Autorzy projektu stworzyli nową, niedrogą metodę pomiaru odległości do ok. 1,5 km z dokładnością wynoszącą 5 m. Użycie fal radiowych pozwala na mierzenie odległości także niewidocznego celu. Oznacza to, że można mierzyć np. odległości w obecności zabudować i innych przeszkód. W sprzedaży także można znaleźć wiele odległościomierzy, wykorzystujących fale radiowe bądź lasery. Wadą odległościomierzy laserowych jest fakt, że należy dokładnie skierować wiązkę światła laserowego w odbiornik oraz upewnić się, że na drodze promieni nie znajdują się żadne przeszkody.
Schemat i projekt urządzenia jest w całości stworzony przez autorów, żadne części nie zostały skopiowane z innych projektów – jedynie zostały użyte gotowe modułu nadajnika i odbiornika. Autorzy z tym projektem zajęli pierwsze miejsce w konkursie dla młodych niemieckich naukowców „Jugend-Forscht”.
Zasada działania
Urządzenie jest swego rodzaju „stoperem”, mierzy czas z dokładnością do nanosekund. Czas jest odmierzany dla całej drogi fali radiowej. Ponieważ prędkość rozchodzenia się fal radiowych jest identyczna z prędkością światła, można określić odległość między dwoma urządzeniami (punktami pomiarowymi) poprzez pomiar właśnie czasu rozchodzenia się fali radiowej. Urządzenie wykorzystuje oscylator o częstotliwości 30 MHz oraz liczniki dekadowe (z serii HC CMOS). Dane wyjściowe z liczników konwertowane są z kodu BCD z użyciem układów 4511, aby mogły zostać wyświetlone na zwykłych wyświetlaczach 7-segmentowych.
Proces całego pomiaru jest następujący:
- Rozpoczęcie pomiaru przez użytkownika na skutek naciśnięcia przycisku w stacji „bazowej”
- Rozpoczęcie odliczania, w tym samym czasie transmiter AM na częstotliwość 434 MHz emituje falę radiową
- Fala jest odbierana przez odbiornik w punkcie pomiarowym i natychmiast rozpoczyna się „odwrotna” transmisja, na częstotliwości 868 MHz.
- Po odebraniu fali 868 MHz stacja „bazowa” zatrzymuje licznik i wyświetla wynik na wyświetlaczach.
Obliczanie odległości
Odległość może być obliczona na podstawie wzoru Δs = (Δt * c) / 2 gdzie Δt oznacza czas pomiaru uzyskany z urządzenia, Δs to mierzona odległość, a c – prędkość światła (299 792 458 m/s).
Dokładność
Użycie kwarcu 30 MHz nie zapewnia zbyt stabilnej podstawy czasu, co skutkuje niedokładnością rzędu 5m. Zwiększanie tej częstotliwości powoduje zwiększenie precyzji. Jakkolwiek na rynku dostępne są oscylatory dające częstotliwości do 100 MHz (5-ta harmoniczna), to limit częstotliwości wejściowej dla liczników 74HC4510 wynosi 53 MHz. Dostępne są też układy liczników pracujące do 1200 MHz, ale są one bardzo drogie i dostępne tylko w hurtowych ilościach. Dodatkowym problemem jest fakt, że częstotliwości pracy nadajnika i odbiornika w wolnych pasmach (odpowiednio 434 i 868 MHz w Europie) mogą być wykorzystywane także przez np. walkie-talkie – może to spowodować błędy w pracy urządzenia.
Schemat
Na poniższym rysunku widoczny jest schemat urządzenia. Autorzy nie udostępnili projektu płytki drukowanej, ponieważ sposoby połączenia odbiornika/nadajnika i różnorodność wersji sprawiają, że nie każdy by do niej pasował. Autorzy korzystali z dość „egzotycznych” odbiorników/nadajników włoskiej firmy, a produkowanych na Tajwanie.
Trilateracja
Zbudowanie trzech opisanych urządzeń pozwala dokonywać pomiarów trilateracyjnych. Ponieważ fale radiowe rozchodzą się sferycznie, przecięcie trzech z nich wyznacza jasno punkt. Takie rozwiązanie pozwala użyć urządzenia np. do śledzenia obiektów (GPS wykorzystuje podobną zasadę).
Podsumowanie
Urządzenie jest proste do budowania i wykorzystania, może być obsługiwane przez osoby bez jakiejkolwiek wiedzy na temat techniki pomiarów.
Źródło
Fajne? Ranking DIY
