Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wasserdichter Ultraschallsensor - Umbau verbreitetes Distanzmessmodul


von Wolftale (Gast)


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Hallo liebes Forum!
Ihr habt mir schon oft passiv weitergeholfen, Danke dafür!
Hab mich

Aktuelle Lösung
Messen des Wasserspiegels von einem Segelbot senkrecht auf die 
Wasseroberfläche zur Bestimmung der Bootstrimmung. Funktioniert bisher 
sehr gut mit der Standard Ultraschaldistanzmessmodul (link unten).

Problem
Ausfall durch Spritzwasser von unten in die zwei Ultraschallkapseln.

Lösungsidee
Austausch der zwei nicht wasserdichten Kapseln durch neu wasserdichte 
und Bau eines Spritzwassergeschützen Gehäuses für die Platine.

Aktuelle Platine und mögliche wasserdichte Kapseln
Verbreitete Ultraschallplatine mit Signalkonv. (Nicht Wasserdicht): 
https://www.conrad.de/de/linker-kit-erweiterungs-platine-sen-us01-ultraschall-sensor-1274216.html
Vermutlich verbaute Ultraschallkapseln (nicht Wasserdicht): 
https://www.conrad.de/de/ultraschall-empfaenger-kpus-40t-16r-k769-40-khz-x-h-16-mm-x-12-mm-507764.html
Ultraschallkapseln austausch (Wasserdicht): 
https://www.conrad.de/de/ultraschall-sensor-a-18p20-spritzwassergeschuetzt-40-khz-x-h-18-mm-x-12-mm-182258.html

Fragen
Können die Wasserichten Kapseln mit Luft verwendet werden oder sind sie 
tauchpflichtig?
Sind die Kapseln kompatibel mit der Platine (Vpp,etc)?
Wird sich der Messbereich verringern (aktuell 3 cm bis 4 m)?
Gibt es eine einfachere und günstigere alternative?

Vielen Dank für euere Unterstützung und Know-How!

von Bussard (Gast)


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Vorschlag:
Beim großen C sind doch Datenblätter verlinkt, vergleiche dort erst 
einmal die Daten der Kapseln und frage dann zu unklaren Dingen.

"Wasserdichen Kapseln" - eher wassergeschützt gegen Süßwasserspritzer

Gruß

von Der Andere (Gast)


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Nimm doch einfach Sensoren, wie sie in Fahrzeugen zum Abstandswarnen 
verbaut werden. Die müssen 10 Jahre und mehr Salzsprühnebel im Winter 
aushalten und tun das auch.

von Georg (Gast)


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Wolftale schrieb:
> senkrecht auf die
> Wasseroberfläche zur Bestimmung der Bootstrimmung

Wieso eigentlich, warum kein Lagesensor? Ich dachte immer, die 
Wasseroberfläche ist die Bezugsebene und steht senkrecht zur 
Schwerkraft, ist das ein Irrtum?

Georg

von Wolftale (Gast)


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Schön, so viel Interesse :)

Bussard schrieb:
> Beim großen C sind doch Datenblätter verlinkt, vergleiche dort erst
> einmal die Daten der Kapseln und frage dann zu unklaren Dingen.

Parameter               Sender alt     Empfänger alt   Sender/Empfänger
Centre Frequency        40 kHz         40 kHz          40 kHz
Sound Pressure Level    > 115 dB       N/A             > 106 dB
Sesitivity              N/A            > -60 dB        > -74 dB
Bandwidth               2kHz @ -6 dB   2,5 kHz         N/A
Capacitance             2000 pF        2500 pF         1800 pF
Vp-P max                20 V           20 V            140 V
Mir sind so ziemlich alle Auswirkungen der Abweichungen unklar. Mit 
Schwingkreisen kenn ich mich kaum aus.


Bussard schrieb:
> "Wasserdichen Kapseln" - eher wassergeschützt gegen Süßwasserspritzer

Wenn nur die Vorerseite des Aluminiumgehäuses aus dem Platinengehäuse 
ragt ist sie wasserdicht. Mit ein bisschen Silikon kriegt man das schon 
hin.


Der Andere schrieb:
> Nimm doch einfach Sensoren, wie sie in Fahrzeugen zum Abstandswarnen
> verbaut werden. Die müssen 10 Jahre und mehr Salzsprühnebel im Winter
> aushalten und tun das auch.

