Ultraschallabstandsmessung - Basics for beginner

Ich würde schon gerne den o.g. Sensor nehmen und da die Schaltung 
drumherum bauen.

Kann mir einfach jemand eine der Fragen 1 bis 4 beantworten? :)

Ja, die Sensoren sind Sender und Empfaenger. Der abstand aendert die 
Laufzeit. Ja. Wechselspannung. Nein kein controller, Analogik ist 
angesagt. Google.

> 1. Frage: Der K-14WP10 von Ekulit ist doch Sender und Empfänger in
> einem Bauteil, oder sehe ich das falsch?

Ich finde bei Ekulit nur einen K-12WP10 und einen A-14P10, aber egal.
Das Piezoschallwandler, die wahlweise als Sender (Lautsprecher),
Empfänger (Mikrofon) oder alternierend als beides genutzt werden können.

> 2. Frage: Was für eine Größe ändert sich bei diesen US, wenn der
> Abstand sich verändert? Die Frequenz? Die Amplitude, also die
> Spannung?

Die Wandler messen den Abstand nicht direkt. Eine Abstandsmessung
geschieht folgendermaßen: Du erzeugst ein Sendesignal, indem du an den
Wandler für kurze Zeit eine Wechselspannung von 40kHZ anlegst (bspw.
10-20 Schwingungsperioden). Das Echo wird mit demselben oder einem
zweiten Wandler empfangen und die Zeitdauer t zwischen Senden und
Empfangen gemessen. Der Abstand errechnet sich dann zu s=c*t/2, wobei c
die Schallgeschwindigkeit ist.

> 3. Frage: Werden die mit Wechselspannung betrieben?

Ja, mit 40kHz, s. Punkt 2.

> 4. Frage: Wie werden die an den µC angeschlossen?

Die 40kHz können mit einem Timer des µC generiert werden. Das
Ausgangssignal wird verstärkt, bspw. auf ±80V. Die Wandler vertragen
maximal 140V. Willst du nur kurze Abstände messen, reicht sicher auch
eine etwas geringere Sendespannung. Je höher die Sendespannung ist, umso
stärker ist das Empfangssignal und umso leichter dessen Verarbeitung.

Auf der Empfangsseite entsteht im Wandler bei Eintreffen des Echos eine
sehr geringe Wechselspannung von 40kHz. Diese muss gewaltig verstärkt
und gefiltert und demoduliert werden. Idealerweise machst du die
Verstärkung zeitabhängig, so dass schwache Echos von weiter entfernten
Objekten mehr verstärkt werden und die nachfolgenden Schaltungsteile in
einem geringeren Dynamikbereich arbeiten können.

Als Ergebnis erhältst du einen Spannungsverlauf, der der Hüllkurve des
empfangenen Signals entspricht. Der Zeitpunkt des Echos kann mit einem
Schmitt-Trigger oder einem Maximumdetektor bestimmt werden und wird als
digitales Signal an den µC übergeben, der bspw. mit Hilfe einer
Input-Capture-Unit die Laufzeit bestimmt. Alternativ kann die Hüllkurve
auch per ADC eingelesen und softwaremäßig bearbeitet werden. Dadurch
hast du die Möglichkeit, aus mehreren Echos das richtige auszuwählen.

Wenn du nur einen Wandler als Sender und Empfänger nimmst, musst du
darauf achten, dass die hohe Sendespannung die empfindliche
Empfangsschaltung nicht beschädigt. Außerdem musst du beachten, dass der
Wandler nach dem Senden eine gewisse Zeit braucht, um auszuschwingen.
Bis dahin ist er für Echos taub, was den minimalen Messabstand
vergrößert.

Bei der Verwendung von getrenntem Sende- und Empfangswandler hast du
diese Problem nicht, deswegen würde ich an deiner Stelle zunächst einen
Zweiwandlersensor aufbauen, um damit erste Erfahrungen zu sammeln.

Das ist eigentlich alles.

> 5. Frage: Wenn das zuviele Fragen sind, wo kann man sich im Netz die
> nötigen Infos holen?

Ich habe keine Links parat, aber ich kann mir gut vorstellen, dass es
auf den bekannten Hobbyroboterseiten schon die eine oder andere
Realisierung vorgestellt worden ist.

@Yalu:

Herzlichen Dank!! Das war jetzt wirklich alles was ich wissen wollte und 
Du hast mir damit auf jeden Fall weitergeholfen!

Grüße,

Dennis

Ich kann einfach nur ein IC benutzen oder mir die Sache erklären lassen 
und dann wissen was da abläuft.

Meine Fragen waren eindeutig formuliert. Ich wollte nicht die 
Seriennummer eines speziellen ICs, sondern habe mich nach den 
US-Sensoren informiert.
Da steht auch, dass ich keine fertigen Module haben will.

Ist echt cool hier. In zig Threads lese ich hier, wie Leute Ihrer Fragen 
wegen echt böse angepupst werden. Dem Einen ist es nicht präzise genug 
gefragt und der andere antwortet immer nur das, was er kann, was aber 
nicht gefragt war.
Jetzt habe ich eindeutige Fragen gestellt und dann ist das immer noch 
nicht gut.

Aber ich bedanke mich natürlich trotzdem dafür, dass Du mich nochmal 
darauf hingewiesen hast!

Danke für die Hilfe!

Dennis

Ja wurde schon mehrfach behandelt aber nie das Messprinzip so 
detailgenau erklärt. Ich finds immer toll, dass Leute die sich damit 
auskennen immer nur auf andere Threads verweisen anstatt Leuten, die 
noch keine Erfahrung haben einfach mal Antworten zu geben...für das ist 
da Forum ja da!

Dennis schrieb:
> Nur habe ich das noch nie gemacht.

Hi, Dennis,

seitdem ich mit Patschhändchen den Lötkolben hielt, um meinen ersten 
Detektorempfänger zu bauen, empfehle ich für den Beginn der 
Bastlerkarriere den Nachbau einer narrensicheren Vorlage.
Wenn der dann läuft, dann kann man sich an die Optimierung machen und an 
Eigenkonstruktionen.

Mein Vater hatte mir damals die Kreuzkern-Spule gegeben, die passenden 
Bauelemente selber vermessen und mir Rat gegeben, so dass ich sicher 
sein konnte, wenn ich richtig bohrte, schraubte und lötete, dann würde 
das Ding schon funktionieren.
Richtig, ich erinnere mich, wie er sich meine Lötstellen anschaute und 
mir dann zeigte, wie ich kalte Lötstellen vermeide.

Das ist doch das Ekelhafte der Fehlersuche an meinen 
Mikroprozessor-Basteleien: Ist mein Programm fehlerhaft (meistens), oder 
ist da doch ein winziger Kurzschluss in der Leiterplatte?

Deshalb Dennis - ein Bausatz für den Anfang ist eine gute Investition, 
die sich durch Freude über die sichere Funktion und die gewonnene 
Souveränität lohnt.


Ciao
Wolfgang Horn