Miniroboter KUBUS

[oberallgeier]

Hi Felix,

... Der Roboter soll per IR Abstände messen können ... SMD ...

Mit einer IR-LED, die gibts auch in SMD, und einem IR-Empfänger für modulierte Signale habe ich recht platzsparende Entfernungs-/Abstandsmessungen aufgebaut. Hier - und mit der SMD-LED hier auf der Kofferraumhaube und über den vorderen Radkästen.

[tanis]

Hmm, ich habe die Threads von oberallgeier nur kurz überflogen und scheinbar gibt es ja doch eine einfache Methode um die Entfernung zum Objekt zu messen, aber wirklich verstehen kann ich das (noch) nicht. Die IR-Empfänger reagieren auf ein eingehendes Signal mit einer bestimmten Frequenz und einer ausreichenden Stärke. Ich kann zwar das Signal, das ich sende in der Stärke anpassen, aber da wir ja nur die Reflektionen auswerten können, kommt es auch auf die 'Farbe' des Hindernisses an, wann der IR-Empfänger reagiert. Eine wirkliche Messung der Entfernung ist so mMn nicht möglich.
Bei meinen Versuchen vor ein paar Jahren hat mein Roboter meine mattschwarzen Lautsprecherboxen erst in 3-5cm Abstand erkannt, aber eine weiße Rauhfaserwand wurde bereits in 20-25cm Abstand erkannt. (Wohlgemerkt bei gleicher Sendeleistung der IR-LED). Es spielete auch eine Rolle, wie viel Tageslicht da war. Bei sehr hellem Sonnenlicht versagte die Hinderniserkennung teilweise ganz.

Leider finde ich die alten Dateien nicht wieder, die sind wohl einem Plattencrash zum Opfer gefallen, aber ich kann ja mal einen Versuchsaufbau für eine neue Schaltung machen. Als IR-Empfänger werde ich einen GP1US30XP von Sharp nehmen, als Sender eine SMD-IR Diode aus der Bastelkiste (Bezeichnung habe ich nicht mehr).... mal sehen, was dabei raus kommt

Gruß

--- Lars ---

[oberallgeier]

Hi Lars,

... scheinbar ... einfache Methode ... Entfernung ... zu messen ... kommt es auch auf die 'Farbe' des Hindernisses an ...

Genau so ist es. Es kommt auf die Farbe des Hindernisses im IR-Bereich an, sprich auf die Albedo bei der (Haupt-) Wellenlänge der IR-LED. Da können zwei ähnlich weiße Wände sich völlig unterschiedlich verhalten. Es ist dies also NICHT das Verfahren, das in den Sharp-Sensoren z.B. GP2Dxx realisiert ist!

Kurz das Verfahren: der IR-Sender blitzt mit 36 kHz. Der Empfänger erkennt eine Reflexion nach etwa 6 Pulsen (in einem Burst), oder er erkennt das nicht. WENN er etwas erkennt, geht der SIG-OUT des Empfängers von high auf low - woran wiederum der Controller erkennt, dass der Empfänger etwas erkannt hat. Der Trick (erfunden von Forumkollegen Sternthaler: CIRpen) geht nun so, dass der duty cycle des IR-Senders (liegt als Datenblatt-Empfehlung natürlich bei 50%) so lange geändert wird, bis der Empfänger >>>gerade noch etwas erkennt<<< sprich: Signaldauer des Senders geht z.B. von oben nach unten. Wenn nix mehr erkannt wird, wird der letzte Gerade-noch-Wert mein "Entfernungswert". Wird bei maximalem duty cycle = 50% nix erkannt - dann gilt: Entfernung ist unendlich.

Trotz all der Einschränkungen wegen unterschiedlich gefärbter Hindernisse funktioniert das noch einigermassen brauchbar. Was ja meine dosierten Autonomen - ähhhhhh - autonomisierten Dosen zeigen. Der Sharp auf Dottie ist nur als Kontrolleur da, der die Funktion der Reflexionssensoren überwacht. Beim WALL R gibts den Sharp nicht mehr (wie sähe denn so ein Kindersarg auf dem Mini-Z4 aus - baahhh) - da läuft die ganze Kollisionserkennung mit der Reflexionssensorik - und die Entfernungsschätzung gibt dem controller sogar unter rund 1,2 bis 1,0 m Abstand sicher genug Bescheid, dass das Wägelchen "vom Gas genommen" werden muss. Der seitlich rechte Abstand wird langsam minimiert entsprechend der Rechtsfahr-Verordnung *ggg*.

... IR-Empfänger GP1US30XP von Sharp ... als Sender eine SMD-IR Diode ...