Die Sensoren sind vermutlich ähnlich, mit einem anderen Gehäuse. Die 
Daten von der Platine auf den Arduino zu kriegen wird schwierig 
(CAN-Bus). Glaube nicht das es dort ein einfaches Protokoll gibt wie I2C 
und Co.


Georg schrieb:
> Wieso eigentlich, warum kein Lagesensor? Ich dachte immer, die
> Wasseroberfläche ist die Bezugsebene und steht senkrecht zur
> Schwerkraft, ist das ein Irrtum?

Wie würde man einen Lagesensor (Beschleunigungssensor?) orentlich 
kalibrieren und justieren? Die Messgenauigkeit ist vmtl. auch zu gering 
(1° = 20 cm).

Das Problem ist, das das Boot z. B. hinten links tiefer im Wasser liegt 
(Spiegel im Wasser). Das ändert sich dann ständig bei den verschiedenen 
Manövern und Stellung zum Wind. Von außen kann man das einigermaßen an 
der aufgemalten Wasserlinie sehen. Wärend dem Segeln ist das nicht 
möglich.

Mit den USS kann man das ausmittlen und sieht die Einflüsse der 
Änderungen (Maststellung, Gewichtsverlagerung, Segeldruckpunkt, etc.) 
sehr schön. Ich möchte bei der oder einer ähnlichen Lösungen (opt. 
Sensor funktioniert nicht) bleiben.

Vielen Dank für die interessanten Fragen!

von GeneigterLeser (Gast)


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Guck dir mal die Sensoren von MaxBotix an. Gibts in D bei EXP-Tech:
http://www.exp-tech.de/sensoren/entfernung-naeherung?manufacturer=44

Musst mal gucken welcher da am geeignetsten ist, gibt sehr viele Typen, 
auch viele IP67 und sehr angenehmem 3/4" Gewinde. Da kannst du die 
restliche Halterung bei OBI in der Sanitärecke kaufen ;)

Die haben Seriell TTL ODER RS232, PWM und Analogausgänge.

von controllergirl (Gast)


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Kleiner Erfahrungsbericht...
Ich habe mal (just for fun) an einen US-Entfernungsmesser einen 
US-Sensor von einer US-Parkhilfe (wasserdicht) angeschlossen... da kommt 
nun gar nix mehr an - geht sooo einfach nicht.
Erklärt sich ja auch aus dem obigen Datenblatt - aber auch aus der 
jeweiligen Schaltungstechnik: Im Abstandsmesser war nur 'ne einfache 
Ansteuerung mit den üblichen 74xx (oder so) Treibern, im Einparksensor 
dagegen einiges an Gefummel mit Spule, Schwingkreis etc.
Würde mal sagen, daß die wasserdichten mehr Power brauchen bzw. 'n 
bisschen schwerhörig sind... hatte aber nich viel nachgemessen - war ja 
nur so 'ne Idee.
Es ging da um den Umbau eines Entfernungsmessers zum 
Öltankfüllstandanzeigegerät :o).

von Wolfgang (Gast)


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Georg schrieb:
> Ich dachte immer, die Wasseroberfläche ist die Bezugsebene und steht
> senkrecht zur Schwerkraft, ist das ein Irrtum?

Sobald die Wasseroberfläche wesentlich größer als eine Pfütze ist und 
sinnvoll durch ein Segelboot befahrbaren werden kann, hat sie die 
Eigenschaft, eine gewisse Rauhigkeit zu entwickelt, die von den 
typischen Längenskalen durchaus die Größe des Segelbootes überschreiten 
kann.

Allerdings ist dann der über die Bordwand guckende US-Sensor sicher 
überfordert. Drucksensoren unter Wasser sind da vielleicht eher 
geeignet, wenn man nicht einfach einem Beschleunigungssensor glaubt, der 
neben der Schwerkraft natürlich auch dynamischen Kräften durch Wellen 
ausgesetzt ist. Da muss man dann gut filtern.

von controllergirl (Gast)


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ahso... noch was...
Wolftale schrieb:
> Der Andere schrieb:
>> Nimm doch einfach Sensoren, wie sie in Fahrzeugen zum Abstandswarnen
>> verbaut werden. Die müssen 10 Jahre und mehr Salzsprühnebel im Winter
>> aushalten und tun das auch.
>
> Die Sensoren sind vermutlich ähnlich, mit einem anderen Gehäuse. Die
> Daten von der Platine auf den Arduino zu kriegen wird schwierig
> (CAN-Bus). Glaube nicht das es dort ein einfaches Protokoll gibt wie I2C
> und Co.

