Hi,
ich hab mir mit nem 8051er und ner Alustange einen Näherungssensor
gebastelt. Reichweite mehrere 10cm. Über eine PWM-gesteuerte LED gebe
ich die "Stärke" der Annhäherung aus.
Allerdings funktioniert es nur, wenn der Debugadapter für den µC
angeschlossen ist. Lasse ich die Sache batteriebetrieben laufen, ist die
Reichweite nur noch einen Bruchteil so groß, die LEDs reagieren erst ein
paar wenige cm vor dem Sensor, und blitzen auch ab und zu einfach mal so
auf. Sieht so aus, als ob mir da u.a.der Erdbezug fehlt. "u.a."
deswegen, weil die Verbindung mit dem Erdkontakt der Steckdose leider
nur marginal geholfen hat.
Ich frag mich grad, wie ich das Problem lösen kann.
Auf die schnelle fallen mir zwei Möglichkeiten ein, die ich morgen mal
versuchen will:
1. Ich bastel versuchsweise mal eine Metallplatte unter die Schaltung
und verbinde diese mit GND.
2. Ich bau ein zweites Sensorelement neben das erste und schließe es an
GND an.
Zweck beider Maßnahmen ist, eine große "Bezugsfläche" oder genauer
gesagt, Bezugskondensatorplatte zu bilden.
Was meint ihr, könnte das was bringen? Für weitere Vorschläge und Ideen
bin ich natürlich dankbar.
Ralf
Dumme Antwort:
Warum verbindest Du nicht Deine Masse z.B. mit der Wasserleitung und
schaust, was passiert. Das sollte der Erde der Steckdose entsprechen.
> Dumme Antwort:> Warum verbindest Du nicht Deine Masse z.B. mit der Wasserleitung und> schaust, was passiert. Das sollte der Erde der Steckdose entsprechen.
So dumm ist die Antwort nicht :)
Ist ja im Prinzip das gleiche. Allerdings hat eine ordentlich Sammlung
Metall schon ein bisschen geholfen, ohne Erdbezug. Mal sehen, wie weit
ich komme, auf alle Fälle spielt die Position der Elektronik zur
GND-Platte auch ne Rolle.
Ralf
Hi Matze,
es gibt verschiedene Ansätze.
Eines der möglichen Grundprinzipien ist, eine Frequenz auszuwerten. Die
Frequenz wird durch die Kapazität, die dein Körper einbringt, verändert.
Anders ausgedrückt, ein Kondensator besteht (vereinfacht) aus zwei
Platten, und dein Körper erhöht die Fläche der Platten, und somit die
Kapazität, was wiederum eine Frequenzänderung zur Folge hat, wenn der
Kondensator in einem Oszillator steckt :)
Die einfachste Form ist ein Inverter, Rückkopplung von Aus- zu Eingang
über einen Widerstand, am Eingang ein Kondensator nach GND. Der
Oszillator schwingt. Am Eingang hast du jetzt zusätzlich einfach mal
eine Metallplatte.
Wenn dein Körper in die Nähe der Platte kommt, bildet sich ebenfalls ein
Kondensator, der mit dem ursprünglichen Kondensator parallel geschaltet
ist. Die Gesamtkapazität verändert sich und somit auch die Frequenz.
Hinter den Ausgang schaltest du nochmal einen Inverter, um ein sauberes
Rechtecksignal zu bekommen, und ein µC kann dann die Frequenz auswerten.
Im Ruhezustand ist die Frequenz höher als bei Annäherung.
Das System hat drei Nachteile:
Erstens muss die Grundkapazität ausreichend klein sein, damit die durch
den Platte/Körper-Kondensator gebildete Kapazität einen nennenswerten
Einfluss auf die Frequenz hat, damit der µC die Frequenzänderung
feststellen kann.
