Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Fabryka prądu
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Anemometr (wiatromierz) ultradźwiękowy na Atmedze - za mała precyzja

30 Mar 2012 21:39 3853 8
  • Poziom 10  
    Czołem,
    Wiem, ze w sieci jest masa artykulow o dalmierzach ultradzwiękowych na Atmegach, natomiast one nie omawiają, a w zasadzie nie dotyczy ich kwestia tak dużej precyzji, jak w przypadku mojego projektu.

    Chodzi o urządzenie jak na zdjęciu:
    Anemometr (wiatromierz) ultradźwiękowy na Atmedze - za mała precyzja
    - 3 przetworniki ultradźwiękowe umieszczone ok 10-15cm od siebie, następnie przeprowadzane są pomiary 1-2-1, 2-3-2, 3-1-3, tylko jeden nadajnik i jeden odbiornik aktywny w danej chwili. I wszystko jasne. Tylko jak zacząłem liczyć, wyszło mi, że Atmega na 16MHz chyba tego nie obsłuży, a ponieważ nie jestem elektronikiem, może jesteście w stanie mi doradzić.

    Jeszcze tytułem wstępu powiem jaki jest mój zamysł: generuję timerkiem na Atmedze8 40kHz, startuję timer 16-bitowy z inkrementacją w każdym cyklu zegara i ustawiam przerwanie zewnętrzne, które je zatrzyma i zczyta wartość licznika z rejestru. Odbiornik zbiera pik, wrzuca na wzm.operacyjny, a ten powoduje wygenerowanie zewnętrznego przerwania. W ten sposób mam zebraną ilość taktów zegara, które upłynęły od czasu zaczęcia nadawania piku do pierwszej silnej amplitudy pojawiajacej sie na odbiorniku.

    Obliczenia umieściłem pod adresem: https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0...mlv7ga40dDFBUWhWcURPMHZ1eGpMRWw2QUstbGc#gid=0
    Przy przedstawionych tam parametrach, różnica w prędkości wiatru 0.5m/s równa jest 6 pełnym cyklom zegara. Wydaje mi się, że to trochę mało, biorąc pod uwagę, że błąd 1 taktu w przód lub w tył powoduje 30% błąd pomiaru.

    Mogę wziąć szybki procesor, dla ARMa 60MHz taki wiatr to już 25 cykli, ale to ma być tania i przede wszystkim oszczędna stacja pogodowa (zasilana niewielkim panelem słonecznym).
    Druga opcja to zwiększenie odległości pomiędzy przetwornikami. Tak, ale tracę na kompaktowości urządzenia, jeszcze mi się ptactwo dzikie będzie nadziewało na konstrukcję :-)
    Opcja trzecia: zmieniam dziedzinę czasu na coś innego mierzalnego, może napięcie? Wtedy ADC w Atmedze i mam wartość - z tym że też pytanie jak tu z precyzją.
    Opcja czwarta - nie używam mikrokontrolera do zmierzenia czasu tylko układu elektronicznego?

    Słabo siedzę w temacie elektroniki, jestem programistą i nie znam wielu rozwiązań elektronicznych, które dla Was mogą być oczywiste do takich rozwiązań, dlatego mam prośbę o podpowiedzi w tej sprawie.

    Z góry dziękuję i pozdrawiam,
    Tomek
  • Fabryka prądu
  • Poziom 18  
    Precyzji tutaj potrzebnej nie da się uzyskać w tani sposób. Jeśli urządzenie ma mierzyć także niezbyt silne podmuchy wiatru to precyzja pomiaru czasu musi być rzędu ns, a trzeba jeszcze zapewnić stabilność zegara i kompensować zmiany temperatury. Nieprzypadkowo anemometry ultradźwiękowe nie należą do urządzeń tanich.
  • Fabryka prądu
  • Poziom 19  
    Nieprawda że są drogie bo tylko komercyjne wykonanie jest możliwe. Sam wykonałem anenometr ultradźwiękowy na podstawie poniższych projektów. Potrzeba jest atmega 168 lub 328 (potrzeba trochę pamięci programu bo jest dużo obliczeń arytmetycznych), ale to nie jest trudna sprawa jakby sie mogło wydawać.

    Trochę fizyki i matemetyki się kłania nic trudnego ;) Rozdzielczość spokojnie mozna uzyskac 0,3 m/s. wzór na predkośc dźwięku w powietrzu ( C= 331.5 + 0.6* Temperatura) i jeśli wyliczysz sobie w zakresie np. -40C do 50C to sam zobaczysz że czas pomiaru i zastosowaniu metody pomiau Cross_korelacji nie będzie wymagało ns tylko średnio około 1us a to już osiągalne dla ATmegi.

