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haschenk

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41

Donnerstag, 18. Februar 2010, 20:18

beaver,

ja, hast recht, die "Flugmechaniker" verwenden eine vereinfachte Form der Phygoiden-Theorie, und die angegebene Formel ist ein Ausschnitt daraus. Falls es jemanden interessiert, könnte ich so etwa 1-2 Seiten aus einem Lehrbuch einscannen, aus denen man sieht, wie die Formel zustande kommt.

Praktisch ist die Phygoiden-Theorie heute ohne jede Bedeutung; da gibt es andere, viel bessere Methoden zur Behandlung der Längsbewegung. Sie ist aber manchmal aus historischen und didaktischen Gründen ganz interessant.

Bei meiner Simulation hatte ich damals die beiden gekoppelten DGLs, mit denen man es zu tun bekommt, mit "Runge-Kutta" numerisch gelöst.

Gruß,
Helmut

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wurpfel1

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42

Sonntag, 21. Februar 2010, 12:13

hi leutz

ich habe die bahnschwingung als reihenentwicklung angenähert, ist für MC angenehm mundgerecht. es interessiert das intervall von 5 bis 25sec, das ganze ist als trendanzeige gedacht und muss nicht "genau" sein.


die koeffizienten habe ich mit einer analyse der gemessenen bahndaten gewonnen. die statistikfunktion von excel reicht dazu aus, unsere physikerin hat mir das mit ihren tools und methoden gegengerechnet..


:angel:
dreimal dürft ihr raten wie "meine" näherung der bahnschwingungsdauer aussieht.
der ganze aufwand hätte ich mir mit einer literaturstudie (aka suchfunktion)) sparen können :wall:



der autopilot vergleicht nun die trendanzeige der gefilterten "echt"daten mit der vorhersage aus dem "flugmechanik"modell. da "vorausschauende" filter verwendet werden kann eine recht gute aussage über den erfolg von steuerbefehlen gemacht werden, auch sind zb böen, seitenwind oder eben THERMIK erkennbar :D


ist leider etwas komplizierter als eine druckdose auszulesen, den output zu filtern und runterzusenden.
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

StefanRau

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43

Sonntag, 14. März 2010, 19:23

Hallo,
ich habe nun mein ersten Prototypen fertig.
Ich habe mich für den Aufbau mit einem LTC2400 und einem MP3H6115 entschieden.

Ich habe noch das Problem, dass ich ein recht großes Rauschen in der Anwendung habe. Und ich bin noch am rätseln, wie ich von den Bytewerten des LTC auf die Höhe in Metern komme.

Kann mich hier bitte jemand unterstützen? Ich habe einen 24 Bit ADC, wenn ich nun auf die Komplette Scala gehe, dann müsste sich doch die 0-3,14 Volt durch die 24Bit teilen. Oder ist hier der Betriebsbereich des Drucksensors entscheidend?
der geht von 0,12 bis 2,7 Volt, VRef ist 3,14Volt. Mein ADC spuckt mir immer ne Zahl von 9841812 aus. Ich bin hier auf 322Meter.
Als Formel für die Höhe habe ich hoehe_m= (7.99*(log(101325/rechenwert))*1000);

Bin ich hier ganz auf dem Holzweg?
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wurpfel1

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44

Montag, 15. März 2010, 07:38

schöne hardware :ok:


schaue dir mal die fehlereinflussgrössen einer höhenmessung per luftdruck an ;)
reicht von temperatur bis luftfeuchte.. absolutmessungen sind "tricky"




für ein vario ist sowieso "nur" eine differenzmessung notwendig. hier geht neben dem nicht-konstantem-statischen-druck vor allem die flugmechanischen vorgänge in rechnung.

neben den flugbahnschwingungen hat zb eine leicht schiebende sondenausrichtung einen recht starken einfluss.



oder kurz
ich kann dir nicht helfen weil ich einen anderen weg gehe :angel:
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

45

Montag, 15. März 2010, 09:05

Höhe berechnen

Hallo Stefan,


ADC, Luftdrucksensor und Luftdruckänderung bei Modellflughöhen sind annähernd linear.
Da aber der Luftdruck sich stündlich ändert ist eine Berechnung der Höhe aus dem Luftdruck eigentlich nicht möglich.
Du kannst aber die Starthöhe =Startdruck=ADC-Wert speichern und dann einen konstanten Druckanstieg je Höhenmeter annehmen.

