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@Rubi :
kannst du mal einen Blick auf den Code werfen und die relevanten Stellen im Timing rausziehen und kommentieren ?
Ich hatte nur mit AVR / Z80 usw zu tun gehabt.
:-s es gibt wohl keine weitere Interessenten für das Projekt :-s
muß ich mal in Mircrokontroller trommeln
Hallo catweazlex
Der Pic Spezialist bin ich leider auch nicht, ich bevorzuge auch Avr und Arm
Kerne.
Ich werde es mal nachbauen und dann versuchen es auf einen Avr zum laufen zu bringen.Wenn sich der Pic debuggen lässt wird alles natürlich einfacher.
Ich befürchte aber das ist einer ohne Debug Schnittstelle.
LG
Michael
Hochgenaue Niveaumessung mit Ultraschall mit Blockdiagramm der Schaltung
Anhang als pdf.
..wenn's zuviel wird müßt ihr schreien
..Sammelwut..für den Idee-Topf gedacht.
Entfernungsmesser
Minimale Hardware mit PSoC Micro. Schaltung, Blockschaltbild und Programm.
PDF zu groß..hier der Link
http://www.circuitcellar.com/PSOC2002/winners/1.htm
US SONAR mit PIC und Transducer und akustischer Linse
Kurze Anregung am Beispiel des Radar Höhenmessers.
VCO / PLL auf US übertragbar
Die Sache mit dem Höhenmesser per VCO/PLL und Differenzfrequenz hat mit Ultraschall einen Haken: Der Dopplereffekt macht sich kräftig bemerkbar und ein sich - relativ zum Meßgerät - bewegendes Objekt verfälscht die Abstandsmessung wegen der Dopplerfrequenzverschiebung. Ich bin nicht sicher, glauber aber daß sich das in den Griff bekommen läßt, indem man den Sendeburst nicht mit einem Sägezahn, sondern mit einem Dreieck moduliert. Bei unbewegten Objekten muß dann die Differenzfrequenz bei steigender Rampe gleich der Differenzfrequenz bei fallender Rampe sein - natürlich proportional der Entfernung. Kommt der Dopplereffekt hinzu, dann sind bei gleichem Objektabstand unterschiedliche Differenzfrequenzen zu messen und daraus liese sich sowohl der korrigierte Abstand als auch die radiale Geschwindigkeitskomponente herausrechnen.
Wäre das Verfahren das hier "Prinzip genauer Entfernungsmesser" ( https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=2919 ) genannt wurde für die Messung der Windgeschwindigkeit interessant? Wäre ringerer Fehler oder eine höhrere Auflösung zu erwarten als bei anderen Verfahren?
Manfred
Was haltet ihr von Dehnungsmessstreifen?
Eine Kugel auf/unter einem "Pin" mit 4 DMS. Je 2 gegenüberliegende in Halbbrücke + Temperaturkompensation für die Materialeigenschaften des "Pins".
Just a thought
Was spricht dafür, dagegen wird es schon eingesetzt, warum sollte man es einsetzen?Zitat:
Zitat von sigo
Mit einem Stück Schnur im Freien aufgehängt, hieß es früher oft, kann man viel über das Wetter aussagen.
Windig wenn es sich bewegt,
Regnerisch wenn es nass ist,
Donnerwetter wenn es geklaut wurde.
Manfred
Könnte man das so betrachten ?
Bei fixierten Sensoren messen wir alles was bei einer Abstandsmessung als Ströungsgröeße auftauchen würde. Wenn wir Hygro , Temp &Baro erst einmal vernachlässigen, bleibt als "Störfaktor" noch die bewegte Luft zwischen den Sensoren i.e. der Wind.
@ VCO/PLL HARRY
haben wir beim Windmesser bewegte Objekte?- (ausgenommen Fliegen..o.Ä)
Genauigkeit des Verfahrens kann ich noch nicht abschätzen, dazu habe ich zu wenig Infos gefunden. Ich versuche gerade die "TwoTone method" zu verstehen. (MFCW /TFCW).
