заложенные алгоритмы и методы юстировки позволили достичь существенной линейности и стабильности. При установке в устройство датчик не требует механической ручной подстройки магнита (как например в сенсорах типа магрез), и не исключает использование задействованных выводов контроллера в аналоговом режиме. Все это обуславливает комфорт в пользовании, а также простоту и удобство при установке цифрового сенсора даже в самодельной механике. Понемногу буду рассказывать детальнее.

Контроллеры с поддержкой рассматриваемого цифрового сенсора:
– BRD (применяется в разработках Мастерской НТ -=NT=-Baur, 3D-модель - его);
– =SPb=RED BARON ( Его работа на "Расправленных крыльях" , Про одно из первых применений его контроллеров с поддержкой цифрового датчика в педалях Slaw, есть интересный видеоролик ) ;
– Станислав Kreml (Внедрена прямая поддержка цифрового сенсора, Пост в теме контроллер Kreml , Пруф на пост Станислава).
По расширению этого списка сейчас не буду далеко загадывать. Не помешает и собственный контроллер запустить или кто подключится, может даже с открытой прошивкой. Поживем - увидим

Печатные платы одного из вариантов сенсора (на снимке) изготовлены на заказ и учитывают особенности разных контроллеров. В итоге датчик не уступает изготавливаемым промышленно и является достойной альтернативой существующим решениям. В принципе можно даже сделать миниатюрный вариант для замены зашумевших резисторов в джойстике.

 

Диапазон допустимого напряжения питания (уровень цифрового сигнала привязан к питанию) этого варианта сенсора от 3.6 до 8 Вольт. Но "недокументированно" работает и при питании 3.3 Вольта . При необходимости можно использовать упрощенный вариант датчика с питанием 3.3 Вольта или поставить перемычку на плате.
Сенсор имеет нереализованный потенциал для повышения разрешающей способности. Но, во первых, имеющихся возможностей более, чем достаточно для абсолютного большинства задач управления. Во вторых, повышение разрешения происходило бы за счет других характеристик, например помехоустойчивости.
На данный момент уже не одна сотня таких цифровых магнитных сенсоров успешно трудятся в устройствах управления от разных разработчиков

 

Параллельная (исторически сложившаяся ) ветка обсуждения на форуме Небесный Тихоход - avia-sim.ru. Была еще ветка на Сухом, но форум пока не функционирует, будем надеяться что временно 

 

[Komaroff]

Утяну всетаки ролик про тест датчика на педалях Slaw сюда. Звуковое сопровождение, да и результаты теста мне понравились

[=VIRPIL=Baur]

Хочу добавить, что в сентябре будет два года, как эти датчики с успехом эксплуатируются на джойстиках БРД. За это время ни одного отрицательного отзыва. ОЧЕНЬ хорошая и стабильная работа! Отличная надёжность!

Постепенно весь мой проект перейдёт на эти цифровые датчики.

[Komaroff]

Вот свежее видео от Станислава Kreml про его проект контроллера F3/L3.

На видео пример конфигурирования параметров настройки контроллера F3/L3 с подключенным цифровым сенсором из данной темы.

Та же самая последовательность конфигурирования подойдет и для версии контроллеров F2/L2.

Цифровой магнитный сенсор моей разработки в примере установлен на доработанную механику джойстика Defender Cobra M5 вместо штатного датчика. В данном случае крепление позволяет, так сложилось исторически.

Изменено 2 июля 2015 пользователем Komaroff

[Komaroff]

Назначение контактов разъема сенсора. Нумерация начиная от угла платы:

 

1 - Общий;
2 - Цифровой сигнал;
3 - Плюс питания (3.6 - 8 Вольт).

Около первого вывода (Обший) есть черта на плате и дополнительно эта дорожка обозначена "СОМ".

 

Габаритные и установочные размеры.

[U053]

Опять те же 34,4 мм на разметку отверстий.

[Komaroff]

Так печатные платы и не менялись

Будет повод, будут новые платы. Предлагай к чему прикрутить

[U053]

Илья ведь сказал размер.

35мм

Изменено 10 июля 2015 пользователем U053

[Komaroff]

А я должен руководствоваться мнением Ильи ? Хотя я не против, если будут конструктивные предложения.

Ты же помнишь, что отверстия креплений задавались Романом (Baur) под его собственную механику джойстика. Я помню, ты первый предлагал изменить размер, но Роман принял решение оставить как есть из-за задела механики.

