Suche einfache Ultraschall Empfänger + Sender (halbe HC-SR04)

[PICture]

Das letzte Oszibild schaut wirklich sehr gut aus. Ich möchte bloss nahe Hindernisse detektieren und wegen ausreichender Selektivität und kleinsten Gewicht nur einen Transducer sowohl für Senden als auch Empfangen verwenden. Ich habe schon ein US Modul total zerlegt und gesehen dass die zwei Transducer mit unterschiedlichen Buchstaben ("R"eceiver und "T"ransmitter) markiert waren.

Deshalb habe ich kleine bitte an den -schumi- : falls möglich, bitte die Transducer im Versuchsaufbau nur kurz zu vertauschen um festzustellen, ob sie sich wirklich bedeutend unterscheiden. Herzlichen Dank dafür im voraus.

[-schumi-]

falls möglich, bitte die Transducer im Versuchsaufbau nur kurz zu vertauschen um festzustellen, ob sie sich wirklich bedeutend unterscheiden. Herzlichen Dank dafür im voraus.

Also die Amplitude bricht um ca. <edit> 2/3 </edit> ein und die Modulation funktioniert nicht mehr so (keine Nulldurchgänge der Amplitude mehr). Wenn du nur senkrechte Flächen und kleine Abstände hast könnte es wohl gehen

[PICture]

Schönsten Dank an Ihr beide, dann werde ich sicher versuchen, weil ein Abstand vom Hindernis um 10 cm reicht fast sicher aus.

Die Resonanzfrequenz und die Güte ist etwas unterschiedlich und der Empfänger ist etwas hochohmiger (weniger Kapazität).

Deshalb sollte es mit einem noch besser funktionieren.

[Besserwessi]

Der ein Transducer wird besser gehen als der andere, aber beide haben eine relativ hohe Güte und brauchen entsprechend relativ lange zum Abklingen. Nach den Typischen Kurven in den Datenblättern liegt man so bei etwa 2-5 kHz Bandbreite. Aus den Kurven oben kriegt man auch eine Zeitkonstante für da Abklingen von etwa 0,2-0,5 ms. Von den Zeiten wird man so etwa 0,2 ms Senden müssen, dann noch mal etwa 0,1 ms zum Aktiven reduzieren der Amplitude und dann halt noch einmal 2-3 Zeitkonstanten warten. Da wird man kaum unter 1 ms kommen, bevor man Empfangen kann. 10 cm wird also kaum drin sein - 20 cm vielleicht. Mit anderen stärker gedämpften Transducern, etwa den Wasserfesten könnte es gehen.

Im Prinzip ist die Dämpfung von der äußeren Beschaltung abhängig - ganz ausgeschlossen ist es also nicht da auch Aktiv die Schwingung zu Dämpfen. Es dürfte aber einfacher sein 2 Transducer zu nutzen. Damit sollte es auch kürzer gehen - man kann dann auch gleichzeitig senden und Empfangen.

[PICture]

Ich habe gerade aus 5 vorhandenen chinesischen US Modulen hc-sr04 die 10 Transducers ausgelötet und vermessen. Alle haben Kapazität im Bereich 2,00 bis 2,25 nF. Die Resonanzfrequenz brauche ich bei einem Transducer für Senden und Empfangen nicht messen.

Beide ungekenzeichnete Transducer aus dem Kemo-Bausatz von Pollin: http://www.pollin.de/shop/dt/NTg5OTE...ndswarner.html haben gleiche Kapazitäten 1,4 nF.

Übrigens, das Minimieren des Abklingens werde ich per Reduzieren der Amplitude versuchen, weil ich Hindernisse nicht weit suchen muß und es sollte sehr energiesparsam sein.

