¿Cómo detectar la posición angular de un dispositivo montado en una rueda giratoria?

¿Hay un sensor que pueda detectar cada vez que la rueda giratoria pasa por el suelo? Como cuando se monta en las llantas de una rueda de bicicleta, pero sin nada montado en el cuadro de la bicicleta, solo se permite el montaje en una rueda.

El sensor no tiene que ser muy preciso, pero debe ser rápido para detectar el paso de tierra hasta 3000 rpm (o al menos 1000 rpm). Me gustaría conectarlo a una MCU también montada en una rueda giratoria.

¿De verdad quieres decir "detecta cuando la rueda pasa por el suelo"? o en su lugar "cuando un punto determinado de la rueda está en su punto más bajo SI la bicicleta está sobre una superficie horizontal plana. Esto es importante ya que detectar la posición de la rueda y detectar el suelo son dos tipos diferentes de problemas. Dinos lo que REALMENTE quieres hacer y te contamos cómo hacerlo :-).
¿En qué está la rueda? ¿Es esto un vehículo? ¿Bot de batalla, tanque, coche, moto,...? Si es una motocicleta y puede "levantar la rueda delantera y quiere saber cuándo vuelve a acercarse al suelo, necesitamos saberlo. Si se trata de un coche de rally, un módulo de aterrizaje lunar,...
La rueda está en el coche. No puedo montar un imán o algo reflectante en el marco del automóvil para usar un sensor de efecto Hall, IR y similares. Gracias por su aporte.
No es necesario que el imán esté en el marco. si se trata de una rueda convencional, tiene una mangueta, cojinetes y una placa de respaldo, etc. El espacio libre entre las partes fijas y giratorias es muy pequeño: mm. Pero, por ejemplo, el imán podría estar a 10 mm - 20 mm de distancia en una placa de respaldo, etc.
@avra ¿Hay alguna razón específica por la que no pueda montar el dispositivo en la llanta y usar un contrapeso para mantener la rueda equilibrada? Si es así, ¿podría ejecutar un sensor desde el cubo hasta la llanta? Podría ser útil reconsiderar la mecánica de su situación antes de centrarse tanto en la electrónica.
Si tuviera que hacer esto en un solo automóvil, probablemente usaría un sensor de efecto Hall y un imán en el marco fijo del automóvil para detectar las revoluciones. Sin embargo, necesito hacer que esto se acople fácilmente a muchos tipos de automóviles, por lo que estoy buscando una forma universal sin montar nada en el marco fijo. Todo lo que puedo usar debe estar en la rueda, y para evitar problemas de equilibrio, quiero usar solo el orificio central en la rueda para colocar mis dispositivos electrónicos. El sensor puede asomarse sin afectar el equilibrio.
Ver adiciones al final de mi respuesta. Sería bueno no tener que jugar a "adivina 1000 preguntas" y que te expliquen las especificaciones reales en lugar de acercarte sigilosamente, como lo estamos haciendo ahora. Si se trata de un arreglo de "cuentakilómetros de cubo" destinado a medir las RPM de la rueda, entonces una manera fácil y efectiva es un "peso cilíndrico" interno que cuelgue internamente y no gire cuando lo haga la rueda. Esto se detecta al pasar por un punto en la placa de circuito impreso, etc. Esto necesita un cojinete mecánico que es muy fácil de fabricar y diseñar y puede tener una vida útil muy larga. La industria de los odómetros centrales los produce por millones.

Respuestas (3)

Ya lo etiquetó como "acelerómetro", y ese puede ser el camino a seguir. Si la rueda no gira, el sensor verá +1g en cierta posición y -1g en la posición opuesta. Girar hará que la lectura fluctúe entre esos dos, aunque debe tenerse en cuenta que la fuerza centrífuga agregará una aceleración fija, especialmente cuando gira tan rápido como planea hacerlo. La aceleración total aún debe mostrar una onda sinusoidal, una vez por rotación, superpuesta en un nivel constante (constante si la velocidad de rotación es constante).

