Mikrocontroller mit Ultraschall wecken

[021aet04]

Du könntest Ultraschallkapseln (nur als Beispiel https://www.ebay.at/itm/1-Paar-Ultra...MAAOSwWnFV~8Ef) kaufen oder bei einem Modul demontieren.

Den Sender und Empfänger baust du selbst. Hier habe ich z.B. etwas gefunden https://www.ipd.kit.edu/mitarbeiter/...ansmit.htm#usr

Somit ist der Empfänger immer aktiv und kann den uC aufwecken. Wieviel Strom der Empfänger verbraucht kann ich aber nicht sagen. Vielleicht benötigt der Empfänger sogar mehr Strom als wenn du den uC durchlaufen würdest (ohne Sleep). Könnte man aber auf einem Breadboard testen.

MfG Hannes

[Siro]

Guten Abend: Neues zum Modul hc-sr04

Ich habe mir heute nochmal ein neues Sensormodul besorgt: hc-sr04 bei Segor
und einige Messungen/Versuche gemacht.

Zunächst einmal die Spannungsversorgung bzw. den Strom des Moduls gemessen:

bei +5.0 Volt zieht das Modul 2,4 mA
bei +3,0 Volt zieht das Modul 2,3 mA
Da ändert sich also kaum etwas. Das Modul funktionierte auch noch einwandfrei bei 3 Volt.

Um eine Messung zu starten, soll man, laut Anleitung, einen "positiven" Impuls von mindestens 10 Mikrosekunden auf den "Trig" Pin geben.

Der Trig Pin liegt aber naturgemäss schon auf High. Hier ist übrigens KEIN Pullup, sondern anscheinend ein Konstantstrom verbaut.
Der Strom beträgt 17,7 µA wenn der Pin direkt nach Masse gezogen wird.
Um eine Messung zu starten muss der Pin also erstmal auf LOW gezogen werden, das kann man direkt manuell mit einem Draht auf dem Steckbrett tun.
Dann wird eine Messung eingeleitet.

Der Sender auf dem Modul erzeugt dann ein Pulspaket
8 Impulse mit je 12,7 Mikrosekunden Low und 12,7 Mikrosekunden High,
was einer Frequenz von 39,37 Kiloherz entspricht. Also ein Symetrisches Rechteck

Auf der "Echo" Leitung wird nun, je nach Entfernung, ein "positiver" Impuls zurück geliefert.
Im Ruhezustand liegt dieser Pin auf Low.
Dabei ergaben sich bei mir folgende Werte:

5cm 243us
10cm 621us
20cm 1,135ms
30cm 1,646ms
40cm 2,240ms
50cm 2,800ms
60cm 3,395ms
70cm 3,945ms
80cm 4,585ms
90cm 5,170ms
100cm 5,730ms

------------------
Nun habe ich mal den "Sender" (Transmitter) mit "T" bezeichnet auf der Leiterplatte ausgelötet und einzeln gemessen.
Es zeigt sich eine Kapazität von ca. 2,2 Nanofarad. Ohmisch ist nichts zu messen.
Das sieht also aus wie eine Piezokeramik.

Nun habe ich mit einem Funktionsgenerator den Sender direkt kontinuierlich mit 40 KHz 1 Volt angesteuert.
Somit sendet er kontinuierlich ein Ultraschallsignal aus.

Jetzt habe ich den Prüfaufbau so gestaltet, dass ich einen Abstand, wie für das Projekt gefordert, von 10 cm eingehalten habe.
Auf dem "Trig" Pin des Empfängers hängt der Ossi und ich messe, sofern der Funktionsgenerator eingeschaltet ist,
einen Impuls von 500µs. Das ist also das Reflecktionssignal bei 10cm Abstand
Schalte ich den Tongenerator aus, so messe ich einen Impuls von 70ms.

Somit ist meine erste Idee mit dem Sendemodul auslöten garnicht so verkehrt gewesen.


----------------

Nächster Versuch:
Ich habe den Empfänger runter gelötet und auch vermessen:
Er zeigt auch eine Kapazität von ca. 2nF
Ohmisch ist nichts zu messen, also wieder, vermutlich, eine Piezo.

Nun habe ich den Sender mit dem Funktionsgenerator verbunden und am Empfänger lediglich das Oszilloskop angeschlossen.
Der Sender wurde mit 1 Volt Spitze/Spitze Rechteck angesteuert und bei 10cm Entfernung kann ich am Empfänger eine
hervorragende Sinusschwingung mit kanpp 300 Millivolt messen.
Das ist doch schonmal super.

Ich hab nun den Funktionsgenerator auf 5 Volt Peak to Peak eingestellt.
Nun messe ich am Empfänger, der 10 cm entfernt ist, eine Sinusschwingung mit 800mVolt.

Zum Testen habe ich eine kleine FlipFlop-Schaltung aufgebaut, dies simuliert den Controller.
Mit dem Ultraschallsensor kann ich dieses FlipFlop nun über den Ultraschall einschalten.

