Ultraschall-Entfernungsmessung

[stupsi]

auch ich hätte gern einen Ultraschall- Entfernungsmesser mit nur einer Kapsel.
Ist es nicht möglich, die Hardware zu reduzieren und einem Controller die komplette Auswertung zu überlassen?
Dabei könnte man Manf's US-Messprinzip komplett in Software umsetzen.

- I2C-Anfrage nach Entfernung
- US-Ports auf Ausgang
- 40 khz Pulse senden
- US-Port umschalten der auf AD- Eingang
- messen und die Laufzeit des US-Eingangssignals auswerten
- I2C-Ausgabe der Entfernung
- zusätzlich Analog-Ausgabe als PWM mit RC-Filter

Ich hab mir mal den ATTINY45 angeschaut: er hat Differenz-AD-Wandler mit einer Gain von 20. Das entspricht ca. 55mV Endausschlag, sollte also für eine Auswertung ausreichen.Das Timing müsste man noch untersuchen.

Frage an die Experten: ist sowas möglich oder wo stecken die Probleme?

Gruß Stupsi

[Manf]

Wenn man den Wandler beim Senden mit 10V ansteuert dann kommt von einer 60cm entfernten Wand ein Signal zurück das am Wandler eine Spannung von etwa 55mV erzeugt.

Soweit scheint es ja in der geeigneten Größeordnung zu liegen und man kann es ja mal ausprobieren. Ohne weitere Verstärkung und Filterung wird die Messentfernung erstmal nicht so richtig groß werden. Für einen ersten Schritt wird es reichen.

Man könnte sonst vielleicht den Verlauf der Empfangsspannung auch aufzeichnen und später filtern, und damit die Möglichkeiten des Controllers noch besser einzusetzen.
Manfred

[stupsi]

ja richtig, die empfindlichkeit würde schon passen, denn 55mV sind ja bei 10bit schon 1024 digits; bei 5mV hätte man auch schon ca. 100digits zur auswertung... ob das reicht? ...vielleicht.
wenn das reflektierte signal schön ankommt, wie auf deinem oszillogramm, dann könnte man glück haben.


aber ich hab leider keine Ahnung, wie man solch eine Auswertung programmiert. Da müsste schon ein software-experte her. ich hoffe, das jemand die Problematik überschaut.

gruß stupsi

[jeffrey]

hi,
man könnte ja trotzdem noch einen verstärker dazwischen schalten. dann erreicht man auch eine größere reichweite.
mfg jeffrey

[Manf]

Oben im Bild hat man den Wandler an zwei Anschlüssen des Controllers. Mit der Einführung eines Verstärkers der nicht rückwärts betrieben wird hat man vier Anschlüsse.
Der Verstärkereingang wird dabei nicht wie der Eingang im Controller abgeschaltet. Man müßte sehen, ob der Verstärker, wenn er auch noch etwas empfindlicher ist, dann für den Sendevorgang abgetrennt werden sollte. ...

[stupsi]

ja, mit verstärker wird es wieder aufwendig mit der hardware. mich interessiert aber besonders, ob eine Version ohne vorverstärker (ähnlich dem schaltplan) machbar ist. die pegel würden ja schon passen; ich sehe viel grössere Probleme im Timing, denn der ad-wandler braucht seine Zeit. Wer weis, ob es softwaretechnisch überhaupt machbar ist.

stupsi

[teran42]

Hallo Zusammen,
schau dir mal das Bild outputvsamplifiedinput.jpg in meinem Beitrag zum selbstgebauten US Sender an(https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=22432). Darin ist zu schön zu sehen das der Sender nach abschalten der Impulse noch eine ganze Zeit lang nachschwingt. Weiterhin habe ich dort schon beschrieben das es eine Menge "Krach" auf den Leitungen gibt wenn man sich im mV Bereich tummelt. Das macht also die Sache mit nur einem Bauteil nicht ganz so einfach (Du hast hoffentlich Zugriff auf ein Scope).
Wenn Dir die Aufzeichnung der Signale zu schwierig ist arbeite doch mit den Analog Komparator Eingängen des ATiny die generieren dann einfach zur passenden Zeit bei überschreiten einer gewissen Spannung einen Interrupt. Auf Wunsch kann man das bei vielen AVRs sogar noch vom Timer mit einem Timestamp versehen lassen --> easy.

Bis denne

[stupsi]

danke für den schönen link, dass hilft schon weiter.
interessant ist das Nachschwingen der us-kapsel. durch kurzschluss kann man den schwinger wohl nicht dämpfen, aber vielleicht kann man ja damit leben.
Der ATTINY45 (oder auch ein ATMEGA hat ja eine eine programmierbare Verstärkung von 20 im ad-wandler, die zur Auswertung des US-Empfangssignals benötigt wird. ob sie auch beim Analog-Komparator möglich ist, hab ich im Datenblatt noch nicht entdeckt.
Die Störspannungen (oder der Krach) sollten zum Teil durch den Differenzverstärker des Controllers eleminiert werden. Vielleicht sind dazu noch hochohmige widerstände an den Kapselanschlüssen nach masse notwendig, das wird sich zeigen.
ich vermute, das die Auswertung es empfangssignals doch recht kompliziert wird, denn bisher hab ich noch keine applikation entdeckt, die den differenzverstärker im controller nutzt.
aber wenn das funktioniert, wäre es doch ein schöner preiswerter Sensor, oder?

gruß stupsi

[teran42]

Der ATTINY45 (oder auch ein ATMEGA hat ja eine eine programmierbare Verstärkung von 20 im ad-wandler, die zur Auswertung des US-Empfangssignals benötigt wird. ob sie auch beim Analog-Komparator möglich ist, hab ich im Datenblatt noch nicht entdeckt.

Brauchst Du nicht. Der Komparator vergleicht nur ob eine Spannung an Eingang A grösser ist als die an Eingang B.

ich vermute, das die Auswertung es empfangssignals doch recht kompliziert wird, denn bisher hab ich noch keine applikation entdeckt, die den differenzverstärker im controller nutzt.

Schau hier (Beispiel aus meinem Code für ATTiny2313):

....schnipp
/* 
 * Analog compare handling 
 */ 

ISR (ANA_COMP_vect) { 
   echo_ticks = timer_ticks; 
   ACSR &= ~(_BV(ACIE)); // turn interupt off, so we don't catch the next wave again    
} 

void enable_ain(void) { 
   ACSR &= ~(_BV(ACIE)); // interupt has to be off whenn switching ACD (see Datasheet) 
   ACSR &= ~(_BV(ACD));  // zero means turn on Analog comparator 
   ACSR |=  _BV(ACIE) | _BV(ACIS0) | _BV(ACIS1); // interupt enable, trigger on rising edge 
}

[Manf]

durch kurzschluss kann man den schwinger wohl nicht dämpfen, aber vielleicht kann man ja damit leben.

Bei konstanten Verhältnissen kann man aber schon eine aktive Dämfpung einführen, wenn es sich mit der Ansteuerung ausreichend fein dosieren Läßt.
Es gibt auch einen Versuch dazu.
Manfred

Bild hier