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Ultraschall Sensor im Selbstbau
Hallo,
bin schon seit einiger Zeit hier am mitlesen und basteln. Im Forum kommt ja immer wieder die Frage nach einem Ultraschall Sensor im selbstbau hoch. Im Bereich Wissen gibt es ja die Schaltung von manf. Diese Schaltung hat bei mir im fliegenden Aufbau leider ein paar Probleme gemacht, so dass ich mir eine Alternative überlegt habe.
Im Anhang (test.png) ist der Schaltplan. Der Chip ist bei mir ein ATTiny2313 nicht wie im Bild der 90S2313.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
1. Senden von 16 40kHz Impulsen
2. Schleife im Hauptprogramm gleichzeitig capturen von Interrupts mit Analog Comparator
3. Berechnen der Entfernung und Ausgabe auf Bar Leds.
4. 10 ms warten und wieder los
Auf dem Bild (signals_at_ain0_and_ain1.jpg ) nun ein Scope Bild von den Vorgängen an den Eingängen AIN0 (die "bewegte" Linie) und AIN1 (die gerade Linie). Getriggert wir auf den Start der Pulse.
Hier habe ich noch eine Frage an die "Analog Gurus" hier im Forum. ca. 1 Periode nach Ende der Pulse kriege ich "Schmutz" im Verstärkerteil des Empfängers, der erste kleine Ausschlag auf dem Bild. Kann mir jemand Tips geben wie ich den Verstärker noch optimieren kann?
Die Software folgt sobald ich die ein bisschen gesäubert habe.
Als nächstes soll der Chip noch I2C sprechen um von meiner Masterplatine zum Messen aufgefordert zu werden, damit entfällt dann die Endlosschleife mit den 10ms.
<<--Edit die kaputten Bilder weg, dafür funktionierende rein -->>
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Hallo Manf,
Zitat:
Zitat von Manf
Die beiden schwarzen Bilder mit der Größe 377 bytes und 155 bytes können wir später noch entfernen. Kannst Du ein aktuelles einsetzen?
Habe ich erledigt. Gebe zu das ich sonst nicht so in Foren aktiv bin :-).
Zitat:
Zitat von Manf
Eine kleine Störung des Empfängers beim Senden kommt je nach Aufbau schon machmal vor. Man verwendet oft auch eine laufzeitabhängige Empfindlichkeit beim Erkennen des Echos die diesen Effekt mit unterdrückt.
Habe mir insofern geholfen, als das ich die Widerstände R10 und R6 unsymetrisch ausgelegt habe (Fehler im Schaltplan, die Werte sind vertauscht). Dadurch ist die Referenzspannung an AIN1 etwas höher als die virtuelle Masse an den OpAmps. Das geht ganz gut, nur nimmt es mir natürlich in der Entfernung (so ab 1m) die Möglichkeit Dinge zu erkennen, da die Signalspannung an der Hürde scheitert.
Zitat:
Zitat von Manf
Häufig werden OPs verwendet, die mit geringen Versorgungspannungen gut auskommen. Wird der TL082 mit 5V und GND betrieben?
Manfred
Ja, das sind die Pins 4 und 8 die im Schaltplan zu sehen sind.
Die Versorgungsleitungen habe ich jetzt beide mal mit 100n direkt am Pin des OpAmps versucht zu beruhigen, aber ohne Erfolg. Anbei noch ein Bild von den Vorgängen. Ich vermute das sich da in der Schaltung eine Rückkopplung aufbaut. Dafür spricht auch die Tatsache, dass die Störung die Frequenz des Sendeimpulses hat.
Es ist wohl nicht der Empfänger zu sein der den benachbarten Sender "hört", da dafür der "zeitliche Abstand" des Signals zum "räumlichen Abstand" zu gross ist (ich kriege kürzere Laufzeite wenn ich die Hand direkt vor beide Halte).
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Die Firmware für den Sensor
Hallo,
und hier ist die "Firmware" für den Sensor.
Kurzer Ablauf:
Im Hauptprogramm wird eine Endlosschleife durchlaufen. Diese stösst immer wieder den Timer an, der zum einen die Variable timer_ticks hochzählt und die ersten 16 mal auch noch die Signale an PB2 und PB3 invertiert. Gleichzeitig wir der Analoge Komparator eingeschaltet und wartet auf einen höhere Spannung an AIN0 als an AIN1. Ist dies der Fall, so wird der Wert von timer_ticks in echo_ticks gespeichert und das horchen aufgegeben.
Derzeitig schaut das Hauptprogramm nach einer Festen Zeit (200 ticks) nach ob ein Echo empfangen wurde und berechnet daraus die Entfernung. Diese wird dann effektvoll auf der Barled dargestellt.
In Zukunft soll die Software die Entfernung noch über I2C oder SPI ausgeben können. SPI hätte den Vorteil, dass der gleiche Stecker zum programmieren und kommunizieren genutzt werden kann.
Achso ein Thema über das ja auch immer wieder gerne diskutiert wird :
der Bauteilwert beläuft sich derzeitig grob auf 12€ die Schaltung ist also auch von dieser Seite noch interessant.