Ich habe lediglich noch einen Mosfettranssistor vom Typ IRLML6344 zum Entkoppeln eingefügt.
Diese Konfiguration ergab ziemlich genau 10cm, grössere Entfernung ging in dieser Form nicht, dann müsste das Signal noch verstärkt werden.



Hier ein kurzes Video:
https://www.dropbox.com/s/kv0uejex6y...peckt.mp4?dl=0

Nachtrag:
Ich hab jetzt mal die Frequenz am Sender verändert und siehe da, die beste Übertragung bekomme man bei 40,4KHz
Darüber oder drunter fällt die Amplitude schenll ab.

Signal am Empfänger
39,5 KHz 0,37 Volt
40,0 KHz 0,86 Volt
40,4 KHz 1,74 Volt <--- hier liegt bei meiner Kombination die beste Resonanz
40,9 KHz 0,78 Volt


Siro

[wkrug]

In den ganz Frühen Fernbedienungen für Ferseher wurde das auch mit Ultraschall gemacht.
Dabei wurden die US Signale moduliert um mehrere Tasten auswerten zu können.

Eventuell wäre es ja ein Weg, den Controller bei jedem US Signal aufzuwecken und dann die Modulation des US Signals auszuwerten und dann die entsprechenden Programmteile aufzurufen.
Ein klingelnder Schlüssel wäre dann auch kein Problem mehr.
Allerdings würde man dafür einen Verstärker und eine Demodulation benötigen.

[Klebwax]

Guten Abend: Neues zum Modul hc-sr04

.....


Signal am Empfänger
39,5 KHz 0,37 Volt
40,0 KHz 0,86 Volt
40,4 KHz 1,74 Volt <--- hier liegt bei meiner Kombination die beste Resonanz
40,9 KHz 0,78 Volt

Siro

Das sieht doch schon mal gut aus. Und da geht leicht noch mehr. Die US-Sender vertragen 20 oder mehr Volt. Da gibt es Schaltungen, die nutzen einen MAX232 als Treiber. Der macht sich seine ±10V mit einer Charge Pump selber. Da braucht man keine extra Versorgung. Und das Empfangssignal, das so im Bereich von hunderten Millivolts liegt, zu verstärken ist auch relativ einfach und kostet mit einem passenden OP-Amp sicher weniger als 1mA. Das gibt man dann auf einen Prozessorpin, der mit seinem Pin-Change Interrupt den Prozessor weckt. Beim Chinesen bekommt man US-Sender und Empfänger für kleines Geld im Zehnerpack.

MfG Klebwax

[Ceos]

Eine relativ simple Schaltung von einem Aufwärtswandlers abgeleitet tut es auch, der FET wird dann entsprechend wiederholt "Kurz" angesteuert um die Pulsstärke zu bestimmen und die Pulsfrequenz kann ebenfalls kontrolliert werden.
Es macht übrigens einen relativ erheblichen Unterschied wie man den Wandler betreibt! Beim dauerhaften anregen erreicht der Piezo einen "eingeschwungenen" Zustand und hat eine andere Resonanzfrequenz als wenn er aus der Ruhe angeregt wird. Ich kann zwar keine exakten Details nennen, aber was für schnelles Anregen hilfreich ist: mit etwas breiterer Pulsbreite und kürzerer Pulsdauer anfangen und dann Pulsbreite verringern und Pusldauer anheben

zum Messen der Effektivität einfach einen 2ten Piezo gegenüber hinstellen und das Signal auf einem Oszi ansehen

edit: zum "relativ simpel" man muss bedenken dass der Piezo keine Ohme Last ist und man die Energie die im Piezo osziliert kontrolliert ableiten muss ... leider kann ich auch dazu nicht mehr sagen oder eine Schaltung zeigen

[HaWe]

es wurde doch eingewandt, dass das Schlafenlegen des MCU nichts an Stromeinsparung bringt, weil dann der USS dauernd in Betrieb bleiben muss (wie will es sonst messen?):
denn dann braucht der USS deutlich mehr Strom als du beim MCU einsparen könntest.
Außerdem braucht der USS doch sowieso (zumindest hcsr04 u.a.) einen bereits betriebsbereiten MCU, damit er überhaupt messen kann (er muss ja die US-Laufzeit gemessen werden ab dem Moment seiner Aussendung), also funktioniert dann das MCU-Aufwecken ja nicht mehr (er muss dann ja dazu schon wach sein).

[Siro]

Hallo Walt,

ich habe beide, die Sende und die Empfangskapsel, von der Leiterplatte runtergelötet.
Die ganze Leiterplatte (Elektronik) garnicht verwendet.

Die gezeigte Schaltung (Empfänger) liegt IMMER in Wartestellung und benötigt "keinen" Strom.
Das Messgerät wuselte bei 1..3 Nano Ampere.
Den 1M Widerstand am Gate nach Masse habe ich drauf getan, weil der Mosfet bei mir nicht sicher gesperrt war ohne Ansteuerung.




