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Thema: Kombinierte US-IR-Bake

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Kombinierte US-IR-Bake

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    Hallo Gemeinde,

    zur Zeit versuche ich ein Ortungssystem mit einer Reichweite von etwa 15 m zu bauen. Vor Kurzem habe ich´s mit zwei IR-Baken versucht http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=48791. Mit den Baken wird der Winkel zum Robo bestimmt. Mit etwas Trigonometrie kann man daraus diePosition des Robo bestimmen. Um mit nur einer Bake auszukommen, möchte ich gleichzeitig mit dem Winkel noch den Abstand zum Robo per US bestimmen. Der Ultraschallteil basiert auf dem Abstandsmesser von Uffi http://freenet-homepage.de/uffmann/Ultrasonic1.html.

    Halb zusammengebastel sieht das Ganze so aus:

    Links die Bake mit IR-Diode und US-Kapsel auf einem Servo montiert. Zwischenzeitlich habe ich die IR-Diode SFH4550 ausprobiert, welche mehr Reichweite bringt als die SFH480-2. Allerdings produziert diese auch mehr Streulicht. Zumindest für kurzen Entfernungen muss deshalb noch eine Blende vor die IR-Diode desetzt werden. Um die nötige Spannung dür die US-Kapsel zu erzeugen ist ein Max232 vorhanden, der aus 5 V 8 V macht. Zusätzlich bildet die US-Kapsel mit Kondesator und Spule einen Schwingkreis und ist über eine Diode angekoppelt, wodurch sich die Spannung weiter erhöht, wie von Uffi beschrieben.

    Oben rechts der Empfangsteil für IR mit 8 TSOP7000 . Rechts der US-Empfänger, wie von Uffi angegeben.

    Getestet ist das Ganze bis jetzt soweit, dass ich zumindest über 10 m per IR die Winkelinformation übertragen bekomme und am US-Empfänger in ebenfalls etwa 10 m Entfernung die US-bursts ankommen.

    Was bleibt ist den US-Empfänger mit dem Interrupt vom Atmega32 des IR-Empfängers zu verbinden und dann die Laufzeit des US zu messen. Die Referenzzeit ergibt sich durch die IR-Signale. Es steht also noch etwas Programmierarbeit an.

    Ideal wäre es natürlich die US-Kapsel in der Mitte der 8 TSOP7000 zu plazieren. Über die US-Kapsel kommt ein Trichter um die US-burst aus allen Richtungen empfangen zu können. Eine Alternative wäre die TSOP nicht nur parallel zu schalten, sondern einzeln auszuwerten. Dadurch hätte man eine grobe Information darüber in welcher Richtung die Bake steht, bzw. wie der Robo ausgerichtet ist. Mit dieser Information könnte man per Servo die US-Empfangskapsel immer grob in Richtung Bake ausrichten.

    So viel vorerst. Mal schaun, ob ich das Projekt noch fertig kriege.


    Viele Grüße

    Christian
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  2. #2
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied Avatar von Robotniks
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    Hallo Christian,

    das sieht mal wieder sehr vielversprechen aus was du hier bastelst!
    Bin auf weitere Berichte schon sehr gespannt.

    Grüße Ulli

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Hallo Robotnics et al.,


    zwischenzeitlich hat die US-Kapsel ihren Kegelaufbau bekommen. Die ganze Konstruktion ist mir eigentlich etwas zu klapprig, aber vorerst die einfachste Variante um eine Rundum-US-Messung zu machen. Um die Verluste durch den Kegel auszugleichen, habe ich den Verstärkungsfaktor in dem 4fach-OPV gegenüber Uffi´s Version durch Austausch eines Widerstands etwa um den Faktor 10 erhöht. Jetzt ist wieder eine Reichweite von mindestens 10 m möglich.




    http://www.rasenrobo.de/Bake/IMGP2316.AVI
    http://www.rasenrobo.de/Bake/IMGP2317.AVI

    Der IR-Teil funktioniert mit der SF4550 auch bei wolkenlosen Himmel, sogar ohne besondere Abdeckung der TSOP.

    Ich hoffe, dass man auf den Videos ausreichend erkennt wie sich die Winkelangabe (oben rechts im Display) und die Entfernung (unten rechts) ändert. Die Bake steht auf dem Tisch den man zu Beginn sieht. Sollte mir wohl doch mal eine Videocamera zulegen. Mit der Digicam gehen leider nur 30sec Aufnahmen.

    Manko ist die niedrige Wiederholrate. Bei Windstille ist die US-Messung genauer als die IR-Winkelmessung. Die Genauigkeit beträgt etwa 2 cm. Allerdings ist die Abhängigkeit der Absolutwerte von der Temperatur etc. noch nicht berücksichtigt.

    Aufgrund der sehr genauen US-Entfernungsmessung überlege ich mir alles evtl. auf 2 US-Baken umzustellen. Dieses System ist ja bereits bekannt.
    http://www.informatik.uni-kiel.de/~r...hoehrmann1.pdf. Schnellere Wiederholrate wäre damit möglich. Für die Synchronisation der US_Baken und der Empfänger wäre Funk, evtl ein Zeitsignal durch GPS-Empfänger notwendig.

    Noch für alle die mit der SFH4550 experimentieren wollen ein Sicherheitshinweis von Osram:

    Da SFH4550 ein "Schmalstrahler" ist, kann die Schwelle von 4W/sr überschritten werden (bei höheren Strömen und kurzen Pulsen könnten Sie bis 9W/sr bekommen).
    Wir würden nicht empfehlen in die LED aus einer Entfernung kleiner als 0,5m reinzuschauen.