    Cross-korelacja to metoda zwiekszająca precyzję pomiaru, oprócz pomiaru czasu przejścia dźwięku jest mierzony czas przejścia ilości okresów 25us (40kHz) i te dwa parametry są korelowane ze sobą dając wynik bez błędów o których piszesz. Jeden z poniższych projektów używa do tej metody układu elekrtonicznego a drugi procesora DSP.

    Poczytaj te dwa projekty
    projet w GCC Ardunio Link

    i projekt amatorski z niemiec Link
    poniżej pliki projektów w GCC plus opis PDF i artykuły w tym temacie

    Spokojnie wykonasz taki anenometr jeśli tylko lubisz fizykę i poczytasz te projekty.
  • Poziom 18  
    Nie bardzo sobie mogę wyobrazić, żeby urządzenie wykonane wg. powyższych projektów mogło wyjść tak tanio, jak to sobie wyobraził autor wątku.

    Ale może - jeśli się nie policzy własnej pracy - taniej niż gotowe komercyjne urządzenie.

    Obstawałbym jednak przy tym, że dokładność pomiaru czasu powinna być rzędu przynajmniej 100ns, stabilność zegara musi być znaczna i jeszcze trzeba zadbać o stabilność temperaturową odległości przetworników oraz o silny i czysty sygnał.

    Jeśli się tego wszystkiego nie uwzględni, urządzenie będzie miało przy słabych wiatrach dokładność "zabawkową" a przy silnych niczego nie zmierzy.

    Urządzenie tego typu - o dobrych parametrach może być tanie, ale tylko wtedy, kiedy byłoby produkowane bardzo masowo.
  • Poziom 19  
    Proszę poczytać projekty i wtedy wygłaszać poglądy. Moje urządzenia działa dobrze i takie same wnioski są opisane przez autora z niemiec w Link

    Przecież to są działające projekty i nie rozumiem jak mozna pisać "nie wyobrażam sobie" to śmieszne :)

    Jeśli dwie osoby niezależnie uzyskały dobre pomiary i doszły do tych samych wniosków to warte jest to sprawdzenia i wykonania samemu takiego anenometru.

    Ma kolega racje co do precyzji zegara, stabilności itd ale nie nie mówimy o precyzji kosmicznej.

    Ja jestem zadowolony z uzyskanych parametrów i polecam koledze który napisał posta wykonanie takiego przyrządu i prosze nie słuchac sceptyków co tylko krytyke stosuja ;) nie mówimy o precyzji kosmicznej, wystarczy pomiar z dokładnością do 0,3m/s do 0,2m/s i tak komercyjne anenometry ultradźwiękowe nie mają lepszej, no chyba że jakies super precyzyjne ale przeciez nikt nie mówi że jest potrzebna bardzo duża dokładność. Do zwykłych zastosowań cywilnych tak wykonany anenometr wystarczy i nie jest drogi. Komercyjny kosztuje od 5tys PLN i więcej. Mój kosztował (części około 200zl) plus mój czas, ale to moja nauka i doświadczenie które mnie cieszy. Jak bym słuchał takich sceptyków to bym nic w życiu nie zrobił i nieczego sie nie nauczył. (nic się nie opłaca, nie warto robic itp itd...)

    Jest takie przysłowie "nie święci garnki lepią" i tak samo ludzie wykonuja anenometry. Proszę o słowa wsparcia i dzielenie sie wiedzą, praktyką, a nie krytyką, która nic nie wnosi do tematu. Tak się zabija potencjał i zapał do poznawania i uczenia sie ;)

    Jeśli kolega ma wiedzę na temat jak zwiększyć precyzję zegara, jak usztywnić konstrukję mechanicznie, jak ją skompensować lub zna rozwiazania innych problemów, to proszę o podzielenie sie wiedzą.
  • Poziom 18  
    WOBI napisał:
    Proszę poczytać projekty i wtedy wygłaszać poglądy. Moje urządzenia działa dobrze i takie same wnioski są opisane przez autora z niemiec w Link

    Jeśli dwie osoby niezależnie uzyskały dobre pomiary i doszły do tych samych wniosków to warte jest to sprawdzenia i wykonania samemu takiego anenometru.