Wichtig erscheint mir die Betrachtung weg von der Frequenz(Doppler) zu Phase zu verlagern ( Frequenzachse / Zeitachse)
MFC (Multiple frequency continous wave) erreicht theor. +- 0.05mm
die Wellenlänge lambda40kHz ca 86mm = Faktor 1720
Auflösung der Phase 360/1720
Muss man halt mal die Windgeschwindigkeit max/min im Verhältnis zu Schallgeschwindikeit setzen bekommt man eine Abschätzung der Grenzwerte / Genauigkeit.
..wer ist ein Mathegenie ?
Klingt genial einfach ! Könnte man mal probieren.Zitat:
Was haltet ihr von Dehnungsmessstreifen?
Tischtennisball auf 2 gekreuzte Dehnungsmesstreifen kleben und mit Fön anblasen. Empfindlichkeit ?
Wie eicht man sowas ?
z.B. mit einem Anemometer? O:)Zitat:
Wie eicht man sowas ?
Oder mit einem Auto bei Windstille...
Ja, dachte auch an Tischtennisball, evtl. sollte es aber auch größer sein, damit das Verhältnis Kugel zu Stab größer wird und man den Einfluss des Stabes erstmal vernachlässigen kann.
Nachteil:
Der Luftwiderstand wächst ja bekanntlich mit v²
[/quote]
Und wie wurdest du Eigenschwingungen eliminieren?
Der Kugel hat ja auch ein Gewicht.....
Eigenschwingungen sind sicher das Problem. Ich würde Tiefpässe nehmen (cpu).
@catwezlex:
bin auch öfter mal gesegelt. z.B. hier: www.seebummler.de
Du denkst nicht zufällig ans Wasser statt an die Luft?
Ich denke da nur an diese lästigen Blockaden der Logge.. (Propellerchen) durch Angelschnur..
..wäre ein dankbares Thema.. auch kommerziell?
So könnte man gleich 2D loggen und auch die Drift erfassen.. ;-)
Falls Luft, würde ich mir mal die Sensoren in modernen Autostoßstangen (ggf. + Elektronik) anschauen. Die müssen im Winter auch ne Menge aushalten..(Salz, usw..) Gibts eigentlich noch die guten alten Schrottplätze???
@sigo
deine 2d LOGGE is im "Ideen-Topf" vorgemerkt ..der füllt sich langsam.
Könnte man auc den 2d WIndmesser fürs Wasser umbauen..
Mein Böötchen is schon eine halbe Elektronikwerkstatt :roll:
Ist bisher aber groß genug und hat noch ein bißchen Platz.
->see Profil
Was man da so alles Messen und regeln kann !
Transducer Interface :
Sender ansteuern mit Rechteck oder mehr Sinus wegen Verzerrung ?
Gibts irgendwo genaue Daten dazu ?
Sender / Empfänger innerhalb einer Wellenlänge montiert ca 70mm und dann Phasenverschiebung messen, wäre das eine Idee ? ( digitale PLL)
Zur Ansteuerung des Senders: die üblichen Kapseln lassen sich mit 40kHz Rechteck bequem ansteuern, am Empfänger kam bisher immer was sinusförmiges an. Ohne Klirrfaktormessung oder Spektralanalyse kann ich es halt nur mit dem Auge auf dem Oszi begutachten...
Wegen der "bewegten Objekte" (s.o.): das war mehr als Kommentar zum angegebenen Link gedacht. Ausser der Luft (und ein paar verirrten Insekten) bewegt sich wohl nix im Windmeter.
Ich könnte mir vorstellen, daß die Empfindlichkeit der Anordnung steigt, je größer der Abstand zwischen Sender und Empfänger ist, der vom Medium durchströmt wird. Also könnte man den Schall unter einem bestimmten Winkel durch das Rohr schicken, er wird an den Wänden mehrfach reflektiert und trifft dann erst auf den Empfänger. Dadurch wurde der Schall auf einer deutlich längeren Strecke dem Effekt unterworfen. Bei jeder zweiten Messung wird die Schallrichtung umgekehrt. Oder hattet ihr das schon?
