IR-Leuchtturm und Empfänger - wie synchronisieren?

[toemchen]

Hi Sensor- und Elekronikexperten,

ich denke gerade über eine simple "nach Hause fahren" Navigation nach, bestehend aus einem IR-Sender am Ziel und einem Empfänger auf dem Roboter, der sich drehend nach dem besten Epfang sucht.

Nun zum elektronischen Kernpunkt:

Für Störsicherheit macht man das wohl mit moduliertem IR. Eine Möglichkeit wären die Empfänger für IR-Fernsteuerungen, die auf 36, 38 oder 40 kHz filtern. Noch störsicherer wäre aber ein Eigenbau mit einer exotischeren Frequenz.

Eine Filterschaltung mit Operationsverstärkern könnte ich vielleicht hinkriegen, den IR-Sender mit nem 555er zu modulieren auch. Aber sind die Frequenzen dann stabil genug? So daß sie immer gut zusammenpassen, auch bei Erwärmung, schwacher Batterie usw.?

Oder mit Quarzen stabilisieren. Aber das geht voll über meine Kenntnisse hinaus. Quarzstabil senden geht klar. Aber empfängerseitig filtern? Den Empfänger mit derselben Frequenz scharf schalten, naja, aber wenn ich nun genau immer in der Tastlücke des Senders lande? Wie also synchronisieren? Kann mir da jemand weiterhelfen?

Ciao
Tom.

[Manf]

Wenn moduliertes IR-Licht selektiv empfangen werden soll, dann gibt es erst mal die Fernsteuerempfänger mit ihren drei Anschlüssen und ihrer hohen Empfindlichkeit die für einen Betrieb bis 20-30m (Datenblatt) ausgelegt sind. Wenn man die selbst baut hat man zu tun und so klein wird es dann nicht mehr.

Erst mal ein Filter suchen, ein "aktives Filter" mit OPAs geht aber die Stabilität ist einfacher mit einem ZF Filter oder einem ähnlichen Resonator zu erreichen. Es ist dann die Frage, ob die Trägerfrequenz gleich der Filterfrequenz gewählt werden soll, oder ob man im Bereich um 40kHz bleibt und das empfangene Signal auf die ZF mischt (z.B. mit Analogschaltern 4016...). Feste Frequenzen braucht man dabei für eine gute Selektivität und eine Stabilisierung mit Quarz ist sicher zu empfehlen, ist aber auch machbar.

Eine Alternative dazu ist digital signal processing.

Zur speziellen Frage des selektiven Empfangs: Man arbeitet dabei entweder mit Resonatoren die sich in der Phasenlage nach dem Signal richten oder mit Synchondemodulation bei denen sich zwei um 90° phasenverschobene Demodulatoren in der Aufgabe ergänzen.
Manfred

[toemchen]

Die Empfängerbausteine hatte ich natürlich auch im Kopf. Ich will allerdings mit einer Abbildungslinse und einer Schlitzblende einen Empfänger realisieren, der für das Drehen des Roboters um die Hochachse sehr richtungsselektiv ist, dem jedoch leichtes Kippeln des Roboters, also ein Höhenversatz des Leuchtturms nichts ausmacht. Für diese Schlitzblende wäre es ganz gut zu wissen, was sich in dem kleinen Dreibeiner für eine lichtempfindliche Fläche verbirgt.

Aber die Dinger sind ja billig, vielleicht geht da Probieren über studieren.

ZF Filter: Das ist wohl genau die Schaltungstechnik, die man da benötigt und von der ich keine Ahnung habe. Kannst Du mir da Literatur oder Links nennen, oder das ganze sogar hier noch ein bißchen genauer beschreiben?

Mit digital signal processing meinst Du, das Signal schnell genug A/D wandeln und den Rest rechnen, mit FFT? Eindeutig zu aufwendig. Ich will einfach eine Schaltung mit nem simplen TTL-Ausgang "Sehe nix" und "Sehe den Leuchtturm". Und das soll recht sicher funktionieren.

Und Danke für die schnelle Antwort, Manfred. Mit Dir hatte ich auch insgeheim bei der Frage gerechnet.

Toemchen

[Manf]

Ein einfacher ZF Verstärker sieht etwa so aus:
http://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/DRM-ZF-Verstaerker/DRM-ZF-Verstaerker.htm

Eine Verstärkerstufe mit Resonator als Arbeitswiderstand.
Der Vorteil ist dass sich andere Leute schon um die Stabilität der Frequenz gekümmert haben.

Was man dann noch braucht, ist ein Vorverstärker, ein Mischer, und einen Demodulator. Das ist funktional alles schon in dem TSOP bzw SFH5110 drin.
Sieh Dir lieber noch mal das Datenblatt an und überlege was Du verbessern willst.
Empfindlichkeit 0,35W/m² (entspr. 500mA Sendediode auf 30m)
Bandbreite 3-6kHz
...
Gefragt war noch die Richtcharakterisitk der integrierten Empfänger:
Die steht im Datenblatt auf der letzten Seite als Kurve für horizontal directivity 60°und vertical directivity 30°.