[Besserwessi]

Ein kleinere Amplitude reduziert das Problem mit dem Abklingen nicht wirklich. Es wird halt beides kleiner: die Störungen und das Signal. Was man machen kann, ist so ähnlich wie hier mit der Modulation, einen Phasensprung einzubauen und die Amplitude damit so gut es geht zurück zu fahren - ggf. könnte man dass sogar in einer Art Regelschleife Optimieren. Das geht halt schneller als der Exponentielle Abfall, geht aber nicht perfekt. Über die Beschaltung (Lastwiderstand passend zur Impedanz) kann man die Dämpfung ggf. auch noch etwas erhöhen. Es hängt dann stark davon ab, wie stark das Hindernis zurück streut, ob das Echo stärker ist als das unvermeidliche Nachklingen.
Realistische Chancen hätte ggf. die Nachregelung der Anregung, so dass man mit fast 0 Amplitude aufhört. Also direkt nach der Anregung schon messen, und die Anregung automatisch so anpassen (Nachregeln der Phase bzw. Frequenz und der Stärke des Dämpfungspulses), dass man direkt nach der Anregung fast kein Signal bekommt. Um wirklich nahe 0 zu kommen wird man vermutlich nachregeln müssen, denn mit der Temperatur wird sich die Frequenz/Dämpfung etwas verschieben.

Eine andere Möglichkeit wäre ggf. noch absichtlich nicht bei der Resonanzfrequenz zu senden und Empfangen, sondern ein paar kHz daneben, so dass man das Signal von der Resonanz unterscheiden kann. Das erfordert allerdings schon eine relativ Aufwendige Auswertung, etwa mit Phasenstarrer Detektion.

Vom Aufwand ist aber der 2. Transducer wohl einfacher.

[-schumi-]

Ein Grund wieso es nur 5 µs für den Sprung sind, könnte sein, dass die Abfrage davor auch noch etwas Rechenzeit braucht. Das könnte noch etwas besser werden, wenn man die letzte Periode vor der Abfrage an die Rechenzeit anpasst und etwas kürzer macht. So hat man halt immer etwas Verzögerung dazu: Man sieht auch bei den folgen von 0 Bits noch ein bisschen Struktur. Eine zusätzliche Verzögerung von 5-7 µs allein durch die IF Abfrage kommt mir aber auch recht lang vor. Man könnte es ggf. am Sendesignal erkennen. Wie schnell läuft denn der µc ?

Weil der interne Oszillator zu ungenau ist um eine Phasnverschiebung um 12µs hinzubekommen (anderer µC -> funzt nicht mehr) habe ich jetzt am Sender einen 12MHz quarz dran. Jetzt sieht das ganze auch schon viel besser aus: Die Wartezeit ist 10µs, die restlichen 2µs gehen vermutlich für das IF usw drauf.

So wie das Signal Aussieht könnte man vermutlich noch bis 0,25 - 0,3 ms je Bit runter gehen - das wäre dann etwa 10-12 Perioden statt 20. Es sollte ausreichen wenn die Amplitude bei einem 0 Bit (als ohne Störung) bis auf etwa 70% des Maximalwertes hoch geht. Länger warten bringt nicht mehr so viel. Nur die Synchrornisation braucht dann ggf. besser ein 101 statt zwei 1 Bits.

Leider musste ich sogar wieder auf 1ms/Bit rauf.. Das liegt daran, dass erst nach so langer Zeit die Amplitude des Empfängers nicht mehr weiter steigt. Ansonsten hat man wenn zwei mal 1 hintereinander gesendet wird eine kleinere Spitzenamplitude als bei 101, was die Zuverlässigkeit der Übertragung deutlich schmälert.

Das Signal sieht so schon sehr gut aus, auch schon einfach nur mit dem Komparator. Im realen Fall muss man aber vermutlich das ganze noch an eine variabel Amplitude anpassen. Mit dem Direkten Signal, also ohne Reflexion wird das Signal ggf. sogar noch Stärker ! So ganz schnell ist das Amplituden-Signal auch nicht mehr - das könnte der µC ggf. auch per ADC auswerten. Für die Daten reicht es ja die Amplituden zu den passenden Zeiten Auszuwerten - die Komparatorschaltung wäre mehr etwas zur Synchronisation und für die Abstandsmessung.