Die KFZ-Sensoren müssen nicht zwangsläufig mit 'nem Bus arbeiten... 
gerade die preiswerten Nachrüstgeräte dürften die Sensoren alle einfach 
direkt ansteuern - daher könnte man theoretisch deren Sensoren an ein 
"Arduino"-US-Board anklemmen - ist ja am Sensor alles analog.
Nur - ob die da vernünftig laufen? s.o.

Wolftale schrieb:
> Wird sich der Messbereich verringern (aktuell 3 cm bis 4 m)?
Die wasserdichten Sensoren werden gerne einzeln (als Sender und 
Empfänger) verwendet - dadurch ergibt sich meistens ein größerer 
Totbereich (ich glaube so 20-30cm) zum Sensor.

von Helmut H. (der_andere)


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Hier habe ich was verlinkt, das Projekt arbeitet mit einem wasserdichten 
Sender/Empfänger:
Beitrag "Re: [V] Murata Ultraschall-Sensoren"

von Wolfgang (Gast)


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Wolftale schrieb:
> Die Messgenauigkeit ist vmtl. auch zu gering (1° = 20 cm).

Das wäre ein Schiff mit 37ft.

Eine Wassersäule von 20cm entspricht einem Druckunterschied von 20hPa. 
Dann sollte mit einem barometrischen Drucksensor die Lage also mit einer 
Auflösung von deutlich unter 1/100 Grad zu messen sein.

von controllergirl (Gast)


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Helmut H. schrieb:
> Beitrag "Re: [V] Murata Ultraschall-Sensoren"
Ähm... ich will nicht mosern...
aber ich bezweifle, daß wasserdichte Sensoren an der Schaltung lt. 
USMOD.GIF besonders gut laufen... das ist ja die eher übliche 
Treiberschaltung für die "offenen" US-Sensoren (wie auch in meinem 
Entfernungsmesser).
Wie aber z.B. bei ebucht (181881162914) zu sehen, wird zur Ansteuerung 
bei den wasserdichten Sensoren etwas mehr Power (siehe kleines Spülchen) 
benötigt (Schaltplan dazu gab's auch irgendwo).

von Helmut H. (der_andere)


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Verstehe den Einwand nicht, die Schaltung ist nicht verwandt mit der in 
der Gif..

Worauf willst Du hinaus?

von Wolftale (Gast)


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GeneigterLeser schrieb:
> Guck dir mal die Sensoren von MaxBotix an. Gibts in D bei EXP-Tech:
> http://www.exp-tech.de/sensoren/entfernung-naeherung?manufacturer=44
Ja, IP67 wäre gut. Leider kosten die ~ 100 €. Da ich 4 Sensoren 
verwenden möchte ist das ein bisschen happig. Bei einem erfolgreichen 
Umbau wären es nur 10-20€ pro Stück.

controllergirl schrieb:
> Würde mal sagen, daß die wasserdichten mehr Power brauchen bzw. 'n
> bisschen schwerhörig sind...
Das kann ich mir auch gut vorstellen. Die Schwungmasse ist 
wahrscheinlich viel höher. Der Unterschied von 20 V zu 140 V 
Spitze-Spitze Spannung sprechen auch dafür. Wahrscheinlich wird das 
Signal zu schwach oder die Platine gibt den Geist auf.