Die handelsüblichen 40kHz-Kapseln lassen sich in der Funktion problemlos vertauschen. Hat bei mir weder den Kapseln noch der Signalqualität geschadet.
"Staudruck" käme übrigens auch noch in Frage - bloß wo ist mein Link schon wieder? Im Prinzip läuft es auf eine Differenzdruckmessung hinaus: der statische Luftdruck im unbewegten Medium wird gegen den Druck im Staurohr gemessen. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt der Differenzdruck an - quadratisch war's wohl.
Bei wieviel Hertz??? Schall läuft mit etwa 344m/s @ 20°C, bei 40kHz macht das dann 8.6mm!Zitat:
einer Wellenlänge montiert ca 70mm
@Harry
Also könnte man den Schall unter einem bestimmten Winkel durch das Rohr schicken,...
..den Wind auch durchs Rohr ?
..Empfindlichkeit erhöhen : stimmt dein Vorschlag auch bei der Betrachtung
nur einer Periode ?
Bei wieviel Hertz??? Schall läuft mit etwa 344m/s @ 20°C, bei 40kHz macht das dann 8.6mm!
Schon richtig.....scharf nachdenk :roll:
wenn wir uns nur auf die Phasenverschiebung durch den Windeinfluß verlegen, dann darf die Periode (Schallgeschwindigkeit+Luftgeschwindigkeit) NICHT kleiner als Sensorabstand werden, sonst gibts Mehrdeutigkeiten / Mess-Sprünge)
:?: wieviel Grad Phasenverschiebung erwarten wir bei einem Messbereich von 1km/h - 140km/h wenn fSensor 40kHz
:?: welcher Wirkwinkel des Windes auf die Mess-Strecke bei 3 Sensoren(2D) ist minimal zu erwarten ?
Hallo catweazlex,
sind die beiden PDF's von Dir gemacht ?
Zum Prinzip 2, der Radarhöhenmesser:
Es gibt Radar Füllstandsensoren sowie neuerdings Radarsensoren für Automobile, die fast genau nach dem von Dir beschriebenen Prinzip arbeiten.
Es wird ein Chirp Signal ( Signal mit gleichförmig ansteigender Frequenz )gesendet und wieder empfangen. Das Empfangssignal wird direkt mit dem Sendesignal gemischt ( multipliziert ). Im Mischprodukt entstehen tieffrequente Schwebungsfrequenzen ( die Differenz der Sendedfrequenz und der Empfangsfrequenz ). Das Mischprodukt wird einer FFT unterzogen, aus den Peaks lassen sich die Reflexionen an den unterschiedlichen Objekten sowie derren Geschwindigkeit ermitteln.
Das Verfahren hat zweierlei technische Vorteile:
1. ist das Mischprodukt niederfrequent und kann mit handelsüblichen AD-Wandlern digitalisiert werden
2. findet sich das schwache Empfangsignal im niederfrequenten Teil des Mischproduktes, damit läst sich der Verstärker relativ einfach halten und das Übersprechen des um 10er Potenzen stärkere Sendesignal läst sich durch eine vorgelagerte Tiefpassfilterung sehr einfach unterdrücken.
Beim Einsatz von gewöhnlichen US-Wandlern mit stark ausgeprägtem Resonanzverhalten sehe ich das Problem, dass sich kein gleichmässiges Chirp-Signal erzeugen läßt. Vielleicht köntne man es mal mit Lautsprecher und Mikrophon im hörbaren Bereich versuchen.
Gruss,
stochri
Hallo stochri, Danke für deinen Beitrag. \:D/
Das Sendesignal wird also Frequenzmoduliert , im Empfänger mithilfe des Sedesignals demoduliert. Das ganze in einer Regelschleife als PLL-Demodulator wäre doch recht störfest?
Wie läßt sich eine PLL digital realiseren ?
Wie kann man die FFT vermeiden oder läßt sich das mit AVR's bei den zu erwartenden Frequenzen ohne Probleme bewerkstelligen ?