Hasta 1000 rpm, necesito un giroscopio digital de más de 10 Hz. ¿Conoces alguno súper rápido? ¿Se pueden medir +1g y -1g a 1000 rpm con una fuerte fuerza centrípeta? ¿Se puede eliminar la fuerza centrípeta constante mediante algunas matemáticas para extraer el vector direccional? ¿Tienes algún enlace? Muchas gracias por su valioso aporte.
@avra: un giroscopio no detectará la variación debido a la gravitación, eso es lo que hace un acelerómetro. A la velocidad dada, la aceleración puede ser mayor que el rango del acelerómetro, pero esto se puede solucionar colocando el acelerómetro en ángulo, reduciendo su sensibilidad. Todavía deberías ver la aceleración de la gravedad como un seno superpuesto al nivel constante debido a la rotación.
1000 rpm => aproximadamente 10 hz. Dado que el giro de la rueda está esencialmente limitado a un eje, debería poder filtrar picos/valles en la salida del acelerómetro para detectar cuándo apunta más hacia el suelo o hacia el cielo. La mayor preocupación es la carga máxima que soportará el acelerómetro. Hay un montón de acelerómetros analógicos que deberían poder brindarle una respuesta más cercana a 100 o incluso 1 kHz, según su tolerancia al ruido.
@stevenh: Sine no debería ser un problema. Sé cómo extraer los datos necesarios de él. Gracias por buenos consejos.
@toybuilder: Gracias por la información sobre los acelerómetros de 100-1000 Hz. No era consciente de su existencia. Con esas velocidades, creo que incluso puedo manejar adecuadamente los datos de distorsión cuando el automóvil se está rompiendo.

Hay muchas opciones. Algunos incluyen:

  • Sensor capacitivo: detecta las entradas y salidas de tierra y permite detectar un máximo.

  • Como el suelo está en un ángulo fijo con respecto a la estructura de soporte de la rueda, detectar cuándo un punto pasa por un brazo oscilante, una horquilla o lo que sea le permitirá determinar cuándo otro punto está cerca del suelo.
    El sensor puede ser inductivo, magnético, etc.

  • El sensor óptico puede detectar la proximidad al suelo, ya sea de forma pasiva utilizando la luz del día o detectando, por ejemplo, un haz de infrarrojos.

  • Simple RADAR puede hacer esto lo suficientemente bien, esto puede ser tan simple como unos pocos transistores.

  • La detección de posición acústica (generalmente ultrasónica) puede hacer esto.

  • El detector magnético determina la posición de la rueda utilizando el campo magnético terrestre O el campo de un imán adjunto.

  • El sensor Hall, fluxgate y similares miden la intensidad del campo.
    GMR. AMR y similares miden el ángulo de campo.

  • Dos (o 3) bobinas ortogonales pueden detectar la posición en el espacio en relación con un campo.

  • Giroscopio (Mems)

Más ...

Dinos lo que REALMENTE quieres hacer y te diremos cómo hacerlo :-).

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Acelerómetro:

Steven ha mencionado el acelerómetro. Pensé en esto pero lo dejé fuera. Estos son relativamente baratos y están fácilmente disponibles. Pero si esto es en un vehículo (y esa rueda está girando a una velocidad considerable para un vehículo si es un tamaño de rueda normal), entonces las aceleraciones debidas al giro y la aceleración en varios planos dificultarán el trabajo. Todavía obtendrá una variación de gravedad cíclica de +/- 1 g, pero se agregará a la aceleración centrípeta y los efectos de fuerza de giro, suspensión e impacto. PUEDE ser la mejor solución, pero es probable que sea mejor alguna otra que no se vea tan afectada por la dinámica del vehículo.

RADAR

Se puede implementar un RADAR Doppler mediante el uso de un transistor autooscilante o un par de contrafase en VHY o UHF para mezclar la señal de retorno con la señal de salida y devolver la diferencia de frecuencia, que es la señal Doppler. El oscilador debe ser lo suficientemente estable a corto plazo para que la diferencia de frecuencia Doppler sea detectable, pero puede ser menos estable a largo plazo.

Aquí hay un circuito de alguien que lleva esto al límite. Eso es de la patente de EE. UU. 4672379: no hay garantía de practicidad como se muestra. Recuerdo una revista de pasatiempos en los últimos 20 años más o menos haciendo un par psuhpull auto oscilante con quizás un detector de diodos. Y la revista Silicon Chip (13 de noviembre de 2006) publicó un proyecto de pistola de velocidad RADAR.

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¡Aquí hay un circuito de lámpara operado por RADAR!
VT1 oscila y recibe. C acopla la señal de diferencia Doppler de baja frecuencia a los amplificadores A1, amortiguada por A2, mágica por A3 y rectificada por A2 A3 luego es rectificada por

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Aquí hay un excelente manual de ensamblaje para el radar de velocidad personal Ramsey SG7 que NO tiene un diagrama de circuito pero proporciona suficientes detalles visuales de la placa de RF para que el circuito muy simple del transceptor de RF y el mezclador se pueda rastrear fácilmente. A saber -

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Sería bueno no tener que jugar a "adivinar 1000 preguntas" y simplemente explicar las especificaciones reales en lugar de acercarnos sigilosamente lentamente, como lo estamos haciendo ahora. Si se trata de una disposición de tipo "cuentakilómetros de cubo" cuyo objetivo principal es medir las RPM de la rueda, entonces una manera fácil y efectiva es tener un "peso de bob" interno que cuelgue internamente y no gire cuando lo hace la rueda. Luego, la electrónica detecta que pasa por un punto en la PCB, etc. Esto necesita un rodamiento mecánico, pero es muy fácil de hacer, fácil de diseñar y puede tener una vida útil muy larga. La industria de los odómetros centrales los produce por millones. Este es el arreglo simple de alto nivel de salida más fácil si puede tolerar el requisito de cojinete.

