april 2009

22 rc-eleKtroniK | Der MicroPower E-Logger von EagleTree ist ein hervorragendes Arbeitsgerät zur Datenerfassung und Aufzeichnung verschiedenster Me...
Author: Busso Maurer
2 downloads 1 Views 2MB Size
22

rc-eleKtroniK

|

Der MicroPower E-Logger von EagleTree ist ein hervorragendes Arbeitsgerät zur Datenerfassung und Aufzeichnung verschiedenster Messdaten. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig – die häufigste ist sicher die Optimierung der Antriebsauslegung eines Elektromodells. Zum Vorgängermodell V2 berichtete ich bereits ausführlich in der FMT-Extra RC-Elektroflug Ausgabe 1/2008. Hauptgrund für die Vorstellung des V3 ist die Anschlussmöglichkeit eines GPS-Moduls, was beim Vorgängermodell nicht möglich war.

|

Sven Bath bauen und fliegen märz/april 2009

Bedingt durch seine sehr kompakten Abmessungen (57×28×13 mm) und sein geringes Gewicht (29 g inklusive 3,5-mm-Stecker und -Buchsen) hat der Datenlogger ein sehr großes Einsatzspektrum, das vom kleinen und leichten Modell bis zum Großmodell reicht. Das Grundgerät ist in der Lage, Ströme und Spannungen eingeschleift zwischen Antriebsakku und Regler aufzuzeichnen. Mit optionaler Sensorik können eine Fülle weiterer Messwerte erfasst werden. Es gibt Sensoren zur Messung von Temperatur (bis zu drei Temperatursensoren kann man gleichzeitig anschließen), Drehzahl (brushless, optisch oder magnetisch), Geschwindigkeit, Höhe, Servobewegungen, Stromverbrauch von einzelnen Servos, Beschleunigungen und schließlich zur Erfassung von GPS-Daten.

Freier Blick gen Himmel

Wollte man beim Vorgängermodell Geschwindigkeits- und Höhenmessungen durchführen, war man auf die beiden Sensoren „Airspeed Expander“ und „Altimeter Expander“ angewiesen. Der „Airspeed Expander“ erfasst die Modellgeschwindigkeit mittels Pitot-Rohr und der „Altimeter Expander“ misst Druckunterschiede, die in Höheninformationen umgerechnet werden. Für beide Sensoren ist es schwierig, einen geeigneten Einbauort in einem Motormodell zu finden. Die Geschwindigkeitsmessung mit dem „Airspeed Expander“ kann bei ungeeigneter Einbauposition des Pitot-

Das Logg-Buch MicroPower E-Logger V3 von EagleTree/Emcotec Datenlogger mit GPS-Erweiterung: oben der GPS-Expander, darunter die optionale Zusatzantenne zur Verbesserung der Empfangsqualität. Die Zusatzantenne wird im Bedarfsfall an der vorhandenen Buchse am GPS-Expander angeschlossen.

Der Datenlogger MicroPower E-Logger V3 (links) im Vergleich mit dem älteren V2. Die Größe ist nahezu unverändert – die Version V3 bietet aber deutlich mehr Anschlussmöglichkeiten für Sensoren.

23 Rohres durch den Propellerstrahl verfälscht werden. Beim „Altimeter Expander“ gibt es folgendes Problem: normalerweise wird bei einem Elektromodell ein Kühlluftstrom zur Kühlung des Motors, Reglers und Antriebsakkus durch den Rumpf geleitet. Dieser Kühlluftstrom kann beim Vorbeiströmen am „Altimeter Expander“ eine Sogwirkung, in Abhängigkeit von der Modellgeschwindigkeit, erzeugen, die wiederum die Messwerte verfälscht. Wie stark das Ergebnis verfälscht wird, lässt sich nur schwer abschätzen. Eine wesentlich unkompliziertere Handhabung versprach der Einsatz des 23 g leichten „GPS Expanders“. Bei der Platzierung des GPS-Moduls muss man nur darauf achten, dass es einen möglichst freien Blick in den Himmel genießt. Die dünnen Rumpfwände eines Modells stellen im Normalfall kein Problem für die Empfangsqualität dar. Sollte es dennoch Empfangsprobleme geben, fixiert man das kleine GPS-Modul einfach mit Klettband an der Rumpfaußenseite. Für besonders schwierige Fälle gibt es eine 20 g leichte Zusatzantenne, die an das GPS-Modul angeschlossen werden kann. Bei angeschlossener Zusatzantenne wird ständig die Signalqualität der internen Antenne des GPS-Moduls mit der der Zusatzantenne verglichen und das bessere Signal zu Datenaufzeichnung verwendet. Somit kann bei geschickter Platzierung des GPS-Moduls und der Zusatzantenne der Einfluss der Fluglage auf die Signalqualität ausgeschlossen werden, falls überhaupt ein Einfluss vorhanden ist.

