Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik kabelloser Fechtmelder - elektr.Kontakt erkennen ohne gemeinsamen Ground


von Jörg M. (heinzihogo)


Lesenswert?

Hallo

Ich bin dabei, mir einen kabellosen Fechtmelder zu basteln. Das Gerät 
soll den Fechtern anzeigen, wer wo(gülitg/ungültig/auf die Waffe) 
getroffen hat.
(für Fechter: ich will hier nur einen Florett-Melder besprechen, die 
anderen Waffen sollten dann kein Problem darstellen)

Mit Leitungen funktioniert mein Apparat schon problemlos, nur kabellos 
bräuchte ich Hilfe um auf ein gutes Funktionsprinzip zu kommen und 
dieses zu realisieren. Es geht aber nicht um die Datenübertragung an 
sich, sondern um das Fehlen eines gemeinsamen GND.

Mein Problem in einem Satz: einen geschlossenen elektr. Kontakt zu 
erkennen, ohne dass ein gemeinsamer Ground/Referenz vorhanden ist.

Ich betrete hiermit für mich elektronisches Neuland, bitte setzt also 
nicht allzu viel voraus.



Mal eine (möglichst prägnante) Erklärung:

jeder Fechter hat 3 elektrische Kontakte. Seien es Fechter A und B, also 
A1, A2, A3 und B1, B2, B3

Angenommen Fechter A trifft Fechter B.
-die Spitze von A liegt auf A2, wenn er trifft(egal wohin) wird der 
Kontakt A1-A2 unterbrochen (Schalter in der Spitze des Floretts)
-gültige Treffer landen auf der "Elektro-Weste"(E-Weste) von B (Kontakt 
A2-B3)
-ungültige Treffer landen irgendwo (meist auf Isolator, kann aber auch 
leitend sein: Haut, Schweiß)
-Treffer auf die Waffe landen auf der leitenden Waffe von B(Kontakt 
A2-B1)
-Teffer Spitze an Spitze (Kontakt A2-B2) können wir mit gutem Gewissen 
ignorieren

Mein Problem ist es jetzt den Schluss der Kontakte A2-B3 bzw A2-B1 zu 
registrieren, wo doch die Fechter elektrisch isoliert herumhüpfen.

Eine erste Idee meinerseits wäre: Ich lege an B1 und B3 jeweils 
irgendein Signal an (zB Schwingungen mit bestimmten Frequenzen). Also zB 
Signal X(auf B1) und Signal Y(auf B3). Und am Kontakt A2 schaue ich 
welche Signale vorhanden sind, also:
 -Signal X -> Kontaktschluß A2-B1 -> Treffer auf Waffe
 -Signal Y -> Kontaktschluß A2-B3 -> Treffer auf E-Weste (also gültig)
 -kein Signal -> Treffer irgendwo anders -> ungültiger Treffer

es kann natürlich auch sein, das Fechter B seine Waffe auf seine E-Weste 
legt(Schluss von B1-B3) und daher beide Signale x und y vorhanden sind. 
Es sollten dann auch beide Signale erkannt werden.

Sobald ein Kontakt 1 Millisekunde geschlossen ist, würde ich ihn gerne 
erkannt haben, besser wäre 1/10ms, noch kürzere Kontakte sind mir egal.

Das Infos über die vorhandenen Signals gebe ich dann an einen 
Microcontroller weiter, der noch auf die Zeitdauern schaut und dann den 
jeweiligen Treffer zur Anzeige überträgt. Dies sollte kein Problem 
sein(oder zumindest hier nicht behandelt werden).



Jetzt meine Fragen:
 Gibts Fragen zu meiner Erklärung?
 Was haltet ihr von meiner Schwingungen-als-Signale-Idee?
 Welche Schwingungen(Sinus, Rechteck, sonstige)?
 Gibt es andere bessere Methoden die Kontakte zu erkennen?
 Welche Frequenzen kann/soll/darf man verwenden? (Die Leitung im Florett 
ist ja eine 1m lange Antenne und ich will keinen Störsender aufbauen)
 Wie erzeuge und registriere ich meine Signale am besten? (ich hab sowas 
ja noch nie gemacht)


Schönen Dank im Voraus,
Jörg

von Reinhard Kern (Gast)


Lesenswert?

