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Thema: Gut und günstig Lichtschranke für Distanz von 2m

  1. #1
    Moderator Robotik Einstein Avatar von HannoHupmann
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    Gut und günstig Lichtschranke für Distanz von 2m

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    Hallo Leute,

    für ein kleines Projekt Suche ich ein möglichst einfacher Lichtschranke. Der Abstand zwischen Sender und Empfänger wird etwa 2m betragen. Das ganze steht in einer Halle die von Neonröhren ausgeleuchtet wird. Die Lichtschranke soll einen Interrupt Eingang triggern für eine Zeitmessung also wird sie nur sehr kurz unterbrochen. Achja und sie muss möglichst günstig sein, da für das ganze Projekt kein besonders großes Budget zur Verfügung steht.

    Mein erster Ansatz war eine IR-LED auf der einen Seite und auf der anderen ein IR Empfänger, genau das gleiche wie bei einer Fernbedienung (die Reichweite beträgt hier ja auch mehr als 2m) Ich bin mir aber nicht sicher ob diese Idee empfindlich genug ist. Hat jemand schon Erfahrungen auf dem Gebiet oder kann mir Tipps geben?

  2. #2
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    Hallo,
    das müsste so funktionieren, wie du dir das gedacht hast. Diese TSOP... sind als Empfänger wirklich sehr empfindlich.
    Möglich ist bestimmt auch ein Aufbau mit Fotodiode+Verstärker, Filter usw., nur das wird schnell sehr umfangreich.
    Du kannst dich auch an fertigen Bausätzen orientieren, meist sind die Schaltpläne dazu bei den Versandhändlern online abrufbar.

    Die Neonröhren dürften ja quasi kein Infrarot abstrahlen, das müsste unter diesen Bedingungen gehen.
    Grüße,
    Bernhard

  3. #3
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    Wegen der Modulation sind die TSOP... nicht besonders schnell, und die Erzeugung des Modulations-signals ist auch etwas aufwendiger. Die untere Grenze für die Reaktionszeit liegt vermutlich bei rund 1 ms.
    In der einfachsten Ausführung bräuchte man so etwas wie NE556 (oder 2 mal NE555) für den Sender, und den TSOP... und µC am Empfänger. Auf der Sendeseite werden Pulse von rund 0,5 ms mit 36 kHz moduliertem Signal gesendet, und dann wieder 0,5 ms Pause. Wenn man nicht ganz viel Intensität hat, brauchen die TSOP... die Pausen zum Einstellen der Empfindlichkeit. Der µC darf dann erst reagieren wenn die Pause zu lang (etwa > 0,7 ms) wird - es braucht also schon noch etwas mehr Software.

    Schneller könnte es mit einem Laserpointer und Fototransistor / Fotodiode gehen. Dabei muss man dann aber auch gut zielen. Alternativ reicht auch eine starke IR-LED (z.B. SFH4550) und ein stark gerichteter (Es sollte eine Blende /Röhre reichen) Empfänger mit IR Filter.

    Wie schnell muss den reagiert werden ?

  4. #4
    Moderator Robotik Einstein Avatar von HannoHupmann
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    Die Idee mit dem Laserpointer und einem Fototransistor finde ich gut. Da müsst die Unterbrechung deutlich genug sein, damit das detektiert wird. Die Anwendung wird nachher eine Geschwindigkeitsmessung bei der ein Trainingsschwert durch die erste und die zweite Lichtschranke geschlagen wird. Je schneller also die Reaktion des Systems ist desto genauer wird die Zeitmessung. Da es aber nur relativ genau sein muss würde sich die Trägheit der Sensoren sowohl beim Start-Trigger als auch beim Stopp-Trigger auswirken und damit das Ergebnis nicht verfälschen. Die Strecke zwischen Lichtschranke 1 und Lichtschranke 2 dürfte etwa 2m betragen.

    (Hintergrund ist der, dass ich jetzt 6 Jahre Schwertkampf mache und wir keine Möglichkeit haben im Training die Geschwindigkeit eines Schlags zu messen bzw. damit auch vergleichen zu können. D.h. es ist schwierig das zu trainieren, wenn es keine Größe gibt, mit der man Vergleichen kann. Daher nun die Idee mit einem Zwei-Lichtschranken-System und der Zeitmessung. Es geht nämlich nicht darum möglichst fest zuhauen (das würde nur dem Trainingspartner schaden und das ist nicht unser Ziel) sondern eben sehr schnell (und nur ganz leicht zu treffen). Mein Trainer wünscht sich schon lange so ein System und daher hab ich nun den offiziellen Auftrag eines zu bauen)

  5. #5
    Moderator Robotik Visionär Avatar von radbruch
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    Hallo

    Einen Laserpointer halte ich auch für optimal. Für den sportlichen Einsatz des Systems könnte man mit nur einer Lichtschranke und drei Spiegeln arbeiten. Das würde einen kabellosen Aufbau ermöglichen auf z.B vier Kamerastativen. Die Herausforderung wäre dann vielleicht ein cleveres Befestigungs- und Ausrichtungskonzept zu finden. Aber dieses Problem haben Lösungen mit zwei Lichtschranken sicher auch. Der Abstand der genau parallelen Lichtschranken muss stimmen, alles auf einer Ebene...

