Ultraschallsensor im Eigenbau

Ein günstiges Teil sogar mit Laser gibt es hier man müsste nur Schaltung kennen!

Bild hier  

[Manf]

In der Überschrift im Link steht "Ultraschall Entfernungsmessung mit Laser Anvisierung". Bezüglich der Schaltung ist der Laser also mit einer Stromquelle verbunden meist geregelt nach Lichtausgabeleistung, sonst nichts.
Die Enternugsmessung wird mit Ultraschall durchgeführt. Es handelt sich dabei sicher um eine Laufzeitmessung. Die Beschreibungen über Laufzeitmessungen mit den Kamera-entfernungssensoren geben einiges an. Es wird dargestellt, daß ein Impuls von 50-55kHz ausgesendet wird. Der Impuls besteht aus 16 Perioden der Ultraschallfrequenz (320us), ein Kompromiß zwischen Filterung gegen Störungen und Entfernungsauflösung.
Ich werde versuchen, noch eine Schaltung herauszusuchen, mit der die Ultraschallmessung mit Wandlern für 40kHz-US Fernseher Fernsteuerungen realisert wurde. Das geht dann aber in die Richtung prinzipielle Lösung, nicht plug and play.
Manfred

[recycle]

Die Enternugsmessung wird mit Ultraschall durchgeführt. Es handelt sich dabei sicher um eine Laufzeitmessung. Die Beschreibungen über Laufzeitmessungen mit den Kamera-entfernungssensoren geben einiges an.

Hast du eine ungefähre Idee wie genau so ein Ding ist? Als Messbereich ist da 0,75 - 13,5 Meter angegeben, über die Genauigkeit schweigen die sich wahrscheinlich bewusst aus.

Als Hindernis-Sensor für einen kleinen Roboter ist 75 cm ziemlich weit weg.

Um mit nem Roboter irgendwelche Karten anzufertigen könnte es brauchbar sein, nur müsste es dann ja schon auf ein paar % genau sein.

Irgendwie wirkt das Ding auf mich mehr wie eins von den vielen Billig-Spielzeugen mit denen irgendwelche Heimwerker im Baumarkt an der Grabbelkiste übern Leisten gezogen werden.

[LuK-AS]

Hallo zusammen,

ich finde das Thema Ultraschallmessung auch sehr interessant, habe mir auch schon Popelschaltungen mit den US-Kapseln gebaut alledings immer nur sehr eingeschränkt mit Reichweiten von 10-80cm und digitalem Ausgang. Was mich außerordentlich jucken würde, wäre ein US-Modul mit analogem Ausgang. Die Srf04 und Srf08 sind mir irgendwie einfach zu teuer und nachbauen wird nie so schön klein.

Wäre es nicht eine gute Idee hier im Forum (bei all den klugen und pfiffigen Köpfen) mal ein solches Modul zu entwickeln? Das Standartboard, die Schnittstellen und beinahe schon ein Gehäuse für Roboter habt Ihr ja schon.

Gruß LuK-AS

[Kjion]

Soll das Modul dann eine Spannung liefern, die der Entferung proportinal ist ?? Eine Möglichkeit dazu wäre sicherlich, die Schaltung von roboterwelt.de zu nehmen und einen kleinen µC dahin zu hängen, der das ankommende Signal auswertet und dann die Spannung erzeugt...

MfG Kjion

[Frank]

Hi,

ja so ein Projekt fände ich auch nicht schlecht. Ich fände die Schaltung sollte dann am besten eine I2C Schnittstelle (entsprechend unserer letzten Stecker Definition) haben.
Fände es auch gut wenn man bei Ultraschallmodul einen eigenen kleinen AVR drauf setzt der als I2C Slave arbeitet. Damit lassen sich auch im Nachhinein immer noch Optimierungen und Änderungen vornehmen ohne die Ansteuerung zu ändern. Zusätzlich kann man ja auch noch eine lineare analoge Ausgangsspannung je nach Entfernung generieren, damit wird er noch universeller.

Allerdings sollte die Schaltung auch schon recht genau sein, wenn der SRF08 nur 5 oder 10 Euro teuerer aber dafür wesentlich genau wäre, dann wüde es wenig Sinn machen.

Gruß Frank

[Manf]

Wie genau kann man mit Ultraschallwandlern Entfernungen messen?
Eine ausgesendete Welle ist, pro 40kHz Periode, 8,5 mm lang. Bei der Laufzeitmessung mit einer Auflösung von einer Wellenlänge könnte man (wegen Hin- und Rückweg) den Abstand auf 4,25 mm genau messen.
Hierbei ist vom Fehler der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit zunächst einmal abgesehen. Den Fehler kann man falls nötig durch Temperaturmessung recht klein halten. Fehler erhält man auch durch Luftbewegung, aber bei 340m/s Schallgeschwindigkeit bleiben Fehler bei Windgeschwindigkeiten bis 3,4m/s nicht nur unterhalb des Prozentbereichs, bei konstanter Geschwindigkeit während hin und Rückweg wird der Fehler deutlich weiter reduziert. Erstaunlicherweise ist dagegen die Messung des Gasdurchsatzes in Pipelines mit Schallwellen das präziseste Meßverfahren.