Mit dem LCD-Power Panel können sowohl die Antriebsdaten – wie hier gezeigt – als auch GPS-Daten direkt im Modell abgelesen werden

Temperatursensor, Brushless- Drehzahlsensor und LCD-Power Panel

Sensoren und Zubehör - Drehzahlsensoren (magnetisch, optisch und brushless) - Temperatursensoren (normal und mikro) - Servo Current Logger (Servostrommessung) - Altimeter Expander V3 (Höhenmessung; max. Höhe stand-alone messbar) - Airspeed Expander V3 (Geschwindigkeitsmessung; max. Geschwindigkeit stand-alone messbar) - GPS Expander (GPS-Datenaufzeichnung) - GPS-Zusatzantenne - LCD-Power Panel (LCD-Anzeige, „Hot Plugging“-fähig) - Akku-Backup-Anschlusskabel (externe Stromversorgung, falls zu messender Akku weniger als 5 V Spannung aufweist) - Strom/Spannung 100 A/50 V/50 mA (Hall-Sensor zur Strom- u. Spannungsmessung mit 50 mA Auflösung) - Strom/Spannung 140 A/50 V/70 mA Auflösung - Strom/Spannung 300 A/50 V/150 mA Auflösung - Zweikanal-A/D-Modul 0–4 V/15 Bit (Aufzeichnung analoger Signale eigener Sensoren) - Temperaturmodul inkl. Auspuffsensor (Temperaturmessung bis 980°C)

Technische Daten GPS Expander Mess-/Aktualisierungsrate: 5 Hz Antenne: integriert (optional Zusatzantenne) Positionserkennung: 1 Sekunde „hot“, 41 Sekunden „cold“ eingebaute Pufferbatterie zur schnellen Positionserkennung Genauigkeit Geschwindigkeitsmessung: 0,18 km/h Stromaufnahme: ca. 33 mA Abmessungen: 36×43×13 mm Gewicht: 23 g Genauigkeit der Positionsbestimmung: 3,3 m CEP Empfindlichkeit: ca. -158 dBm Datum: WGS84 Preis: 149,90 Euro Zusatzantenne: 24,90 Euro

Der Altimeter-Expander V3 zur Höhenmessung (max. Höhe stand-alone messbar) und der Airspeed-Expander V3 zur Geschwindigkeitsmessung (max. Geschwindigkeit stand-alone messbar)

24

rc-eleKtroniK | bauen und fliegen | märz/april 2009

Für meine Messungen verwendete ich ein Kunstflugmodell in klassischer Holzleichtbauweise. Unterschiede in der Signalqualität in Abhängigkeit von der Platzierung des GPS-Moduls konnte ich nicht feststellen. Auch der Einsatz der Zusatzantenne brachte keine erkennbare Veränderung, da die Empfangsqualität stets hervorragend war. Einen großen Einfluss auf das Messergebnis hat die Abtastrate (Capture Rate), mit der die Messpunkte erfasst werden. Eine zu geringe Abtastrate führt dazu, dass in der 3D-Darstellung einer Messung ein Bogen (z.B. Kurve oder Looping) nicht mehr als solcher dargestellt wird, sondern durch sehr wenige Linienelemente ersetzt wird, was die die Darstellung sehr unrealistisch wirken lässt.

Vorbereitung eines Messfluges

Die sogenannte Instrumentendarstellung ist besonders für den Live-Modus geeignet. Welche Messgrößen dargestellt werden sollen, kann man frei wählen. Außerdem können die Messwerte analog und/oder digital angezeigt werden.