Когда Роман сделает новую механику (или еще кто-нибудь предложит), то я сделаю новые печатные платы по новым исходным данным (техзаданию). Это несложно. Пока что нецелесообразно вкладываться в подготовку производства печатных плат. Все логично.

Но ход твоих мыслей мне понятен  В джойстик Defender Cobra M5 сенсоры, при необходимости, прекрасно устанавливаются. Большие диаметры крепежных отверстий это позволяют. Можно уточнить например у Станислава (Kreml) насколько легко цифровой сенсор установился на вариант механики Кобры с родными размерами креплений.

 

Могу добавить, что есть успешные попытки прикрутить цифровые сенсоры к Defender Cobra M5 третьей серии с её штатным контроллером. Но подробнее пока рано.

 

В общем, не было и нет абсолютно никаких проблем с габаритными или установочными размерами.

[U053]

Да, надфиль наше все. Размечать прикольно.

 

Зы А насколько датчик чувствителен к сдвигу? Не для попугаев, а для практики. Вроде, этот параметр не встречал в описании.

Изменено 10 июля 2015 пользователем U053

[=VIRPIL=Baur]

Да, надфиль наше все. Размечать прикольно.

НЕ в надфиле дело, а в диаметре отверстий. Всё подходит

 

Зы А насколько датчик чувствителен к сдвигу? Не для попугаев, а для практики. Вроде, этот параметр не встречал в описании.

Сдвигал в пределах одного миллиметра специально для опыта. Так вот в совокупности с правильным алгоритмом работы контроллера, я не заметил драматичных последствий

[Komaroff]

Ну, надфиль вполне пригодится и для разметки 35/2=17,5мм

По устойчивости к сдвигу давай здесь будем руководствоваться сведениями от авторитетных людей, чтобы избежать подозрений в голословности. 

Пруф сразу не найду.

Те сведения, насколько я помню, гласят, что сенсор данного типа (на основе чипа KMZ41) достаточно толерантен к сдвигу оси магнита от центра чувствительного элемента датчика до 1 мм.

Не думаю, что надо в данном случае подвергать сомнению сведения от авторитетных людей 

Роман, здесь все нормально, даже формулы известны. 

[U053]

Ага! Спасибо.

До 1мм от разработчика=3 у пользователя. Т.е. с запасом.

 

Таки не смолчу . Не надо размечать 35/2=17,5мм.     А 35 вполне по линейке откладывается.

 

Диаметр отверстий? Тут достаточно посчитать. 

Изменено 10 июля 2015 пользователем U053

[Komaroff]

Таки не смолчу  . Не надо размечать 35/2=17,5мм.     А 35 вполне по линейке откладывается.

 

Диаметр отверстий? Тут достаточно посчитать. 

Годится. 

Только надо еще как-нибудь разметить центр, в котором находятся чип и 35/2

Кстати, можно ориентировать центр по юстировочному отверстию на реальной печатной плате, специально предусмотренному для этой цели.

[U053]

Циркулем.

Вот юстировочное отверстие...Интересно стало. Не сталкивался. Но вообще на реальном джое (имхо) фиг заметишь влияние несоосности.

[Komaroff]

Но вообще на реальном джое (имхо) фиг заметишь влияние несоосности.

Золотые слова.

Но для меня это не повод пренебрегать настройками датчика при изготовлении, пусть это и требует сравнительно больших затрат времени

[Komaroff]

Два способа разметки центров крепежных отверстий под сенсор с межцентровым расстоянием 34.4 мм.

Способ №1. Самый естественный. С помощью штангенциркуля. Выставить нужный размер и острием губок для внутренних размеров наметить требуемые точки.

Способ №2. С помощью линейки, циркуля и доброго слова древнегреческому математику

1. Наметить центр оси, на которой будет крепиться магнит.

2. Провести через центр оси линию, на которой будут располагаться центры будущих отверстий крепления. 

3. Одним из общеизвестных способов построить перпендикуляр к линии из точки центра оси.

4. На перпендикуляре отметить точку на указанном ниже (на выбор из таблицы) расстоянии от центра оси.

5. Выставив с помощью линейки соответствующий раскрыв циркуля (или обойдясь без него), отметить центры будущих отверстий крепления на пересечении межцентровой линии и окружности, построенной из выбранной точки на перпендикуляре.

Таблица соответствия расстояния до точки на перпендикуляре и раскрыва циркуля (указаны направление и величина расчетной точности)

 

Выражается особая благодарность Пифагору за его известную теорему 

 

Но способ №1 мне нравится больше 

[U053]

Мдя...

