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So hier sind mal 2 Bilder
AHHHHHHHRRRRRRGGGG dieser shit von wegen 70 zeichen regt mich aber echt heftig auf...
Martin
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Ich wollte noch mal kurz von den Ultraschallexperimenten berichten. Mit einem Steckbrettaufbau mit senkrecht aufgestellten Wandlern auf dem Tisch ist die Zimmerdecke in 180cm Abstand ganz gut zu erkennen. Rechtes Bild.
Im linken Bild wurde eine DinA4 große Plastikplatte üner die Anordnung gehelten, so etwa in 45cm Höhe. Ich habe versucht, dabei auch die Mehrfachreflexionen zwischen Tisch und Reflektor sichtbar zu machen.
Die Impulsdauer ist erst mal relativ lang mit 64 Perioden des 40kHz Signals. Die Schaltung verstärkt die Echos auf mehrere 100mV. Die Reserven wird man vielleicht noch brauchen, wenn es um reale Hindernisse geht, die kleiner sind.
Der Sender ist nur zum Test in C-MOS Gattern und Zählern aufgebaut, er wird später ohnehin weitgehend vom Controller ersetzt werden.
Der Empfänger arbeitet mit laufzeitabhängiger Verstärkung wobei die Laufzeitgrenze erst mal auf die 180cm eingestellt ist.
Manfred
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Zitat:
Gehst du davon aus, dass keien direkte Übertragung zwischen sender und empfänger ist,
Kann man ja direkt messen. Ich habe eine Schaltung mit Verstärkungsregelung, die am Anfang während des Sendens ziemlich gut auf null abregelt und habe bei der mal die beiden Kapseln mit einem Gummi zusammengebunden.
Eine Überkopplung ist nicht sichtbar. Die Anordrnung ist auf dem Steckbrett links. Darüber ist eine schwenkbare Lampe die in 50cm Abstand ein Echo erzeugt das recht deutlich ist. Man sieht dann eher noch das zweite Echo der Lampe.
Manfred
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Zur Ultraschall Schaltung:
Ich habe erst einmal die Schaltung klemmenkompatibel nachgebaut.
Klemme OC2: Hier kommt das Sendesignal rein, Rechteck 5V Pegel, 40kHz, z.B. 16 Perioden
Klemme ADC3: Ausgang des um 100 bis 1000 verstärkten Echosignals ohne Demodulation.
Da das Signal in der Vorlage ohne laufzeitabhängige Verstärkung ist, ist dort der Pegel kritischer und es wird weiter der Port PD6 benötigt, der einen laufzeitabhängigen Vergleichspegel erhält.
PD6 entfällt.
Zur Funktion: AN OC2 liegt der Burst aus 16 Perioden 40kHz Signal. Er geht an den oberen Wandler der das Signal aussendet. Der 2. Anschluss des Wandlers liegt an Masse oder an einem invertierten Signal zur Spannungsverdopplung (4-fache Leistung).
Die Signalverstärkung erfolgt durch den Transistor BC547C. Ich habe überlegt einen oder 2 Operationsverstärker einzusetzen, aber die einstellbare Verstärkung geht am besten mit dem Transistor. Der Kleinsignal-Emitterwiderstand ist 1/S = Ut / Ic. Der Kollektorwiderstand liegt bei 10kOhm. Damit liegt die Verstärkung bei Ic = 1 mA mit Ut = 26mV bei 400.
In den Bereich wird der Transistor mit der Zeit gesteuert wenn er einen Basisstrom von 4µA erhält. (für B= 250 , sonst entsprechend, auch doppelt so viel: 2mA, V=800)
Zu Beginn der Messung wenn an OC2 periodisch der Null Pegel auftritt wird der Kondensator 47n über die Diode bis zur Schwellspannung entladen. Nach dem Sendesignal, mit OC2=high, lädt sich der Kondensator mit der Zeitkonstante 100k * 47n = 4,7ms und erhöht den Basisstrom und damit die Verstärkung. Der Startpunkt liegt gerade bei der Schwellspannung.
Das Signal vom Empfänger wird eingekoppelt und mit der zunehmenden Verstärkung entsprechend seine Schwächung auf der Strecke verstärkt. Das Signal breitet sich auf einer Kugelfläche aus, so dass seine Leistung quadratisch mit dem Abstand und mit der Zeit abnimmt. Die Spannung als die Wurzel der Leistung nimmt linear ab und die linear zunehmende Verstärkung kompensiert so gerade die Signalamplitude.
Beim Kollektorwiderstand wurde eine Festinduktivität eingesetzt. Das ist unüblich und kann sogar vermieden werden, wenn man dort nur einen 1k Widerstand nimmt und Spule und Kondensator weglässt. Man hat dann bei geringerer Verstärkung einen Biashub von 1V den man durch kapazitive Auskopplung eliminieren kann.
Induktivitäten werden nicht gerne eingesetzt weil sie als unberechenbar gelten. Deshalb kurz der Scheinwiderstand mit wL = 1/wC bei 40kHz führt bei einem Widerstandswert von etwa 1k zu den Werten 4,7mH und 3,3 nF. Die Dämpfung des Schwingkreises mit dem 10fachen Widerstand hält die Schaltung breitbandig und damit auch unkritisch gegenüber Bauelemente-Toleranzen. Der Einsatz der Spule ermöglicht trotzdem eine relativ hohe Verstärkung mit sodass man leicht mit nur einer Verstärkerstufe auskommen kann.
Ein Komparator sollte noch ergänzt werden. Zumindest der Mittelwert des Ausgangssignals an ADC3 muss noch verschoben werden.
Hierzu würde ich gerne noch mal diskutieren, ob es Sinn macht des verstärkte 40kHz Signal an den Controller zu geben, wie es in der Vorlage dargestellt ist.
Manfred
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Das Ultraschallinterface habe ich noch ein bischen weiter entwickelt auf der Basis des oben beschriebenen Kerns.
Es gibt unterschiedliche Wege, ich glaube die Philisophie preiswerte Bauteile einzusetzen wie beim Motortreiberinterface ist nachvollziehbar.
Ein einziges Stellelement zum Abgleich und ein definiertes Schalten beim Erkennen eines Echos sind auch günstig.
So erscheint nach Eingabe eines Bursts von 16 Impulsen ein Puls am Ausgang dessen Dauer dem Abstand zum erkannten Hindernis proportional ist.
Ich habe dazu auch eine Meßreihe aufgetragen. Die Strecke wurde mit einem Bandmaß gemessen und die Pulsdauer am Oszilloskop abgelesen, das könnte man sicher noch verbessern. Die Werte scheinen doch ganz gut linear zu sein, wie das bei einer Laufzeitmessung zu erwarten ist.
Leider habe ich nicht aufgeschrieben bei welcher Temperatur ich gemessen habe, aber sicher läßt sich der Wert der Temperatur auch nachträglich noch ermitteln.
Manfred