Pomiar odległości za pomocą ultradźwięków

Question

Witam.Chciałem zbudować sonar do parkowania na jakimś AVR i nie wiem jakich nad/odb ultradźwiękowych użyć.Widziałem już podobne tematy, w większośc...

lbugiera · Accepted Answer

Co do napięcie to zauważyłem, że różnie je oznaczają. Ale najczęściej podają 20 Vrms, co oznacza pobudzanie przebiegiem zmiennym o napięciu skutecznym równym 20V. Najczęściej nie ma też żadnej wzmianki, czy jest to napięcie znamionowe (zalecane) czy dopuszczalne. Jeśli ma być dopuszczalne, to nie wiadomo czy ze względu na napięcie przebicia czy ma to wyrażać maksymalną moc traconą w elemencie.

Wszystkie piezoelektryki z jakimi się spotkałem można pobudzić dobrze ponad 100V. To jakim napięciem chcesz pobudzać to już zależy od ciebie. Im większe napięcie pobudzania, tym silniejszy sygnał i większa możliwa do zbadania odległość. Jednocześnie może to powodować zwiększenie strefy martwej. Ale to zależy głównie od tego jak jest skonstruowany tor odbiorczy. Widziałem także projekt, w którym podawano jeden impuls 700V na "przeciętny" nadajnik o średnicy 16mm. I podobno nic się z nim nie działo.

Max'em możesz pobudzać nadajnik i napięcie jakie wtedy jest na niego podawane to około 40V, gdy jeśli podłączysz go pod T1out i T2ou1, a na T1in i T2in będziesz podawał stany przeciwne. Czyli raz T1in=1;T2in=0, a później T1in=0;T2in=1. Z max'em jest ten problem, że do końca nie wiadomo jakie jest napięcie na pinach nadajnika względem masy. Dlatego stosowanie jednego piezoelektryka jako nadajnika i odbiornika oraz pobudzanie tego max'em jest kłopotliwe. Łatwiej max'a zastosować gdy nadajnik i odbiornik jest rozdzielony.

Ogólnie przy wzmocnieniu toru odbiorczego rzędu 150 wystarczy kilkanaście volt na pobudzenie nadajnika, aby uzyskać zasięg kilka metrów.

Odległość nadajnika od odbiornika (jeśli są osobno) powinna wynosić kilka cm (powiedzmy że minimum 2,5cm licząc od środków). Za bliskie ustawienie ich koło siebie powoduje nadmierne pobudzenie odbiornika. Co prawda można tak zbudować tor odbiorczy, aby nawet wtedy wzmacniacz nie wchodził w nasycenie, ale powracający sygnał akustyczny może nie mieć wystarczającej energii aby "wygrać" z pobudzonym odbiornikiem. To zależy od tego czy drgania odbiornika i powracającego sygnału sa zgodne w fazie. Jeśli powracający ultradźwięk próbuje poruszyć rozpędzoną membranę w stronę przeciwną niż ona się aktualnie bezwładnie porusza, to musi mieć odpowiednio dużo energii aby tego dokonać i wywołać wzrost napięcia na wyjściu wzmacniacza ponad próg.

Pobudzanie max'em jest skuteczne, jeśli ma się w układzie tylko 5V i jeśli to ma być pojedynczy sonar. Dla kilku sonarów dużo taniej wyjdzie zrobienie prostej przetwornicy step-up. Poza tym kłopotliwe przy max'sie są kondensatory, których powinno być minimum 4.

Jeśli mamy w układzie minimum 10-15V to taniej niż max'a jest użyć tranzystora, tak jak na schemacie powyżej. Tranzystor rozładowywuje nadajnik, a rezystor ładuje.
Jeśli jednak to źródło wysokiego napięcie jest "słabe" (ma małą wydajność), to lepiej użyć tranzystorów komplementarnych. W sumie potrzebne będą 3, 2 typu N i jeden P. 1N do rozładowywania, P doładowania, a drugi N do sterowania tym P.