Jörg M. schrieb:
> Mein Problem ist es jetzt den Schluss der Kontakte A2-B3 bzw A2-B1 zu
> registrieren, wo doch die Fechter elektrisch isoliert herumhüpfen.

Ganz dumme Frage eines Nicht-Fechters: wozu schleppen die dann ein Kabel 
hinter sich her?

Gruss Reinhard

von Wichtel (Gast)


Lesenswert?

Reinhard Kern schrieb:
> Ganz dumme Frage eines Nicht-Fechters: wozu schleppen die dann ein Kabel
> hinter sich her?

Das tun "Die" gar nicht:

Jörg M. schrieb:
> Ich bin dabei, mir einen kabellosen Fechtmelder zu basteln.

von Ulrich (Gast)


Lesenswert?

Man kann die Fehlende gemeinsame Masse durch die Kapazitive Kopplung zu 
Erde umgehen. Auch gut Isoliert hat man eine Gewisse Kapazität zur Erde 
und damit für höhere Frequenzen (so im 1 MHz Bereich) eine Verbindung 
zur Erde. Vo daher ist die Idee schon richtig. Ein Problem könnte es 
werden das ganze EMV gerecht zu bekommen - unmöglich ist das aber nicht, 
macht aber die Empfänger etwas aufwendiger.

Vermutlich wäre es einfacher das Signal andersherum, über die Waffe zu 
schicken, und am Ziel zu detektieren. Die Waffe sollte der kleinere Teil 
sein, so dass man weniger Abstrahlung hat. Jeder hat dann einen "Sender" 
und 2 oder 3 Empfänger-teile, um festzustellen ob und wo man getroffen 
wurde. Die Weste müsste man ggf. noch weiter aufteilen, wegen der Größe.

Vom Aufbau wäre das was für einen Amateurfunker - die sollten auch 
wissen welche Frequenzen man da nutzen kann und ggf. darf (z.B. 125 KHz 
oder 13,6 MHz).

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


Lesenswert?

Was das EMV-Problem angeht, so ist es nicht notwendig das Florett 
permanent "senden" zu lassen. Das Aussenden eines Signales kann auf das 
kurze Zeitfenster des Treffers (Öffnerkontakt an der Florettspitze 
trennt bei einer Kraft >500 Gramm) beschränkt werden.

von Timm T. (Gast)


Lesenswert?

Kapazitive Kopplung wäre auch meine Idee. Aber Du müsstest prüfen, ob 
bei hohen Frequenzen kapazitive Kopplung über die Isolation  Körper  
Stoff nicht zu Fehlauslösung führt.

Als erstes solltest Du klären, wie "lange" ein Treffer dauert. 0.1ms 
erscheinen mir recht kurz, bedeuten aber bei 100kHz nur 10 Schwingungen, 
die in dieser Zeit anschwingen und detektiert werden müssen.

Eventuell bei einem herkömmlichen kabelgebundenen System mal ein 
Speicheroszi dranhängen und die Zeiten in verschiedenen Situationen 
monitoren.

Wie ist denn üblicherweise der Hallenboden aufgebaut? Ich nehm an, der 
isoliert gut.

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


Lesenswert?

Timm Thaler schrieb:
> Wie ist denn üblicherweise der Hallenboden aufgebaut? Ich nehm an, der
> isoliert gut.

Der ist aus einem Metallgeflecht. Vorausgesetzt, dass die Fechtbahn für 
die konventionelle kabelgebundene Trefferauswertung gebaut wurde.

http://de.wikipedia.org/wiki/Fechten#Die_Fechtbahn

von Hölderlin (Gast)


Lesenswert?

Hätte ein paar klasse Ideen zu diesem Problem, aber jeder Kampfsport ist 
doof und gehört abgeschaft - selbst Schach ist ein agressives Spiel und 
Kampf.- Es lebe die Liebe und der Pazifismus !

von kampfsportler (Gast)


Lesenswert?

wenn die Fechter in der Luft schweben funktioniert das schon nocht mehr.

von kampfsportler (Gast)


Lesenswert?

Ich dachte immer die Waffen hätten auch einen Druckpunkt zum Auslösen.
Eine bloße Berührung kann doch nicht zählen oder ?