Hier mal dur Diskussion
Blockschaltbild eines Wandlers Phasendiff ->Impuls
Die Nulldruchgänge von US RX und Tx Signal setzen/rücksetzen ein D-FlipFlop. Das entstandene Signal steuert ein Tor welches proportional zur Impulsbreite(=Phasendifferenz) Impulse an den Zähler weiterreicht.
Any Ideas ? [-( per Software ? ](*,)
Hallo catweazlex,
meine Vermutung ist, dass das mit der PLL nicht gut funktioniert. Wenn Reflexionen von mehreren Zielen kommen gibt's irgendwie ein MischMasch. Dort kommt eben der Vorteil der Kreuzmodulation von Sende- und Empfangssingal sowie der nachfolgenden FFT zum tragen: in der FFT lassen sich die Frequenzpeaks der verschiedenen Reflexionen einigermaßen unterscheiden.
Bei Deinem Schaltungsvorschlag gehst Du von einem sauberen Empfangssignal aus. Zusätlich klingt die Empfangssignalamplitude exponentiell mit der Entfernung ab. Ich glaube, dass es in der Praxis Schwierigkeiten macht, die Signale so sauber zu erhalten.
Deshalb meine Empfehlung: Versuche Dich möglichst bald an praktischen Experimenten.
Eine FFT könnte man auf dem AVR hinbekommen, man muss sie ja nicht in Echtzeit rechnen, sondern kann zuerst das Signal aufnehem und dann untersuchen, senkt halt die Schussrate.
Aber das ganze Projekt scheint mir recht umfangreich, bevor man anfängt, eine so komplizierte Auswertung auf einem Mikrokontroller zu programmieren, versucht man für gewöhnlich die Algorithmen erst auf dem PC zum laufen zu kriegen.
Gruss,
stochri
Gern geschehen.. O:) Die war geschenkt..wo die her kommt sind noch mehr..Zitat:
@sigo
deine 2d LOGGE is im "Ideen-Topf" vorgemerkt ..der füllt sich langsam.
Klar, das Prinzip ist übertragbar. Man könnte es gleich zu konzipieren, dass man es modular aufbaut..Nur in Wasser geht alles was schneller und man arbeitet nicht mit 40khz. Also total anderes Timing. Bei deinem Cat könnte man ja supi von Kufe zu Kufe funken...schöööönes Schiff..Zitat:
Könnte man auc den 2d WIndmesser fürs Wasser umbauen..
Bei dem diesem Modell sind Störungen kaum zu erwarten und der Sensorabstand recht klein.
Größe : 142x160mm. Sensorabstand ca 100mm.
Bild hier
Wäre doch ein Anhaltspunkt zum Aufbau?
Wieso sitzen die Sensoren diagonal?
Gibts einen zentralen Sender?
Was ist mit dem Sendor links im Bild?
Bild hier
Zitat aus ThiesClima :
"Das Ultrasonic Anemometer 2D besteht aus 4 Ultraschall -Wandlern, von denen sich jeweils 2 Wandler im Abstand von 200 mm gegenüberstehen.
Die dadurch gebildeten zwei Messstrecken stehen senkrecht zueinander.
Die Wandler fungieren sowohl als Schallsender als auch als Schallempfänger.
Über die Steuerungselektronik wird die jeweilige Messstrecke und deren Messrichtung angewählt.
Mit dem Start einer Messung läuft eine Sequenz von 8 Einzelmessungen in alle 4 Richtungen der Messstrecken mit maximaler Geschwindigkeit ab.
Die Messrichtungen (Schallausbreitungsrichtungen) verlaufen im Uhrzeigersinn rotierend, zuerst von Süd nach Nord, dann von West nach Ost, von Nord nach Süd und schliesslich von Ost nach West.
Aus den 8 Einzelmessungen der Streckenrichtungen werden die Mittelwerte gebildet und zur weiteren Berechnung verwendet.
