Laser-Entfernungsmesser : Vorschlag

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13.04.2006, 20:41
Alex20q90

Laser-Entfernungsmesser : Vorschlag

Ich bin zufällig auf einen 8-Bit Binär-Zähler (Binary-Counter) gestossen.
Nach Ansicht des Datenblatts (74HC590) las ich das der Counter bis 60Mhz abkann.

Gut, 8Bit sind bissle wenig, aber man könnte doch den Ausgang Q7 mit dem Clock-Eingang eines weiteren Counters verbinden ;-)

16Bit-Auflösung wäre doch ganz nett :
256*256 = 65536

Als Taktgeber nehmen wir ein 60MHz-Quarzoszillator.
Zur Ansteuerung und Auswertung einen Atmel \:D/ .

Als Sender einen Laser (Diode aus einem DVD-Player oder so).

Dort wo der gebündelte Strahl (Laserpointer-Strahl) das System verlassen soll, machen wir eine kleine 90° zum Pointer gesetzte Glasplatte hin. In den Strahlemgang einen Phototransistor oder eine Photo-PIN-Diode.

Sobald der Prozessor den Feuer-Befehl sendet, und der Laser anfängt zu lasern, dauert es ja eine gewisse Zeit bis der Photosensor an der Glasplatte darauf reagiert. Sobald er "Licht ist da" schreit, rennt der Counter los (Clock-Enable). An einer Empfangsoptik den gleichen Photosensor auf das von einem Objekt X reflektierte licht warten lassen. Trift das Licht ein, lassen wir wieder "Licht ist da" rufen und wird das Enabled-Signal gelöscht. Der Atmel frägt seine Counter nach dem Stand der Dinge.

Soviel zur Theorie! Ich denke aber das wir schnellere Counter als 60Mhz brauchen!

Grüße
Alex
13.04.2006, 20:58
hertzschüler

Es kommt zwar drauf an, was für Strecken du messen willst, allerdings hast du bei deien 60MHz eine maximale Genauigkeit von 2,5m allein durch die Lichtgeschwindigkeit. Dann wird der Phototrnsistor auch nicht immer schnell genug reagieren, dass dabei zuverlässige Werte rauskommen, denn du willst ja nicht den Abstand zu einem Spiegel messen, oder?
Falls so große Entfenungen gemessen werden sollen, wo +- 2,5m überhaupt keine Rolle spielen, dann ist ein Laser aus einen DVD-Laufwerk sicherlich nicht stark genug (halt nur nen Klasse 1 Laser).
13.04.2006, 20:59
Madgyver

60Mhz reicht aber nur für ne genauigkeit von 3 Metern. Das ist dir doch klar oder?
13.04.2006, 21:01
Fritzli

60MHz => 1LSB in 16.67ns.
Licht legt 1m in 3.3ns zurück.

Man müsste also schneller takten.

Das Problem an der ganzen Sache sind aber die Zeitverzögerungen im Empfänger/Sender. Diese müssen (a) genügend klein und (b) reproduzierbar sein. Und das ist im ns-Bereich (oder noch tiefer) nicht gerade trivial.

Gruess
Fritzli
13.04.2006, 22:09
kalledom

Und bitte die Gatter-Durchlaufzeiten nicht vergessen, da kommen noch mal einige ns = m zusammen.
Man könnte auch 74F-Typen nehmen, gehen bis über 100 MHz, verbessert die Genauigkeit aber auch nur um das Doppelte. Es müßte also schon was mit GHz sein.
14.04.2006, 15:38
Alex20q90

Zitat:

Zitat von Madgyver

60Mhz reicht aber nur für ne genauigkeit von 3 Metern. Das ist dir doch klar oder?

Ja ist es!

Zitat:

Man könnte auch 74F-Typen nehmen, gehen bis über 100 MHz

Das hab ich noch garnicht beachtet!

Jetzt ist die Frage ob jemand einfach nur experimentieren will, und mit Licht einige Versuche anstellen möchte, oder ob er im "mm"-Bereich messen will. Ist ja auch im anbetracht des Vorschlags egal.

