Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Zwei Controller synchronisieren


von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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@Abdul

na da haste ja was angerichtet, die Arbeit hab ich gleichmal 
abgespeichert. ;-)
Auch wenn mir die Grundlagen und das Schaltungswissen nicht fehlten, so 
komplex ausgearbeite wird man die "Spielerei" selten irgendwo nachlesen 
können.

@ fabian,
studiere jeden Strich dieser dieser Arbeit. Dann sollten die meissten 
deiner offenen Fragen geklärt sein, und die gefundenen Antworten neue 
Fragen  nach sich ziehen. Besser kann das hier im Forum sicher niemand 
darlegen, dazu ist das Thema einfach zu komplex.

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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@fabian,
drei Dinge habe ich beim diagonalen Lesen herausgefunden

Erstens: Das Verfahren arbeitet nach dem more Power Laufzeitprinzip wie 
du es dir vorstellst und ist von daher relativ träge wegen der langen 
Totzeiten.

Zweitens: Unmittelbar vor Messungsbegin wird per Funk die Bake 
identifiziert, und zudem die Zeitbasis synchronisiert.

Drittens, mit bis zu 5  Baken (je 3 Baken sind an einer Messung 
beteiligt) erhält man ein System welches auf Grund der der physikalisch 
mathematischen Grenzen des zugrundeligenden Verfahrens schon im 
statischen Breich weit unter deinen Erwartungen liegen dürfte.

Ein großes Grafiktablett als Untergrund sollte genauerer Ergebnisse 
zeitigen.

Mfg Winne
p.S.
Das von Abdul angesprochene Korrellationsverfahrenverfahren zusammen mit 
drei bis vier codiert_dauaer_sendenden Baken könnte über 
Interferenzmuster  ein gute schnelle Varinte geben. Eine gemeisame 
Zeitbasis unabhänig vom Prozessortakt ist dann aber unabdingbar.

von yalu (Gast)


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Fabian S. schrieb:

> Der Bot bewegt sich mit bis zu 1m/s und wenn ich ne halbe Ewigkeit auf
> die Ultraschallsignale warten muss und dann auch noch 4 Stück davon.

Das ist sportlich. Auch in der Diplomarbeit werden, wenn ich die Tabelle
auf S. 100 richtig verstanden habe, für die Ortung ohne Funkverbindung
die einzelnen Sender mit Pausen von mindestens 110ms getriggert, was bei
vier Sendern schon 440ms ergibt. In dieser Zeit bewegt sich der Roboter
um 44cm vorwärts.

Ich denke, es gibt drei Möglichkeiten, das Problem anzugehen:

1. Die Sender werden in deutlich kürzeren Zeitabständen aktiviert. Auf
   Grund der Schmalbandigkeit der verwendeten Wandler ist dies aber nur
   eingeschränkt möglich. Alternativ könnte man Lautsprecher und
   Mikrofone aus dem Audiobereich nehmen, benötigt dann aber mehr
   Treiberleistung in der Sende- und eine bessere Filterung in der
   Empfangselektronik. Und das schon angesprochene Problem der
   Mehrfachreflexionen in Innenräumen bleibt bestehen.

2. Alle Sender senden ständig die von Winfried J. angesprochenen orts-
   und zeitcodierten Pulspakete. Dies zu realisieren erfordert
   allerdings gewisse Kenntnisse in der digitalen Signalverarbeitung.
   Außerdem werden sich die entsprechenden Algorithmen kaum auf einem
   einfachen 8-Bit-Controller ausführen lassen.

3. Man erfasst die Roboterbewegung zusätzlich mittels Odometrie (wird
   vielleicht sowieso schon gemacht) und lässt die gemessene
   Positionsänderung zwischen zwei empfangenen US-Signalen mit in die
   Berechnung eingehen, bspw. mit einem Kalmanfilter. Das Verfahren
   beruht, vereinfacht gesprochen, darauf, dass der Zeitpunkt des
   Eintreffen des US-Signals aus der aktuellen geschätzten
   Roboterposition berechnet und mit dem tatsächlichen Zeitpunkt
   verglichen wird. Aus der Differenz wird ein Korrekturwert berechnet,
   der die Positionsschätzung mehr verbessert, als sie durch den
   Odometriefehler wegdriftet. Aber auch solche Verfahren erfordern
   natürlich eine gewisse Einarbeitung in die entsprechende Theorie.

Das Thema ist, wie man es auch anpackt, recht komplex, bietet aber ein
schönes Betätigungsfeld, um sich in den Themen Elektronik, digitale
Signalverarbeitung, Kalmanfilter usw. weiterzuentwickeln.