Vergleichstabelle Gewicht mit 3,5-mmGoldkontaktbuchsen und Steckern Abmessungen Strommessung Strommessung (150-A-Version) Spannungsmessung Temperaturmessung Stromverbrauch GPS-Modul Preis 89,90 Euro für 150-A-Version

V2 26 g

V3 29 g

57×28×13 mm 0-100 A 0-150 A 5-45 V (Auflösung 0,1 V) bis 218°C 35 mA (ohne Sensoren) war 69,70 Euro

57×28×13 mm 0-100 A (Auflösung 0,02 A) 0-150 A (Auflösung 0,035 A) 5-75 V (Auflösung 0,02 V) -18 bis 218°C 30 mA (ohne Sensoren) 23 g (Zusatzantenne + 20 g) 69,90 Euro

Der Datenlogger muss vor jeder Messung konfiguriert werden. Zu diesem Zweck wird er mit dem mitgelieferten USB-Kabel mit einem PC verbunden. Der korrekte Anschluss wird durch wiederkehrendes dreifaches Blinken der LED am Datenlogger quittiert. Die Konfiguration findet mit Hilfe der Software „Data Recorder“ von EagleTreeSystems statt. Hier lohnt es sich, ab und zu auf die EagleTree-Internetseite zu surfen und nach einer neuen Softwareversion Ausschau zu halten. Diese wird relativ häufig aktualisiert und verbessert. Der Download der Software ist kostenlos, ebenso wie ein Firmwareupdate des Datenloggers, das mit wenigen Mausklicks innerhalb der „Data Recorder“-Software bei bestehender Internetverbindung durchführt werden kann. Um neue Daten aufzeichnen zu können, muss zunächst der Speicher des Datenloggers gelöscht werden. Danach wählt man die zu messenden Parameter aus, die Aufzeichnungsrate und konfiguriert ggf. die Anzeige des optionalen LCD-Panels. Über die Funktionalität „set logging triggers“ kann man den Messbeginn an ein bestimmtes Ereignis koppeln. Beispielsweise kann man einen Stromwert festlegen, der als Auslöseschwelle für eine Messung dient. Ich wählte die Option „trigger on GPS fix acquire“. Dies hatte zur Folge, dass die Messung mit der Positionserkennung des „GPS Expanders“ startete. Die Positionserkennung dauerte etwa eine Minute nach Anschluss des Flugakkus und wird optisch dadurch signalisiert, dass der Logger von zweimal blinken auf einmal blinken umschaltet. Wird kein Trigger festgelegt, startet die Aufzeichnung mit dem Anschluss des Flugakkus an den Datenlogger. Zum Schluss muss man noch festlegen, was passieren soll, wenn der Speicher des Loggers mit Daten vollgeschrieben ist. Möglichkeit eins ist, die ältesten Daten werden überschrieben („write over Data“). Möglichkeit zwei ist, die Messung endet („stop on full“). Sind die Vorbereitungen so weit abgeschlossen, erfolgt der Einbau des Loggers und der benötigten Sensoren ins Modell. Zur Fixierung im Modell sind Klettbänder und/oder Kabelbinder völlig ausreichend.

Die Datenaufzeichnung

Der Datenlogger muss für eine Messung zwischen dem Antriebsakku und dem Regler eingeschleift werden. Die beiden mit „ESC“ gekennzeichneten Anschlüsse werden mit dem Motorregler verbunden, während die mit „Batt“ gekennzeichneten Anschlüsse an den Antriebsakku an-

