Ultraschall Entfernungsmesser

E. T. (jadeaffenjaeger) OP 07.12.2019 19:25 #6065524

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Hi, ich habe noch ein paar Ultraschall-Sender und Empfänger und wollte 
dazu gern eine Schaltung bauen. Bei Sensor und Empfänger handelt es sich 
um Murata MA40S4S und MA40S4R.

Ich habe dazu die beiden angehängten Schaltungen herausgesucht. Den 
Empfänger aus der Application Note von Murata:
https://www.murata.com/-/media/webrenewal/products/sensor/ultrasonic/open/applinote_maopn.ashx?la=ja-jp

und den Sender aus dieser App Note von NXP:
https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN4841.pdf

Die einzigen Änderungen die ich gemacht habe:
- NJM4560 durch NE5532 ersetzt
- Dioden für die Gleichrichtung waren nicht spezifiziert. Hier habe ich 
1N4148 genommen.

Die ich wenig Erfahrung mit Analogelektronik habe, würde ich mir freuen, 
wenn jemand kurz drauf gucken könnte. Kann das so funktionieren? Kann 
man da mit wenig Aufwand noch bessere Ergebnisse erzielen? Zum Beispiel 
mit noch einer weiteren OpAmp-Stufe mit Bandpass?

Angehängte Dateien:

driver.png (29 KB)
reciver.png (44 KB)

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MaWin Gast 07.12.2019 19:42 #6065548

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E. T. schrieb:
> Kann das so funktionieren

Nun ja, der Sender sendet nur gut bei Resonanzfrequenz, für 
Entfernungsmessung sendet man aber gerne einen Chirp, der Empfänger 
braucht eine positive und eine negative Versorgungsspannung  z.B. 
+/-12V.

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Stefan F. Gast 07.12.2019 20:48 #6065625

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Guck Dir mal den Schaltplan vom HC-SR04 an. 
http://wiki.ardumower.de/images/4/49/Hc_sr04_schematics.png

Da hast du eine brauchbare analoge Empfänger-Schaltung und einen ganz 
raffinierten Treiber mit MAX232 Chip, der Zugleich die 
Versorgungsspannung erzeugt.

Der STC11 Chip ist ein Mikrocontroller.

Das Einzige, was ich an der Schaltung komisch finde ist, dass der OP-Amp 
mit nur 5V versorgt wird, obwohl im Datenblatt 10V empfohlen werden. 
Funktioniert aber trotzdem.

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E. T. (jadeaffenjaeger) OP 07.12.2019 21:00 #6065635

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Danke, der SR04 ist ein guter Tipp. Den schau ich mir mal an.
Das Op-Amps positive und negative Versorgungsspannung brauchen hatte ich 
selbstverständlich vergessen...

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Stefan F. Gast 07.12.2019 21:01 #6065637

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E. T. schrieb:
> Das Op-Amps positive und negative Versorgungsspannung brauchen hatte ich
> selbstverständlich vergessen...

Brauchen sie nicht. Manche kommen sogar mit 5V aus.

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Beitrag #6081023 wurde von einem Moderator gelöscht.

E. T. (jadeaffenjaeger) OP 20.12.2019 18:35 #6081026

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So, habe mich noch mal ran gesetzt, und die Schaltung vom HC-SR04
weitestgehend übernommen.

Den besten Schaltplan dafür habe ich hier gefunden:
https://www.makeblock.com/project/me-ultrasonic-sensor

Da ich gern auf den Komparator verzichten würde, und lieber direkt mit
dem ADC auswerten, habe ich die Komparatorstufe weggelassen und durch
einen Envelope Detector ersetzt.

Dazu drei Fragen:
- Passt das insgesamt so?
- Im originalen Schaltplan ist die Bias-Spannung für den Komparator auf
einen Pin der MCU geführt (im Schaltplan mit "MCU" markiert). Kann mir
jemand erklären, wofür das gut ist?
- Das ganze Netzwerk für die Bias-Spannung (R9, R10, C7) kann ich mir
eigentlich auch sparen, oder?

Ausserdem verstehe ich die Schaltung um U2D noch nicht so recht. Die
anderen beiden sind ja einfach invertierende Verstärker denen je ein
Hochpass vorgeschaltet ist, aber die Stufe in der Mitte ist mir nicht
ganz klar. Eine Art Bandpass, nehme ich an? Hat diese Konfiguration
irgendeinen Namen, nach dem man suchen kann?

Angehängte Dateien:

reciver.png (78 KB)

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Stefan F. Gast 20.12.2019 18:43 #6081031

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E. T. schrieb:
> Passt das insgesamt so?

Probiere es aus! Erst in LtSpice, dann in echt.

Was den Bandpass angeht: 
https://www.electronics-tutorials.ws/de/filtern/aktiver-bandpassfilter.html

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Christian S. (roehrenvorheizer) 20.12.2019 18:50 #6081034

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Hallo,

Dein Schwingkreis im Sender sollte ganz genau auf die Resonanzfrequenz 
des Schallwandlers ausgerichtet sein, sonst wird nicht viel heraus 
kommen. Du müßtest also korrekt abstimmen.

MfG

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E. T. (jadeaffenjaeger) OP 20.12.2019 19:00 #6081042

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Als Treiber hatte ich jetzt auch die Schaltung mit dem MAX232 
vorgesehen. Die 40 kHz würde ich per Mikrocontroller erzeugen. Meinst du 
das reicht nicht?

Bräuchte man besser noch irgendeine Art Feedback die bestimmt ob der 
Treiber genau bei Resonanzfrequenz liegt? (und: Wie macht man das?)

Angehängte Dateien:

driver.png (58 KB)

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Christian S. (roehrenvorheizer) 20.12.2019 23:05 #6081218

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Mittels Oszilloskop oder Amplitudenmessung nach Gleichrichtung siehst Du 
am Empfänger, ob das Maximum mit der Variation der Frequenz getroffen 
wird.

MfG

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Henrik H. (heha) (Firma: TU Chemnitz) 03.05.2023 12:49 #7405798

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Da ich das Problem habe, /andere/ HC-SR04 nicht zu stören, musste ich diesen verbreiteten Entfernungsmesser so frisieren, dass es möglich ist, den „Äther“ abzuhören. Für eine Art CSMA.

http://de.wikipedia.org/wiki/Carrier_Sense_Multiple_Access

Das was es so an Schaltplänen und Dokumentation gibt ist — wie üblich — ziemlich unzureichend und closed-source.

Daher habe ich SCHALTPLAN UND BOARD in Eagle4 nachkonstruiert und verifiziert:

http://www.tu-chemnitz.de/~heha/Mikrocontroller/sr04/

So ist der HC-SR04 /etwas mehr/ open-source, man kann ihn mit jeder Eagle-Version ≥4 laden und ggf. umstricken.

henni

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