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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Brauche Hilfe. Infrarot Sensor


Autor: Kolja W. (mrcoffee)
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Hallo,

in der Berufsschule machen wir gerade ein Projekt. Es geht um 
Entfehrungsmessung ( Nicht aufwendig ohne Microcontroller).

Wir benutzen den Infrarot Sensor GP2D12 der von 10 bis 80cm die 
Entfehrung messen kann und sie von 0,4V bis 2.2V rausbibt (nichtlinear).
Von 0 bis 0.6V (10-30cm) soll eine Grüne LED leuchten.
Von 0,6V bis 0,9V (30-50cm) eine gelbe.
Von 0,9 bis 2,4V (50-80cm) eine rote.

Ich bin im 2, Lehrjahr also soll es nicht so aufwenig werden. Mein 
Lehrer hat gesagt wir solllen u.a OP's verwenden. Mein gedanke geht in 
richtung OP als Komperator geschaltet (ohne Rückkopplungswiederstand).

Ich fordere hier keine Lösung, denn ich soll es ja selber hinbekommen. 
Ich erhoffe mir nur ein paar Tipps und einen "Gedankenanstoß", denn ich 
weiß nicht wie ich anfangen soll.

Danke für die Hilfe.

Autor: Alexander (Gast)
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Fensterkomparator! Jeder besteht aus zwei OPs - gibt aber auch fertige, 
NE*** irgendwas glaubich.

Autor: Kolja W. (mrcoffee)
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Ich hab in der Schule schon ein bisschen rumgespielt. Habe ne schaltung 
mit 3 OPs aufgebaut. Doch es leuchten dann immer 2 LED's... Es soll nur 
immer eine leuchten.

Autor: Kolja W. (mrcoffee)
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Wie viele von den Fensterkomperatoren brauche ich denn? Jewels 1 für 
eine LED also 2 OP's oder wie meinst du das?

Autor: Kolja (Gast)
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...

Autor: Kolja (Gast)
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Also ich habe jetzt eine Lösung und zwar habe ich pro LED 2 OP's und ein 
UND (Fensterkomperator). Also insgesammt 6 OPs + 3 UND Gatter...
Das funktioniert auch.
Allerdings denke ich das es doch noch einfacher geht oder? Kann mir wer 
helfen?

danke

Autor: Spess53 (Gast)
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Hi

Ich würde einen LM3914 nehmen. Bei geeigneter Beschaltung ersparst du 
dir die ganzen OVs.

MfG Spess

Autor: yalu (Gast)
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2 gewöhnliche Operationsverstärker (z.B. die beiden in einem LM358),
6 Widerstände und die
3 LEDs

sollten m.E. genügen.

Autor: Kolja W. (mrcoffee)
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Und wie soll das mit 2 Op's gehen?

Autor: ... (Gast)
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so in etwa?

Autor: yalu (Gast)
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@...:
Huch, jetzt hast du's verraten ;-)

@Kolja W.:
> Und wie soll das mit 2 Op's gehen?

Du wolltest doch selber auf die Lösung kommen, wieso fragst du jetzt
nach? Zitat von weiter oben:

> Ich fordere hier keine Lösung, denn ich soll es ja selber
> hinbekommen. Ich erhoffe mir nur ein paar Tipps und einen
> "Gedankenanstoß", denn ich weiß nicht wie ich anfangen soll.

Ich hatte selbst schon ein schlechtes Gewissen, weil ich mit der
genauen Auflistung der benötigten Bauteile eigentlich schon ziemlich
viel von der Lösung preisgegeben hatte.

Autor: Kolja W. (mrcoffee)
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Warum ich nachfrage? Ich bin doch schon auf eine Lösung gekommen. Nur 
ist meine da viel zu aufwendig, denn mit deiner wird es ja auch 
gehen^^...

Autor: yalu (Gast)
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Ok. Jetzt kannst du ja noch überlegen, wie groß die drei Widerstände
links der Opamps sein müssen, am besten aus der E6- oder E12-Reihe, so
dass die beiden Schwellspannungen 0,6 V und 0,9 V möglichst genau
erreicht werden :)

Autor: Kolja W. (mrcoffee)
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Ja das kann man ja einfach ausrechnen.
Aber ich bin der meinung das deine Schaltung hinter den OP's nicht 
funktioniert. Denn es soll immer nur EINE LED leuchten so:
Bis 0,6V soll nur die LED1 leuchten
Von 0,6 bis 0,9 soll LED2 leuchten (alle anderen nicht).
Ab 0,9V soll nur LED 3 leuchten (die anderen sind aus).

Oder darf auch ein Strom ind die OP's reinfließen, wenn sie 0V rausgeben 
bzw eine negative Spannung. Dann würde es ja gehen.

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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>Oder darf auch ein Strom ind die OP's reinfließen, wenn sie 0V rausgeben
>bzw eine negative Spannung. Dann würde es ja gehen.

Solange die OPs eine Push-Pull-Endstufe (und keinen 
Open-Collector-Ausgang) haben, sollte es funktionieren.
Probier's halt aus!

Autor: yalu (Gast)
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Deswegen habe ich "gewöhnliche Operationsverstärker" geschrieben und
als Beispiel den LM358 genannt. Der LM339 mit seinen Open-Collector-
Ausgängen wäre bspw. nicht geeignet.