Zweitens funktioniert das System nur dann am besten, wenn das
Bezugspotential gleich ist. Soll heissen, wenn die Schaltung
Erdverbindung hat, weil über die Erdverbindung die kapazitive
Einkopplung deines Körpers am größten ist, wenn die Schaltung ebenfalls
mit Erde verbunden ist. Das lässt sich umgehen, wenn man das GND-Signal
ebenfalls an eine Metallplatte anschließt. Zumindest hatte das bei mir
schon eine Verbesserung gebracht, die Schaltung war ursprünglich über
den PC mit Erde (=GND) verbunden, im Batteriebetrieb war die Reichweite
reduziert und die Auswertung hatte große Sprünge in der Frequenz. Die
zusätzliche Platte hat das z.T. ausgeglichen.
Drittens muss die Frequenz hoch genug sein, um einerseits eine für einen
µC messbare Differenz zu erzeugen, andererseits darf sie nicht zu hoch
sein, damit der µC den Unterschied bemerken kann. Ausserdem hat die
Frequenz Auswirkung darauf, wie lange der µC messen muss, ein 10kHz
Signal ist schneller ermittelt als ein 100Hz Signal.
Eine Möglichkeit, die Empfindlichkeit zu erhöhen, ist gegen eine
Referenzfrequenz zu messen und die Differenz zu bilden. Also einen
zweiten Oszillator verwenden. Der Messoszillator muss instabil sein (=
die Frequenz muss sich leicht beeinflussen lassen), der
Referenzoszillator muss sehr stabil laufen (=Quarz). Die Ruhefrequenz
des Messoszillators ist gleich (oder nahezu) der Referenzfrequenz. Eine
Änderung von wenigen Picofarad bewirkt eine Änderung der Messfrequenz
von wenigen Hertz. Durch die Differenzbildung werden aber nur diese
wenigen Hertz ausgegeben, was sich wiederum einfach messen lässt. Der
Vorteil ist, dass das System auf wesentlich kleinere
Kapazitätsänderungen reagiert.
Weitere Systeme messen "direkt" die Kapazität, wobei das soweit ich
weiss intern immer auch wieder eine Frequenzmessung ist, bzw. einfach
wie schnell sich die Kapazität auf einen bestimmten Spannungswert
auflädt.
Wenn du mal im Web z.B. nach dem Begriff Theremin suchst, wirst du
sowohl die "einfache" Variante als auch die mit Differenzermittlung
finden.
Wenn du weitere Fragen dazu hast, ich hatte in letzter Zeit ausreichend
Zeit mich damit zu beschäftigen und bastle gerade eine entsprechende mit
einem µC.
Ralf
Hallo, beschäftige mich seit geraumer Zeit mit diesem Thema in
Zusammenhang mit der Messung der Annäherung an einen Zaun. Möchte ein
Elektrozaungerät bauen, dass nur bei Annäherung "schiesst" und an
sonsten Strom spart - bis auf die Messung. Nach Überlegungen in Richtung
Wiederstandsmessung bin ich recht bald bei der kapazivien Methode und
einem Oszillator mit nachfolgender Frequenzmessung gelandet. Nach
einigen Versuchen mit einm 555 bin ich soweit, dass die Frequenzänderung
sehr gering ist und ich nicht glaube, das diese überhaupt per
Frequenzzählung erkannt werden kann. Meine jetzigen Überlegungen gehen
dahin einen Frequenzzähler mit möflichst hoher Auflösung zu
programmieren (ATMega8) und schaun ob ich die Änderung erfassen kann.
Mein Vorteil ist natürlich das Erkennen einer relativen Änderung im
Gegensatz zu einer Absoluten. Würde mich über Eure Meinung dazu freun
und würde gern in Diskussion bleiben.
Klaus
Der Frequenzzähler ist ein Ansatz. Eine Alternative ist die Messung der
Differenzfrequenz gegen eine Referenzfrequenz. Siehe mein Posting oben.
Vorteil ist, dass bereits kleine Änderungen der gemessenen Frequenz sehr
gut erkannt werden können.