Die benötigte Zeit für eine Messsequenz liegt bei ca. 20 msec bei +20°C. "
Hier die Formeln:
Nee, der Wind geht schon geradeaus durchs Rohr. Sollte nur einen Weg aufzeigen der in industriellen Strömungsmessern verwendet wird. Allerdings arbeiten die nur 1D.Zitat:
@Harry
Also könnte man den Schall unter einem bestimmten Winkel durch das Rohr schicken,...
..den Wind auch durchs Rohr ?
Das ist definitionssache: Natrülich wird jede Periode des Signals dem "Stör"einfluß unterworfen. Du willst aber wissen, was passiert, wenn Due die Perioden nicht unterscheiden kannst, gelle?Zitat:
..Empfindlichkeit erhöhen : stimmt dein Vorschlag auch bei der Betrachtung
nur einer Periode ?
Hm, da muß ich passen.Zitat:
wenn wir uns nur auf die Phasenverschiebung durch den Windeinfluß verlegen, dann darf die Periode (Schallgeschwindigkeit+Luftgeschwindigkeit) NICHT kleiner als Sensorabstand werden, sonst gibts Mehrdeutigkeiten / Mess-Sprünge)
wieviel Grad Phasenverschiebung erwarten wir bei einem Messbereich von 1km/h - 140km/h wenn fSensor 40kHz
Nun, das sollte sich doch aus der Geometrie abschätzen lassen. Bei der gewählten symmetrischen dreieckigen Figur ergeben sich die Innenwinkel zu je 60°. Du hast dann also nicht zwei Meßstrecken im Winkel von 90°, sondern drei Meßstrecken im Winkel von 60°! Außerdem muß jeder Wandler bei (von ihm aus gesehen) +/-30° je eine Hauptstrahlrichtung besitzen, damit er jeweils seine beiden "Kollegen" sehen, äh hören kann. Alternativ bringst Du an jeder Ecke zwei Wandler an.Zitat:
welcher Wirkwinkel des Windes auf die Mess-Strecke bei 3 Sensoren(2D) ist minimal zu erwarten ?
Du siehst, die "über Kreuz" Methode ist günstiger im Aufwand!
Ich wollte das einfach noch mal in die Diskussion einbringen, so ein Bild ist sicher wichtig für den Umgang mit den 40kHz Ultraschallwandlern.
Ein Wandler wird mit ca. 24 Perioden einer 5V Schwingung im Gegentakt (H-Brücke) angeregt und ein zweiter Wandler in 340mm Abstand empfängt das Signal. Die Schallaufzeit vom Sender bis zum Emfänger wären damit ja etwa 1ms.
Die Auflösung für das obere Signal ist 100mV/div für das untere 5V/div. Die Zeitauflösung ist 0,2ms/div.
Bild hier
Aus dem Verhalten der Wandler lässt sich sicher etwas für den Einsatz bei der Windmessung ableiten. Es hilft vielleicht bei der Antwort, ob der Wandler mit Impulsen oder mit kontinuierlicher Ansteuerung betrieben werden soll.
Manfred
@Manf : ist das Oszillogramm Realtime 2-Kanal oder montiert ? Ich kann da die Schall-Laufzeit nicht rauslesen.
Das Problem scheint mir darin zu liegen, wie man am Empfänger entscheiden kann, wann und welche Signale angekommen sind.
Das Resonanzverhalten ist ja sehr schön zu sehen. Wo detektiert man die Ankunft ?
Hat jemand ein Oszillogramm in Phasenansicht RX/TX übereinander ?
mit oder ohne Modulation ?
Das Oszillogramm ist Realtime.
Die 1ms sind schon ablesbar, beide Wandler schwingen eben erst ein, sie halbe Amplitude wird damit erst nach 1,3-1,4ms erreicht.
Man sieht beim Sender das Nachgeben der Signalquelle, erst dann geht etwas raus, bei 1ms ist praktisch noch nichts da.
Das führt zu einer Totzeit, die leicht rechnerisch eliminiert werden kann.
Andere Probleme sind die geringe Steigung, die eine Präzise Messung sehr erschwert und die Sinusform einen einfachen Komparator zwischen der Erkennung aufeinander folgender Wellen springen läßt. Dieser Effekt ist hier beschrieben.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...?p=23402#23402
Manfred
Bild hier
Die US-Wandler strahlen 45° nach oben auf die Mitte der Platte.Zitat:
Zitat von catweazlex
Warum?
