Sonntag, 05. September 2010
Elektronik-Basteleien Drucken
Geschrieben von: joshi   
Nasenbohrer Laptimer

Was macht ein Laptimer und wie funktioniert er?


Ein Laptimer zählt die Rundenzeit. Die meisten Laptimer funktionieren über ein einfaches Lichtschrankensystem. Der Sender (Transmitter) wird an einer schnellen Passage der Rennstrecke aufgestellt. Beim vorbeifahren erkennt der am "Zyndmobil" befindliche Empfänger  das Trägersignal des Senders und löst eine Stoppuhr aus. Beim ersten passieren startet die Stoppuhr. Bei jedem weiteren "Vorbeiflug" wird dem Nasenbohrer die Differenzzeit zur vorherigen Runde angezeigt. Das ist dann quasi die aktuelle Rundenzeit.


Im Sender werden meist Infrarotdioden im 950nm Band verwendet. Die Trägerfrequenz liegt zwischen 30 und 56Khz. Damit Systeme unterschiedlicher Hersteller sich nicht gegenseitig beeinflussen wird ein kontinuierlicher Code gesendet. Im einfachsten fall ist das eine Pulsfolge fester Dauer gefolgt von einer Pause gleicher Dauer. Aufgrund des Öffnungswinkels und der Ausrichtung der Sendedioden baut sich ein IR-Lichtkegel quer zur Fahrbahn auf. Für eine sichere Erkennung darf die Codefolge nicht länger sein als die Zeitdauer beim vorbeifahren an der schmalsten Seite des Kegels bei Topspeed. Geht man von 100 m/s (360Km/h) und einer gewünschten Zeitauflösung von plus/minus 0.01s ergibt das eine Strecke von 1m die das Fahrzeug in dieser Zeit zurücklegt. Der Sendecode muss also im Abstand von 0.005s gesendet werden um die Genauigkeit der Zeitmessung von 0.001s bei max. 360Km/h zu garantieren. Der Kegel darf nicht schmaler als 1m sein.


Die Empfänger sind auf die Trägerfrequenz und das IR-Spektrum des Senders abgestimmt. Fährt der Nasenbohrer in den Bereich der Lichtschranke ein, gibt der Empfänger den Code weiter an einen Mikrorechner. Der Rechner wertet den Code aus und entscheidet dann ob es sich um den Code einer anderen Anlage, eine Störung oder den des Senders handelt. Nach erfolgreicher Erkennung wird die Stoppuhr betätigt und die Rundenzeit auf dem Display angezeigt.


Der erste Test erfolge am 29.09 in OSL. Die Rundenzeiten stimmten mit denen der Konkurrenzprodukte überein und auch die Lesbarkeit des Displays war sehr gut.


Weil der enthaltene Mikrorechner ist mit dieser Aufgabe ein wenig unterfordert ist (sein hochpräzises Taktgeberherz schlägt mit 16Mhz) habe ich mir noch was dazu ausgedacht. Schaltblitz, Spannungsüberwachung des Bordnetzes sowie Öl und Wassertemperatur erledigt das Teil nebenbei. Wie das geht verrate ich beim nächsten Mal.

lg Joshi

Schaltblitz

Wie funktioniert ein Schaltblitz?


Im Grunde ist es ein elektronischer  Drehzahlmesser der bei einer voreingestellten Drehzahl eine Latüchte anschaltet um dem Nasenbohrer das einlegen des nächst höheren oder niedrigeren Ganges suggeriert. Das Drehzahlsignal wird Hochohmig von der Primär-Seite der Zyndspule abgenommen. Bei unseren Brennern wird eine Doppelzyndung verwendet, wobei Zylinder 1+4 und 2+3 jeweils zur selben Zeit einen Zyndfunken erhalten. Logischweise befindet sich nur zu einem Zyndzeitpunkt explosionsfähiges Gemisch in einem der Zylinder, da es sich um einen "screamer" handelt. Man erhält also jede Umdrehung einen Impuls.


Die Drehzahlbestimmung erfolgt durch messen der Zeit zwischen zwei Zynd-Impulsen. Bei einer Drehzahl von 15000 U/min ergibt das genau 250 Impulse je Sekunde. Für eine Mechanik ist das schon ganz ordentlich nicht jedoch für den Mikrorechner im Laptimer. Die Zeit zwischen zwei Impulsen bei 15000 U/min beträgt gerade mal 0.004 s oder 4 ms. Das ist verdammt kurz könnte man denken. Aus der Sicht des Mikrorechners ist das jedoch eine verdammt lange Zeit, denn er schafft es in dieser Zeit 64000 mal den Geburtstag meiner Mutti auszurechnen.