Laser aus eine´m DVD-Brenner 16x hat z.b. 100mW bzw gar 150mW.
Ein Triplet-spiegel am Ende sollte genug zurücksenden können, um eine Brauchbare Messung zu bekommen ;-)

Gibt es eigenlich auch noch schnellere als die 74F-Typen?

Grüße
Alex
14.04.2006, 17:27
michigrunf

Könnte man das nicht über trianguläre Peilung machen?
Da kann man sich doch Zeit lassen mit dem Messen...
14.04.2006, 17:31
pacer_one

also Laufzeitmessung mit herkömmlichen Mitteln wird wohl nix, wie wäre es mit Lasertriangulation, obwohl das schon schwierig ist, aber ne Laufzeitmessung... :shock: ?!
14.04.2006, 20:23
Alex20q90

Zitat:

Zitat von pacer_one

also Laufzeitmessung mit herkömmlichen Mitteln wird wohl nix, wie wäre es mit Lasertriangulation, obwohl das schon schwierig ist, aber ne Laufzeitmessung... :shock: ?!

Und wieso soll das nix werden? Was hast Du mit dem Licht denn für Probleme? Nur weil es schneller ist als der Schall?

Und was vertsehst Du unter herkömmliche Mittel? Transistoren und ne Lochstreifenplatine? :cheesy:
14.04.2006, 20:26
Alex20q90

Zitat:

Zitat von Madgyver

60Mhz reicht aber nur für ne genauigkeit von 3 Metern. Das ist dir doch klar oder?

Ich werds überleben :D

Mich würde mal interessieren welche Bauteile in den Käuflichen Entfernungsmessern, wie sie Conrad für Golfspieler u.s.w. anbietet, an Elektronik drinn ist! Hat jemand sowas zufällig zur Hand, und wenn ja, könnte er es zufällig mal aufschrauben :-b Bidde..
14.04.2006, 20:41
Zeiner-Rider

@alex20q90: Wo hast du das her dass der DVD-Laser 150mWatt hat?
14.04.2006, 20:43
Alex20q90

Zitat:

Zitat von Zeiner-Rider

@alex20q90: Wo hast du das her dass der DVD-Laser 150mWatt hat?

16x hat bis zur 100mW. Schnellere DVD-R benötigen stärkere Laser.
150mW ist nicht weit hergeholt! Man sollte die ja nicht auf volle Leistung fahren. So halten die länger..
14.04.2006, 20:53
Alex20q90

Zitat:

Zitat von Zeiner-Rider

@alex20q90: Wo hast du das her dass der DVD-Laser 150mWatt hat?

16x hat bis zur 100mW. Schnellere DVD-R benötigen stärkere Laser.
150mW ist nicht weit hergeholt! Man sollte die ja nicht auf volle Leistung fahren. So halten die länger..
14.04.2006, 21:26
sigo

Praktikable Ergebnisse dürften so etwas schwer zu erzielen sein, zumindest mit 74Fxxx

Die meisten Voraussetzungen wurden ja bereits genannt.

* Der Laser muss mit einer entsprechenden Anstiegsgeschwindigkeit moduliert werden
* Die Foto- Pindioden müssen das Tempo und die Empfindlichkeit haben
* Die Verstärkerstufe, dito
* und reproduzierbare Verzögerungen

Die Auswertung selbst könnte ich mir auch analog vorstellen, wenn man nicht so schnell zählen kann..

Man könnte den Strahl einschalten und dann eben die beiden Fotosensoren über Komparatoren auswerten. (entsprechend schnell nach o.g. Bedingungen, 1GHz Komparatoren gibt es aber z.B...)

Nun passiert folgendes wenn der Laser eingeschaltet wird:

Zuerst sind beide Komparatoren aus (da Laser noch aus)
Dann ist der erste Komparator an
Dann sind beide an, wenn der 2. Komparator auch Licht hat
Mittels XOR Verknüpfung erhält man dann einen kurzen Impuls, dessen Pulsweite mit der Entfernung zunimmt..