Napięcie na wyjściu odbiornika wynosi zazwyczaj kilkadziesiąt mV. Oczywiście zależy to mocno od napięcia pobudzenia nadajnika i długości "podróżowania" echa.

Powodzenia
Boogie

migod · Answer

Robiłem próby z urządzeniami 40R / 40T. Komplet do kupienia za ~10,- PLN, a to i tak w droższym sklepie. O dziwo lepsze wyniki dostaje się przy identycznej parze 40T jako nadajnik / odbiornik.

Nadajnikiem sterować można poprzez MAX232, wtedy zwiększa sie amplitudę sygnału. Aby pozbyć się drgania nadajnika dobrze jest po nadaniu sinusoidy zewrzeć oba wejścia do GND.

U mnie śmigało spoko, ale w bliskich zasięgach (~ 1m). Do profesjonalniejszych zastosowań lepiej jest wyciągnąć dalmierz z aparatów bodajże polaroida. Opisane nie raz na tym forum.

I jeszcze jedno - do zderzaka bym raczej nie "wpuszczał" przetworników do zastosowań indoor.. W końcu wody i kurzu tam pełno.

pmmisiek · Answer

Więc jakie przetworniki polecalibyście do zastosowania na zewnątrz w zderzaku? Może jakoś dało by radę zabezpieczyć ten czujnik (np. folią czy coś w tym stylu) Na podanej wyżej stronie sklepu jest jeszcze:Code: Szczelny czujnik ultradźwiękowy, impulsowy 40CA18&#40;jeden sensor spełnia rolę nadajnika i odbiornika&#41;, zaprojektowany jako czujnik sonarów samochodowych &#40;wykorzystywane przy parkowaniu&#41;, 40kHz &plusmn;1kHz, czas poddźwięku &#8804;0.5ms &#40;przy próbie 120V, 40kHz, 1.1ms&#41;, pojemność 2000pF &plusmn;30%, obudowa aluminiowa w kolorze czarnymNie wiem co to ten czas poddźwięku, wydaje mi się że to czas w którym po zakończeniu nadawania przetwornik jeszcze drga i nie można w tym czasie odebrać echa, jeśli się mylę to mnie poprawciePozdrawiam

lbugiera · Answer

Cześć.
Podaj link do tych szczelnych nadajników ultradźwiekowych.

Wydaje mi się, że nie zaizolujesz odpowiednio takiego zwykłego nadajnika tak żeby go rdza nie zeżarła i aby dobrze nadawał. Z tym podźwiękiem tez nie kumam, ale strefa martwa tylko 5 cm to raczej niemożliwe. Taką strefe cięzko uzyskać z rozdzielonymi nadajnikiem i odbiornikiem.

Co do 120V to wystarczy przetwornica impulsowa. Najprostsza to cewka + kondensator + dioda + zener + 1 tranzystor. Do tego tranzystorki np. BSP92 i BSP89, bardzo fajne.

Ponieważ taki piezoelektryczny nadajnik to w praktyce kondensator, to nie trzeba sterować go przeciwsobnie, ani podawać cały czas napięcia. Wystarczą dwa tranzystory N i P (i trzeci N aby sterowac tym P). Zanim załączysz jeden to wyłączasz drugi i dzięki temu nie ma szpilek prądowych

Cały układ powinien działać tylko wtedy gdy wrzucisz wsteczny.
Nie ma za bardzo sensu dawać takich czujników z przodu. Powinny wystarczyć 3 na tylnym zderzaku.

Co do pobudzenia odbiornika. To może byc on pobudzony i jednocześnie odebrać powracajace echo. Jednak wtedy wzmacniacz wzmacniający sygnał nie może być nasycony. Do tego trzeba zastosowac zmienny próg, bądź zmienne wzmocnienie. Do zmiennego wzmocnienia dobry będzie CA3080.

Do tego wszystkiego jeden AVR plus wyświetlacz. Myśle, że ATMEGA8 lub 88 wystarczy.

