Hi zusammen,
habe folgende Problemstellung und würde gerne mal ein paar Tipps und
Ratschläge von Profis dazu hören:
Es geht um das Signal eines Ultraschall- Empfangswandlers. Dh ich habe
eine sinusförmige AC Spannung (40kHz) mit Amplituden von rund 10...50mV.
Evtl sogar weniger.
Diese muss ich auf ein Niveau bringen, damit ich mit meinem ATMega8 eine
zeitliche Messung durchführen kann.
Muss ich die zwingend Gleichrichten? In den Datenblättern vom ATMega
steht leider wenig über die elektrische Charakteristik. Wenn ja, würde
es mir auch reichen, die negative Halbwelle einfach "ab zu schneiden".
Weiterhin muss ich die Amplitude ja verstärken. Am besten immer auf ein
konstantes Niveau, unabhängig vom Eingangspegel. Also Stichwort Schmitt-
Trigger!?
Gibts dafür möglichst kompakte und energieeffiziente (da alles im
Batteriebetrieb) Lösung?
Hoffe auf eure Hilfe
Stefan
>Gibts dafür möglichst kompakte und energieeffiziente (da alles im>Batteriebetrieb) Lösung?
Ein Komparator würde dir aus dem Sinus auch ein schönes Rechtecksignal
machen...
Danke schonmal.
Das Problem ist dabei, dass ich nicht genau weiß, wie hoch meine
Amplitude gerade ist und das bei einer höheren Amplitude auch das
Rauschen stärker ist, was dann ja zu einem unbeabsichtigten "Schalten"
führen könnte.
Und ob ich dieses kleine Signal zuvor noch filtern kann... !?
Die Eingangsspannungen (analog o. digital) am ATmega dürfen sich nur
innerhalb der Versorgungsspannungsgrenzen bewegen - also alles von
0...+5V geht.
Da Ultraschallsignale eine höhere Frequenz haben, kann man sie über
einen Kondensator auf z.B. einen Spannungsteiler geben.
(+) 5V
|
| |
| | R
C | |
|| |
(E)---||---+----> zum Komparator
|| |
| |
| | R
| |
|
(0)--------+---->
|
---
GND
Damit Rauschen den Komparator nicht 'beeindrucken' kann, sollte er
natürlich eine Hysterese haben. Den Umschaltpunkt des Komparators kann
man dann z.B. auf den gleichen Spannungspegel setzen wie der oben
beschriebene zum Einkoppeln des Ultraschallsignals. Einem Komparator
reichen schon die paar Millivolt (eben die 10...50mV) zum Schalten. Man
könnte noch eine AGC-Schaltung (A_utomatic G_ain C_ontrol) davor setzen,
aber ich denke der Aufwand dafür wäre hier zu hoch.
Ach, noch was vergessen.
Der Empfangswandler selbst ist ja elektronisch betrachtet auch nur ein
Kondensator. Im Datenblatt angegeben mit 2200pF +-20%. Bei den riesen
Toleranzen lässt sich zB beim Bandpass nur relativ schwer rechnen.
Oder soll ich da einfach einen "viel größeren" Kondensator parallel
hängen, so dass die Toleranz nicht mehr ins Gewicht fällt?!
Ultraschallwandler sind häufig Piezo-Elemente (naja, von meinem Bändchen
in meiner Grönemeyer-Box mal abgesehen, was ein dynamischer Wandler ist,
d.h. Spule in Magnetfeld, und der dann auch noch bis 100kHz macht :-))
).
Das heißt sie erzeugen eine Spannung wenn man den Kristall verbiegt, was
eben auch mit Schallwellen geht. Das ganze funktioniert umgedreht
natürlich ebenso, siehe Piezo-Hochtöner und Feuerzeuge (d.h. die, die so
schön klicken wenn man runterdrückt).
Also auf keinen Fall noch irgendeinen Kondensator parallel dazu
schalten.
Ja, LM339 geht, wenn er auch 4 Komparatoren enthält und nicht alle
benutzt werden sollen/können/müssen/dürfen. Ein LM393 hätte derer nur
zwei im 8-poligen Gehäuse. Aber bedenken, das die (meisten) Komparatoren
einen sogenannten Open-Collector-Ausgang haben, d.h. sie benötigen einen
extern zu beschaltenden Last- bzw. Arbeitswiderstand.
Wie das mit der Hysterese laufen soll hast Du hoffentlich schon eruiert,
oder?!
Mein US Wandler ist ein Piezo. Allerdings bin damit nicht wirklich zu
frieden :(
Da ich ein wasser- und gas- dichtes Gehäuse benötige, is er natürlich
auch mechanisch stabiler, dh es sind sehr hoch Spannungen beim Sender
nötig und das Empfangssignal ist entsprechend schwach.