Я как-то чуть по другому: ставим штангель на размер 35,5 и острой иголкой наносим риски. Не суть.

Допуск на расположение отверстий при ручном изготовлении( разметке)- R0.3.

Это к чему все? Спутаюсь с этими датчиками- буду делать размер 35. И что-то шепчет, что разницы не видно будет.

А за такие размеры студентов уже на первом курсе расстреливают.

Изменено 15 июля 2015 пользователем U053

[Komaroff]

 

Роман вполне сможет дать достойный отпор "расстрельной команде"

А по 1 миллиметру допустимого смещения пруф был на тему форума Сухой. Нашел в архиве. Если очень будет надо - сделаю скрин. 

Удачи !

[=VIRPIL=Baur]

А за такие размеры студентов уже на первом курсе расстреливают.

Надо ломать стереотипы. Что я кстати делаю буквально с первых дней существования проекта БРД. Все мои конструкции имеют относительные погрешности. Например если отдельно взятый Михаил в СПб сделает разметку под винты 35 мм и даже умудрится идеально точно  просверлить отверстия, то концы винтов (крепящих датчик), всё равно не будут между центрами иметь идеальные 35 мм   Более того, можно так и размечать отверстия. Датчики всё равно встанут. А лазеру пофигу сколько там десятых долей резать...

 

А расстреливать нужно идеалистов   

Изменено 15 июля 2015 пользователем -=NT=-Baur

[U053]

Надо ломать стереотипы. Что я кстати делаю буквально с первых дней существования проекта БРД. Все мои конструкции имеют относительные погрешности. Например если отдельно взятый Михаил в СПб сделает разметку под винты 35 мм и даже умудрится идеально точно  просверлить отверстия, то концы винтов (крепящих датчик), всё равно не будут между центрами иметь идеальные 35 мм   Более того, можно так и размечать отверстия. Датчики всё равно встанут. А лазеру пофигу сколько там десятых долей резать...

 

А расстреливать нужно идеалистов 

В точку! Я их подгибаю

И надфиль.

[uiv]

....

А расстреливать нужно идеалистов 

Есть такое понятие - "инженерная культура". Чертеж с "правильными" размерами читается лучше.

Иногда достаточно одного взгляда на чертеж , чтобы понять кто его делал - профессионал или любитель.

Изменено 16 июля 2015 пользователем uiv

[Komaroff]

Надо ломать стереотипы. Что я кстати делаю буквально с первых дней существования проекта БРД. ...

 

А расстреливать нужно идеалистов 

 

Роман. Идеалистов не трожь А 'успокаивать' надо беспредельствующихих перфекционистов.

Хотя бы 'мелкой дробью' прекрасно работающих устройств или 'солью' железных доводов. У тебя это отлично получается ! Так держать!

Если устройство превосходно функционирует, то безразлично кто его спроектировал, 'профессионал' или энтузиаст, который иной раз, как мы видим, способен задвинуть 'профессиональствующих снобов'! Почти по 'классикам'. Скрин выложить?

Ладно. Роман, Миша, давайте заканчивать оффтоп.

[U053]

....

Ладно. Роман, Миша, давайте заканчивать оффтоп.

Поддерживаю. Пары первых постов вполне достаточно. Посвистели, отдохнули- работать!

[SV7_Electric]

Влияет ли размер магнита на быстродействие датчика? пример: диск d=5мм, h=2мм или кольцо 10мм, h=3мм.

[Komaroff]

Влияет ли размер магнита на быстродействие датчика? пример: диск d=5мм, h=2мм или кольцо 10мм, h=3мм.

Нет.

Размер магнита, по сведениям из фирменных информлистов на магниторезисторы, влияет только на итоговую точность определения угла при отклонении от соосности вала с центром магниторезистора.

Я предпочитаю диаметр магнита 10мм.

Вот варианты магнитов:

http://magnitos.ru/index.php?productID=126

http://magnitos.ru/index.php?productID=340

http://magnitos.ru/index.php?productID=370

[Fokuspokus]

С кма200 использовал таблетки с размерами D6x2.5, покупал в Германии, не понравились (центр плавает) 

сейчас использую вот эти:

http://magnet-prof.ru/index.php/Koltso/Magnit-N33-D10xd5x3mm.-diam/flypage.tpl.html

http://magnet-prof.ru/index.php/Koltso/Magnit-N33-D6xd2x2mm/flypage.tpl.html

 

Кольцо D6xd2x2 работает точнее, у D10xd5x3 центр тоже чуть плывет со временем.