Den muss man ja nicht mit einer Stopuhr messen, sondern kann auch einen Kondensator eines Integrators damit aufladen, je länger die Impulsdauer, desto mehr Ladung...

Wenn man nun den Laserstrahl mit z.B. 100ns taktet (10MHz), und dann immer z.B. 3-30ns-Imulse bekommt, hat man ja ein Tastverhältnis (PWM) von ca. 3-30%..
Mit einer entsprechend schnellen Schaltung und reichlich Ladespannung, könnte man also eine Gleichspannung draus machen...

Evtl. könnte man ja eine Sample-und Hold-Stufe eines sehr schnellen AD-Wandlers dazu verwenden und gleich den AD-Wandler für die Wandlung...

So muss man nicht so schnell zählen und bekommt trotzdem eine gewisse Auflösung. Auch kann man ja Differenzen in den Komparatoren mittels Nullabgleich kompensieren..

Evtl. wären ja die Fotodioden aus DVD-Playern gute Kandidaten für das mötige Tempo?

Viel Spaß beim Experimentieren.

Ünrigens: Es gibt auch fertige Bauteile, mit denen soche kleine Zeitdifferenzen gemessen werden... siehe andere Threads im Forum zu Thema Laufzeitmessung..
Gruß sigo
15.04.2006, 07:48
Fritzli

Zitat:

Es gibt auch fertige Bauteile, mit denen soche kleine Zeitdifferenzen gemessen werden... siehe andere Threads im Forum zu Thema Laufzeitmessung..

=> TDC : Time/Digital Converter

http://www.channel-e.de/time_digital_convert.0.html
http://www.kore.co.uk/fctdc.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Time_to_digital_converter

uvm via Google

Die Anforderungen an die Empfangs- und Sendeschaltung bleiben aber

Gruess
Fritzli
15.04.2006, 23:19
Murus

auf mikrocontroller.net haben die letztens einen Artikel gehabt, wie man mit der Optik in einem CD-Laufwerk unter der Verwendung seeehr genau Distanzen messen kann, aber glaub nur auf kleinere Distanzen, die missbrauchen da glaub die Fokuseinstellung des Lasers oder sowas.
Musst mal suchen.
15.04.2006, 23:33
teslanikola

Jungs warum nehmt ihr net die Hightspeed Gatter, die kann man bis 200MHz kitzeln und etwas vergesst ihr: Der Fototransistor / die fotodiode, hat auch eine gewisse reaktionszeit und kann bis zu ein paar µS gehen, was natürlich sehr stark an der genauigkeit nagt.
18.04.2006, 20:09
Madgyver

Reaktionszeit, ist nicht wichtig, wenn man sowohl startimpuls als auch Endimpuls mit nem Fototransi macht. Die beiden Zeitengleichen sich aus.
18.04.2006, 20:19
Fritzli

Zitat:

Die beiden Zeitengleichen sich aus.

Kannst Du das auch über einen passablen Temperaturbereich garantieren? Mit einem Fototransitor bekommst Du ein einige us verzögertes Signal, in dem das Nutzsignal von einigen ps Länge integriert ist. Diese Verzögerungszeit wird auch kaum jedesmal gleich lang sein.

Ev. ist beim Startimpuls die Verzögerung grösser als beim zweiten, da nach einigen ps der PN-Übergang des Transistors noch voller Ladungsträger sein dürfte (schätze da mal so, ist das so?). Und das wär dann höchst wahrscheinlich extrem temperaturabhängig.

Mit Fototransistor seh ich da schwarz.

Zum Thema Laser, Laser-Entfernungsmesser wär der Link noch zu empfehlen:
http://www.repairfaq.org/sam/laserfaq.htm

Gruess
Fritzli
19.04.2006, 17:30
Madgyver

Über Temperaturstabilität habe ich jetzt nicht wirklich nachgedacht, aber ich kann mir nicht vorstellen, dass diese bei einer Genauigkeit von +/- 3m eine Rolle spielt. Dann sind wohl Avalanche Dioden fällig oder seh ich das falsch? Vorher würde ich aber eine Schaltung konstruieren, die mehr als 60Mhz benutzt.