Ballsensor RoboCup

Hallo,

also ich muss auch erstmal Loben, dieses Forum ist sehr gut und es hat mir auch schon sehr oft geholfen.
Nun habe ich aber ein Problem, bei dem mir noch keiner Helfen konnte.
Und zwar bin ich auf der Suche nach einem Ballsensor für den RoboCup.
Experimentiert habe ich bis jetzt mit einem SFH05 und einen Oppereationsversärker. Meine SChaltung sieht im Moment so aus: http://jonas.redio.de/Ballsensor.jpg

Durch den Transistor, der daneben rumsteht wollte ich eine Led Ansteuern.
Doch seitdem ich die Led ansteuere ist die Reichweite auf c.a. 30 cm gesunken (vorher waren es c.a. 2 Meter). UNd jetzt meine Frage: hat vll jemand eine Funktionierende Schaltunf oder sieht da jemden einen Fehler oder hat Verbesserungsvorschläge?

Gruß Sebasti

Du zeigst leider nicht wie du die Led ansteuerst.
Für eine optische Trennung wirst du ja gesorgt haben.

Ne, für eine Optiche Trennung habe ich nicht gesorgt.
Hier ist aber der Schaltplan so, wie er im Moment aussieht:http://jonas.redio.de/Ballsensor.jpg

Der Transistor ist übrigens ein PNP-Transistor, da der Schmitt-Trigger das signal invertiert.

Zum Test habe ich das Poti durch ein 5m-ohm Poti ersetzt. Wenn ich ihn richtig einstelle (c.a. 30k-ohm am Schleifer) dann seh ich den Ball schon ab c.a. 2 Meter Entfernung (Allderings ist der Ball im Moment eine Infra-Led. Ich weiß aber das ich in einen mit Tageslicht gefluteten Raum (normales Licht duchs Fenster) die Verstärkung stark zurückdrehen muss, da ich sonst immer einen Ball anezeigt bekomme.

Außderdem verstehe ich nicht, warum ich eine Optiche Trennung brauche. Ich würde mich Freuen, wenn du mir das erklären kannst.

Gruß Sebasti

Ich sehe aber immer noch nicht wie du die Led anschaltest.
Für optische Trennung meinte ich, das dir die Led nicht auf deinen SFH05 leuchtet.

oh, soryy.
Ich hab dir wohl den falchen Link gegebn. Die neu SChaltung sieht so aus: Bild hier  

Wenn der Sensor ausschlägt, wir der Strom vom ersten OP-Amp in eine Spannung umgewandelt. Der 2. Op-Amp verstäkt diese Spannung dann. Die Verstärkung kann man durch den Poti einstellen. Dann geht das Ganze durch einen Schmitt-Trigger, damit ich ein Sauberes Signal bekomme. Da der Schmitt.Trigger aber null zeigt, wenn er den Ball sieht und 1, wenn er den Ball sieht habe ich einen PNP-Transi genommen, damit die LED nur dann Lechtet, wenn der Ball auch da ist.

Mir ist aber inzwichen noch ein Problem aufgefallen. Und zwar schwankt die LED in ihrer Helligkeit. Eigendlich habe ich den SChmitt.Trigger genommen, damit ich ein Suaber ja oder nein Bekomme und kein Vielleicht. Allderings ist das nur so, wenn ich die Diode drehe. Wenn cih einfach langsam die hand vorhalte ist sie von jetzt auf gleich aus.

Gruß Sebasti

Warum hast du den Schmitttrigger nach dem ersten OP und nicht nach dem zweiten geschalten.

Das ist in der Tat eine gute Frage,

es gibt jetzt 2 Möglichkeiten
-entweder es ist wirklich so
-oder ich habe nur einen Fehler im Plan

Wenn ich wieder zu hause bin werde ich das Kontrollieren.
Ich denke aber mal, dass der Schmitt-Trigger in Realität nach dem 2. Op-Amp geschaltet ist.

Gruß Sebasti

So, jetzt bin ich zu Hause und bei der Überprüfung habe ich festgestellt, das der Schmitt-Trigger am 2. OP-Amp hängt.
Den Schaltplan habe ich entsprechend geändert.

Aber jetzt ist es hell und da ich de Schwelle höher stellen musste ist die Reichweite auf c.a. 30 cm gesunken. Sieht vielleicht jemand eine Möglichkeit den Schaltplan zu verbessern oder hat vll jemand einen ganz anderen gut funktionierenden Plan?

Gruß Sebasti

Ist vermutlich nur ein Fehler im Plan: Die Fotodiode gehört anders herum rein. Eventuell solle man parallel zum 1 M Widerstand R1 am 1.ten OP noch einen kleinen Konsdensator (z.B. 10 pF) paralelel schalten.