Der Zyndimpuls wird über eine Verstärker- und Filterschaltung auf den entsprechenden Pegel gebracht. Im Grunde ist das ein einfacher NPN-Transitor mit einem 100K Vorwiderstand. Eine Diode schützt die Basis vor negativen Spannungsspitzen. Mit Hilfe vom RC-Glied wird Hochfrequentes ausgeblendet so dass es die Schaltung nicht weiter stören kann. Über einen an der Versorgungsspannung liegenden Lastwiderstand wird der Pegel auf Niveau des Mikrorechners gebracht. Nach dieser Vorverarbeitung kann der Mikrorechner den Impuls erkennen. Einfach und Effizient.


Über ein spezielles Interruptfähiges IO-Pin landet der Impuls im Mikrorechner. Dieser startet bei erkennen des Impulses eine Interne hochgenaue Stoppuhr. Wird der zweite Impuls eine Motorumdrehung später empfangen dann wird der aktuelle Wert der Stoppuhr gespeichert bevor die Stoppuhr neu gestartet wird. Der Wert entspricht der Drehzahl des Motors in der Einheit der Stoppuhr. Der Wert wird daraufhin mit dem Schwellenwert verglichen und die Entscheidung den Blitz anzuschalten wird geprüft.


All das ist im Nasenbohrer Laptimer enthalten ;-). Man muss nur ein Kabel an den Drehzahlmesser legen, wo die Impulse der Zyndspule anliegen.


lg euer Joshi

Kabelbaum-Tuning & Stromversorgung
Wo man an einem Rennmopped richtig Gewicht sparen kann ist die Verkabelung und die Blei-Batterie.

Besonders wenn das Mopped eine Straßenzulassung hat gibt es viel unnötigen Kabelballast. Dicke Tampen liegen vorne für die Versorgung des Hauptscheinwerfers. Bei den Japanischen Motorädern wird auch die Masse mit nach vorn geführt. Sicherungskasten, Relais usw...

Um es etwas abzukürzen zähl ich mal auf was die ZXR und ZX7R an Kabeln für den Kringel brauchen. Der Impulsgeber nimmt die Drehzahlimpulse für die CDI vom Motor ab... ist für den Motorlauf schon wichtig ;-). Dafür werden nur zwei Kabel vom Impulsgeber zur CDI benötigt.  Die CDI besorgt es den Zyndspulen in Abhänigkeit von der Drehzahl. Für jede Zyndspule geht ein Kabel (schwarzes und ein grünes an der CDI) zu den Spulen. Joshi empfhielt aus Gewichtsgründen Einzelfunkenspulen (Stecker und Spule in einem) aus modernen Bikes. Diese werden einfach in Reihe geschaltet (Zylinder 1+4 und 2+3). Von den Spulen aus geht es weiter ueber den Killschalter zu +12V.

Die CDI schaltet also die Masse jeder Spule, es baut sich ein Magnetfeld in den Spulen auf, sobald der Stromkreis geoeffnet wird bricht das Magnetfeld zusammen und es kommt aufgrund der Lenzschen-Regel zur Induktion in der sek. Spule was einen Funken zur Folge hat. Genau wie beim Unterbrecher halt nur elektronisch.

Damit der Motor startet muss an der CDI noch etwas gemacht werden. Das grün-schwarze Kabel der CDI muss an Masse liegen ebenso das schwarz-gelbe (ist im übrigen generell Masse bei der ZXR und der ZX7R). An das braune sowie das rot-gelbe gehört +12V. Das graue Kabel geht über einen 100 Ohm Widestand an +12V.  Es empfiehlt sich einen Schalter und eine Sicherung (10A) zwischen +12V an der Batterie und dem Rest des Moppeds. Der Drehzahlmesser bekommt Masse über schwarz-gelb, +12V über braun und die Impulse von einem der beiden Zyndspulenkabel (schwarz oder grün). Wer mit elektrischer Benzinpumpe fährt legt noch ein Kabel vom Killschalter (+ der Zyndspulen) zur Benzinpumpe und klemmt den anderen Anschluss an Masse. Alles andere ist eigentlich überflüssig. Für Weicheier (wie ich)  evtl. noch den Öldruckschalter zu einer LED und dann zu +12V.

Als Kabel reichen 1-1.5 qmm für Zyndspulen-Killschalter-CDI. Die Impuls- und Signalleitungen können dünner sein. Kabel verdrillen und Verlöten sowie mit Schrumpfschlauch sichern. Anschließend Testen und danach mit Iso-Band umwickeln.

Lichtmaschine ist entfernt. Als Batterie verwende ich einen Li-Polymer Akku mit 11.1V und 2200mAh. Damit kann man ca. 45 min fahren. Zwischen den Turns getauscht und gut is ;-). Fuer 2009 plane ich noch eine elektrische Wasserpume und einen stärkeren Akku sowie eine elektrische Benzinpumpe.

Gewichtsersparnis:

Anlasser und Anlassermechanik 3,4Kg, Lima 3,5Kg, Batterie 4,5Kg, Kabelbaum ca. 2,5Kg, Zyndspulen 0.8Kg