Wolfgang schrieb:
> Allerdings ist dann der über die Bordwand guckende US-Sensor sicher
> überfordert.
Im Moment sieht es so aus als könnte ich die Wellen ganz gut 
rausfiltern. Der US misst schnell genug und die Integration 
funktioniert. Ich kann es aber erst mit Sicherheit sagen wenn ich alle 
vier verbaut habe. Dann kann man auch messen wie hoch sich das Boot 
durch das Gleiten aus dem Wasser hebt :)

controllergirl schrieb:
> Die wasserdichten Sensoren werden gerne einzeln (als Sender und
> Empfänger) verwendet - dadurch ergibt sich meistens ein größerer
> Totbereich (ich glaube so 20-30cm) zum Sensor.
Danke für den Hinweis, scheint leider zu stimmen und klingt auch 
plausibel. Durch die große Neigungen des Bootes ist das schon ein 
problem. Im Moment sind es nur noch wenige Zentimeter mit Wellen. Den 
Sensor höher zu setzen würde die Verletzungsgefahr und Optik 
beeinträchtigen. Kann man durch Trennung der wasserdichten Sender und 
Empfänger den Totbereich überhaupt so klein halten wie aktuell bei der 
Platine (3 cm)?

Helmut H. schrieb:
> Hier habe ich was verlinkt, das Projekt arbeitet mit einem wasserdichten
> Sender/Empfänger:
> Beitrag "Re: [V] Murata Ultraschall-Sensoren"
Sehr interessant. Das klingt nach einer günstigen und guten Alternative. 
Allerdings ist dort auch der Totbereich zu groß (42 cm).

Wolfgang schrieb:
> Eine Wassersäule von 20cm entspricht einem Druckunterschied von 20hPa.
> Dann sollte mit einem barometrischen Drucksensor die Lage also mit einer
> Auflösung von deutlich unter 1/100 Grad zu messen sein.
Theoretisch - Ja. Vier Pitotrohre basteln, unter das Boot kleben, 
verkabeln und der erhöhte Strömungsverlust sind mir ein Dorn im Auge. 
Außerdem würde bei Schräglage eines der Pitotrohre aus dem Wasser laufen 
müssen oder der Druckunterschied wäre deutlich kleiner. Aber Kreative 
Idee!

So viel Feedback, echt toll hier!

von controllergirl (Gast)


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... alternative wäre vielleicht der hier: 
http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf485wprtech.htm

Helmut H. schrieb:
> Verstehe den Einwand nicht, die Schaltung ist nicht verwandt mit der in
> der Gif..
>
> Worauf willst Du hinaus?
Ich wollte nur sagen, daß die Schaltung des HR-SC04 ja quasi die gleiche 
Funktion wie die in der .GIF hat - aber eben nur zur Ansteuerung der 
nicht wasserdichten Sensoren geeignet ist.

Wolftale schrieb:
> Kann man durch Trennung der wasserdichten Sender und
> Empfänger den Totbereich überhaupt so klein halten wie aktuell bei der
> Platine (3 cm)?
Ich denke mal der Totbereich entsteht ja durch die Abklingzeit des 
Senders. Nach dem Impulspaket "bimmelt" der Sender ja noch eine Zeit 
lang nach... erst wenn diese Schwingungen ausgeklungen sind kann der als 
Sender genutze Piezo ja sinnvoll als Empfänger genutzt werden.
Wenn man nun zwei getrennte wasserdichte Sensoren nutzen würde... 
müsste, könnte, sollte die Totzeit eigentlich klein bleiben, da ja der 
Empfänger nur den direkten Schall vom Sender abwarten muß - im Prinzip 
wie bei den originalsen Sensoren - nur dicht.
Wenn man mehr Zeit hätte... müsste man einfach mal testen.
Trotzdem bleibt aber das Problem "Power".
Dazu müsste man die Treiber im Prinzip nur anpassen oder zwei DYP-ME007Y 
zur kooperation überreden (ich finde leider im Moment keinen 
vernünftigen Schaltpan zum DYP-ME007Y - sitze hier am Ende des Internet 
und bis ich den habe ist Dein Boot bestimmt längst marode... grmbl... 
aber Hauptsache von meinen DSL-Gebühren werden die 500Mbit-Anschlüsse in 
Berlin subventioniert... ok... anderes Thema :O)

von GeneigterLeser (Gast)


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Wolftale schrieb:
> Ja, IP67 wäre gut. Leider kosten die ~ 100 €. Da ich 4 Sensoren
> verwenden möchte ist das ein bisschen happig.