Für mehr Reichweite müßte man die LED wohl modulieren. Sonst kann man kaum zwischen der LED und dem Hintergrundlicht unterscheiden. Dann könnte man auch gleich einen passenden Empfänger (z.B. TSOP15xx) für Moduliertes Licht nehmen.

Ah danke,

das mit dem Kondensator und der andersrum gedrehten Diode werde ich mal ausprobieren und darüber berrichten.

Modulation kommt leider nicht in Frage, das es sich um einen da es sich um einen fest definierten Ball handelt. Da ist Modulation leider nicht möglich.

Gruß Sebasti

Also der Schalplan stimmt schon mit der Realität überein.
Und wenn ich die Infra-Diode umdrehe passiert garnichts.
Das mit dem Kondensator kann ich leider erst morgen ausprobieren, da meine kleinen Kondies alle sind. Morgen in der Schule kann ich mir aber welche besorgen und dann werde ich es auch testen.

Gruß Sebasti

mit deiner Schaltung wirst du nicht viel Glück haben.
Du mußt zumindest die Offsetspannung des ersten Opamp kompensieren.
Das macht man üblicherweise so, daß man den +Eingang in deiner Schaltung nicht an Masse legt sondern an den Schleifer eines Potis. Dessen oberes Ende wird gegen einen höheren Widerstand an Plus gelegt und dessen unteres Ende gegen einen gleich großen Widerstand an Minus der Versorgungsspannung.
Dann ist höchstwahrscheinlich die Verstärkung der ersten Stufe zu hoch:
Deine Fotodiode ändert ihren Widerstand von ziemilch hoch (kein Ball zu sehen) bis runter zu einigen Kiloohm (Bal direkt vor der Nase. Über den 1Mohm-Widerstand in der Gegenkopplung ändert sich dadurch die Verstärkung von nahe eins bis zum Faktor 1000 (alles geschätzt).
So kriegst du nie eine vernünftige Arbeitsweise der Schaltung hin.
Schon Tageslicht oder eine Lampe beeinflußt die Fotodiode stark. Dagegen ist der schwache Reflex des Balles in einem Meter Entfernung nkaum noch zu "sehen".
Dann kommt noch dazu, daß die LED über 100kOhm nicht genug Strom bekommt oder ist das ein Schreibfehler und sollte 100Ohm heißen?
So wird das nix.

Dir wird NUR Modulation was bringen. Du mußt die LED - sagen wir mit 40 kHz modulieren. Damit wird der "fest definierte Balll" angestrahlt.
Das reflektierte Licht fangst mit einem TSOP4840 o.ä. auf. Damit ist der Empfänger bereits erledigt.

Hallo Thoralf,

also Modulation fällt schonmal komplett Platt, weil es sich um einen Fest definierten Ball bei einem Wettbewerb handelt. Dort gibt es 2 Versionen, die das Licht mit einer Wellenlänge von 950 und 940nm Austrahlen.
Die Anderen Verbesserungsvorschläge werde ich heute Mttag ausprobirobieren.

Hilftt es vielleicht einfach, wenn ich den ein M-Ohm Widerstand runterstelle auf z.B. 500k-Ohm?
Und der Vorwiederstand der Led beträgt tatsächlich nur 100 Ohm.
Sorry, da hab ich mich verschrieben.

Gruß Sebasti

Ps: ist es vielleicht auch Sinvoll, wenn ich einfach einen SFH309fa mit Op-Amp-Schaltung nehme nehme?

Das mit dem 1 M ohm Widerstand ist schon gar nicht so schlecht. Nur wenn die Spannung am Ausgang der OPs zu groß wird, sollte man den kleiner machen. Für eine Etwas nichtlinieare Kennlinie wäre es eventuell sinnvoll statt des Widerstandes ein paar Dioden zu nehmen. Das würde eine etwa logarithmischen Kennlinie geben.


So wie im Plan gezeichnet ist die Diode definitiv falsch herum. Denn so wie im plan müßte der OP eine negative Spannung am Ausgang haben. Der Kondensator parallel zu R1 ist sicher sinnvoll, denn das ist eine relativ große Diode mit recht viel kapazität (ca. 70 pF). Da könnte der OP ohne den Kondensator schon zu Schwingungen neigen. Das könnte eventuell auch eine Rückkopplung vom der LED erklären. Ein Widerstand von nur 100 Ohm ist schon ziehmlich keine Für die LED, wenns keine blaue oder weisse ist. Im Plan fehlt auch einen Entkopplung der Versorgungsspannung.


Sonst sollte man über eine Linse vor der Fotodiode nachdenken.
Der LM 358 ist für eine sehr empfindliche Fotodiode auch schon nicht ideal. Durch den Bias Strom hat man da schon etwa 50 mV an Offset. Besser wäre da ein OP mit MOSFET Eingängen, z.B. TLC272.

@Thoralf: Die Fotodiode sollte man nicht als Widerstand betrachen, sondern als Stromquelle mit einer Diode Parallel.

