Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik (Einfache!) Analoge Erkennung eines Rechtecksignales


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von Signalerkennung (Gast)


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Hallo,

ich habe am Empfänger ein Rechtecksignal einer bestimmten Frequenz 
(~10kHz)
mit einem Gleichanteil überlagert. Der Kern der Aufgabe besteht darin,
die Frequenz zu erkennen. Das ganze muss analog realisiert werden.
Mein aktueller Lösungsansatz ist, mit einem Bandpassfilter
zunächst das Signal zu filtern, und dann über Diode/Kondensator
(Gleichrichter) einen Transistor zu schalten.

Da es lediglich um Frequenzerkennung geht und nicht um
Weiterverabeitung eines Signal einer gewissen Bandbreite,
würde ich gerne weitere Vorschläge einholen.

Frage am Rand.
Wie müssen die Grenzfrequenzen des Bandpasses dimensioniert sein,
damit 10kHz erkannt, aber 9kHz und 11kHz herausgeschnitten werden
bzw. nicht erkannt werden?

Gruß und Danke im Voraus

von m.n. (Gast)


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Signalerkennung schrieb:
> Wie müssen die Grenzfrequenzen des Bandpasses dimensioniert sein,
> damit 10kHz erkannt, aber 9kHz und 11kHz herausgeschnitten werden
> bzw. nicht erkannt werden?

10 kHz ;-)

von derguteweka (Gast)


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Moin,

Wie fast immer, isses halt nicht so einfach. Es kommt drauf an, was fuer 
Signale mit welchen Pegeln sonst so auf der Leitung rumfliegen koennen, 
bei denen deine Schaltung nicht ansprechen darf. Je schmalbandiger ein 
Bandpass, desto "bloedere" und kritischere Bauteilwerte...

Gruss
WK

von Felix A. (madifaxle)


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Derart enge Grenzen lassen sich nur durch Filter recht hoher Ordnung so 
zuschneiden. Vielleicht wäre folgender Weg besser (Versuch per LTSpice 
empfehlenswert):

Führe das Eingangssignal über einen Widerstand (Wert vielleicht 100 oder 
1000 Ohm) an einen Schwingkreis hoher Güte, der auf 10kHz schwingt. gehe 
von dem über eine Diode zur Basis eines Transistors/zum Gate eines 
Mosfets, wo sich zusätzlich ein Kondensator zum Überbrücken der Zeit 
zwischen zwei Halbwellen befindet. Transistor schaltet (vermutlich), 
wenn die 10kHz anliegen ...

von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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da fällt mir das Stichwort Saugkreis ein.
darunter sollten genügend Seiten auftauchen,
die einem Aufbau und Dimensionierung erläutern.

Was da dann rauskommt, wie bereits beschrieben aufbereitet auf den 
Transistor geben.

Grundprinzip von Tonfernwirksystemen.
zig Ton-Frequenzen auf einer Leitung, die dann am "Zielort"
per Saugkreis herausgefiltert werden um dann entsprechend zugeordnete 
Aktionen ausführen zu können. Ist noch ein ziemliches Thema bei der 
Bahn.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Die Frage ist, wie 'analog' das ganze aufgebaut werden soll. Mit einem 
Tondekoder IC wie z.B. dem NE567 (LM567 bei TI) ist es recht einfach, 
die 10kHz sicher zu erkennen und erhält aus dem IC ein digitales 'Ton 
erkannt/nicht erkannt' Signal.
Die Bandbreite lässt sich einstellen.
Nur starkes Rauschen stört das IC, denn da sind ja bekanntlich alle 
Frequenzen drin.
Wenn man das Ganze mit guten Kondensatoren (z.B. Styroflex) und 
Metallfilm Widerständen aufbaut und dem Chip eine stabile Versorgung 
gibt, ist das recht frequenzstabil.

: Bearbeitet durch User
von m.n. (Gast)


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Ein Bandpaßfilter mit Einfachmitkopplung ist doch einfach aufzubauen.
Die Bandbreite kann man mit der Verstärkung einstellen - meinetwegen 
kurz bevor die Schaltung schwingt.

von Signalerkennung (Gast)


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Ich bin jetzt alle Beiträge durchgeflogen und werde mich nach und nach 
durch
die Vorschläge durcharbeiten. Ich will an dieser Stelle nur die
Aufgabe etwas präzisieren.

Analoge Realisierung sollte heißen "kein Mikrocontroller".
Es dürfen durchaus digitale ICs verwendet werden.
Ich werde mich daher zunächst dem LM567 widmen.