Zurück zur Entfernugsmessung: Man verwendet als Impuls nicht nur eine Welle sondern einen Burst von mehreren (oft 16) Wellenlängen. Bei der Ansteuerung des Senders schwingt dieser an und erzeugt über den Verlauf des Impulses immer größere Schallamplituden. Der Empfänger ist ebenfalls ein elastisches schwingungsfähiges Gebilde mit schwacher Ankoppelung und Dämpfung das beim Eintreffen des Echo-Bursts anschwingt und bei längerer Burst- Dauer eine bestimmte Amplitude erreicht.
Dieses System aus Sender, Empfänger und Koppelung ist mit seinen beiden schwach gekppelten Schwingkreisen recht kompliziert zu berechnen weil viele Parameter unbekannt sind, aber es ist durch eine einfache Messung erstaunlich prägnant zu charakterisieren.
Hierzu gibt man (periodisch) einen duerhaften Burst auf den Sender, sodaß dieser sicher seine Maximalamplitude erreicht. Man mißt am Empfänger nach welcher Zeit auch er seine Maximalamplitude erreicht. Die Zeit ist bei gleichen Systemen etwa 1,4 mal so groß. Die bewertete Amplitude ist sinnvollerweise 70% (oder 90%) der tatsächlichen Maximalamplitude, da es sich um einen Einschwingvorgang handelt.

Die Messung klingt vielleicht komplizierter als sie ist, denn der Sender wird mit Recheck- Signal gespeist, Oberwellen werden kaum ausgestrahlt, und das Empfängersignal kann auf kurze Entfernung 2-10cm ohne Verstärker mit einen Oszilloskop aufgenommen werden. Das Einschwingverhalten ist bei dem linearen System vom Abstand und von der Amplitude unabhängig.

Es sind dann wohl etwa 8 Perioden des Signals bis zum Erreichen des Maximums. Wichtig ist nun, daß ein längerer Impuls nicht mehr zur Erkennung beitragen kann und desahalb die Unsicherheit der Erkennung vom Beginn des Echosignals bis zum Ende 8 Perioden oder 8 x 4,25 mm beträgt. Starke Signale werden zu Beginn des Echos erkannt, schwache gegen Ende. Der Bereich von 34mm ist theoretisch, 50% der Sginale liegen im Bereich der mittleren 5-10mm.

Man begeht nun noch einen gewissen systematischen Fehler, wenn man außer acht läßt, daß Echos von entfernten Hindernissen schwächer zurückkommen als die aus der Nähe. Hier hilft eine entfernugsabhängige Verstärkungsregelung (Steuerung) des Empängers, die ja einfach über die Laufzeit ab Aussenden des Impulses erfolgt. Sie hilft auch bei der Ausnutzung des Dynamikbereichs des Empfängers. Starke Echos können übersteuern, schwache können mit mehr Verstärkung noch erkannt werden. Die Anpassung an die erwartete Empfngsamplitude, einfach über die Laufzeit, verbessert das Verhalten und läßt sich noch recht einfach realisieren.

Die nächste Stufe ist eine “matched Filterung“ des Empfangssignals und die übernächste der Einsatz von Chrip- Funktionen zur Steigerung der Entfernungsauflösung in den Bereich einer Wellenlänge.

Hat man es mit einem einzelnen Echo zu tun, was sich durch eine Burst-Messung mit gesamter Auswertung des Echo-Signals feststellen läßt, dann kann man zwischen Meßkopf und Hindernis eine stehende Welle erzeugen und eine Phasenmessung durchführen, die in der Auflösung bis auf einige Prozent der Wellenlänge gesteigert werden kann. Im Millimeterbereich auf längere Entfernungen treten dann die oben genannten anderen Fehler stärker in Erscheinung.

Manfred

Hab hier ne homepage mit schaltplan gefunden. obs was bringt weis ich net. aber trotzdem: http://www.acroname.com/robotics/parts/R11-6500.html

Leider kenne ich keinen Shop in Detschland, der die SensComp (ehemals
Polaroid)-Bords verkauft. Die einzelenen Bauteile bekommt man erst recht
nicht. (spezial ICs, spezielle US-Transducer)
Es bleibt die Möglichkeit ein Bord aus einer alter Polaroid-Kamera rauszubauen und zu modifizieren.
Ich habe mal 3 Kameras bei Pollin gekauft und ausgeschlachtet. Leider
habe ich es nicht geschafft die Dinger zum laufen zu kriegen.

[Starbearer]

hm...
das mit den Polaroidkameras ist halt echt so ne Sache,
hab schon drei Kameras auseinander (alle billigst bei Ebay ersteigert...) und in jeder war ein etwas anderes Modul drin. Rausbauen lassen die sich alle recht leicht.

Ein paar Links dazu:

Recycling the Sonar Unit from a camera

Ausschlachten einer Polaroid Kamera

Modifying Sonar Ranging Modules from Late Model Autofocus Cameras

Polaroid Sonar Ranging Primer


CU