Manfred

Datenblatt:
http://www.fateb.br/marcelo/download/sfh5110.pdf

Das wird ein recht bilateraler Thread, Manfred. Dennoch:

ZF-Verstärker: Hatte ichs mir doch gedacht, das ist mir einfach zu hoch. Ich hab das einfach nie verstanden, mit Zwischenfrequenz mischen und so weiter. Gib Dir da auch gar keine weitere Mühe. Nur soweit reicht mein Verständnis: Der Resonator wird in den Verstärker miteinbezogen, deshalb ist der auf eine bestimmte Frequenz so selektiv. Der Resonator ist durch den Quarz so frequenzstabil - Quarze gibt es aber nicht beliebig niederfrequent. Immerhin habe ich beim großen C einen 77,5kHz gefunden, damit wäre ich schon aus dem Gröbsten und der Radiosenderei raus.

Aber ich werde mich erstmal auf die fertigen IR-Empfängerbausteine konzentrieren.

Meine Bedenken hinsichtlich lichtempfindliche Fläche muß ich nochmal genauer formulieren: Ich will mit einer Linse eine regelrechte Abbildung machen, mit Fokus auf unendlich. Der weit entfernte Leuchtturm wird in der Abbildungsebene einigermaßen auf einen Punkt abgebildet. In der Abbildungsebene steht eine senkrechte Schlitzblende. Der Empfänger ist hinter der Schlitzblende.
Sieht der Roboter genau zum Leuchtturm, geht das Bündel durch die Blende und trifft auf den Empfängerchip. Ist der Roboter dabei nach vorn oder hinten gekippt, geht der Strahl eben etwas höher oder tiefer durch die Blende. Seitliches Drehen löscht den Empfang jedoch schnell aus.
Hierbei ist die Größe und Lage der lichtempfindlichen Fläche in dem Chipgehäuse schon wichtig. Für den normalen Einsatzzweck, erfassen einer Fernbedienung ohne vorgesetzte Optik natürlich nicht.

Ich merke jedoch bei meiner Beschreibung gerade, daß ich auch einfach einen LichtSCHACHT bauen könnte, um die Richtungsempfindlichkeit zu verschärfen.

Hätte jetzt gerne eine Skizze angefügt, aber wie geht denn das?

Wie dem auch sei, es gilt einen solchen SFH... zu kaufen und auszuprobieren.

Danke für die Infos trotzdem! Tom.

[toemchen]

Mal schnell meine jüngsten Erfahrungen mit einem TSOP4833 und einem Lichtschacht berichten:

1. Ich hatte gedacht, daß ich mit zwei Sendern mit je 33 und 40 kHz Modulationsfrequenz und den entsprechenden Empfängern TSOP4833 und TSOP4840 selektiv genug bin, um die beiden Leuchttürme auseinanderhalten zu können. Das erscheint mittlerweile schwierig. Auch der Empfänger mit der "falschen" Frequenz reagiert, wenngleich ein Unterschied in der Empfindlichkeit da ist. Ob dieser Unterschied in der Realität ausreicht, ist fraglich.

2. Diese Empfänger sind schon seltsam ausgefuchst. Vom Sender wird ein Protokoll aus Bursts und Pausen geschickt (mit 50% Duty Cycle). In den Bursts sind 15 Impulse mit der entsprechenden Modulationsfrequenz. Das Empfangen geht wunderbar, sobald der Empfänger den Sender neu "entdeckt". Dann geht der Empfänger aber recht schnell (~1s) in eine Art Sättigung und gibt kein Signal mehr aus. Das heißt, daß "auf dem Strahl bleiben" schwierig wird. Eventuell muß man mehr Pausen und weniger Bursts machen. Eine normale Fernsteuerung feuert auch nicht ununterbrochen, nicht einmal beim längeren Drücken einer Lautstärke-Taste.

[waste]

Hallo toemchen,

kannst Du nicht die beiden Leuchttürme zeitmultiplex betreiben. Also auf der gleichen Frequenz aber mit unterschiedlichem Code abwechselnd in der Zeit. Dann brauchst auch nur einen Empfänger auf einer Frequenz. Mit dem Code kannst die beiden auseinander halten.

Gruß Waste

[Lunarman]

Hallo,
hab gerade diesen Thread entdeckt und frage mich: wie kriegt ihr es hin, dass die IR-LEDs sic überhaupt treffen? Die Winkel sind doch relativ klein... :-k :-k :-k

[Manf]

Hallo,
hab gerade diesen Thread entdeckt und frage mich: wie kriegt ihr es hin, dass die IR-LEDs sic überhaupt treffen? Die Winkel sind doch relativ klein...
Wie klein sind denn die Winkel die Du meinst?
Manfred

[Lunarman]

Kann sein, dass ich völlig doof bin, aber beim ASURO muss man den Empfänger auch genau über die LED halten. oder Fernbedienung; ab einem relativ kleinem Winkel geht der Fernseher auch nicht mehr an.

[Manf]

Die LED Chips strahlen in einem großen Winkel, sie haben dann unterschiedliche Linsen am Gehäuse für unterschiedlich große Abstrahlwinkel.

Manchmal steht der Winkel schon im Katalog dabei, machmal muß man im Datenblatt nachsehen.
Manfred

[Lunarman]

Also gibt es auch welche, die in einem Winkel von fast 160° strahlen? 8-[ h

[Manf]

Es sieht so aus

http://www.google.de/search?hl=de&q=led+abstrahlwinkel+%22fast+160%22&btnG=Suche&meta=

http://www.google.de/search?hl=de&q=led+abstrahlwinkel+160&btnG=Suche&meta=