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


Lesenswert?

kampfsportler schrieb:
> Ich dachte immer die Waffen hätten auch einen Druckpunkt zum Auslösen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Fechten#Elektronische_Trefferanzeige

von Timm T. (Gast)


Lesenswert?

Magnus Müller schrieb:
> Der ist aus einem Metallgeflecht. Vorausgesetzt, dass die Fechtbahn für
> die konventionelle kabelgebundene Trefferauswertung gebaut wurde.

Dann gäbe das schonmal einen schöne Fläche für die kapazitive Kopplung. 
Wenn die Spieler nicht den (Körper-)Kontakt zum Boden verlieren.

Damit kannst Du mit niedrigen Frequenzen um die 10kHz arbeiten, wenn Du 
die Auswertung auf 2-10ms dehnen kannst.

Ich weiss ja nicht, wie der Taster an der Spitze aussieht, aber übliche 
mechanische Taster haben auch so 10ms Betätigungszeit.

Also: Jeder Spieler einen Generator mit eigener Frequenz. Generator 
läuft immer, Signal wird aber nur freigeschaltet, wenn Spitzentaster 
auslöst. Ein Pol wird über den Körper (großflächige isolierte Elektrode, 
z.B. am Gürtel) kapazitiv auf den Boden gekoppelt. Ein Pol geht auf das 
Florett.

Jeder Spieler hat einen Empfänger pro Sensor abgestimmt auf die 
gegnerische Frequenz, mit guter Unterdrückung der eigenen Frequenz, ein 
Pol des Empfängers über den Körper kapazitiv auf den Boden, ein Pol an 
den jeweiligen Sensor (Florett, Weste...).

Müsste man mal bißchen unter realen Bedingungen experimentieren, wie die 
Kopplung ist, welche Frequenzen usw.

Beim Thema Fechten muss ich immer an den Film "Küss mich Frosch" 
denken... ;-)

von Jörg M. (heinzihogo)


Lesenswert?

Danke für eure Antworten. Ich werde mal ein paar Sachen 
beantworten/klarstellen.

Timm Thaler schrieb:
> Wie ist denn üblicherweise der Hallenboden aufgebaut? Ich nehm an, der
> isoliert gut.
Es sollte auf verschiedensten Böden funktionieren, da nicht immer eine 
Metallbahn zur Verfügung steht, also auch auf normalen Turnsaalboden, 
aber auch im Park auf der Wiese.

Ulrich schrieb:
> Man kann die Fehlende gemeinsame Masse durch die Kapazitive Kopplung zu
> Erde umgehen. Auch gut Isoliert hat man eine Gewisse Kapazität zur Erde...
wie schon kampfsportler geschrieben hat, man muss damit rechnen, dass 
beide Fechter in die Luft springen

Magnus Müller schrieb:
> Was das EMV-Problem angeht, so ist es nicht notwendig das Florett
> permanent "senden" zu lassen.
Die Möglichkeit für ein permanentes Signal wäre schon wichtig, da im 
Säbelfechten allein durch Berührung der Treffer ausgelöst wird.

Timm Thaler schrieb:
> Als erstes solltest Du klären, wie "lange" ein Treffer dauert.
Ein Treffer ist ab einer Kontaktzeit von 1ms gültig(Säbel, bei den 
anderen Waffen ein bissi mehr). Das sollte ich daher nicht verpassen.

von Ulrich (Gast)


Lesenswert?

Selbst wenn man in die Luft Springt hat man Kapazitive Kopplung zur 
Umgebung, das muss nicht der Boden sein, das kann auch das Dach oder die 
Tribüne sein.

von Jörg M. (heinzihogo)


Lesenswert?