Sobald ein Ultraschall Signal eintrifft und es gross genug ist,
schaltet es den Transistor durch und dieser zieht den Pin des Prozessors nach Masse.
Im Ruhezustand liegt dieser Pin über den Widerstand R1 auf High.
Mit einem Low Signal wird dann dein Mikrocontroller aufgeweckt.
Ob Du dann einstellst auf Low Pegel oder Low Flanke (keine Ahnung wie das bei deinem Controller läuft) wäre egal.
Vorerst braucht man auch nichts auswerten.
Eventuell erfüllt es ja schon deine Anforderung.
Ansonsten müsste der Prozessor erst anlaufen und dann nachsehen, was da grade ankommt und ob es für ihn bestimmt ist.

Das Triggern deines Senders erfolgt indem die Sendekapsel mit einem 40 KHz Signal angesteuert wird.
Der Sender braucht im Ruhezusatnd also auch keinen Strom, nur in dem Moment wo Du die Sendekapsel ansteuerst.
Die 40 KHz für den Sender könnte man zum Beispiel mit einem Timer IC 555 erzeugen.

Hier gibt es ein Berechnungsprogramm:
http://elektro.turanis.de/html/tools/calc_ne555.html



Habe grad mal den Timer so ausprobiert. Der sogenannte Auslastungsgrad ist das Pulsbreitenverhältnis (Duty-Cycle) und der sollte sich bei ca. 50 Prozent bewegen.
Auf dem Steckbrett läuft es. Mit dem Widerstand R1 kann man die Frequenz dann einstellen.
Mein Aufbau:
R1 = 220K + Poti 100K in Reihenschaltung
R2 = 1K
C1 = 47pF
C2 = 1nF
Frequenz Regelbereich bei 9 Volt Versorgung:
ca. 38 bis 50 KHz
Bei Mittelstellung des Potis habe ich ca. 44 KHz

So sieht das Siganl am Ausgang Pin3 aus:


Der Chip NE555 verträgt 4,5 bis 16 Volt, je höher deine Spannung umso größer wird deine Reichweite wie Klebwax schon geschrieben hatte.

Kleine Änderung:
Der 1M Widerstand am Gate des Mosfet liegt immer parallel zum Ultraschallwandler und schwächt das Signal etwas ab.
Da ich keinen 10 MOhm oder so habe, habe ich kurzerhand eine Standard Diode 1N4148 (! keine Shottky) in Sperrichtung benutzt.
Der Leckstrom der Diode hält den Mosfet nun sicher geschlossen, zumindest auf meinem Basteltisch...



Zusatz:
Da Du es später Unterwasser benutzen möchtest, dürften Fledermäuse Schlüsselklappern usw. keine Rolle spielen
Unterwasser Sender und Empfänger gibt es auch mit 40 KHz, z.B.
http://www.conrad.de/ce/de/product/5...-18-mm-x-12-mm
http://www.conrad.de/ce/de/product/5...-18-mm-x-12-mm
Die bei Conrad aber wohl leider nicht mehr erhältlich sind

Siro

[021aet04]

Die NE555 Schaltung würde ich etwas abändern. Der Vorteil ist das du einen Widerstand weniger brauchst und der Tastgrad exakt 50% beträgt.

Die Schaltung von Siro (Post 26) änderst du etwas.
R1 wird entfernt und R2 wird von Pin 7 entfernt und auf Pin 3 (Ausgang) gegeben. Der Rest bleibt gleich.

Widerstandswerte habe ich nicht berechnet, dadurch kann ich keine nennen.

MfG Hannes

[Siro]

@Hannes:
Ich habe das grade mal nach deiner Anleitung ausprobiert.
Ja, der Widerstand kann auch eingespart werden.
Exakt 50 Prozent bekommt man aber nicht hin.
Ich habe 57 Prozent. Das ist auch etwas abhängig von der Versorgungsspannung
Bei 4 Volt habe ich 66 Prozent
Bei 6 Volt 61 Prozent
Bei 10 Volt 57 Prozent
Das spielt aber denke ich nicht so die Geige.

Den Kondensator an Pin 5 ist eigentlich auch unnötig.
Intern gibt es einen Spannungsteiler aus 3 gleichen Widerständen und der Pin 3 hängt an 2/3 der Versorgung.
Hab das mal gemessen: bei 9 Volt Versorgung habe ich am CTRL Pin 6,011 Volt.
Solange da nix böses einstrahlt brauche ich da meiner Meinung nach auch nix sieben.
Ist halt in den Apllikationsschaltbildern immer mit drin.

Habe fertig
Und soeben habe ich die gesamte Schaltung Sender und Empfänger aufgebaut.
Funktioniert wirklich supi. Entfernung ca. 20 cm wenn man die Frequenz exakt einstellt.

So sieht das dann aus:

Siro

[021aet04]

Eigentlich sollte der Tastgrad exakt bei 50% liegen. Der Ausgang schaltet bei 1/3 und 2/3 um, da sich der Widerstand und der Kondensator nicht ändert hast du die gleiche Lade und Entladezeit.
Hast du beim Test die US-Kapsel auch angeschlossen gehabt? Eventuell gibt es dadurch die Abweichung.

MfG Hannes