Ultraschall - Entfernunsmessung mit Ultraschall Interface aus RN

Also, ich habe mir den FG ausgeliehen, und gleich einmal die Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt. Diese war schon einmal nicht richtig, sie betrug etwa 34 kHz. Ich habe dann einen anderen mit einer einstellbaren Induktivität und einem 5nF Kondensator eingebaut, aber ich kann nicht unbeding von einer Großen verbesserung sprechen. Das Ausgangssignal war wohl ein bisschen größer, aber ich habe das Kupferblech zum Löten entfernt, und danach wieder positioniert, und da kann sich der Abstand schon ein bisschen verändert haben. Mein Schwingkreis war wohl nicht besonders Schmalbandig ;-)

Dann habe ich den Sendewandler ausgelötet, und dann mittels FG betrieben, und das Ausgangssignal (des 2. transistors) ist 5V, schon rechtecksähnlich, also schon übersteuert, dies auch, wenn ich aus ca. 60cm auf dem Bildschirm "sende" und dann mittels Schaltung das Echo verstärke.
Als ich die Sendekapsel eingelötet und mittels AVR betrieben hatte, war an so ein Ergebnis nicht im entferntesten zu denken, Da war ich schon froh, wenn ich mittels Kupferblech in 10cm Entfernung eine Halbwegs Sichtbare Sinuswelle hereinbrachte.

Auch habe ich den FG anstelle des Empfangswandlers angeschlossen, Amplitude ca. 40mV, (weniger war leider nicht stabil einzustellen) und das Ausganssignal war wiederum eine stark übersteuerte Sinuswelle, eigentlich gleich wie oben.

All dies würde jetzt ja nicht unbedingt auf eine Schwache verstärkung hindeuten, deshalb verdächtige ich jetzt wieder mehr den Sendewandler, aber mir fällt nichts ein. Das einzige, das Komisch ist, ist, dass auf dem einen Pol (des Sendewandlers) korrekt 5V rechteck anliegen (die vom uC kommen), am anderen Pol ein seltsam verzerrtes und "flimmerndes" Signal, das auch keine 5V Amplitude hat, villeicht 3V oder so. Dieses Signal ist alles andere als ein Rechtecksignal, am ehersten mit Dreieckwelle zu vergleichen. Könnte da etwas nicht stimmen?

Ständig freut man sich, eine Unsimmigkeit gefunden zu haben, und dann ist das Resultat nur ein kleines Bisschen besser als davor, das ist richtig anstrengend ;-)

Mfg Thegon

Dann ist wohl das Gatter am Sender zu hochohmig. Wenn noch ein Gatter frei ist könnte man es parallel schalten.

So besonders schmalbandig soll der Schwingkreis gar nicht sein. Wenn die Güte zu hoch ist, wird die Einschwingzeit zu lang und störend, weil dann ein schwaches Signal länger braucht um die nötige Amplitude zu erreichen. Man kann den Sender auch vom AVR Pin gegen GND laufen lassen, also ohne das Gatter. Das könnte immer noch stärker sein als ein eher schwaches 4011 Gatter. Sonst als kräftigerer Ersatz für den CD4011 ein 74HC00 - allerdings mit anderer Pinbelegung.

Wenn es mit dem 330 K Widerstand zwischen den Spannungsteiler und der Basis zu viel Rauschen gibt, könnte man einen etwas kleineren Widerstand (z.B: 47 K) probieren. Die wesentliche Last wird aber wohl der Transistor bleiben.

Edit:
Habe gerade gesehen, durch den hohen Widerstand am Kollektor ist der Transistor doch schon sehr hochohmig, trotz Emitterschaltung. Es könnte ggf. etwas helfen den 100 K Widerstand am Kollektor doch etwas kleiner zu machen, und damit die Stufe etwas schneller.

Gatter war noch frei, hab ich sofort paralell geschalten und:
es gab eine deutliche verbesserung beim Aussehen des Signals auf der anderen Seite des Sendewandlers. Jetzt würde ich die Wellenform bereits als Rechteck identifizieren, die Amplitude beträgt jetzt 5V, sogar etwas drüber.
Der Sendewandler sendet Jetzt kräftiger, das ist sicher, aber leider hat auch das nicht die große Wende gebracht.
Die maximale entfernung wird wohl etwas größer geworden sein, ist aber noch nicht einmal die 60cm bis zum Bildschirm.

Etwas seltsames habe ich auch noch herausgefunden: Es werden nur Interrups geliefert, wenn das Poti unter einer Ganz bestimmten Stellung (etwa in der Mitte) steht, etwas weiter gedreht,(Weiter drehen heißt, Masse "näherbringen") und das Signal ist null (DC : 4,7V), nicht die Kleinste welle. Habe mich auch schon gefragt, warum das so ist. Ich habe bis jetzt alle Messungen in der optimalste Potistellung kurz vor dem mysteriösen Verschwinden durchgeführt.

Mfg Thegon

Das mit dem Poti ist so normal. Der Transistor ist keine lineare Verstärkerstufe mehr. Unter einer gewissen Spannung sinkt der Basisstrom sehr schnell auf fast 0. Die Spannung am Ausgang ist dann fast 5 V.

Der wohl einfachste Weg um auch diese Stufe linear zu machen, wäre vermutlich daraus einen Verstärker mit Spannungsgegenkopplung zu machen - man spart sich damit auch weitgehend den etwas kniffligen Abgleich. Statt dem Spannungsteiler einen Widerstand (z.B. 470 K) vom Kollektor zur Basis und den Widerstand am Kollektor auf z.B. 2-50 K verkleinern, ggf. den 10 K Poti mit 1 K in Reihe.

