Distanzmessung und Datenübertragung mit Photodiode

[Andi R. (icephoenix)]

Hallo zusammen,

ich möchte für ein Projekt die relative Position zweier beweglicher 
Objekte zueinander bestimmen. Dazu sollen beide Objekte mithilfe einer 
Infrarot LED Signale aussenden, die am jeweils anderen Objekt von 
mehreren Empfängern empfangen werden. Über die Signalstärke des 
empfangenen Signals bei den verschiedenen Empfängern will ich dann die 
Ausrichtung der Objekte zueinander bestimmen (Entfernung ist für den 
Anwendungsfall egal). Gleichzeitig will ich über das Infrarotsignal 
Daten übertragen, um die ermittelten Ergebnisse an das jeweils andere 
Objekt zu übertragen und so auf Plausiblität zu prüfen.

Die Datenübertragung mittels Infrarot LED und TSOP 31238 funktioniert 
bereits einwandfrei.

Aktuell habe ich noch Probleme mit der Empfangsstärkebewertung. Zunächst 
habe ich versucht den TSSP 4P38 dazu zu verwenden, habe allerdings 
festgestellt, dass dieser sehr träge ist. Ich hätte gerne einige 10 
Messungen pro Sekunde um auch Bewegungen tracken zu können. Daraufhin 
wollte ich eine Fotodiode verwenden und bin dabei hier im Forum auf die 
angehängte Schaltung gestoßen 
(Beitrag "Re: Fotodiode Gleichanteil entfernen"). Der Grund für 
die Wahl war der Betrieb an einer unsymmetrischen Spannungsversorgung. 
Den Kondensator in der Rückkopplung musste ich erhöhen, damit die 
Schaltung in der Simulation nicht schwingt. Zusätzlich habe ich eine 
einfache Spitzenwerterkennung eingefügt.

Mein Problem ist, dass das ganze nun in der Simulation funktioniert, 
sobald ich es allerdings auf dem Breadboard aufbaue an Vout 0V anliegen 
(mit Oszi überprüft). Ich habe die Schaltung mehrfach neu aufgebaut aber 
finde den Fehler nicht. Ich vermute es liegt am TLC274, der sich anders 
als das Spice Modell von TI verhält. Kann mir jemand sagen wo mein 
Fehler liegt?

Für alternative Lösungsmöglichkeiten für das Problem bin ich auch immer 
offen :)

Grüße euch allen,

Icephoenix

[Jens G. (jensig)]

Andi R. schrieb:
> Mein Problem ist, dass das ganze nun in der Simulation funktioniert,
> sobald ich es allerdings auf dem Breadboard aufbaue an Vout 0V anliegen
> (mit Oszi überprüft). Ich habe die Schaltung mehrfach neu aufgebaut aber
> finde den Fehler nicht. Ich vermute es liegt am TLC274, der sich anders
> als das Spice Modell von TI verhält. Kann mir jemand sagen wo mein
> Fehler liegt?

Und wie rum ist die Photodiode da angeschlossen?

[Andi R. (icephoenix)]

Kathode hab ich auf GND und Anode auf dem Opamp Eingang. Ich probier 
gleich mal sie zu drehen. <_<

Edit: Okay, in die Richtung gehts besser (peinlich), allerdings scheint 
mein Strom einfach viel geringer zu sein, als ich erwartet habe. Das 
Signal liegt bei einer entfernung von 10cm zwischen Sender und Empfänger 
bei lediglich 5mV, die dann durch den primitiven Spitzenwertfilter 
verloren gehen.
Aktuell bin ich mich gerade in die Berechnung von OPV Schaltungen am 
einlesen, um herauszufinden wie ich die Verstärkung erhöhen kann um auf 
sinnvollere Werte zu kommen.

Grüße,

Icephoenix

[Bastler_HV (Gast)]

Wo has Du denn die Photodiode angeschlissen?
Mach doch mal eine Diode in Deine Spicesimulation rein so wie Du sie 
angeschlossen hast, den Simulusstrom kannst Du ja parallel einspeisen 
wenn die Diode in Sperrichtung geschaltet ist.