Timm Thaler schrieb:
> Also: Jeder Spieler einen Generator mit eigener Frequenz. Generator
> läuft immer, Signal wird aber nur freigeschaltet, wenn Spitzentaster
> auslöst. Ein Pol wird über den Körper (großflächige isolierte Elektrode,
> z.B. am Gürtel) kapazitiv auf den Boden gekoppelt. Ein Pol geht auf das
> Florett.
>
> Jeder Spieler hat einen Empfänger pro Sensor abgestimmt auf die
> gegnerische Frequenz, mit guter Unterdrückung der eigenen Frequenz, ein
> Pol des Empfängers über den Körper kapazitiv auf den Boden, ein Pol an
> den jeweiligen Sensor (Florett, Weste...).
>
> Müsste man mal bißchen unter realen Bedingungen experimentieren, wie die
> Kopplung ist, welche Frequenzen usw.

ja, so will ich das mal austesten. Dazu muss ich mich aber erst mal mit 
Generatoren und Empfänger beschäftigen. Könnt ihr mir Tipps geben in 
welche Richtung ich arbeiten muss? Ich lese mich gerade in alles ein, 
was ich finde: LC-Schwingkreise, Filter, Kristall-Oszillatoren mit 
Pierce-Schaltung, VCOs und habe den IC NE555 gefunden, habe aber noch 
keine wirkliche Ahnung(und noch weniger von der Empfängerseite).
Insbesondere zum Herumtesten wären es natürlich interessant, wenn ich an 
den Frequenzen und an der Stärke des Signals schnell herumstellen kann.

Lese ich das richtig heraus, dass kleinere Frequenzen zu bevorzugen 
sind, wenns funktioniert? Wenn ja, warum? Meine Vorstellung sagt mir 
prinzipiell wegen Abstrahlung und gebrauchter Leistung, stimmt das?



Falls jemand an der Ausführung der Waffenspitzen(Taster) interessiert 
ist, kann er beim deutschen Fechter-Bund was finden:
http://www.fechten.org/uploads/media/Technik-Teil-3-Okt2009.pdf 
(pdf,0.7MB)
(zu beachten beim Diagramm im Link: M liegt nicht auf Masse, da man 
sonst mit der Waffe die eigene Weste auf M ziehen könnte und der andere 
keine gültiger Treffer mehr setzen könnte)

von Timm T. (Gast)


Lesenswert?

Das ist nicht ganz trivial, auch wegen der nötigen Filter. Du solltest 
Dir wirklich Hilfe bei einem versierten Funkamateur holen, der hat auch 
die erforderliche Messtechnik.

von Jörg M. (heinzihogo)


Lesenswert?

dann werd ich das mal machen.
Danke.

von Lehrmann M. (ubimbo)


Lesenswert?

kampfsportler schrieb:
> Ich dachte immer die Waffen hätten auch einen Druckpunkt zum Auslösen.
> Eine bloße Berührung kann doch nicht zählen oder ?

Beim Säbel werden auch Hiebe und nicht nur Stöße als Treffer gewertet, 
weshalb ein Taster in der Spitze hier nicht nötig ist. Eine Berührung 
der Säbelklinge mit der gegnerischen E-Weste, E-Maske oder dem 
gegnerischen E-Handschuh schließt einen Stromkreis, der einen gültigen 
Treffer anzeigt. Ungültige Treffer werden im Säbelfechten nicht 
angezeigt.

von Timm T. (Gast)


Lesenswert?

Btw: Kabellose Melder gibts für 300 Eur. Was ist an denen jetzt 
auszusetzen, dass Du das selbst bauen musst?

von Jörg M. (heinzihogo)


Lesenswert?

Ich denke ich weiß von welchem Gerät du sprichst und es nennt sich nicht 
umsonst Trainingsgerät, da es nicht 100% verlässlich funktioniert. Ich 
habs selber getestet. Es mag für andere reichen, für mich ist es 
unbrauchbar.
Gute Geräte kosten leider ein Vielfaches.

von Helga Schneider (Gast)


Lesenswert?

Hallo,
da haben sich schon mehrere die Zähne an dem Problem ausgebissen.Es hat 
schon viele Versuche gegeben,siehe Patentliteratur. Keine der Lösungen 
konnte den Praxistest bestehen.

Eine  Lösung ist das System  aus der Ukraine, wo jeweils ein System pro 
Waffe realisiert wurde.Diese Lösung ist meines Wissens nach nicht 
patentiert .Nach  welchem Prinzip diese Lösung funktioniert ist 
unbekannt ,wird aber international in Finalkämpfen eingesetzt.

Eine weitere Lösung ist das Patent EP 1861179. Mit diesem getesteten 
System können  alle 3 Waffen bedient werden .


Viel Spass beim "Basteln"
Gruss Helga

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.