    Leonid Moiseev
    Customer Service Support


    Viele Grüße

    Christian
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken imgp2313.jpg   imgp2312.jpg  

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied Avatar von Robotniks
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    Das funktioniert ja schon recht gut!
    Wie wäre es wenn du als Kegel einen kleinen Modellbautrichter verwenden würdest? (Dampfmaschinen hatten immer so kleine).

    http://www.modell-dampfmaschinen.de/...r/trichter.gif


    Grüße Ulli

  5. #5
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    das mit den Trichter ist nicht das richtige, die sind im Winkel zu steil
    Ich hab mir die eben mal genauer angeschaut....

  6. #6
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    Jupp, man braucht optimaler Weise 120°.


  7. #7
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    hi,

    @ähM_Key. 120 Grad sind´s auch bei meinem Kegel, allerdings nur aus mehreren Lagen Papier zusammengeklebt und nicht high-Tec wie bei Eurem Turag. Welche Genauigkeit und Entfernung erreicht Ihr mit Euerem System ? Die Baken habt Ihr wahrscheinlich auch aus US und Kegel aufgebaut. Wie macht Ihr die Synchronisation zwischen Empfänger und Sender ? Mit Funk oder IR ?

    Also, wenn Ihr noch einige von den Edel-Kegel übrig habt und nicht wißt wohin damit, dann meldet Euch bei mir!

    Gruß
    Christian

  8. #8
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    (Ganz kurz zur Erklärung, der Roboter heißt Elefant - siehe hier: http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=49253 , die Arbeitsgruppe TURAG)

    Die Genauigkeit ist prinzipbedingt nicht wesentlich unter +-8mm zu bekommen, weil das die Wellenlänge ist.

    Es ist ein auf den Eurobot-Wettbewerb zugeschnittenes Baken-System im Einsatz. Da die Platte 3x2m groß ist sind Reichweiten von 3m möglich.
    5m ev. mit Einschränkungen, aber 15m sind illusorisch (mit diesen Kapseln und der Anordnung mit dem Kegel). Wir betreiben die Kapseln schon mit +-50V. Als Genauigkeit auf dem Spielfeld (3 Baken) kommen wir auf etwa +-10mm. Die Schallgeschwindigkeit wird dabei automatisch berechnet, wodurch sie sehr genau und das System temperaturunabhängig ist.

    Kegel haben wir leider keine mehr, aber die lassen sich ja auf jeder Drehbank herstellen..

  9. #9
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    Hi Gemeinde,


    die US-Entfernungsmessung hat sich als ziemlich genau erwiesen. Deshalb bin ich jetzt auf die Positionsbestimmung mit zwei US-Baken umgestiegen.

    Features:

    Um auf eine Reichweiten von 10 - 15 m zu kommen arbeiten beide US-Baken mit 4 US-Kapseln.
    Für die US-Kapseln wird mit einem Max632 aus 5V eine Spannung von etwa 13 V erzeugt.
    Jede US-Kapsel liegt parallel zu einem Schwingkreis (Spule 1000 uH und Kondensator 1 nF) und in Serie mit einer Diode wie hier von Uffi http://freenet-homepage.de/uffmann/Ultrasonic1.html beschrieben. Diese 4 Einheiten aus jeweils US-Kapsel, Spule,Kondensator und Diode sind wieder parallel geschaltet und werden über ein Darlington-Array angesteuert.

    Bake 1 sendet die US-Pulse (40Khz, 250us Dauer) in exakten Zeitabständen (500ms) (quarzgesteuert mit Atmega32)).
    Bake 1 gibt zudem per IR-Puls (28 us Dauer) mit 4 LED´s den Startzeitpunkt der US-Pulse an. Die US-Impulse von Bake 2 werden per IR durch Bake 1 getriggert. Bake2 sendet genau 250 ms nach Bake1.
    Baken 2 und der Empfänger auf dem Robo haben ebenfalls einen quarzgesteuerten Atmega32.
    Durch das exakte Timing kann im Empfänger die Laufzeit der US-Pulse auch dann bestimmt werden, wenn mal die IR- Verbindung unterbrochen wird. Der Empfänger und die Baken bleiben zumindest einige Minuten im Takt.
    Sobald wieder eine IR-Verbindung zwischen Bake 1, Empfänger und Bake 2 besteht werden diese wieder exakt abgestimmt, bzw. synchronisiert.
    Eichung des Systems: Zur Berechnung der x und y Koordinaten in Bezug auf die Baken ist der Abstand zwischen den Baken erforderlich. Hierzu wird zu Beginn der Empfänger kurzzeitig zwischen Bake 1 und 2 positioniert. Der Empfänger addiert die Entfernungen zu Bake 1 und Bake 2 und hat damit den Abstand der Baken.

    Noch ein Foto von den 2 Baken und dem Empfänger:

    Die endgültige Probefahrt des Empfängers auf dem Rasenrobo steht allerdings noch aus. Problematisch ist die erforderliche gute Schall- und Stoßisolierung zwischen Empfänger und Robo. Ich hoffe, dass eine Luftpolsterfolie ausreicht.
    Bis demnächst.


    Grüße


    Christian
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken imgp2328.jpg   imgp2324.jpg  

  10. #10
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    Sieht doch schon gut aus! Ich bin auf Messwerte/Genauigkeiten gespannt. Bedenke, dass die Lufttemperatur einen recht großen Einfluss hat.

    Kleine Korrektur: Eichen kannst du sicher nicht, aber Kalibrieren

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