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.
Das sieht schon mal gut aus. Danke. Eignet sich da ein normales LM339 als Komparator? Hab nämlich noch einen hier rum fliegen....
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?!
Angehängte Dateien:
-
nonInv_LM339.JPG
19 KB
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).
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