Wyświetlacz można zrobić segmentowy za pomocą rejestrów przesuwających HC595 i umieścić go pod tylnym zagłówkiem, ponieważ cofając i tak zreguły obracamy się przez prawie ramie i patrzymy w tamta strone. Drugi bardzo fajny sposób, to wykorzystanie radia z RDS'em do wyświetlania, ale to już wyższa szkoła jazdy. Trzeba się wpiąć w antene radia, zasymulowac nadawanie sygnału radiowego (nośna + pilot stereo) oraz nałozyć na to RDS, który jest skomplikowany. Ale wtedy nie ma żadnych badziewiarskich wyświetlaczy w aucie, a na dodatek możemy informacje głosowe wysyłać na radio, oraz informacje o temp i tak dalej. Między innymi ostrzeganie o gołoledzi jeśli temp jest bliska 0. Można nawet wykorzystać funkcje RDS'u która przełaczy stacje na "naszą" i wysłuchamy komunikatu

.

Ogólnie koszt wyjdzie podobnie lub drożej niz chińszczyzna gotowa do zamontowania. Ale może być przy tym troche radochy jak ktoś to lubi

.

Pozdrawiam.
Boogie

pmmisiek · Answer

http://www.maritex.com.pl/offer.php?bnr=3&nr=9431&pid=2&lang=PLCiekawe jaką strefę nieczułości można uzyskać z takich czujników...

lbugiera · Answer

Przy wzmacniaczu ze zmiennym progiem, strefa nieczułości będzie min 20 cm. Jesli do dyspozycji byłby przetwornik C/A, to na wzmacniaczu takim jak CA3080 można by uzyskac nawet mniej niż 10 cm. Przy czym wróże tu troche z fusów

.

Pozdrawiam
Boogie

pmmisiek · Answer

Wybrał bym ten nad/odb (w jednej obudowie) wodoszczelny
http://www.maritex.com.pl/offer.php?bnr=3&nr=9431&pid=2&lang=PL
Teraz zostaje jeszcze problem jak rozdzielić obwód sterujący nadajnikiem od obwodu odbiorczego ze wzmacniaczem. Nie mam pojęcia jak to zrobić, można by stosować dwa takie nad/odb jeden jako nadajnik a drugi jako odbiornik ale wtedy koszt przetworników wzrośnie z 30 do 60PLN (dla 3 czujników), więc warto było by pomyśleć jak to zrealizować na nad/odb w jednej obudowie.

Chyba że ktoś gdzieś widział tańsze przetworniki do zastosowań outside'owych

Schemat ze strony http://wartburg353.webpark.pl/ (jako uC zastosuje Atmege8)

Pomiar odległości za pomocą ultradźwięków

adamusx · Answer

Witam

Ostatnio konstruowalalem taki sonar. Kostrukcja oparta byla o sonar SRF08 http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf08tech.shtml ) " target="_blank" rel="noopener nofollow ugc" data-caption="" title="http:// ( http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf08tech.shtml ) " class="postlink "> ( http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf08tech.shtml )

Nadajnik i odbiornik ( 40SR16 i 40St16 ) znajduja sie na plytce w odleglosci ok 1 cm od siebie, a cala elektronika miesci sie na plytce o rozmiarach 4,5 na 2,5 mm. Zasieg jaki uzyskalem to 5m, a minimalna mierzona odleglosc - 5cm. Odleglosc ta dalo by sie jeszcze zmniejszyc, ale wtedy ograniczyl bym maksymalny zasieg. Sonar chodzi bardzo ladnie , na dystansie 2 metrow powtarzalnosc miesci sie w granicach 4mm, a pomiary robilem z reki:) Poza tym nie ma zadnych zaklócen czesci nadawczej do czesci odbiorczej.
Generalnie najwazniejszy w ukladzie sonara jest to by zmniejszyc czulosc czesci odbiorczej zaraz po wyslaniu impulsow by odbiornik odrazu nie zareagowal ( oczywiscie nie mowie tu o strefie nieczulosci, ktora zawsze musi tam jakas byc). W SRF08 jets to zrealizowane za pomoca komparatora ( IC3 na schemacie SRF08 - http://www.robot-electronics.co.uk/images/srf08schematic.gif " target="_blank" rel="noopener nofollow ugc" data-caption="" title="http:// http://www.robot-electronics.co.uk/images/srf08schematic.gif " class="postlink "> http://www.robot-electronics.co.uk/images/srf08schematic.gif ), ktorego wejscie minus jest dodatkowo sterowane z uC. W momencie wyslania przez nadajnik impulsow, uC przestawia pin RC6 z wyjscia (podciagnietego do +5V) na wejscie dzieki czemu kondensator C12 zaczyna powoli sie rozladowywac przez R16 do progu 2,5V (dzielnik R14-R15) w ktorym to komparator ma najwieksza czulosc. Dzieki temu uklad uzyskuje maksymalna czulosc dopiero po pewniej chwili od wyslania impulsow przez co nie reaguje na drgania pozostajace przez pewien czas w czesci nadawczej i inne smieci, a nie traci także możliwosci mierzenia malych dystansow.