Der zweite Transistor ist so etwas wie ein Verstärker oder auch ein Bisschen ein Komparator. Zum Erkennen des Echos in nachfolgenden Gatter geht es schon etwas über den Kleinsignalbetrieb hinaus und er schaltet praktisch durch. Dabei bezieht er sich auf seine Schwellspannung. Mit etwas Gegenkopplung wie gerade von Besserwessi beschrieben sollte sich der Temperatureffekt der Schwellspannung sogar noch etwas reduzieren lassen.

Hmm, also das mit dem Poti stört mich nicht, wenn das normal ist. Der verstärker muss nicht unbedingt linear sein, denn das bringt ja eigentlich nur was, wenn man am Poti dreht, aber wenn das Poti einmal eingestellt ist, dann ist es doch egal, ob die Stufe Linear ist oder nicht, oder?

Mir ist dann noch eingefallen, dass ja die Rampe auf Grund des Dauersendens nicht steigen kann, und somit verstärkung nicht besonders hoch sein wird, meine Vermutung.
Ich habe dann den 1M Widerstand direkt auf 5V gelegt, und das ergebnis: Gewaltige verstärkung. Das US - Signal war vom Tisch bis zur Decke, eben die villeicht 1,7m und wieder zurück, hat dann ca. 1,4V und auch Interrupts ausgelöst. Ich denke, dass die kleine Verstärkung wohl in erster Line darauf zurückzuführen war, auch der Schwingkreis bewirkt etwas, aber da er bekanntlich nicht besonders Schmalbandig war, nur bedingt.
Nun, ich habe dann natürlich gleich mit dieser Konfiguration Bursts von 50 Perioden gesendet, und leider ist der Große erfolg noch nicht eigebrochen.
Ich erhalte nun Interrupts, wenn sich etwas sehr nahe am Modul befindet, sonst aber nicht.
Am ausgang villeicht 300mV verzerrte sinuswelle, von übersteuerung aber noch keine Spur. Lustiger weise erhalte ich jetz manchmal mehrere Interrupts, was für mich heißt, dass das Flipflop ein bisschen Flackert. Weiß auch nicht so recht, ich werde jetzt einmal das Flipflop überprüfen.
Sonst werde ich die verstärkung doch noch ein bisschen erhönen müssen, denke ich. Wie könnte ich das denn am einfachsten machen?

Mfg Thegon

Ich habe jetzt noch etwas zu berichten:
Die Entfernungsmessung im Nahbereich (bis ca. 40cm) funktioniert, zumindest erhalte ich nun zahlen im halbwegs richigen bereich (auch nur ein Interrupt). Ich habe mich schon gefreut, doch dann doch eine große Ernüchterung: Die Zahlen kehren ständig wieder. Sie werden zwar größer, wird die Entfernung größer, aber in einem gewissen Bereich wird zum beispiel immer 607 us gesendet, also so ca. 10cm. die nächste stufe wäre dann 863, die Tritt bei etwas größerer Entfernung ein.
Irgentwas ist da doch nicht ganz richtig... Ich denke aber dass das auf die Software zurückzuführen ist, und damit befasse ich mich erst, wenn das Interface funktioniert.

Das Flipflop scheint dann doch zu funktionieren, denn es ist immer brav auf 5V, nur eben während eines Sendevorgangs auf 0V, spring, wenn das echo wieder eintrifft, zurück auf 5V.

Mfg Thegon

Man kann leicht die Kombination mit dem 1M Widerstand um den Faktor 3 niederohmiger machen.
1M -> 330k
220k -> 68k
47nF -> 150nF
An wieviel Verstärkung dachtest Du denn?

Ein flackerndes Flipflop ist nicht so richtig üblich, wie sieht es mit der Versorgungsspannung aus? sollte man da noch etwas mit Kondensatoren abstützen?

Antwort überschnitten,

Wenn Du den Impulsgenerator noch da hast kannst Du ja vielleicht auch noch einmal nachsehen ob die Frequenz so passt oder ob man, (ich weiß noch nicht wie in der späteren Schaltung,) die Frequenz etwas an die Wandler anpassen sollte.

Naja, so genau weiß ich das auch nicht, ich kam eben zur erkenntnis, dass das Signal, das von der Decke kommt, eben zu schwach ist und somit das Flipflop nicht zum Kippen bringen kann. Es hat villeicht 300mV.

Also wenn das Verändern der 1M Kombination, wie oben geschrieben die Verstärkung um den Faktor drei erhöht, dann wäre das sicherlich einmal einen Versuch wert.

Eine Frage: Könnte es sein, dass das Schwache Signal auf meinen Sende- und Empfangswandler zurückzufühen sein kann, denn das ist ja eigentlich das einzige, das eventuell nicht in das Konzpt dieses Interfaces passen könnte, denn die Schaltung hat ja sicherlich so, wie sie im RN Wissen steht, zum Beispiel bei dir schon funktioniert. Gibt es da gravierende Unterschiede zwischen verschiedenen Piezo Wandlern, oder sind die alle etwa gleich?
Ich weiß nämlich langsam nicht mehr, was eigentlich nicht stimmen könnte ;-)


EDIT:
Also auf der versorgungsspannung hängt ein 220uF Kondensator, nochmal ein 220nF über den Versorgungspins des 4011, das hat mir schon mal jemand geraten, die einzubauen, dann hat auch das mit den vielen Interrups aufgehört, seitdem erhalte ich nur einen mehr, wenn überhaupt...
Den FG hab ich noch, aber am Schwingkreis Schraube ich sowieso ständig herum, schaue immer wieder, ob das Signal ein bisschen größer wird.

Mfg Thegon