25 geschlossen werden. Optionale Sensorik, wie der „GPS Expander“, wird an den entsprechenden Pins des Loggers angeschlossen. Wie dies genau zu erfolgen hat, kann man auf dem eingeschrumpften Label des Datenloggers erkennen. Auf richtige Polung ist hier unbedingt zu achten, da eine Verpolung mechanisch nicht ausgeschlossen wird. Ist ein LCD-Power Panel angeschlossen, kann man voreingestellte Messwerte bereits auf dem Flugplatz einsehen. Das LCD-Display erlaubt das „Hot Plugging“. Das bedeutet, dass man das Display während einer Messung an den Logger anstecken und auch wieder abziehen darf. Als sehr nützlich haben sich die Anzeige des Strommaximalwertes und die Anzeige des Stromverbrauches in Milliamperestunden erwiesen. Die Anzeige der verbrauchten Milliamperestunden ermöglicht es, die maximale Gesamtflugdauer bei einer Zwischenlandung relativ genau abschätzen zu können. Der Strommaximalwert gibt Aufschluss darüber, ob der ausgewählte Propeller zum Antrieb passt oder eventuell zu groß gewählt wurde. Welche Werte im Power Panel angezeigt werden sollen, legt man wiederum mit der „Data Recorder“-Software fest. Auf dem Display können vier Messwerte gleichzeitig angezeigt werden. Sollte dies nicht ausreichend sein, können weitere Displayseiten konfiguriert werden. Das Umschalten zwischen den einzelnen Seiten erfolgt automatisch nach Ablauf einer einstellbaren Zeitdauer. Die angezeigten Werte wechseln von den Maximalwerten zu den Momentanwerten, wenn der Strom über 1 A ansteigt. Mehrere Messflüge hintereinander werden als einzelne Sessions erkannt und im Logger abgespeichert, wenn zwischen den einzelnen Messungen die Stromversorgung vom Datenlogger getrennt wird. Bei der Auswertung der Daten am PC kann man jede Session für sich oder alle Sessions zusammen als eine Gesamtmessung darstellen.

Dieses Bild zeigt einen Messdatensatz nach dem Import in die Tabellenkalkulation MSExcel. Zu sehen sind die GPS-Daten, die aufgezeichnet werden, sowie Messwerte von Strom und Akkuspannung. In einer Tabellenkalkulation kann man gezielt bestimmte Passagen der gesamten Aufzeichnung herausgreifen und auswerten (z.B. zur Bestimmung von Steigoder Sinkraten).

Auswerten der Messung

Vor der Auswertung der Daten müssen diese ausgelesen werden. Dazu wird der Logger mit einem USB-Kabel mit einem PC verbunden und der Download-Knopf in der „Data Recorder“-Software gedrückt. Nach erfolgtem Download kann man die Daten abspielen und sich die Veränderungen in der sogenannten Instrumentendarstellung anschauen. Diese Art der Darstellung eignet sich besonders für die Visualisierung von sogenannten Live-Daten. Im Live-Modus ist der Datenlogger während einer Messung mit dem USBKabel am PC angeschlossen. Die Messung kann live am Bildschirm verfolgt werden. Diese Art der Messung habe ich allerdings bisher nicht genutzt. Der Vorteil des MicroPower E-Loggers besteht ja gerade darin, dass man sich ein klares Bild zu den verschiedenen Messgrößen während eines Fluges verschaffen kann. Standmessungen sind eigentlich Behelfsmessungen, die man durchführt, wenn man sich beispielsweise Anhaltswerte zum Antriebsstrang verschaffen will und nicht die Möglichkeit hat, den Antriebsstrang unter Einsatzbedingungen zu vermessen. Nach dem Übertragen der Messdaten auf den PC sollten diese zuerst einmal in einer Datei gesichert werden. „Data Recorder“ erzeugt FDR-Dateien, bei diesen handelt es sich um reine Textdateien, die zur Weiterverarbeitung problemlos in eine Tabellenkalkulation eingeladen werden können. Das habe ich allerdings nur einmal zu Testzwecken ausprobiert,

Grafische Darstellung vom Strom- und Spannungsverlauf über der Zeit. Links auf der YAchse (links) wurde die Akkuspannung aufgetragen, rechts die Stromstärke. Gut sind die Spannungseinbrüche des Akkus unter Last zu erkennen.