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Hallo,
hier schonmal die I2C Version mit einem Sensor:
Code:
#define F_CPU 8000000 //internal Oscillator CKDIV8 not set fuse low 0xXX //TODO
#define TWI_slaveAddress 0x10
#define ULTRASONIC_VERSION "Built " __DATE__ " " __TIME__
#define TRANSMIT_DIST01 0x01
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>
#include "i2c-slave.h"
void us_burst(void);
void clear_burst(void);
void enable_ain(void);
#define soundspeed_per_tick 4 //4.3mm both ways per tick
#define BURSTS 16 // number of half periods to "ping"
#define TIMERCOUNT F_CPU / 80000 // preload for timer
// toggle the ports when reached 8 000 000 / 80 000 = 100 !!!
register unsigned char timer_ticks asm("r10"); /* ticks since start of ping */
unsigned char echo_ticks=0; /* ticks when the echo was received */
int distance=0;
unsigned char disp;
/*
* Main Program
*/
int main (void){
unsigned char command, active;
// Own TWI slave address
i2c_initialize ( TWI_slaveAddress );
sei(); // allow ints
DDRD = 0x7f; // everything output
DDRB |= (1<<PB2); // Pin 2 Output
DDRB |= (1<<PB3); // Pin 3 Output
DDRB &= ~(1<<PB1);// Pin 0 Input
DDRB &= ~(1<<PB0);// Pin 0 Input
PORTD = 0x7f;
active = 0;
while (1) {
if (active==0) {
echo_ticks = 0;
timer_ticks = 0;
us_burst();
enable_ain();
active = 1;
}
if ((active==1) & (timer_ticks>240))
{
//while ((timer_ticks<240) ){ //arbitrary end but mine can't see further
asm("nop");
clear_burst();
active = 0;
//distance = echo_ticks * soundspeed_per_tick;
disp = 0;
if (echo_ticks > 110) {
disp |= _BV(PD6);
}
if (echo_ticks > 80) {
disp |= _BV(PD5);
}
if (echo_ticks > 50) {
disp |= _BV(PD4);
}
if (echo_ticks > 30) {
disp |= _BV(PD3);
}
if (echo_ticks > 20) {
disp |= _BV(PD2);
}
if (echo_ticks > 10) {
disp |= _BV(PD1);
}
if (echo_ticks > 0) {
disp |= _BV(PD0);
}
PORTD = disp; //show it
while (i2c_reply_ready()==0) {} //wait to put data
if (i2c_reply_ready()){
i2c_rdbuf[0] = echo_ticks; // put data in i2c buffer
i2c_reply_done(1);
}
}
if (i2c_message_ready()) {
i2c_message_done(); // don't do anything
}
_delay_ms(3.0); // wait for next run
}
}
/*
* Interrupt Handler for Timer/Counter 0
*/
ISR (TIMER0_COMPA_vect){
timer_ticks ++;
if (timer_ticks <=BURSTS) {
PORTB ^= ((1<<PB3)|(1<<PB2)); //toggle the Pins
}
}
/*
* Timer 0:
*/
void us_burst(void){
PORTB |= (_BV(PB3)); // ON
PORTB &= ~(_BV(PB2)); // OFF
TCNT0 = 0x00; // TIMER0 preload
TCCR0A &= ~(_BV(COM0A1));
TCCR0A &= ~(_BV(COM0A0)); //Normale mode OC0A disconnected
TCCR0A &= ~(_BV(COM0B1));
TCCR0A &= ~(_BV(COM0B0)); //Normale mode OC0B disconnected
TCCR0A |= _BV(WGM01); // CTC
TCCR0B |= _BV(CS00) ; // use internal clock
//no, we do it by hand
//_BV(COM00) ; // Toggle OC0 on compare match
OCR0A = TIMERCOUNT; // toggle bei erreichen 8 000 000 / 80 000 = 100 !!!
TIMSK |= _BV(OCIE0A); // enable Output Compare 0 overflow interrupt
GTCCR |= _BV(PSR10); // clear timer counter prescaler
SREG |= _BV(SREG_I);
sei(); // enable interrupts
}
void clear_burst(void) {
//Stop it
TCCR0A &= ~(1<<CS00); // stopt den timer
TCCR0A &= ~(1<<CS01);
TCCR0A &= ~(1<<CS02);
TIMSK &= ~(1<<OCIE0A);
PORTB &= ~(_BV(PB2) | _BV(PB3) ); // OFF
}
/*
* Analog compare handling
*/
ISR (ANA_COMP_vect) {
echo_ticks = timer_ticks;
ACSR &= ~(_BV(ACIE)); // turn interupt off, so we don't catch the next wave again
}
void enable_ain(void) {
ACSR &= ~(_BV(ACIE)); // interupt has to be off whenn switching ACD (see Datasheet)
ACSR &= ~(_BV(ACD)); // zero means turn on Analog comparator
ACSR |= _BV(ACIE) | _BV(ACIS0) | _BV(ACIS1); // interupt enable, trigger on rising edge
}
Dazu braucht ihr noch die usi-slave.zip, die es in folgendem Thread zum download gibt (relativ weit unten):
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-290268.html
Abfragen könnt ihr den Sensor dann vom "Hauptrechner" aus wie folgt (Beispiel mit der TWI Library von Peter Fleury):
Code:
unsigned char readDist01(void) {
unsigned char ret;
ret = i2c_start(UltrasonicSlaveAddress+I2C_READ);
if (ret ==1) {
beep();
}
else {
ret = i2c_readNak();
}
return ret;
}
Comments welcome.
Anbei noch 2 Bilder von Work in Progress. Ich habe versucht den analogen Teil zusammen mit den Kapseln auf eine Platine outzusourcen. Kann das einer von euch mit klassischen Bauteilen (kein SMD) noch kleiner?
So long