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

Pomiar odległości z wykorzystaniem fal radiowych

Kubald 13 Wrz 2012 17:20 8811 4
  • Pomiar odległości z wykorzystaniem fal radiowych

    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

    Pomiar odległości z wykorzystaniem fal radiowych

    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).





    Pomiar odległości z wykorzystaniem fal radiowych

    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.

    Pomiar odległości z wykorzystaniem fal radiowych

    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
  • #2 14 Wrz 2012 07:26
    mkpl
    Poziom 37  

    Wszystko fajnie dopóki ktoś w okolicy nie użyje pilota od alarmu samochodowego.

  • #3 14 Wrz 2012 12:03
    236759
    Użytkownik usunął konto  
  • #4 14 Wrz 2012 15:50
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Ciekawe, jaką dokładność daje się z tego uzyskać... To, że zegar ma 30 MHz
    nie oznacza, że mamy mieć błąd 5 m - może być on mniejszy, jeśli wysyłany
    sygnał nie jest zsynchronizowany z zegarem (to samo z siebie zwiększy błąd)
    i połączymy to z uśrednieniem wyników wielu pomiarów (skoro to ma zasięg
    1.5 km, to w ciągu sekundy można zrobić 100 tysięcy pomiarów, błąd średniej
    będzie zmniejszony ze 300 razy - wychodzi dokładność do centymetrów); ale
    tak by było przy założeniu, że czas odpowiada odległości - a jakiekolwiek
    przeszkody w pobliżu, zwłaszcza w pierwszej strefie Fresnela, powodują
    dodatkowe odbicia i znacząco zmieniają czas przelotu sygnału radiowego.
    434 MHz to długość fali 70 cm, przy odległości 1.5 km pierwsza strefa Fresnela
    sięga ponad 20 m od toru pomiaru - do takiej odległości powinno być czysto.

    A może by spróbować zrobić takie urządzenie używając komputera PC
    do mierzenia czasu? Instrukcja RDTSC odczytuje ilość cykli zegara - GHz. ;)
    Ale podejrzewam, że wyniki byłyby "skwantowane" częstotliwością magistrali.

  • #5 14 Wrz 2012 16:41
    Urgon
    Poziom 36  

    AVE...

    Można też zamienić układy TTL na jeden CPLD lub FPGA i dodać dokładniejszy generator podstawy czasu o częstotliwości kilkuset MHz. Są fajne rubidowe źródła częstotliwości na ebayu po 50-100 dolarów, w połączeniu z układem PLL nadałyby się do tego projektu wyśmienicie.

  Szukaj w 5mln produktów