Gruß Sven

haschenk

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46

Montag, 15. März 2010, 11:31

Hallo,

mann o mann,
nun stellt mal nicht luftfahrttechnische Geräte in Frage, die seit Jahrhunderten (!) mehr oder weniger gut ihren Dienst verrichten...
Wurpfel, warst du nicht mal Drachenflieger, oder hab ich das falsch in Erinnerung ?

Klar, der Luftdruck ändert sich mit der Wetterlage; aber jeder Pilot lernt, damit umzugehen. Wenn er´s nicht kann, kann es bei schlechter Sicht auch zu Unfällen durch Bodenberührung kommen. Aber das ist hier nicht das Thema...

Stefan,
wie Sven sagt, kannst du von hinreichender Linearität von Luftdruck vs Höhe, Sensor und ADC ausgehen, und in "vernünftigen Grenzen" der Höhenauflösung kannst du davon ausgehen, daß die wetterbedingten Luftdruckänderungen über die Dauer eines Fluges fast immer hinreichend gering sind. Und du musst dein Programm so auslegen, daß die Höhe beim Einschalten (evtl. nach kurzer "Warmlaufzeit" des Sensors, muß man ausprobieren) erst mal "genullt" wird; Starthöhe speichern und dann ständig von der aktuellen Höhe abziehen.. Aber das ist schon Teil 3 der Antwort...

Jetzt nur mal Teil 1 :
Wie kommst du auf eine Referenzspannung von 3,14 V des Sensors ? Gem. Datenblatt des MP3H6115A (MP3H6115 kann ich nicht finden) gibt es keine solche; der Sensor arbeitet "ratiometrisch", d.h. seine Ausgangsspannung ist auch proportional der Betriebsspannung. Daher musst du ihn entweder aus einer (sehr gut) stabilisierten Spannung speisen, oder aber (besser !) als Referenzspannung des ADCs auch die Betriebsspannung nehmen.

Im Datenblatt des Sensors findest du auch die Formel (und ein Diagramm) für dessen Ausgangsspannung:
Vout = Vs*(0,009*p - 0,095) [V, kPa]

1kPa = 10 hPa; zu den Druckeinheiten solltest du dich erst mal schlau machen, Physikbuch oder Wikipedia oder....

Und dann brauchst du eine "barometrische Höhenformel". Davon gibt´s mehrere, mit leichten Unterschieden. Ich gehe jetzt mal von der "ISA-Höhenformel" aus:

p/p0 = (20 - H)/(20 + H), Achtung Höhe H hier in [km] !
oder p/p0 = (20000 - H)/(20000 + H); Höhe in [m]

p ist der Druck in der Höhe, p0 der Druck am Boden. Die bei genauen Rechnungen nötige Temperatur-Korrektur unterschlagen wir mal.
Bei Beschränkung auf Höhen < 2000 m über NN kann man die obige Formel noch vereinfachen:
p/p0 = 1 - 0,000096*H (H in [m] )

Übrigens, die Bezugswerte für die Normalatmosphäre bei NN sind
H = 0 [m]
p0 = 1013 hPa = 101,3 kPa
t0 = 15 °C
rho0 = 1,225 kg/m³

Bei NN wäre die Ausgangsspannung des Sensors dann
Vout/Vs = 0,009*101,3 - 0,095 = 0,8167
und bei 3 V Speisespannung dann 3*0,8167 = 2,45 V .

bei angenommenen 2000 m Höhe über NN wird nach der o.e. Höhenformel
p/p0 = 0,8182
und damit p = 0,8182*101,3 = 82,88 kPa
und die Sensor-Ausgangsspannung dann
Vout/Vs = 0,009*82,88 - 0,095 = 0,651
und bei 3 V Speisespannung
Vout = 1,953 V

Die Empfindlichkeit des Sensors bzgl. der Höhe ist also (2,45 - 1,953)/2000 =0,497/2000 = 248,6 µV/m = 0,249 mV/m. Der Absolutwert interessiert nicht, weil man den wie schon erwähnt dann eh rausrechnet (in der manntragenden Fliegerei wird aber idR ab NN gerechnet, da muß man den Absolutwert schon kennen, das p0 kriegt man vom "Wettterfrosch").

Die 0,249 mV/m sind das Wichtigste, und das "verdaust" du jetzt erst mal.
Hoffentlich hab ich mich nirgendwo verrechnet...

Gruß,
Helmut

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (15. März 2010, 11:33)


StefanRau

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47

Montag, 15. März 2010, 14:42

Hallo Helmut,

dass muss ich mir noch ein zweites mal mal durchlesen.... :nuts:
Ich habe schon darauf gehofft, dass Du mir aus meinem Dilemma helfen wirst...