La gente ha fabricado hubodómetros de detección de rotación electrónica durante décadas. Muchos de los métodos mencionados por mí y otros podrían funcionar. Se puede extraer del ruido una forma de onda cíclica que cambia dentro de ciertos límites de velocidad. por ejemplo, se puede disponer un acelerómetro para que sea ortogonal (a 90 grados) a la aceleración "centrífuga" y verá la variación cíclica de la gravedad. El radar debería ser lo suficientemente fácil [tm] Tenga en cuenta que es posible que desee ver los arcos de las ruedas, etc., dependiendo de hacia dónde apunte.

PUEDE ser capaz de hacer un sensor de capacitancia diferencial - o inductancia. Con dos "extremos" de detección a 180 grados, uno verá la carretera mientras que el otro verá el cielo, por lo que la señal variará entre dos estados con AB en un monet y BA 180 grados más tarde. Incluso las señales de muy bajo nivel pueden extraerse mediante autocorrelación u otros medios.

OK, ¿quién rechazó esto sin decir por qué? Es difícil imaginar qué aspecto merece eso, pero esa es una razón más para decir por qué. (¿Color equivocado? ¿Perfume equivocado? ¿Rives en el lado equivocado de la carretera?... ?)
1) Según entiendo, el sensor capacitivo necesita tiempo para detectar objetos cercanos, y no tengo mucho a 1-3000 rpm. Proporcione algún enlace de sensor si cree que esto todavía podría ser una opción. 2) ¿Cómo puedo usar un sensor magnético o inductivo si no se puede montar nada en la estructura de soporte de la rueda? El único lugar donde se puede montar toda la electrónica es en el orificio central de la llanta de aleación (para mantener la rueda equilibrada). 3) Ya estaba pensando en un sensor de luz dirigida que debería detectar la luz del cielo, pero tendrá problemas durante la noche. ¿Tal vez tienes alguna otra idea?
4) No conozco ningún radar asequible que pueda hacerlo. 5) Ya estaba pensando en un sensor ultrasónico dirigido que pudiera detectar el reflejo del suelo, pero me preocupa seriamente que también tenga una detección falsa cuando apunte al cielo debido al reflejo del automóvil. ¿Puedo estar equivocado? 6) Ya estaba pensando en la brújula, pero no pude encontrar una con más de 100 Hz y no sé cómo extraer la dirección norte de un vector en constante cambio que gira en 2 planos. ¿Hay algún enlace o pista sobre esto?
7) El sensor de efecto Hall necesita un imán montado fuera de la rueda, lo cual no es una opción. Miré las páginas wiki para fluxgate y GMR/AMR pero no tengo idea de cómo usarlos. Se puede usar hasta 3000rpm? Un enlace a un producto específico sería muy útil. 8) ¿Hay algún sensor que use el método de bobinas que mencionó para el posicionamiento 3D? 9) El giroscopio digital con 10 Hz es demasiado lento y no he visto ningún sensor más rápido. ¿Se puede eliminar la fuerza centrípeta constante mediante algunas matemáticas para extraer el vector? No estoy al tanto de tal cálculo. Muchas gracias por su valioso aporte.
Corrección: después de volver a calcular, vi que la rotación máxima utilizable no es de 3000 rpm sino de aproximadamente 1000 rpm. Perdón por esto.
@avra: no es necesario que conozca el RADAR barato para que exista :-). Como dije, puedes HACER un RADAR con unos pocos transistores. Un oscilador auto oscilante UHF y un detector de diodo simple no tendrían ningún problema con esta señal. | PERO sigues sin decirnos todo el problema real. Sigues usando la palabra NO PUEDO. No :-). Explique lo que quiere lograr y el entorno y cuáles son las limitaciones. Puede haber "cant's", pero si no los explica, no podemos (:-)) estar seguros de que está en lo correcto. ¿Por qué "no puede" montar un imán en una placa trasera, etc. Esto puede ser correcto, pero díganos por qué?
Lea el sexto comentario a la pregunta original en la parte superior. Creo que también responde a tu pregunta. Tendré que investigar un poco tu idea del radar simple...

Tomando un enfoque de campo un poco más a la izquierda, ¿puedes montar esto en el interior del neumático? Tal vez se pueda usar un efecto piezoeléctrico de un neumático bajo deflexión cuando está en contacto con el suelo. :)

Lamentablemente no. Solo en el centro de la rueda. Sin embargo buen pensamiento. Gracias por su aporte.
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