Also ich mache es im Moment mit zwei Komparatoren: Der eine Zeigt an ob das Signal steigt oder fällt (also die Flanken) und der andere ob das Signal über Spitze/2 ist oder nicht (also den Pegel). Wenn eine high-Flanke anfängt und der Pegel (noch) low ist (Nulldurchgang = 1) wird es als eine 1 gewertet. Falls keine Flanken kommen oder der Pegel high ist wird als 0 gewertet.

Hier der Sender.

Atmega8 mit besagtem 12MHz Quarz. Die Leitung ist die Versorgungsspannung (4.3V, was vom USB noch so übrig bleibt )

Der Empfänger:

Poti links ist für die Spannung um die das Empfängssignal schwingt. Der IC links ist ein CA3140 als Verstärker, das ist der einzige OP den ich da habe der schnell genug ist. Dummerweise kann der bei 5V single supply nur ca. 2.5V maximal ausgeben -> hier muss noch was anderes her. Das Zweite Poti ist die Last für den C, der die Spannung für die Kontur-Kurve puffert. Rechter IC sind 4x OPs, zwei davon als Komparator (Flanken + Pegel)

Und so sieht das am Oszi aus:



Und es funktioniert erstaunlich gut! Über eine Strecke von 6m kann ich das Byte schon stabil übertragen!

Nur bei Störungen hat man eine Chance von 25% dass die Checksumme stimmt (2bit), von daher können da manchmal Fehler passieren.. (-> längere Checksumme)

Und dabei gibt es noch Verbesserungspotenzial:

• CA3140-Alternative mit rail-to-rail
• MAX232 für Sender

[-schumi-]

Das letzte Oszibild schaut wirklich sehr gut aus. Ich möchte bloss nahe Hindernisse detektieren und wegen ausreichender Selektivität und kleinsten Gewicht nur einen Transducer sowohl für Senden als auch Empfangen verwenden.

Vielleicht noch interessant für dich: Ich habe bei Voelkner einen Ultraschall Empfänger+Sender in einem Gehäuse gefunden: http://www.voelkner.de/products/4090...A-16p-T-R.html
Hab mir mal welche bestellt, weil bei mir beide Seiten senden und empfangen müssen - spart Platz und macht die akustischen Spiegel einfacher. Werde berichten wie gut die Teile funktionieren

[PICture]

Vielen Dank für die Info, aber das ist angeblich nicht so wie du denkst. Beim Lieferumfang sind zwei Kapseln angegeben: Sender + Empfänger, also für mich ist es uninteressant weil ich beides bereits habe.

[Besserwessi]

Bei der Datenübertragung macht es nichts, wenn die Amplitude bei einer 11 Bitkombination nicht so groß wird. Für die Bitwerte ist es da nur wichtig das Die Amplitude zur passenden Zeit klein ist. Für die Synchronisation ist dann ggf. schon das Muster 101 besser geeignet. Wenn man die Synchronisation einmal hat kann man den Rest rein über die Zeit auswerten, etwa über die SPI Schnittstelle als Master oder ggf. auch die UART am µC. Wenn man will könnte man weitere "Nulldurchgänge" auch noch für die Zeitmessung nutzen - die können aber bei kurzer Bitzeit auch etwas verschoben sein.

Wenn der Empfangende µC nicht viel zu tun hat, sollte es auch reichen das Signal der Einhüllenden über den AD Wandler abzutasten. Bei 0,5 - 1 ms je Bit sollte ein Abtastung mit etwa 5-10 kHz eigentlich locker ausreichen, selbst um die Zeit für die Minima im Signal recht genau zu bestimmen.

Die Transducer sind eigentlich alle sowohl als Sender als auch Empfänger geeignet. So wirklich groß ist der Unterschied nicht. Einen anderen Typen könnte man ggf. Testen - der ist ggf. stärker gedämpft für ein schnellere Übertragung.