Ich komme auf VRef, da ich hier die Versorgungsspannung genommen habe. als Spannungsversorgung habe ich ein Lipo Zelle und einen SOT 3_3_MPC1701A als Spannungsregler.
Ich habe nun noch mal nachgemessen, ich habe mit dem Lipo eine Spannung von 3,319 als VRef. und am Ausgang des Drucksensors eine Spannung von 2,637V. So, nun mache ich mich mal ans Rechnen. Ich stelle auch mal die Schaltung rein, vielleicht hat jemand noch Verbesserungsvorschläge....bitte nicht ganz zerreißen, ist meine erste eigene Schaltung....


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haschenk

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48

Montag, 15. März 2010, 16:24

Stefan,

bei Betrieb aus 1s-Lipo macht dein 3V3-Stabi nicht viel Sinn. Der Lipo ist bei etwa 3, 0 V leer, übliche Lipo-Spannungwächter schalten bei ca. 3,2 V ab. Am Stabi verlierst du ca. 0,25 V. Dein Stabi geht bei 3,3 + 0,25 V = 3,55 V "außer Betrieb", also mitten auf seiner Entladekennlinie.
Du kannst den Stabi weglassen, wenn Sensor und ADC beide ratiometrisch arbeiten bzw. die Betriebsspannung als Vref verwenden (wie auf dem Schaltbild), dann hebt sich die Spannung raus.

Für die Berechnung kannst du (ist vielleicht anschaulicher) irgendeine "vernünftige" Spannung aus dem Entladespannungsbereich des Lipos einsetzen; für Sensor und dann auch für den ADC.

Da du "Nähe Stuttgart" wohnst, könntest du auch mit Sensor + DMM zur Kontrolle der Rechnungen auf irgendeinen "Buckel" (mit bekannter Höhe) rauffahren. Auch mit der Ortshöhe kannst du es überprüfen; den momentanen "auf Meereshöhe bezogenen" Luftdruck (p0) kannst du vom Wetterdienst (oder Flugwetterdienst) erfahren.

Genau wird das dann kaum stimmen, da der Sensor auch noch Fehler hat (s. Datenblatt), aber in etwa sollte es hinkommen. Durch das "Nullen" heben sich Absolut-Fehler später raus. Nur gegen Fehler im delta_V / delta_H kannst du kaum was machen; dazu müsstest du eine Barometer-Kalibriermimik bauen.
Vielleicht mal bei der Akaflieg Stuttgart anrufen, die können dir evtl. weiterhelfen.


Gruß,
Helmut

StefanRau

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49

Montag, 15. März 2010, 17:59

Hallo Helmut,

derzeit habe ich zum Test 1 Zelle, im Echteinsatz kommt das Vario an die Empfängerversorgung, also 4 Zellen oder 2 Lipos und über meine Anlage kann ich die Bordspannung überwachen. Habe Telemetrie.
Wir kenne uns auch sicherlich vom sehen her, ich war Stammkunde in der BZ, ich kann dann hier am Heiner hochlaufen, der ist bei mir in Sichtweite.

Gruß Stefan
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wurpfel1

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50

Montag, 15. März 2010, 19:54

ups, habe vorher die ganze linearreglerproblematik ausgeblendet :D


messe mal deinen linearregler aus, ich habe schon unschöne dinge gesehen. die liefern bei 5 und 8V unterschiedlich "schöne" outputs, und driften mit der umgesetzten wärme..


für funkmodule nehme ich was gutes mit 10ppmV ripple, ein standard-regler hat schnell mal ne digit "rauschen", frequenz zwischen 42kHz bis etwa 1MHz ;)
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

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StefanRau

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51

Dienstag, 16. März 2010, 10:44

Hallo,

ich habe das Problem, dass ich sehr unterschiedliche Daten bekomme, obwohl ich das Vario immer auf der gleichen Stelle liegen habe. Ich habe mal eine Tabelle erstellt, das Vario liegt ganz still und der Sensor ist mit einem Tuch abgedeckt, sodass keine Strömungsluft drankommt. Hat jemand eine Idee an was es liegen könnte oder ist das einfach Systembedingt? Ich nehme übrigens die Werte die zu stark aus dem Rahmen Fallen, also mehr als 2 Meter Steigen pro Sekunde, raus, bzw. mittle diese auf einen Sinnvollen Wert. Dann nehme ich noch die letzten 3 Werte und mittle diese auch.