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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@ Yalu

zu punkt 2
Du glaubst nicht was sich mit gut vorsorierten Lookuptabellen erreichen 
läst.

z.B. könnte der Bot eine Karte benutzen auf der er sich parallel zur 
realen positionsänderung virtuell vorwärtsbewegt diese karte könnte 
muster enthalten welche mit den Ultraschallinterferenzmustern 
korelliert. Eine eindutige Unterscheidung der Muster ist dann nur 
zwischen näher benachbarten Kartenfeldern notwendig. Weiträumige 
wiederholungen sind möglich und müssen nicht ausgeschlossen werden, wenn 
der Bot seine und die Fremdpositionen mitkoppelt (Koppeln maritim für 
Odometrie?)
Außerdem kann er in der Karte alle Objekte in seinem Umfeld verwalten, 
das muss eh gemacht werden.


MfG Winne

von Uhu U. (uhu)


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Das war eine Studienarbeit, keine Diplomarbeit!

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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uhu,
du bist gründlich wie der Verfasser der Arbeit auch.
und trotzdem gäbe es noch Bücher über die Thematik zu verfassen, und 
wird sich allweil ei fehler hineinschleichen.

von Uhu U. (uhu)


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Winne, das meinte ich nicht abwertend, sondern als Ausdruck meines 
Erstaunens. Die Arbeit könnte auch als DA durchgehen...

von yalu (Gast)


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Winfried J. schrieb:

> Du glaubst nicht was sich mit gut vorsorierten Lookuptabellen
> erreichen läst.

Vollkommen richtig, alles was sich vorab berechnen lässt, belastet den
Controller nicht mehr.

> z.B. könnte der Bot eine Karte benutzen auf der er sich parallel zur
> realen positionsänderung virtuell vorwärtsbewegt diese karte könnte
> muster enthalten welche mit den Ultraschallinterferenzmustern
> korelliert.

Diese Karte mit den Mustern wäre aber auf eine bestimmte Raumgeometrie
und Aufstellung der Sender abgestimmt und müsste beim Wechsel der
Umgebung neu erstellt werden, oder habe ich das Prinzip falsch
verstanden?

Wenn die Voraberstellung der Karte kein Problem darstellt, reduziert
sich natürlich die aufwendigere Signalverarbeitung zu einer effizienter
implementierbaren Mustererkennung.

Ich bin eigentlich davon ausgegangen, dass man dem Roboter nur die
absoluten Positionen der Sender mitteilt und die restliche Berechnung
auf dem Roboter geschieht. Weiterhin bin ich davon ausgegangen, dass die
Hüllkurve des Empfangssignals als Analogsignal ausgewertet wird, um mehr
Information zum Trennen der überlagerten Einzelsignale zu haben. Wenn
sich die Einzelpulse zeitlich stark überlappen (und das wird gerade bei
diesen langsam ein- und ausschwingenden Wandlern wahrscheinlich der Fall
sein), wäre evtl. sogar die Auswertung des nicht demodulierten
US-Signals (also 40kHz mit über 80kHz Abtastrate) von Vorteil, um
Interferenzen zwischen den Signalen besser in den Griff zu bekommen.
Spätestens dann stoßen AVR & Co aber an ihre Grenzen.

So, jetzt hau ich erst mal für eine Weile ab ...

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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>Winne, das meinte ich nicht abwertend, sondern als Ausdruck meines
>Erstaunens. Die Arbeit könnte auch als DA durchgehen...


Ja, so sehe ich das auch. Aber eine Dipl.Arbeit darf gerne 300-400 
Seiten schwer sein, so war das jedenfallszu meiner Studienzeit (vor dem 
Abbruch)

;-)

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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>Diese Karte mit den Mustern wäre aber auf eine bestimmte Raumgeometrie
>und Aufstellung der Sender abgestimmt und müsste beim Wechsel der
>Umgebung neu erstellt werden, oder habe ich das Prinzip falsch
>verstanden?

ja und nein

Das Korrelationsverfahren benutzt ja keine absoluten Identitäten, 
sondern beschränkt sich darauf die frage nach dem Vorhandenseineines 
Musters in einem Konglomerat von anderen Mustern mit ja oder nein zu 
beantworten.

Wichtig ist also nur zu erkennen ob das Muster der vermuteten Position 
x,y für die zeit x+t+t0 im gearede empfangenen Signalbild enthalten ist. 
Störungen und Rauschen lassen sich auch bei einem Signalstörabstand < 1 
herrausfiltern/ignorieren.

Somit ist nicht die Raumgeometrie der Umgebung interressant, wohl aber 
die der normierten Spielfläche und die Position der Baken sowie die 
zeitliche und räumlich exakte Aussendung der Signalmuster für die Dauer 
des Spieles.  Diese ist mit 2 Minuten nur kurz. Und nachdem sich die 
bots in einer Fläche bewegen, kann man die Zeit als dritte Achse in 
einer dreidimensionalen Matrix verarbeiten.
Da man in der Zeit nur vorwärtsgehen kann entfällt auf dieser dritten 
Achse das Rückwärtssuchen ebenso wie das suchen in der letzen Zeitebene.