ZZt benutze ich die MA40E7 Serie
http://www2.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/173711-da-01-en-MA_40E1-E7S.pdf
Falls ihr da bessere Lösungen kennt, immer her damit :)
Um den LM339 mit Hysterese zu betreiben, werde ich einfach die
Beschaltung aus dem Datenblatt benutzen, steht ja alles drin (s. Anhang)
Die Beschaltung ist OK. Rref und R1 so wählen, daß es zu dem bereits
erwähnten Spannungsteiler mit vorgeschaltetem C paßt. Hysterese so groß
wählen, daß das Rauschen ihn nicht zum Schalten bewegt, aber auch klein
genug, um die max. notwendige Empfindlichkeit zu erreichen. Aber das
bekommst Du sicherlich hin.
Bei den (kleinen) Piezo bin ich nicht so bewandert. Hatte mal mehr mit
den Höchstleistungs-Piezos für Sonar-Anlagen zu tun. Dort war z.B. der
Bug-Dom des Schiffes mit Wasser geflutet, d.h. die Piezos lagen direkt
im Wasser und hatten damit die beste Kopplung zum 'Medium'. Hier waren
die Piezos auch nicht Millimeter- sondern eher Dezimetergroß. ;-)
Allerdings erstaunt mich die Anforderung für ein gas- und
wasserdichtes Gehäuse, wenn ein akustischer Wandler benutzt wird
bzw. werden soll/muss?!?
Schon mal diese Aufgabenstellung in Frage gestellt? Oder dem
Aufgabensteller mal darauf hingewiesen, daß dies zwei Sachen sind, die
sich nicht wirklich genial miteinander kombinieren lassen?!
HiFi-Messungen mache ich auch nur dann, wenn sich das Micro im gleichen
Raum wie die Schallquelle befindet und nicht wenn sich das Mikro
außerhalb der Wohnung befindet! Es sei denn, ich will den Lärmpegel bei
voll aufgerissener Anlage messen, um festzustellen ob ich damit den
Nachbarn (überhaupt) ärgern kann.
Hallo nochmal,
also ich habe mich heute erst wieder dran gesetzt und ich glaube es ist
nicht möglich, das Problem mit dem Baustein zu lösen.
Anhand des Schaltplans habe ich mal R1 durch ein Poti ersetzt, um die
Vref einstellen zu können und bin mit einem Sinusgenerator auf den Vin
gegangen.
Und bei Vin <40mV ist es schon fast unmöglich, die Vref so genau
einzustellen einzustellen. Und das, obwohl vom Sinusgenerator ja ein
"schönes" Signal erzeugt wird.
Wenn mein Vin nun in der Realität nur 15mV (im besten Fall) beträgt,
brummt und die Ampitude noch stark variiert, muss ich mir wohl was
besseres einfallen lassen.
D.h. ich werde mein Signal mal über einen Bandpass filtern und mit nem
Audioverstärker (o.ä.) vorverstärken. Wobei 40kHz und Audio ja auch
wieder nicht zusammen passt....
>Allerdings erstaunt mich die Anforderung für ein gas- und>wasserdichtes Gehäuse, wenn ein akustischer Wandler benutzt wird>bzw. werden soll/muss?!?
Es geht um Distanzmessungen in dieser Umgebung. US Sender und Empfänger
befinden sich im selben Raum, sogar im selben Gehäuse ;-)
Es gab schon einige Grundsatzdiskussionen, aber ich soll die
Einsatzmöglichkeiten von Ultraschallwandlern so weit es geht ausschöpfen
und im Abschlussbericht steht eben, ob ein Einsatz sinnvoll ist oder
nicht (wobei die wirkliche Alternative einfach fehlt).
Aber darum geht in diesem Thread nicht! ^^
Ja, das mit dem Filtern ist keine schlechte Idee. Damit kann man
zumindest ungewollte Frequenzanteile unterdrücken. Aber bedenke, das
jedes Filter möglicherweise die Phase mehr oder weniger ausgeprägt
verschiebt. Dies gilt es dann bei der Distanzmessung (ergo
Laufzeitmessung) zu kompensieren (z.B. durch eine Referenzmessung).
Weiterhin sind Störungen auch durch andere reflektierende Fremdkörper
denkbar, so daß man sein Empfangsignal möglicherweise 'gaten' muß, d.h.
nach Aussendung eines Impulses bzw. Impulspaketes muß man den Empfänger
nach Ablauf der max. zu messenden Distanz (Laufzeit) blind machen, um
das Messignal nicht durch das 2., 3., oder weitere Echos zu stören. Hier
entscheidet man selbst, ob man das zuerste eintreffende Signal nimmt
oder das stärkste reflektierte Signal, oder ..., oder ..., oder ...
Wenn die Distanzmessung auch noch einigermassen präzise sein soll, gilt
es auch die Lufttemperatur zu messen und in die Formel einzusetzen
(siehe dazu auch http://de.wikipedia.org/wiki/Schallgeschwindigkeit).