Troche sie rozpisalem:) Strzeszczajac warto stosowac rozwiazanie jak wyzej.

pmmisiek · Answer

Mam jeszcze pytanie odnośnie pobudzania przetwornika piezo.

1. Czy lepiej sterować przetwornikiem przez tranzystor czy przez MAX232 ?
Jakie napięcie sterujące bym osiągnął pobudzając przetwornik z MAX232 (zasilanie ok 14V)?

2. Jeśli w danych katalogowych przetwornika jest napisane

Quote:
40kHz, +119dB, 2800pF, 20V, -20°C ÷ +60°C, obudowa metalowa.

to nadajnik ten powinien być pobudzany przebiegiem o amplitudzie 20V czy 20V między szczytami.
W danych odbiornika jest napisane to samo. Czy napięcie wytworzone na wyjściu przetwornika po odebraniu "paczki ultradźwięków" będzie wynosiło 20V ???

Pozdrawiam

pmmisiek · Answer

1. W takim razie jego rezystancja dla prądu stałego jest b.duża. W czasie gdy sonar jest wyłączony to tranzystor ze schematu wyżej (tego z wartburga) nie przewodzi i na przetwornik jest podawane cały czas napięcie stałe ok 14V.Czy nie wpłynie to niekorzystnie na przetwornik ?2. Przed nadmierną wartością napięcia na R6 chroni dioda D1, która nie pozwala na wzrost powyżej 5,6 VCzy podłączenie diody D1 w torze odbiorczym do tego samego źródła zasilania 5V co uC nie zakłóci jego pracy? Czy nie powstaną tam drobne przepięcia, powodujące np. resety, lub przekłamania przetwornika AC który jest wykorzystywany do pomiaru napięcia w innej części układu? Pozdrawiam

lbugiera · Answer

1. Nie (albo nic mi o tym nie wiadomo). Być może w dłuższym okresie (godzin), ale 12,5us na pewno mu nie zaszkodzi.

2. Jeśli prąd wpływający przez diode do punktu o potencjałe 5V (stabilizowanym przez 7805) jest mniejszy niż prąd "zużywany" przez sprzęt zasilany z tego stabilizatora, to on sobie poradzi i utrzyma 5V. Nic się nie stanie. Jeśli ten prąd byłby wiekszy od zużywanego, to stabilizator nie potrafi "połykac" prądu i dlatego napięcie w punkcie 5V wzrośnie. Układy cyfrowe są nieczułe na niewielkie zmiany napięcia (powiedzmy, że +- 10%).

3. Jeśli źródłem referencyjnym dla A/C jest 5V to patrz pkt2. Napewno na pomiar A/C niekorzystnie wpłyną duże zmiany napięcia zasilania uC. Np. AVR'y dla 10 bitowej dokładności muszą wejść w stan częściowego uspienia, aby pomiar z taka dokładnością miał sens. Dla 8-bitów, nie ma co się za bardzo przejmować. Najczęściej wystarczy nawet gorsza dokładność

Boogie