Hallo Thoralf, Hallo Besserwessi,

also ich habe jetzt mal alle Verbesserungsvoschläge in einen Sxhalplan umgesetzt. Nun würde ich euch Bitten, diesen Schaltplan abzusegnen, wobei ihr wahrscheinlich bestimmt noch was findet. Ich weiz z.B. nicht, wie ich die Versorgunsspannung entkoppeln könnte. Den Schmitt-Trigger und den Transisor habe ich auch gewechselt, damit ich mir das Invertieren und wieder zurückinvertieren sparen kann.

Nebenbei habe ich mich mal mit dem SFH309FA beschäftigt und bin bis jetzt zu ersmtal besseren ergebnissen gekommen. Ich möchte diese Schaltung aber vollenden, da der SFH205F größer ist und die Wellenlänge genauer passt. Außderdem habe ich inzwichen fast keines der Teile da, so dass ich sie nach eurer Absegnung ersmtal bestellen würde. Natürlich werde ich über das Ergebniss berrichten.

Gruß Sebasti

Bild hier  

@besserwessi: Ich hatte die Fotodiode nur als Widerstand betrachtet, stimmt, ist ja auch erstmal einfacher. Wenn du sie als Stromquelle betrachtest muß man aber auch, da diese ja nicht dem Ideal entspricht einen nicht unendlichen Innenwiderstand annehmen. Der sollte dann den Werten, die ich angegeben habe entsprechen. Aber das überseh ich momentan nicht so ganz, werd nochmal drüber nachdenken.

@sebasti: was mir noch nicht gefällt, ist R4. soll der nicht 100Ohm sein? Schreibfehler vllt.?
Dann würde ich R3 auf 1kOhm verringern und von R5 Pin E an den Ausgang des Verstärkers IC3 legen. A ist dann mit R3 verbunden und S von R5 legst du an Pin6 von IC3. Damit kannst du dessen Verstärkung von 1..10 regeln. (Bei deiner Beschaltung geht der Innenwiderstand des IC zu sehr in die Verstärkung ein).
Die offsetkompensation ist ok, nur sollte R6 lieber 1kOhm sein, damit die Einstellung feinfühliger wird.
U.U. müsen R7 und R8 noch bissl variiert werden.

@Throalf: also ich habe jetzt deine Verbesserungsvorschläge mit eingearbeitet, allerdings hab ich nicht ganz verstanden wie ich R5 umstellen sollte, da es den IC3A und den IC3B und mir nicht sicher war. Ich habe es jetzt einfach so gemacht, wie ich es verstanden habe.
Und den Widerstand für die LED wollte ich eigendlich schon löngt geändert haben, ich wüsste nur gerne warum ich es noch nicht gemacht hab. Die LED ist übrigens weiß.

Eine Frage habe ich aber noch, die Damit zu tun hat: Und zwar für versuchszwecke habe ich den Schmitt-Trigger MOS4093 genommen. Und da ist es jetzt so, das er das Sinal auch Invertiert. Sprich, wenn an seinem Eingang 0 Volt sind sind am Ausgang 5 Volt und andersrum. Nun würde ich gerne wissen, ob das normal ist oder ob das ein Sondefall ist. Auch würde ich gerne wissen, wie sich der im Schaltplan befindene 74HC14 verhält (Den Habe ich in der WIKI gefunden). Wenn ihr nicht sicher seit, denn würde ich den jetzt verwendeten MOS4093 verwenden.


Gruß Sebasti

Bild hier  

mit R5 hast du es so gemacht, wie ich meinte.
Zu deinen anderen Fragen äußern sich bestimmt auch noch die anderen.
Hab mom. viel zu tun (natürlich Robo bauen ;-))

ok, aber danke für die Hilfe.

Gruß Sebasti

R8 wird man vermutlich besser weglassen denn es werden vor allem kleine Spannungen deultich unter 1 V brauchen. Wie gut das mit den dioden geht müßte man aber auch erst mal sehen. Eventuell könnte es sinnvoll sein parallel zu der einen Diode noch einen hohen Widerstand (ca. 1-10 MOhm) zu haben.


Der 74HC14 ist auch invertierend. Wenn man das nicht haben will, kann man ja 2 hintereinander schalten.

Hallo Besserwessi,

das werde ich ausprobieren und in meinen Schalplan übertragen.
Zum Thema Schmitt-Trigger: Gut zu wissen, das er Invertierend ist. Ich hab das Problem aber so gelöst, dass ich einen PNP-Transisor dahinter geschaltet habe. So kann ich dann auch noch problemlos eine LED ansteuern und ein paar Cent billigerist es auch noch.

Ich werde die Schaltung gleich mit ähnlichen Teilen nachbauen (hab nich genau die) und dann kommt auch der neue Schaltplan mit eventuell neuen Erkentnissen.