 

(если кто-то подумает, что это реклама, можно удалить )

[Komaroff]

С кма200 использовал таблетки с размерами D6x2.5, покупал в Германии, не понравились (центр плавает) 

...

Кольцо D6xd2x2 работает точнее, у D10xd5x3 центр тоже чуть плывет со временем.

Разные факторы могут влиять. Углубление в эти нюансы даже достойно отдельной темы по взаимодействию разных магнитов с различными типами сенсоров на основе магниторезисторов

Но похоже дело не в магниторезисторах.

[Fokuspokus]

Разные факторы могут влиять. Углубление в эти нюансы даже достойно отдельной темы по взаимодействию разных магнитов с различными типами сенсоров на основе магниторезисторов

Но похоже дело не в магниторезисторах.

совершенно согласен. В моем случае, датчик использовался один и тот же, только магниты менялись, и соответственно результаты разные.

[Komaroff]

Плыло сильно ? Расстояние до магнита какое ?

[Fokuspokus]

у меня угол отклонения ручки ~ +- 27,5 грд, это 2500 "сырых" отсчетов, между сенсором и магнитом 0.4-0.45 мм, за месяц центр уплывал на 6-8 отсчетов, с D6xd2x2 центр второй месяц как вкопанный

[Fokuspokus]

центровка магнитов по посадке, центр датчика совпадает с центром магнита - отклонение 0.1-0.3 мм, люфтов нет, крайние положения и центр настраиваемые, вокруг нержавейка (в том числе и подшипники)

[Komaroff]

у меня угол отклонения ручки ~ +- 27,5 грд, это 2500 "сырых" отсчетов, между сенсором и магнитом 0.4-0.45 мм, за месяц центр уплывал на 6-8 отсчетов, с D6xd2x2 центр второй месяц как вкопанный

8 отсчетов это чуть более  0,3 процента. Очень приемлемый результат !

Кроме того это дрейф за месяц. Если пользоваться автоцентровкой (я так понял, что сейчас все настраивается вручную), то даже про этот ничтожный дрейф можно будет забыть.

PS. А держатель магнита - самодельный ?

Красивая механика !

[Fokuspokus]

8 отсчетов это чуть более  0,3 процента. Очень приемлемый результат !

Кроме того это дрейф за месяц. Если пользоваться автоцентровкой (я так понял, что сейчас все настраивается вручную), то даже про этот ничтожный дрейф можно будет забыть.

PS. А держатель магнита - самодельный ?

Красивая механика !

На этапе тестирования настройки были ручные, потом автокалибровка с автоцентром. На выходе из контроллера отклонений не видно , это так для самоуспокоения. Да все самодельное.

[U053]

 

Ставлю оптику на ружжо. Так вот диаметр того места, куда кронштейн припиливать-.....Вы не поверите!

 

[Komaroff]

Вспомнил еще про одно видео, которое делал Slaw по просьбе одного из признанных мастеров джоестроения.

Суть теста была сделать "ювелирный" поворот педалей, на которых был установлен датчик, на несколько отсчетов (моторика позволяет), чтобы убедиться в стабильности показаний. Показания наблюдаются в окне программы DIView.

Авторитетный мастер остался удовлетворен результатами такого теста

[Komaroff]

Сделал на пробу сенсоры в синем цвете.

Какие красивше, эти или зелёный на заголовочном посте ?

Параллельно потихоньку мастырю сенсор на TLE5011, конечно с применением всех наработок по методам настройки. Авось какой еще дельный девайс получится !

[=VIRPIL=mega_mozg_13]

Параллельно потихоньку мастырю сенсор на TLE5011, конечно с применением всех наработок по методам настройки. Авось какой еще дельный девайс получится !

TLEшка тоже будет обложена со всех сторон и рядом секретная DSP тинька =)

[Komaroff]

TLEшка тоже будет обложена со всех сторон и рядом секретная DSP тинька =)

Виталий, для тебя любой каприз. Ну, может почти любой

[Komaroff]

Для тех, кто подключает цифровой сенсор к контроллеру F2/L2 (Kreml).
Пятый (дальний от разъема USB) разъем цифровых осей не работает с R.A.М.S.-сенсором. Это связано с нюансами, а точнее целесообразностью, при написании кода прошивки контроллера. Но имеющихся разъемов и так более чем достаточно.

Еще на текущей прошивке в физических аналоговых осях контроллера хотя бы один канал должен оставаться подключенным в аналоговом режиме. На виртуальную ось его можно не назначать.