Somit kann man die ganze 3D-Karte mit 3D Pointern bearbeiten und braucht 
Per Positionswechsel nur nach den Mustern der nächsten 9, bei 
überspringen eines Feldes weiterer 6, Felder also für maximal 15 Felder 
absuchen. Selbst beim Überspringen 2er Felder sind es nur 49 Felder, 
welche es maximal auszuwerten gilt.

Und dies können die 4 Bots parralel tun und unabhängig vom übrigen Getue 
im Raum oder einer Gegenmanschaft.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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@Winfried:
Soeben eine Geschäftsidee entdeckt? Als fertige Module anbieten. Die 
allermeisten Bot-Bauer können sowas niemals selber realisieren.

Meine Meinung ist mittlerweile auch, das sich in hier in unserem Falle 
einfach 'die Bot-Geschwindigkeit und die Navigation' nicht auf einer 
Augenhöhe bewegen. 1m/s ist doch schon eine beachtliche Menge.


Frohen Rutsch!

Vermutlich hört man vom Erfolg oder eher meist Mißerfolg mal wieder nix.


- A.

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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Hallo Abdul,

wenn du interressiert bist, meld dich mal hier an. 
http://www.progforum.com/

PN an :

http://www.progforum.com/member.php?u=275

Ich bin nur Aufzugbauer und plane gerade mich dort selbständig zu 
machen, aber ein paar Ideen  hab ich immer, geschäftstaugliche sind 
öfter dabei als ich zu realisieren vermag. ;-)

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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Meine Aufzüge bewegen sich lineargeführt zwischen 0,4 und 1,8 m/s 
allerdinds mit 1-15 t m bewegter Masse.
Da ist Millimeterpositionierung auch gefragt aber hart an der Grenze des 
Machbaren für Industrieanwendungen.

von Uhu U. (uhu)


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Winfried J. wrote:

> Ja, so sehe ich das auch. Aber eine Dipl.Arbeit darf gerne 300-400
> Seiten schwer sein, so war das jedenfallszu meiner Studienzeit (vor dem
> Abbruch)

Bei Naturwissenschaftlern und Ingenieuren doch eher nicht. 
Geisteswissenschaftler schaffen das natürlich locker...

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Uhu Uhuhu wrote:
> Winfried J. wrote:
>
>> Ja, so sehe ich das auch. Aber eine Dipl.Arbeit darf gerne 300-400
>> Seiten schwer sein, so war das jedenfallszu meiner Studienzeit (vor dem
>> Abbruch)
>
> Bei Naturwissenschaftlern und Ingenieuren doch eher nicht.
> Geisteswissenschaftler schaffen das natürlich locker...

Ich beurteile mittlerweile Unterlagen vor allem nach ihrer Dünne und 
nicht nach ihrer Dicke! Das gilt vor allem für Datenblätter. Es sollte 
nur alles wesentliche drinnenstehen und der Chip an Übersichtlichkeit 
und Effektivität glänzen. Vergleiche mal einen Parallax Propeller 
Prozessor mit einem aktuellen ARM9 (oder mehr) Schwergewicht mit all 
seinen Peripherie-Spezialfunktionen.
Ist wie mit der Bibel. Die wurde auch extra jahrhundertelang nicht 
übersetzt. Man wollte ja Pfründe sichern.


Vor der Arbeit und Übersichtlichkeit an den wesentlichen Stellen, habe 
ich jedenfalls in obiger Abhandlung echten Respekt!



So, jetzt aber Sekt kalt stellen -
A.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Winfried J. wrote:
> Hallo Abdul,
>
> wenn du interressiert bist, meld dich mal hier an.
> http://www.progforum.com/
>
> PN an :
>
> http://www.progforum.com/member.php?u=275
>
> Ich bin nur Aufzugbauer und plane gerade mich dort selbständig zu
> machen, aber ein paar Ideen  hab ich immer, geschäftstaugliche sind
> öfter dabei als ich zu realisieren vermag. ;-)

Wie ist das gemeint? Egal, sende dir gleich ne Mail.

Dein Leitspruch "Alles ausprobieren und auf zweckfremde 
Nutzungsmöglichkeiten hin untersuchen! " könnte von mir stammen. Sehr 
zur Qual meiner besseren Hälfte. Die schicke ich dann meistens vorher 
einkaufen ;-)


Guten Rutsch!
A.