Ich bin normalerweise nicht in Welt der analogen Elektronik unterwegs.
Was hält ihr von der Idee, das Signal herunterzumischen
(analoge Multiplikation) und Tiefpassfilter?
Mich schreckt nur gefühlter Mehraufwand für analoge Multiplikation.

Da ich eben "einfache" Schaltung möchte, sollte Filter 2 Ordnung sein,
damit das Ganze mit dual opamp aufgebaut werden kann.
Mir fehlt das Gefühl für die notwendige Steilheit des Filters,
damit beispielsweise f<9kHz und f>11kHz ausreichend bedämpft sind.

von Mark S. (voltwide)


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Der Aufwand hängt entscheidend davon ab, ob das Ganze über einen 
weiteren Pegelbereich oder bei konstantem Pegel funktionieren soll.

von Felix A. (madifaxle)


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Wie geschrieben kannst du vieles mit der Simu-Software LTSpice 
ausprobieren. Die gibt es kostenlos von www.linear.com.

Da kannst du auch ausprobieren, wie steilflankig die erdachten Filter 
sind und wie die Signale danach aussehen.

von Michael B. (laberkopp)


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Signalerkennung schrieb:
> Der Kern der Aufgabe besteht darin,
> die Frequenz zu erkennen. Das ganze muss analog realisiert werden.

NE567, der ist dafür gebaut.

von derguteweka (Gast)


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Moin,

Signalerkennung schrieb:
> Mir fehlt das Gefühl für die notwendige Steilheit des Filters,
> damit beispielsweise f<9kHz und f>11kHz ausreichend bedämpft sind.

Das macht man deshalb auch nicht mit Gefuehl, sondern man schaut, mit 
welchem Pegel gegenueber dem zu detektierenden 10kHz Pegel, Signale mit 
9 oder 11 kHz vorkommen, die nicht detektiert werden duerfen. Damit 
kommt man dann auf die Steilheit.
Aber der NE567 wird wohl auch ohne externen Bandpass funktionieren.

Gruss
WK

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Beschreibe doch das Eingangssignal einmal etwas genauer:

Ist das Signal immer ein Rechtecksignal, auch dann, wenn die Frequenz
von den 10 kHz abweicht? Wenn nein, wie sieht das Signal sonst aus?

Kann das Signal gestört sein? Wenn ja, wie sehen diese Störungen aus?

Bleibt die Amplitude unabhängig von der Frequenz immer ungefähr gleich?
Wenn nein, in welchen Grenzen variiert die Amplitude?

Bleibt der Gleichanteil immer ungefähr gleich? Wenn nein, in welchen
Grenzen variiert der Gleichanteil?

Bleibt das Tastverhältnis immer ungefähr gleich? Wenn nein, in welchen
Grenzen variiert das Tastverhältnis?

Bis zu welcher Abweichung der Frequenz von den 10 kHz soll das Signal
durch die Schaltung noch also 10-kHz-Signal akzeptiert werden?

Wie lange darf die Erkennung des Signals dauern? Hintergrund: Je kleiner
die Bandbreite der Erkennungsschaltung ist, desto länger dauert i.Allg.
die Erkennung.

von Signalerkennung (Gast)


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Hi Yalu,

es freut mich Dich hier dabei zu haben :)

> Ist das Signal immer ein Rechtecksignal, auch dann, wenn die Frequenz
> von den 10 kHz abweicht? Wenn nein, wie sieht das Signal sonst aus?

das Signal soll von einem Phototransistor stammen. Der Sender ist eine
grüne Diode, die mit einem Rechtecksignal (0mA - 20mA) betrieben wird.
Für das träge Auge mit > 1kHz (angedacht 10kHz), jedoch nicht über 
30kHz,
weil dann Phototransistorschaltzeiten nicht sauber ein/ausschaltet.
Das "Testsystem" steht im Moment noch nicht, ich warte noch auf die
Bauteile und werde wohl Ende nächster Woche es auf dem Tisch haben.

Auf dem Markt gibt es einige integrierte Lösungen für IR,
aber nicht für sichtbares Licht. Diese Lösungen beinhalten
AGC (automatic gain control), Bandpass und Ausgangsstufe.
Die Frequenz liegt je nach Typ zwischen 30-36kHz.

> Kann das Signal gestört sein? Wenn ja, wie sehen diese Störungen aus?

Sättigung des Phototransistors. Die Erkennung "darf" ausbleiben.
Eventuell ist das Ausbleiben sogar wünschenswert.

> Bleibt die Amplitude unabhängig von der Frequenz immer ungefähr gleich?
> Wenn nein, in welchen Grenzen variiert die Amplitude?