Darstellung von Strom- und Spannungsverlauf (links, Y-Achse) sowie der verbrauchten Kapazität (rechte Achse) über der Zeit

26

rc-eleKtroniK | bauen und fliegen | märz/april 2009

Bezug Fachhandel oder direkt bei: EMCOTEC GmbH, Waldstr. 21, 86399 Bobingen, Tel.: 08234 9598950, Fax: 9598959, Internet: www.emcotec.de, www.rc-electronic.com

Hier wurden die GPS-Daten einer Aufzeichnung nach Google Earth transferiert. Zu sehen sind die Flugbewegungen mit einem Kunstflugmodell auf unserem Vereinsgelände, dem Aeroclub Ingolstadt. Zur Auswertung ist diese Darstellung eher ungeeignet.

da die grafischen Auswertemöglichkeiten von „Data Recorder“ für meine Zwecke mehr als ausreichend waren. Zur Auswertung der geloggten Daten ist die Darstellung in einem Chart am besten geeignet. „Data Recorder“ bietet die Möglichkeit, ausgewählte Messwerte einzeln darzustellen. Dies ist ein großer Vorteil, da einige Messgrößen vom Betrag her nicht sinnvoll gemeinsam in einem Chart dargestellt werden können. Üblicherweise trägt man die Messdaten über der Zeit auf. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die X-Achse mit anderen Größen wie der Stromstärke oder den verbrauchten Milliamperestunden zu belegen. Y-Achsen gibt es zwei an der Zahl, die beide gleichzeitig genutzt werden können, aber nicht gleichzeitig genutzt werden müssen. Durch die zwei Y-Achsen kann man zwei Skalierungen der Y-Achse in einem Chart nutzen. Dadurch ist es zumindest bei zwei betragsmäßig stark unterschiedlichen Messgrößen möglich, diese sinnvoll in einem Chart darzustellen und über der Zeit auf Abhängigkeiten zu untersuchen (beispielsweise Spannungseinbrüche des Antriebsakkus in Abhängigkeit zur abgerufenen Leistung). Die Darstellung der geloggten GPS-Daten erfolgt wahlweise in einem 2D- oder 3D-Koordinatensystem. Die 3DDarstellung entspricht der Bewegung des Modells im Raum, während die die 2D-Darstellung eine Projektion der 3DBewegung ist. Alternativ zur Höheninformation kann für die Z-Koordinate auch die Geschwindigkeit gewählt werden. Man erhält damit eine Geschwindigkeitsverteilung für den 3D-Darstellung von GPS-Daten in der Software „Data Recorder“: auf den Achsen wurden der Längenund Breitengrad sowie die Höhe aufgetragen

betreffenden Flug. Sehr anschaulich ist die Darstellung des Fluges, wenn man mit Hilfe des „Data Recorders“ die GPSDaten im Google Earth-Format abspeichert und dann in Google Earth einlädt.

Ein Muss

Der Datenlogger MicroPower E-Logger V3 von EagleTree ist ein gutes Werkzeug für jeden ambitionierten Elektroflieger, nicht zuletzt wegen seines unschlagbar günstigen Preises. Zum Grundmodell sollte man sich auf jeden Fall einen Brushless-Drehzahlsensor, einen Temperatursensor und das LCD-Display gönnen. Mit dieser Grundausstattung ist man für die Optimierung eines Elektroantriebes bestens gerüstet. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Erweiterungsmodule, die aus dem MicroPower E-Logger ein sehr universelles Messinstrument machen. Die GPS-Erweiterung ist besonders für Modellsegler interessant. Beispielweise kann man mit Hilfe des „GPS Expanders“ ermitteln, wie viel Höhe man in der Thermik gutgemacht hat. Ebenfalls interessant für fast jede Art von Modell ist die Möglichkeit, die Geschwindigkeit exakt zu ermitteln. Der große Vorteil des GPS gegenüber der Pitot-Rohr-Geschwindigkeitsmessung und auch der barometrischen Höhenmessung ist eine Messung ohne Störeinflüsse. Auch der Einbau des „GPS Expanders“ im Modell ist relativ unkompliziert. Hier muss man eigentlich nur auf gute Empfangsbedingungen achten. Beim „Airspeed Expander“ und auch dem „Altimeter Expander“ muss der Einbauort gut überlegt sein, damit Störeinflüsse auf die Messungen möglichst gering ausfallen. In manchen Modellen ist es sogar unmöglich, diese Sensoren zu verbauen. Der „GPS Expander“ kostet mehr als „Altimeter“ und „Airspeed Expander“ zusammen, bietet aber auch eine deutlich einfachere Handhabung sowie wesentlich mehr Anwendungs- und Auswertemöglichkeiten und nicht zuletzt genauere Messdaten.