    Ma kolega racje co do precyzji zegara, stabilności itd ale nie nie mówimy o precyzji kosmicznej.

    Ja jestem zadowolony z uzyskanych parametrów i polecam koledze który napisał posta wykonanie takiego przyrządu i prosze nie słuchac sceptyków co tylko krytyke stosuja ;) nie mówimy o precyzji kosmicznej, wystarczy pomiar z dokładnością do 0,3m/s do 0,2m/s i tak komercyjne anenometry ultradźwiękowe nie mają lepszej, no chyba że jakies super precyzyjne ale przeciez nikt nie mówi że jest potrzebna bardzo duża dokładność. Do zwykłych zastosowań cywilnych tak wykonany anenometr wystarczy i nie jest drogi. Komercyjny kosztuje od 5tys PLN i więcej. Mój kosztował (części około 200zl) plus mój czas, ale to moja nauka i doświadczenie które mnie cieszy. Jak bym słuchał takich sceptyków to bym nic w życiu nie zrobił i nieczego sie nie nauczył. (nic się nie opłaca, nie warto robic itp itd...)

    Jest takie przysłowie "nie święci garnki lepią" i tak samo ludzie wykonuja anenometry. Proszę o słowa wsparcia i dzielenie sie wiedzą, praktyką, a nie krytyką, która nic nie wnosi do tematu. Tak się zabija potencjał i zapał do poznawania i uczenia sie;)

    Jeśli kolega ma wiedzę na temat jak zwiększyc precyzję zegara, jak usztywnić konstrukję mechanicznie, jak ją skompensować lub zna rozwiazania innych problemu to proszę o podzielenie sie wiedzą. To jest forum do tego właśnie.


    Bez przesady. Uważam, że warto robić takie rzeczy, ale mam poważne wątpliwości, czy takie urządzenie ma rzeczywiście dokładność (absolutną) ok. 0,2m/s. Komercyjne urządzenia osiągają dokładności rzędu 0,01m/s. Nie jest to jednak granica techniki, ale raczej potrzeb.

    Zwiększenie precyzji zegara jest łatwe, ale wiąże się z zakupem odpowiednio stabilizowanego kwarcu (OCXO). Niestety to nie są tanie rzeczy. Sztywna konstrukcja wymaga metalowej obudowy (niestety nie wyjdzie to bardzo tanio, bo musi być z odpowiedniego materiału). Zwiększenie dokładności pomiaru czasu wymaga innej koncepcji elektroniki.

    Twórca wątku chciał czegoś taniego, nie zdefiniował jednak, co dla niego jest tanie.

    Bardzo szanuję wszystkich, którzy realizują sami takie projekty, bo lubię ludzi z pasją i pracowitych, ale pozostanę przy swojej opinii, że poza walorami edukacyjnymi inne walory tego urządzenia są ograniczone.

    Można oczywiście pójść "za ciosem" i konstruować następne, lepsze, ale to już nie będzie ani tanie, ani proste.

    Na oko oceniając projekt z trzeciego linku nie dawałbym mu dokładności absolutnej większej niż 0.5m/s-1m/s, a bałbym się bardzo o całość urządzenia przy silnych wiatrach.

    Nie zauważyłem, żeby autor próbował mierzyć dokładność używając jakiegoś przyzwoitego odniesienia, nie wiem więc, skąd twierdzenie o 0,2m/s.
  • Poziom 9  
    Witam,

    Jak przedstawiają się realne koszty wykonania ultradźwiękowego czujnika wiatru. Wydaje mi się że jest to przyszłość jeśli chodzi o pomiary prędkości i kierunku wiatru ze względu na "prostotę" i niezawodność (brak części mechanicznych których praca może być zakłócona przez warunki atmosferyczne).

    wujek
  • Poziom 18  
    Na to pytanie nie da się łatwo odpowiedzieć, zależy ono - jak zawsze w takich wypadkach od zamierzonej dokładności pomiarów, iliści osi pomiarowych (2 lub 3), od tego czy chodzi o stworzenie komercyjnego produktu, czy o jednostkowy wyczyn amatora.

    Zgadzam się z tym, że jest to rozwiązanie przyszłościowe i pewnie w jakimś momencie jakaś firma zdecyduje się zrobić tani precyzyjny miernik tego typu.
  • Poziom 9  
    Witam,
    Czy ktoś próbował podłączyć do takiego wiatromierza moduł wysyłający dane do APRS?

    Pozdrawiam
    wujek