Viele Grüße
Stefan


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52

Dienstag, 16. März 2010, 12:31

Hi Stefan,

um den einfachsten Einfluss auszuschliessen geh mal an die frische Luft mit der Elektronik. Bei meinen Höhenmesser-Bau vor 11 Jahren musste ich erfahren, das erhebliche Druckschwankungen im Haus vorhanden sind, wenn etwas Wind ist.

Gruß Ingo

StefanRau

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53

Dienstag, 16. März 2010, 13:54

Hallo Ingo,

um sicher zu gehen, bin ich einmal mit der Schaltung nach draußen und zum anderen habe ich diese mal in ein Einmachglas eingesperrt, was zwar zu einer deutlichen Besserung geführt hat aber noch keiner Lösung.

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haschenk

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54

Dienstag, 16. März 2010, 18:24

Hallo Stefan,

aus deinem Diagramm kann man nicht viel entnehmen, solange man raten muß, was worüber aufgetragen ist...

Es sind viele Ursachen denkbar, von Kriechströmen auf der Platine über das Eigenrauschen des Sensors, Quantisierungsfehler des ADCs, bis zu HF-Einstrahlungen aller Art.

Kannst du nicht mal versuchen, etwas nachzurechnen, was wo wieviel ausmachen könnte ?
Wenn du statt des Sensors einen Widerstands-Spannungteiler einsetzt, der dieselbe (statische) Spannung abgibt wie dein Sensor (Ausgang vielleicht noch mit einem Kondensator gegen Masse "beruhigt") , dann könntest du gfls. Sensor und/oder Atmosphäre als Ursache ausschließen (oder feststellen). In "Edelversion" Spannungsteiler mit einem Poti in der Mitte; so dimensioniert, daß es über seinen Einstellbereich dieselben Spannungswerte abgibt wie der Sensor über seinen Ausgangsspannungsbereich in der Höhenmesser-Anwendung.

Mein Generalverdacht fällt auf den VIEL zu hoch auflösenden ADC, da würde ich erstmal 4 bis 8 der untersten Bits "abwerfen". Um einen 24-Bit ADC ausreizen zu können, muß man ein ganzes Bündel von Maßnahmen vornehmen, die bei deinem Aufbau alle fehlen.

Ein Höhenmesser/Vario, der (theoretisch/rechnerisch) noch 10 cm bzw. 10 cm/s auswerten kann, ist meiner Erfahrung nach nicht zu gebrauchen.


<OT>

Zitat

Wir kenne uns auch sicherlich vom sehen her, ich war Stammkunde in der BZ...

Möglich ist´s, das ist dann aber verdammt lang her...
Dort bin ich zu meiner Pennäler- und Studentenzeit öfters hingekommen, als noch Helmut Ellinger der Chef und (eine zeitlang) Karlheinz Denzin Verkäufer war. Ich bin jetzt schon 10 Jahre Rentner...
</OT>


Gruß,
Helmut

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (16. März 2010, 18:25)


wurpfel1

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55

Dienstag, 16. März 2010, 22:23

ein 24bit AD liefert riesige zahlen, dann werden die substrahiert? das ergebnis ist eine im verhältnis zu den ausgangswerten kleine zahl. jeder HFfurz führt hier zu einem grossen "messfehler"


einen digitalen RCtiefpass, >2mps abschneiden, hast du schon drin ;)


ohne gepflegte massnahmen auf der analogseite sind 12bit schon recht gut.
10cm sind etwa eine auflösung um 17bit.


wundert es dich dass der output so rauscht??




ich würde mindestens 10bit des ADoutputs verwerfen, mit dem rest eine "gleitende mittelwertbildung" machen.. oversampling :D

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_…nts/doc8003.pdf


nobler:
http://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/DeltaSigma_D.html


wenn du sowieso einen MC an bord hast gibts den trick mit differenzOP:
originalsignal in 8bit sampeln
mit 10bit PWM eine spannung erzeugen

mit einem differenzOP den unterschied um faktor 100 verstärken

wieder sampeln und schwupps du hast das steigen in 8bit :shy:


der lohn dieses analogtricks: +/-12,7mps steigen in 10cm schritten :evil:



wird ein OP in instrumentenschaltung verwendet kann man in der luft die auflösung für den hotliner anpassen und auch exakt nullen.





digital ist nicht immer besser :angel:
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »wurpfel1« (16. März 2010, 22:36)


56

Mittwoch, 17. März 2010, 09:33

Hallo Stefan,

vermutlich hat der interne Verstärker des Sensors einen großen Rauschanteil. Zumindest war das bei dem MPX4115 so, dessen Nachfolger er ist. Probier mal einen einfachen R/C Tiefpass vor dem ADC aus. Ein digitales Filter wirst Du aber sicher noch zusätzlich mit implementieren müssen.