Und poste den Schaltplan, mir ist nicht klar, wie Deine Schaltung (mit 
Photodiode) aussieht.

Meine Vermutung ist, dass Dir die Diode den positiven Eingang auf nahe 
null zieht, und mit ca 1V am negativen Eingang des Ops hat dann der 
Ausgang null Volt, völlig korrekt.

Bastler_HV

[Andi R. (icephoenix)]

Bastler_HV schrieb:
> Wo has Du denn die Photodiode angeschlissen?
> Mach doch mal eine Diode in Deine Spicesimulation rein so wie Du sie
> angeschlossen hast, den Simulusstrom kannst Du ja parallel einspeisen
> wenn die Diode in Sperrichtung geschaltet ist.
>
>
> Und poste den Schaltplan, mir ist nicht klar, wie Deine Schaltung (mit
> Photodiode) aussieht.
>
> Meine Vermutung ist, dass Dir die Diode den positiven Eingang auf nahe
> null zieht, und mit ca 1V am negativen Eingang des Ops hat dann der
> Ausgang null Volt, völlig korrekt.
>
> Bastler_HV

Deine Vermutung war korrekt. Ich hatte die Diode zwar beim Testen 
gedreht, aber der Wechselspannungsanteil der Ausgangsspannung war so 
gering (~5mV), dass er mir bei den ~1V Gleichanteil nicht aufgefallen 
ist.

Der Fehler lag darin, dass ich die Stromrichtung der Photodiode einfach 
aus einem Wiki Artikel zum Transimpedanzverstärker übernommen habe, 
obwohl diese ja in eine beliebige Richtung eingezeichnet werden kann. 
Beim Transimpedanzverstärker gibt es ja kein DC Offset, sodass die 
Photodiode auch anders herum betrieben werden kann.
Den Transimpedanzverstärker kann ich (wenn ich das richtig verstanden 
habe) jedoch nicht verwenden, da der OPV bei asymmetrischer Versorgung 
mit 0V Eingang nicht so gut umgehen kann. Zudem ist in der Schaltung zur 
Gleichspannungsunterdrückung (Thread s.o.) ein invertierender Integrator 
drin, der auch nicht mit asymmetrischer Versorgung laufen sollte.

Grüße,

Icephoenix

[MaWin (Gast)]

Andi R. schrieb:
> Für alternative Lösungsmöglichkeiten

Ja, nimm die, deine 'Idee' ist eine Schnapsidee und funktioniert nicht. 
Schon gar nicht in einer Umgebung mit Tageslicht. Man kann mit 
Photodioden Positionen erfassen, suche PSD, positional sensitive Diode, 
aber das erfordert eine für dich zu aufwändige Optik (und auch 
mindestens 3 Sensoren für 360 Grad).

Ich würde Web-Kameras mit Fischauge empfehlen.

[Andi R. (icephoenix)]

MaWin schrieb:
> Andi R. schrieb:
>> Für alternative Lösungsmöglichkeiten
>
> Ja, nimm die, deine 'Idee' ist eine Schnapsidee und funktioniert nicht.
> Schon gar nicht in einer Umgebung mit Tageslicht. Man kann mit
> Photodioden Positionen erfassen, suche PSD, positional sensitive Diode,
> aber das erfordert eine für dich zu aufwändige Optik (und auch
> mindestens 3 Sensoren für 360 Grad).
>
> Ich würde Web-Kameras mit Fischauge empfehlen.

Hallo, eine Webcam ist leider aufgrund des hohen Preises raus. 
Ultraschall wäre evt. möglich, da bei mehreren Empfängern lediglich die 
Laufzeitunterschiede zwischen beiden Empfängern, aber nicht die absolute 
Laufzeit entscheident sind. Das Problem ist übrigens 2D, d.h. beide 
Objekte befinden sich auf der gleichen Höhe.