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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>Wie ist das gemeint?
Wenn man nicht immer der dumpfen materiellen Basis tribut zollen müsste, 
so gäbe es vielmehr zeit und möglichkeiten alles was einem so einfällt 
auszuprobieren.

z.B. eine Aufzug zu einem geostationären Satteliten, welchen ich mir vor 
34 Jahren mit 14 ausdachte. Inzwischen bastelt die Nasa drann ;-D

oder LCD-Ffarbbildschirm den ich mir mit bereits 1982 ausdachte lange 
bevor sony den ersten auf der Funkausstellung  in Berlin vorstellte. 
Desgleichen 3d inklusive(per prismen ala Kippbild)

von Uhu U. (uhu)


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Abdul K. wrote:
> Ich beurteile mittlerweile Unterlagen vor allem nach ihrer Dünne und
> nicht nach ihrer Dicke!

Das mache ich genau so und wundere mich zuweilen, wenn ich höre, daß der 
Mindestumfang von irgend welchen Arbeiten an (Hoch)Schulen vorgegeben 
wird. Aber mittlerweile gibt es ja auch wieder Anwesenheitspflicht... 
Das wäre zu meiner Studienzeit völlig undenkbar gewesen.

> Vor der Arbeit und Übersichtlichkeit an den wesentlichen Stellen, habe
> ich jedenfalls in obiger Abhandlung echten Respekt!

Ja, der Junge hat aber mit Sicherheit mehr als die 10-fache Zeit in das 
Projekt gesteckt, als für eine Studienarbeit vorgesehen ist. Anders ist 
dieser Blick für das Wesentliche nicht zu bekommen.

von Uhu U. (uhu)


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Winfried J. wrote:
>>Wie ist das gemeint?
> Wenn man nicht immer der dumpfen materiellen Basis tribut zollen müsste,
> so gäbe es vielmehr zeit und möglichkeiten alles was einem so einfällt
> auszuprobieren.

Aus dem Alter, wo man mit Pulver spielt, sind wir ja zum Glück raus...

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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>Vermutlich hört man vom Erfolg oder eher meist Mißerfolg mal wieder nix.


@ Fabian,
 so etwas würdest du doch nie tun, oder ?

von Fabian S. (jacky2k)


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So, sorry dass ich mich so lange raus gehlaten habe, hatte viel um die 
Ohren, u.a. war ich damit beschäftigt die Platinen anzufertigen ;)
Habe gestern noch eine Reichelt Bestellung mit den restlichen 
Kleinteilen rausgeschickt, die sollte dann wohl Montag/Dienstag da sein.
Ich werde dann den Rest aufbauen und mich vermutlich Tage lang mit der 
Software auseinander setzen und mich dann nochmal melden.

Ich bin zuversichtlich

von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite


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o.k.
ich hoffe dann davon zu lesen ;-)

von Fabian S. (jacky2k)


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Notfalls inner Woche nochmal nachfragen ;)
Bin nicht gut darin mir etwas zu merken...

von Fabian S. (jacky2k)


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Ich muss euch leider nochmal vertrösten. Die Hardware ist inzwischen 
fertig und funktioniert auch schon.

Ich werde jedoch in den kommenden 3 Wochen nichts machen können, da ich 
Dienstag in einer Woche meine erste Prüfung habe und das zieht sich dann 
auch knapp 2 Wochen hin.
Danach werde ich mich an die Software machen und mich nochmal melden.

Hier zwei Videos:
http://4low.de/ultrasonic/P1090048.AVI
http://4low.de/ultrasonic/P1090001.AVI

Danach habe ich die Sendeleistung nochmal erhöht und kann inzwischen 
durchs ganze Zimmer (ca. 4m weit) was empfangen.

von Fabian S. (jacky2k)


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Sooo... da bin ich wieder.
Ich muss nochmal um euren Rat bitten.
In den letzten Wochen habe ich nochmal über den ganzen Krams nachgedacht 
und bin auch zu dem Schluss gekommen, dass das ganze Synchronisieren mit 
Quarzen (alleine) nicht funktionieren wird.
Also bin ich wieder beim DCF77 gelanet und wollte da nochmal zwei 
konkrete Fragen stellen:
1. Glaubt ihr, dass das ganze in einem Haus/Halle funktioniert?
2. Kann mit jemand sagen wie ich das aufbauen muss? Vermutlich Antenne 
=> Schwingkreis => Verstärker => Schmitttrigger.  Ich habe jedoch noch 
nie etwas mit Funk gemacht, ich weiß nicht einmal wie ich die Antenne 
anschließen muss, geschweige denn warum da eigentlich ein Signal raus 
kommt :D
Wenn ich bei google & Co nach DCF77 suche findet man alle möglichen 
Schaltungen wo fertige Decoder verwendet werden, aber das will ich ja 
nicht.
Kann mir da jemand einen Tipp geben?

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