Weiß vielleicht einer, wie hoch am Nürburgrind die Fremdlicheinflüsse sind? Denn bei mir zu hause muss ich die Verstärkung so weit runterdrehen, das ich eine Reichweiter von grade mal 30 cm habe.

Gruß Sebasti

Hallo,

ich habe den Schaltplan jetzt geändert, ich habe aber festgestellt, dass mir zu viele Teile fehlen. Ich dachte, das ich den OP-Amp auftreiben kann, ich kann es auf die Schnelle aber nicht. Ich habe den SChalplan jetzt so gemacht, wie ich ihn für den RoboCup verwednen würde. Wenn ihr mit dem SChalplan einverstanden seit werde ich die Teile für den Roboter bei Reichelt bestellen.

Eine Frage habe ich aber noch: und zwar was soll das Potentiomer R8 genau bewirken?

Ich habe ein Paar widerstände und Teile geändert, damit die Löscher auf der Platine zu den Bauteilen passen.
Bild hier  
Gruß Sebasti

Das Poti R8 stellt einen gewissen Offset ein. Das heißt es wird etwas Spannung zum Ausgang des ersten OPs dazuaddiert. Zusammen mit dem anderen Poti hat man so zwei möglichkeiten die Schalteschwellen für Ein/Aus zu beeinflussen. Insbesondere kann man die Differenz zwischen Ein und Ausschalten größer machen.

Zur unterdrückung von Fremdlich müßte man ausnutzen, das der ball ja relativ kleine ist. Eine Linse zur bündelung kann so das Signal vom Ball verstärken, ohne das man wesenlich mehr Fremdlicht kriegt. Wenn man dann noch will könnte man einet 2ten Fotodiode, die den Ball nicht (oder nur als keinen Teil) sieht abziehen. Die Schaltung braucht man dazu gar nicht verändern, einfach nur 2 Fotodioden mit verschiedener Polung an den Eingang, die eine gebündelt, die andere ohne Linse.

Hallo Besserwessi,

danke für die Antort. Ich werde die Sensoren dann layouten und bestellen.
Zum Tehme Fremdlicht: Ich hatte die Idee, Anstatt einer Linze die Diode in ein Rohr reizustecken, so dass die Diode nur das Licht aus der Bodennähe sieht. Damit kann man glaubich serh viel Licht unterdrücken und so ein serh gutes ergebniss hinbekommen.
Nur das mit der Polung hab ich nicht ganz verstanden.
Meinst du das vielleicht so?

Bild hier  


Gruß Sebasti

hallo sebasti,

ist Dir bekannt, dass bei euch in Bonn am Samstag ein Robocup-Vorbereitungstunier stattfindet ?
http://www.deutsches-museum.de/bonn/...junior/#c38104

Wir werden auch mit einem Soccer-Roboter anreisen. Dort gibt es bestimmt eine Menge Erfahrungen auszutauschen.

Hallo yaumatei ,

ja das ist mir Bekannt. Ich bin sogar auf der Schule des Organisator und der Organisator ist mein AG-Leiter. Aber ob ich komme....

Das Problem ist, das unser Roboter nich nicht Lauffähig ist und nur in Einzellteilen vorhanden ist. Die Schrittmotorplatinen werden erst übers Wochende bestellt und die Platinen für den Ballsensor sind bei der Bestellung dabei. Und ohne diese Platinen kann der Roboter abuslut nicht fahren.
In welchem Team bist du denn? Wenn ich komme, dann komme ich um mir das geschehen Anzusehen und um Infos Auszutauschen. Ich habe am Roboter noch eine Menge zu Basteln, damit ich weiß was ich alles bestellen muss und wenn ich bis dahin alle Platinen bestellt habe dann komme ich.

@Besserwessi: ist die Beschaltung der Dioden aus meinem vorherigen Beitrag so richtig?

Gruß Sebasti

Die 2 Dioden so antiparallel zu schalten ist richtig, wenn man die eine zur Kompensation des Hintergrundlichtes nutzen will.

Das mit dem Rahr solle auch gehen, gibt aber weniger Intensität.

@Besserwessi: Ok danke für die Info.

Ich bedanke mich bei allen leuten die mir geholfen haben für die Hilfe.
Das mit der Gegenkopplung mit 2 Dioden werde ich ausprobieren und schauen, wie gut ich den Ball damit sehen kann. Eine Kröhnung währe es, wenn man beide Dioden in ein Rohr stecken würde, das eine aber so ausgerrichtet ist, das es den Ball nicht sehen kann. Aber ansonsten denke ich, das dieser Therad geschlossen werden kann. Ich hab jetzt die Teile bestellt und in ein paar Tagen werde ich darüber berrichten.

Aber bei Fragen kann sich ruig jeder melden.

Gruß Sebasti