:-k
Sie stehen dann der bewegten Luft die sie messen nicht so sehr im Weg und verwirbeln sie nicht ganz so stark.
Manfred
im Vergleich mit einem ähnlichen Gerät scheint hier die obere Platte als Reflektor der US-Strecke zu dienen. Vielleicht wird auch mit einem Sender jeweils 3 Empfänger versorgt.
Könnte das damit auch die Funktion eines Phasenarrays haben ?
...gübel grübel und studier....
Ein Phased Array wird hier glaube ich nicht benötigt. Punkt zu Punkt wird die Verzögerung benötigt. Am besten sendet man dazu jeweils nur mit einem Sender.
Man könnte nacheinander von jedem zu jedem Senden um mehr Daten zu gewinnen.
Man kann aber auch mit unterschiedlichen Frequenzen messen um die Eindeutigkeit der Phaseninformation zu gewährleisten. Mit den Frequenzen hat man wohl ausreichende Flexibilität.
Manfred
Hier ein Aufbau eines SODARS
Das SODAR-System ist ein akustisch arbeitendes Messverfahren, welches alle interessanten windspezifischen Größen automatisch und kontinuierlich erfasst. Drei generierte Schallimpulse werden nacheinander unter definiertem Winkel in drei Raumrichtungen ausgesendet. Das an Inhomogenitäten aus der Atmosphäre zurückgestreute Signal wird auf Dopplerverschiebung analysiert. Diese zeitaufgelöste Verschiebung ist ein Maß für die Windgeschwindigkeit aus einer definierten Messhöhe und beinhaltet die Messgrößen zur Errechnung der Windrichtung.
Für eine Abschätzung möchte ich die anfallenden Daten und Voraussetzungen zusammenstellen (ca. Werte )
Frequenz US 44kHz Periode 23us
Schallgeschw 340m/s Wellenlänge 8,6mm
Windgeschw. 0.1-60m/s i.e. Messdynamik 1:600
zu erwartende Frequenzverschiebung / Doppler bei 60m/s +-18% i.e. 53kHz-36Khz
Wenn mir hier keinRechenfehler unterlaufen ist dann ergibt sich die Frage ob der US-Sensor diese Frequenzen noch detektiert.
Bei einem ABstand TX/RX von ca.20mm müsste das Schallfeld stark genug sein um eventuelle Störungen zu überdecken.
Gibt es irgendwo Transducer mit genauen Datenblättern / Diagrammen?
Etwas einfacher als die Modulation mit Sägezahn / Dreieck ist FSK (frequenz-shift-keying) wobei nach einigen Perioden die Frequenz umgeschaltet wird. Beim Empfänger kann dieser Moment als Referenz zum Start/Stop der Messung benutzt werden.
Phasenmessung : bei der zu erwartenden Frequenzverschiebung ist eine Phasenmessung alleine zur Ermittlung der Windgeschwindigleit nicht anwendbar. Also bleibt nur Frequenzmessung evt. in Verbindung mit Phasenmessung.
Störungen wie durch Sidelobes / Reflexionen usw sind durch den Aufbau IMHO zu vernachlässigen und wohl kein Problem.
Praxis Versuch :
Impulspakete mit 100 Perioden a 25us, danach 100 Perioden a 20us aussenden. (10%) Sowohl der Übergang von 25 auf 20 als auch eine statistische Auswertung sollte eine wesentliche Verbesserung der Genauigkeit ergeben. Können auch Mehrfachpakete sein.
Während der Messung wird der a Wind in Betrag und Richtung als konstant angenommen.
Comments anyone ?
Hier ein Link zu Hexamite mit ausführlichen Daten / Diagrammen /Schaltungen. www.hexamite.com
HE2220TR für Windmessung arbeitet mit 220kHz.
HE 255 mit 25kHz
welche Frequenz wäre vorzuziehen und warum ?