Gruß Ingo

StefanRau

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57

Donnerstag, 18. März 2010, 17:54

Hallo,

ich bin nun wieder einen Schritt weiter gekommen,
vielen Dank für eure Hilfe. Ich habe erstmal mit einem Poti einen Spannungsteiler aufgebaut. die ausreißer blieben dann habe ich einen Spannungsteiler über Festwiederstände aufgebaut. Die Außreiser blieben. Nun habe ich das Datenblattvom ADC zum zehnten mal durchgekaut und da viel mir was auf man sollte bei Vin und Gnd zwei Kondensatoren reinschalten. Das war die Lösung. Nun bewegen sich die Daten im 10cm Bereich.
Jetzt kann ich mich endlich um eine vernüftige Tonausgabe kümmern.

viele Grüße

Stefan
Pimp Daddy :D

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hsh

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58

Donnerstag, 18. März 2010, 18:37

Vielleicht kannst du bei der nächsten Layoutversion die Abblockkondensatoren etwas günstiger positionieren. Je näher die Kondensatoren am IC zw. VDD und GND positioniert sind, umso besser wirken sie auch. Ich weiß nicht wie gut/schlecht dein Spannungsregler ist, aber vom Gefühl her, würde ich das Siebglied in der Spannungsversorgung zwischen Analogteil und Digitalteil platzieren.
Wie schaut das beim PIC eigentlich mit den Vref Pins aus? braucht es da keinen Bufferkondensator? Alle unnötigen Blöcke während der Messung deaktiviert?

17bit rauscharm ist ein sehr gutes Ergebnis für den ersten Versuch. Ich bin bei einem ähnlichen Prototyp auf ca. 20cm leicht verrauscht und ca. 50cm sauber bei 6Hz gekommen.

Weiterhin viel Erfolg, sieht sehr vielversprechend aus was :ok:
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mfg Harald

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Space

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59

Donnerstag, 18. März 2010, 19:56

@Harald
Ich denke nicht, dass ein Abblockkondensator am Vref des Pic erforderlich ist. Der ADC des Pic wird ja gar nicht genutzt. Den Pic für die Dauer einer Wandlung teilweise schlafen zu legen, sollte dagegen schon einen kleinen positiven Einfluss auf die Spannungsversorgung haben.



Um das bereits erwähnte Bündel von Massnahmen mal etwas aufzuschnüren:

Wie schon erwähnt würde ich mit einem RC Glied das Sensor Signal elektrisch noch etwas beruhigen. Masseflächen unter und neben den Chips (Orientierung am design guide, Atmel ADC usage) helfen sicher auch. Ausserdem wird die Umwelt geschont und Ätzmittel gespart,
Noch optimalerer Verlegung der Leiterbahnen. Also kürzer und klare Trennung zwischen analogen, Spannungsversorgung und digitalen Signalen. Masseleitungen als Trennung zwischen analog und digital verlegen. LC Kombination diekt vor dem ADC/Sensor.

Um den Längsregler Einfluss abzuschätzen könnte man die Schaltung mal direkt aus einer LiPo Zelle versorgen.

Wie verhält sich das ganze in einem HF abblockenden Käfig (Keksdose)?
Gruß

Thomas

StefanRau

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60

Dienstag, 13. April 2010, 19:13

Vielen Dank für die Tipps.

So,

nun nach einer ganzen Zeit werde ich wahrscheinlich demnächst wieder weiter machen können. Ich habe mir nun auch ein digitales Oszi bestellt, mein Analoge nutzt einfach nicht um die Störungen anzuzeigen, es ist einfach zu schlecht. Ich werde die Schaltung noch mal überarbeiten ich habe noch eine Idee, wo ich ich was rausholen kann.
Schaun wir mal.
Ich habe festgestellt, dass die Rechtecksignale vom Ton durch die ganze Platine laufen und die Spannung am LTC noch besser beruhigt werden kann, eventuell auch noch am Sensor. Hier hat sich aber auch schon einiges bewegt. Meine Tongenerierung gefällt mir auch noch nicht so ganz. Wie gesagt, es gibt viel zu tun.

Keksdose ist auch ein guter Tipp.
Pimp Daddy :D

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