Die Amplitude wird vermutlich normalverteilt sein.
Mittelwert soll bei wenig "Störlicht" bei 5V liegen

> Bleibt der Gleichanteil immer ungefähr gleich? Wenn nein, in welchen
> Grenzen variiert der Gleichanteil?

Wird durch einfallendes Fremdlicht beeinflusst.

> Bleibt das Tastverhältnis immer ungefähr gleich? Wenn nein, in welchen
> Grenzen variiert das Tastverhältnis?

Tastverhältnis bleibt gleich (40/60)

> Bis zu welcher Abweichung der Frequenz von den 10 kHz soll das Signal
> durch die Schaltung noch also 10-kHz-Signal akzeptiert werden?

+/- 1 bis 3 kHz.

> Wie lange darf die Erkennung des Signals dauern? Hintergrund: Je kleiner
> die Bandbreite der Erkennungsschaltung ist, desto länger dauert i.Allg.
> die Erkennung.

max 500ms.

von eric (Gast)


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Nur zur Information:
Einen Schwingkreis 10 kHz mit 3dB-Bandbreite 100 Hz kann man leicht mit 
einem Ferrit-Ringkern bauen.

Aber die einfachste Lösung ist tatsächlich der LM  oder NE 567.

von ./. (Gast)


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Noch viel einfacher waere es auf 38 kHz auszuweichen und die
Arbeit von einer Fernbedienungs-IR-Empfaenger erledigen zu lassen...

von Michael B. (laberkopp)


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Signalerkennung schrieb:
> Auf dem Markt gibt es einige integrierte Lösungen für IR,
> aber nicht für sichtbares Licht

http://www.ic72.com/pdf_file/a/42337.pdf
SL486, U2538B/T2525/T2527, AIC1862, TDA4050B, TBA2800

Siehe auch: Beitrag "Lichtschranke mit LM567 / DBL567 will nicht" und
http://www.trigonal.de/sel/blobs/relisch.png
1
  +---+--+----------------+------+--+-- +5V
2
  |   |  |                |      |  |
3
  |  4k7 |           +----+---+ 1M 220R
4
 E|   |  |           |    4   |  |  |
5
  >|--+--(--4k7---+--|5      1|--+  | 
6
  |BC307 |       10k |LM/NE567|  |  |A
7
  |      |        +--|6       |  | LED
8
  |      |        |  |        |  |  |
9
 100R 10kPoti-22n-(--|3 2  7 8|--(--+--  kann bis 100mA nach Masse schalten
10
  |      |        |  +--+--+--+  | 
11
 A|     C|        |     |  |     |
12
 LED=PhotoTrans  22n   2u2 |    4u7
13
  |      |        |     |  |     |
14
  +------+--------+-----+--+-----+----- GND

von Henrik V. (henrik_v)


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Sitzt die Sendeelektronik auf der gleichen Platine? Oder kann die 
Frequenz davon abgegriffen werden?
Dann könnte man über eine Synchrongleichrichtung (über 4066) nachdenken, 
und die Sendefrequenz darf auch etwas driften.
Oder den LTC6943, der hat den Osc. schon mit drin :)

von AxelR. (Gast)


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Lasertag? grüner Laser?

von c-hater (Gast)


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Signalerkennung schrieb:

> ich habe am Empfänger ein Rechtecksignal einer bestimmten Frequenz
> (~10kHz)
> mit einem Gleichanteil überlagert. Der Kern der Aufgabe besteht darin,
> die Frequenz zu erkennen.

> Das ganze muss analog realisiert werden.

Das ist grenzenloser Schwachsinn, der sich heute (2015) durch absolut 
nichts mehr sachlich begründen läßt.

> Mein aktueller Lösungsansatz ist, mit einem Bandpassfilter
> zunächst das Signal zu filtern

Das ist weiterer vollkommener Schwachsinn. Und zwar ganz unabhängig 
davon, ob die Erkennung digital oder analog erfolgen soll.


Kann es sein, daß du überhaupt nur eine prinzipiell mögliche Lösung 
kennst, aber nicht einmal diese selber für das konkrete Problem umsetzen 
kannst? Auch wieder: weder analog noch digital...

So liest sich jedenfalls deine Frage im Kern...

Wenn du also mit einem Problem konfrontiert bist, was deinen geistigen 
Horizont in jeder Richtung offensichtlich deutlich überfliegt, warum 
kaufst du dann nicht einfach die Leistung von Leuten ein, die sich mit 
sowas auskennen? Könnte sehr gut sein, daß es am Ende sogar billiger 
wird...

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