Autor: Kolja W. (mrcoffee)
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Ich werde das morgen mal in der Schule aufbauen.
Habe jetzt widerstände aus der E12 Reihe genommen und habe jetzt 1V und 
0,7V sollten auch noch OK sein.
Hoffe wir haben OP's mit OpenC Ausgängen... Wenn nicht muss ich meine 
andere Schaltung nehmen mit dem Fensterkomperator und den 2 Schwellen.
Oder gibt es noch eine 3. Lösung?

Autor: yalu (Gast)
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> Habe jetzt widerstände aus der E12 Reihe genommen und habe jetzt 1V
> und 0,7V sollten auch noch OK sein.

Naja, ein Bisschen besser geht's schon noch. Probier mal 6,8k 3,3k und
47k.

> Hoffe wir haben OP's mit OpenC Ausgängen...

Gerade die nicht, sondern die mit Push-Pull- oder Gegentaktausgängen.
Solche Ausgänge haben aber praktisch alle Operationsverstärker, weil
der Stromfluss in beide Richtungen Voraussetzung für das Funktionieren
vieler Grundschaltungen ist. Der LM339 mit seinen Open-Collector-
Ausgängen wird deswegen auch nicht als Operationsverstärker, sondern
als Komparator verkauft, obwohl er bis auf den Ausgang intern wie ein
Operationsverstärker aufgebaut ist.

Autor: ... (Gast)
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Hi,

also mit Open-Collector-Ausgängen funkioniert das Ganze auch!
Allerdings sieht dann die rechte Seite etwas anders aus.

@Kolja: Da ich die Lösung nun schon veraten habe (sorry @yalu) wär das 
doch mal ne Aufgabe für dich :)

CU

Autor: Kolja W. (mrcoffee)
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Aaaa sry. ida fehlt das "ohne" oben. Habe deine Lösung schon verstanden.
Danke

@Yalu

Gibt es da ein Trick oder so um den zu Berechnen. Ich habe es durch 
ausprobieren gemacht. Habe bei dem Spannungsteiler ja nur die Spannungen 
gegeben der Rest fehlt ja.

Autor: ... (Gast)
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> ... Habe deine Lösung schon verstanden.
Das hab ich auch gar nicht bezweifelt. Die etwas scherzhafte Bemerkung 
am Schluß bezog sich auch eher auf einen früheren Post von yalu: 
Beitrag "Re: Brauche Hilfe. Infrarot Sensor"

Ich wollte eigentlich nur sagen, daß es auch MIT Open-Collector-OPVs 
funktioniert, die Lösung dann aber etwas anders aussieht als in dem von 
mir oben geposteten Bild. Genauer gesagt müssen dann die zwei oberen 
Widerstände auf der rechten Seite anders geschaltet werden.

CU

Autor: yalu (Gast)
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> Gibt es da ein Trick oder so um den zu Berechnen. Ich habe es durch
> ausprobieren gemacht.

Ganz ohne Ausprobieren geht es sicher nicht. Das Ausprobieren
überlässt man entweder dem Computer (wobei mir auf die Schnelle kein
fertiges Programm einfällt, was solche Mehrfachspannungsteiler
dimensioniert), oder man versucht, die Anzahl der Probierschritte
durch gezieltes Vorgehen möglichst klein zu halten.

Ich bin so vorgegangen, dass ich mit zwei Widerständen angefangen
habe, die das Verhältnis 0,6 : (0.9 - 0,6)  = 2:1 haben müssen. Geht
man alle 12 Werte einer Dekade (10, 12, 15, ..., 82) durch und sucht
jeweils einen zweiten Wert, der dem doppelten Wert des ersten am
nächsten liegt, findet man als passendste Wertepaare 68:33 und 56:27.
Bei beiden liegt der Fehler des Verhältnisses bei deutlich unter 10%.

Ausgehend von den zwei ermittelten Werten lässt sich der dritte
einfach berechnen und auf den nächstgelegen E12-Wert runden. Die Werte
470 bzw 390 liegen recht nahe an den berechneten Werten, so dass
Aussicht auf ein relativ gutes Gesamtergebnis besteht.

Berechnet man aus den drei Werten die durch den Spannungsteiler
erzeugten Spannungen, stellt man fest, dass bei 68:33:470 die
Abweichungen von den gewünschten 0,6 V und 0,9 V tatsächlich nur
wenige Prozent beträgt, bei 56:27:390 ist das Ergebnis etwas
schlechter.

Am Schluss wählt man noch die gewünschte Größenordnung der Widerstände
aus. Um einerseits den Stromverbrauch gering zu halten und anderer-
seits mit den Werten deutlich unterhalb des Eingangswiderstands der
Operationsverstärker zu bleiben, sind Werte zwischen 1k und 100k
geeignet, also 6,8k, 3,3k und 47k. Fertig.

Wäre das Ergebnis bei den berechneten Spannungen unbefriedigend
gewesen, weil für den dritten Widerstand kein gut passender E12-Wert
gefunden worden wäre, hätte man für die ersten beiden Widerstände
weitere Wertepaare, deren Verhältnis stärker von 2:1 abweichen, als
mögliche Kandidaten herangezogen, in der Hoffnung, dass damit durch
einen passenderen dritten Wert das Gesamtergebnis besser wird.

Diese Vorgehensweise ist natürlich sehr heuristisch und liefert
deswegen zwar gute, aber nicht garantiert die besten Ergebnisse. Da
aber die Messungenauigkeit des Sensors und vor allem dessen
Serienstreuung deutlich größer als der errechnete Fehler des
Spannungsteilers sind, kann man mit dem Ergebnis sehr zufrieden sein.

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