Ich war davon ausgegangen, dass der durchschnittliche Besitzer eines 12m 
Segelbootes sich kaum an 400€ stört, wenn er dafür etliches an Ärger und 
Bastelei vermeiden kann, da sein Ziel doch ist, das Boot anständig zu 
trimmen, nicht rumzubasteln und reihenweise Spielzeugsensoren zu 
killen...

von controllergirl (Gast)


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Helmut H. schrieb:
> Verstehe den Einwand nicht, die Schaltung ist nicht verwandt mit der in
> der Gif..
>
> Worauf willst Du hinaus?
Also, ich meinte natürlich die interne Schaltung der US-Module - Dein 
Gerät wertet die Ausgangssignale dieser Module ja aus.
Und da sich die Anfrage ja auf den Austausch der eigentlichen Sensoren 
(also nicht der gesamten Sensor-Module) bezog, hatte ich den Austausch 
der Sensoren des HR-SC04 gegen wasserdichte Sensoren für nicht 
funktionsfähig gehalten... ähm... irgendwie schwierig zu erklären...

von controllergirl (Gast)


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In der Tat dürfte die betriebssichere Umsetzung schwierig werden. Auch 
wenn die Sensoren wasserdicht sind - Spritzwasser aus allen Richtungen 
und Tropfen am Sensor würde man heutzutage wohl als "spannend" oder 
"ergebnisoffen" bezeichnen :O)
Andererseits - ich habe meinen provisorischen Öltankniveauanzeiger auch 
noch immer in Betrieb - 's geht halt nix über ein gutes Provisorium... 
höhö.
Und beheizen müsste man die Sensoren am Boot sowieso - denke ich mal - 
dieses Gelumpe von Wasserdampf und Kondensgebilde sammelt sich leider an 
allem was Drähte hat...

von controllergirl (Gast)


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Wo ich einmal dran bin...
Denkbar wäre auch: Die einfachen Nachrüstparksensoren haben ja oft 4 
Sensoren und fragen diese auch (hoffentlich) ab.
Wenn man sich mal die Verschaltung dieser Steuerung ansehen würde, 
könnte man - wieder theoretisch - ja mal schauen wo die Signale 
anliegen.
Damit könnte man diese anzapfen und die Auswertung mal locker selbst 
vornehmen... Wie gesagt, ich habe hier so ein Teil liegen und hatte da 
seinerzeit auch mal 'ne Anneliese gemacht - war nicht die Welt.
Aber insgesamt wird das natürlich alles wieder ziemlich kreativ...
Und... den srf485wpr nehme ich wieder zurück wegen: Range: 60cm-5meters

von controllergirl (Gast)


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Helmut H. schrieb:
...
> Beitrag "Re: [V] Murata Ultraschall-Sensoren"
Übrigens... R.E.S.P.E.C.T.@Helmut! coole HP! Da hast Du ja schon ganz 
schön was an Hardware gebastelt :O) ... muß ich erst noch alles 
durcharbeiten... püh

von controllergirl (Gast)


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sooo... hier (ebucht 221180459048) der Parksensor den ich hier liegen 
habe...
wenn ich den morgen finden sollte (eine reine Frage der 
Zugriffszeiten...) schraub' ich den nochmal auf und mach' Foto... nur 
der Vollständigkeit halber.
So... Morgen ist früh Tag... meld' mich :O)

von controllergirl (Gast)


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ok... einen hab' ich noch... gerade noch auffer hd gefunden:
http://www.micro-examples.com/public/microex-navig/doc/print_090-ultrasonic-ranger.html
Ein US-Sender mit Spule - sag' ich's doch :O)
Vielleicht kann man so den Hc04SR dingsbums ein wenig tunen...

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


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Habe hier gerade mit einem Seafarer 4 Echolot rumgespielt (so ein altes 
Echolot mit rotierender LED) und habe dabei festgestellt, das der 
Transducer sogar recht gut in Luft funktioniert.
Wenn man da einigermassen lotrecht trifft, reicht das bis zu 3m. Dabei 
zeigt das Gerät natürlich eine falsche Tiefe an, ist ja Luft und nicht 
Wasser - klappen tuts aber.
Der Transducer ist absolut wasserdicht, allerdings recht gross (ist ja 
zum Einbau in den Rumpf gedacht) und recht teuer.

von controllergirl (Gast)


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...coole Idee :O) (das Teil kannte ich noch gar nicht - da hab' ich 
wieder was gelernt)
Gibbet auch bei ebucht als neu: 201129590812 Tiefenbereich: 0,7 m bis 
100m
Könnte in Luft ja dann vom Bereich her passen.

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