Ralf
alternativ die zeiterfassung über die sensorkapazität
die sensorfläche bildet ja im bezug zur "erde" einen kondensator
dieser wird mit hilfe eines µC auf eine spannung gelegt
damit läd sich diese fläche auf
die zeit die dabei vergeht um die 1,6V für den AVR zB um den pin
logisch 1 werden zu lasse kann man mit einem timer ermitteln
bewegt man nun einen finger an die fläche ändert sich die kapazität
es wird also mehr zeit für die aufladung gebraucht
diese methode klappt mtit einem portpin am µC
wie wären denn ladepulse für eine Kapazität? Dann hast du direkt einen
digitalen Wert für die Aufladung.
Wenn die Kapazität so gestrickt ist, dass die Massefläche extrem klein
gehalten ist, jedoch eine große "positive" Fläche vorhanden ist, dann
hast du die möglichkeit, die Kapazität durch Annäherung per Körper zu
vergrößern. die Kondensatorflächen, dich ich gebastelt habe(Kupferfolie)
haben bei Annäherung per Menschenhand Faktor 12 ausgemacht bei
Zimmertemp.
Es ist noch ein Referenzwert zu schaffen, mit dem der aktuelle Messwert
verglichen wird. zb. arithmetisches mittel der letzten x messungen.
Hallo Ralf, danke für deine Antwort. OK - was Du v orschlägst ist das
Theremin - Prinzip. Ich hab jetzt mal durchgerechnet, mit einem 555 und
10pf zu 2 mal 1MOhm komm ich auf 48khz. bei einer kapazitätsänderung von
+-1pf (entspricht ca. der Handkapazität) habe ich eine Frequenzänderung
von ca.+-5khz. Läüft der ATMega8 mit 10mhz bedeutet eine messung der
mittleren Frequenz von 48khz eine Auflösung von +-500hz.
Im Umkehrschluss - ich erkenne eine Kapazitätsänderung von 0,1pf.
Soweit die Theorie - die Praxis wirds zeigen.
> Soweit die Theorie - die Praxis wirds zeigen.
Nun, dann sei bitte so nett, und poste die Resultate, zusammen mit
Schaltung/Bilder/etc.
So haben dann auch andere etwas davon. Ich suche z.B. eine gute
Schaltung für ein Theremin. Die Schaltung von Moog fürs Etherwave wird
ja in deren Doku beschrieben, vielleicht bau ich die mal nach :)
Ralf
Sag mal "neuling", meinst nicht Du hast ein bissl einen komischen ton
drauf?? Es gibt Leute die arbeiten so nebenbei und können nicht nur
sitzen und basteln. Wenn ich soweit bin werde ich schon meinen Beitrag
einstellen. Solange wirst Dich schon gedulden müssen.
Mein Ton? also ich habe einerseits einen Smiley geschickt, andererseits
habe ich betont, dass ich dein Projekt sehr interessant finde.
Der smiley sollte wohl das "wo bleiben..." entkräften...
würde mich einfach über die ergebnisse freuen.
Besten Gruß!
So, hier einmal der Näherungssensor. Er erkennt eine Kapazitätsänderung
von 0.1pf. Geht bis zu einer Kapazitätsänderung von 7pf. Dies alles laut
LTSpice. Bin jetzt dabei baue und teste es aus. Dann melde ich mich
wieder.
SKDX
ps. Die 30.1pf sind nur wegen dem Testen. Original gehören da 30pf
hinein.
Ist das die gleiche Schaltung aus dem Midi-Theremin mit nem FreeScale
HCS12? Die hab ich aufgebaut, aber bei mir jittert die was das Zeug
hält... :( Hab allerdings nicht probiert, wie sich das Zeug an nem µC
verhält...
Ralf
Nein Ralf, kenn die Schaltung nicht. Hab üerall ein bissl geschaut und
dann selbst zusammengestrickt. Bei der Simulation mit LTSpice kann ich
kein Jittern erkennen. Warte jetzt auf die 555 und bau das dann mal auf.
Das Scope wird's zeigen. Melde mich wieder -
SKDX