    Unterschiedliche Trägheit der Sensoren würden beim Lösungsansatz mit nur einer Lichtschranke nicht auftreten. Die Entfernung 2*2m + 2*Schwerthiebbreite sollte auch ein preisgünstiger Laser locker schaffen. Durch Erfahrungen aus einem eigenen Laserprojekt rate ich von der Verwendung von Dioden/Fotodioden zur Erkennung des Laserstrahls ab. Bei einem direkten Treffer rauchen die gerne ab. Sicherer, aber deutlich langsamer in der Reaktion sind Fotowiderstände.

    Wirklich schwierig dürfte dann noch das Kalibrieren der Anlage werden. Es wäre sicher günstig, wenn die Breite für ein Moped reichen würde. ;)

    Gruß

    mic

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  6. #6
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    Bei einem normalen noch legalen Laserpointer ist die Intensität kein Problem für die Photodioden. Um eine Photodiode mit einem nicht extrem (d.h. µm Bereich) gebündelten Strahl zu beschädigen braucht man schon einige 100 mW, das ist ein Leistungsbereich der schon eine spezielle Erlaubnis und Schutzverkehrungen erfordert.

    Die "Kalibrierung" ist auch nicht so schwer: Die Zeiten misst man relativ zur Quarzfrequenz. Das ist auch ohne Abgleich genau genug. Die Strecke kann man per Lineal / Zollstock messen.

    Mit Lichtschranken für kürzere Entfernung (8 cm) hab ich so ein System mal Programmiert (2 Lichtschranken, 5 Stellen LED Anzeige, Zeitmessung mit 0,1 ms Auflösung). Auch mit relativ wenig Aufwand liegt die Reaktionszeit der Leichtschranke bei ca. 10 µs und die Auflösung der Zeitmessung bei 1 µs (intern). Die Auflösung reicht eigentlich auch aus um die Geschwindigkeit auch über kürzere Strecken (z.B. 10 cm) zu messen.

  7. #7
    Moderator Robotik Einstein Avatar von HannoHupmann
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    Was für einen Sensor würdet ihr mir dann genau empfehlen? Ich hab jetzt so billig 2,50€ Laserpointer gekauft die dürften nicht viel Watt haben und für den Wellenbereich dachte ich an so was http://www.reichelt.de/Fotodioden-et...=0&OFFSET=500&

  8. #8
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    Wenn es schnell sein soll, kommt vor allem eine Fotodiode in Frage. So kritisch ist die Wahl da nicht mehr, denn das Rauschen wird durch das Hintergrundlicht dominiert, und schnell genug sind die Photodioden eigentlich alle. Die Versionen mit Filter für IR passen nicht.
    Möglich wären z.B. BPW24 (mit Linse, also schon gerichtet) oder BPW34 (Platikgehäuse, rel. groß und billig).

    Für eine etwa realistische Entfernung von 10 cm muss man mit Zeiten von ein paar ms rechnen. Entsprechend wäre eine Auflösung und Reaktionsgeschwindigkeit von etwa 0,1 ms - 10 µS schon ganz gut. Das geht gerade so auch noch per Phototransistor. Viel Reserve hat man da aber nicht mehr. Der Typ aus dem Link ist sehr klein, da wird es mit dem Ausrichten schwer. Wenn dann lieber ein größerer Typ im 5 mm LED Gehäuse. Mit dem Fototransistor spart man ein bisschen an der Verstärkerschaltung - ganz ohne wird es aber aber schwer und relativ langsam.

    Ich habe für meine Lichtschranken die BP104F gewählt - die ist ähnlich der BP34, nur halt mit Filter nur für IR. Statt einem Filter für die Wellenlänge kann man alternativ die Richtung per Blende/ Rohr einschränken. Auch so reduziert ich das Fremdlicht. Auch mit einem Laser von nur 0,1 mW kann man bei einer Photodiode mit etwa 0,05 mA rechnen, und bei einen Fototransistor mit etwa 1-10 mA. Das ist eigentlich schon deutlich über dem üblichen Hintergrund.

  9. #9
    Moderator Robotik Einstein Avatar von HannoHupmann
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    @Besserwessi

    noch eine Frage, wie muss ich die am Eingang des µC beschalten? Mit Transistor? PNP oder NPN? Oder kann ich die direkt dran hängen?

  10. #10
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    Mit einem Fototransistor könnte es reichen einfach einen passenden Widerstand für die Einstellung der Schwelle dazu zu nehmen. Also z.B. den Widerstand vom Eingang nach GND und den Fototransistor von VCC zum Eingang.

    Mit einer Fotodiode wird man wohl einen Verstärker brauchen. Das könnte ein schneller OP als Transimpedanzverstärker sein, oder einfach ein Transistor mit 2 Widerständen. Ob man da einen NPN opder PNP Transistor nimmt, ist relativ egal, das geht beides. Eine Möglichkeit wäre ein NPN Transistor mit dem Emitter nach GND. Dann ein Widerstand (ca. 2-10 K) vom Kollektor nach VCC. Das ist dann auch gleich der Ausgang. Die Fotodiode von VCC zur Baisis (in Sperrichtung) und dann der Widerstand (ca. 5-50 K) zum Einstellen der Schwelle von der Basis nach GND. Mit einem Komparatoreingang reicht ggf. auch nur die Fotodidode und ein Widerstand (z.B. 10 K) an den einen Eingang und ein Poti an den anderen Eingang.

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