Mein Empfänger ist der SFH5110-36 und die Diode eine SFH415 (als 5 mm - Teil) bzw. eine SFH4600 als SMD-Lösung beim WALL R.

[tanis]

OK, das habe ich jetzt halbwegs verstanden. Ich kenne mich mit dem/den Verhalten von verschiedenen IR-Sensoren/Empfängern eigentlich recht gut aus (Ich habe schon eine IR-FB Programmiert und musste mich ein wenig mit der Technik auseinander setzen).
Um den Dutycycle weit genug herabsetzten zu können braucht es aber sicherlich sehr schnelle IR-LED's oder? Ich weis nicht welche IR-LEDS (SMD) ich seinerzeit gekauft habe, aber ich meine die waren für ein 455KHz Projekt und sollten dann auch schnell genug sein. Ich Probiere das auf jeden Fall mal aus, das hört sich sehr interessant an.

Viele Grüße

--- Lars ---

PS: Der Sharp GP1US30XP ist ein SMD Empfänger (4x4x1mm), also kein Kindersarg

[oberallgeier]

Hi Lars,

... Der Sharp GP1US30XP ist ein SMD Empfänger (4x4x1mm) ...

Uuuups - ich meinte als Kindersarg den Sharp GP2D120 - der hat so ungefähr 13 x 30 x 14 mm³ ohne Stecker. Der Photodetektor SFH5110, den ich in "meinen" Abstandsmessungen verwende, hat 6x6x5 mm³ und ist bedrahtet. Er hat neben der Decodierung des Modulatorsignals eine AGC eingebaut - hat das der ~30XP auch? Aus dem Datenblatt für den ~30XP kann ich Nicht-Elektroniker das nicht rauslesen. Natürlich nennt das Datenblatt des ~30XP einen konstanten Duty Cycle - das tut der 5110 auch *ggg* - da müsste man sicher experimentieren, wie der sich beim Chirpen verhält. Übrigens läuft der 5110-36 mit 36 kHz, Dein ~30XP mit 40 - aber das ist ja ein zur Systematik unwichtiges Detail.

Woher beziehst Du den 30xp (ich will meine hardware nicht immer wieder an (m)ein US-Büro senden lassen! aber so kommt das Zeugs meist in wöchentlichem Rhythmus nach EU) und was kostet der?

[tanis]

Hi oberallgeider (oder soll ich besser Joe sagen?),

der 30XP sollte ein Automatic Gain Control haben, falls Du das mit AGC meinst. Beim duty cycle ist er ziemlich variabel. Ich habe diverse Puls-Pausenverhältnisse ausprobiert und bei ~ 40/60 war die Reichweite am höchsten.

Ich kaufe 'spezielle' Bauteile immer bei www.darisusgmbh.de . Die sind super freundlich, liefern schnell und zuverlässige (bis jetzt) und besorgen auf Anfrage auch exotische Bauteile. Die Preise sind zwar oft nicht so gut wie bei manchen Discountern, aber ich zahle gerne ein paar cent mehr und habe dafür einen sehr guten Service.
Der XP30 kostete ~2€/Stück, aber da es schon was länger her ist, das ich die bestellt habe, sollte man noch mal nachsehen.

So, jetzt will ich den Thread von Felix aber nicht weiter 'missbrauchen' . Ich habe mein altes Cybot-Chassis rausgekramt und werde damit mal wieder ein paar 'Roboterversuche' starten .... dann mache ich einen eigenen Thread dazu auf...

Viele Grüße

--- Lars ---

[RCXv.sASURO]

Hallo ihr Beiden!

Ich bin mir nicht so ganz sicher, ob ich das alles richtig verstanden habe.
Das "cirpen" ist im Prinzip doch nichts anderes als PWM, um die Sendeleistung des Senders, also der IR-LED anpassen zu können, oder?

Die von oberallgeier erwähnte AGC normalisiert den Ausgangspegel der Empfängers, soweit ich das verstanden habe. Wie wichtig ist diese Normalisierung denn?

Ich habe mal noch ein grundsätzliche Frage zum IR:
Woran kann ich erkennen, ob eine Sendediode mit einem Empfänger zusammenpasst?
Bei den Empfängern ist ja immer die Trägerfrequenz angegeben, z.B. 36KHz. Dieses Trägersignal wird aber ja vom uC erzeugt, die Sende-LED hat damit also eigentlich nichts zu tun. Kann man also jede beliebige IR-LED mit jedem Empfänger verwenden, solange das vom uC erzeugte Trägersignal zum Empfänger passt?

Eine Bezugsquelle für die beiden Teile würde mich übrigens auch sehr interessieren.

Ich bin momentan dabei, den Roboter nochmal komplett neu in SMD in Eagle zu zeichnen. Sobald das ganze vorzeigbar ist, stelle ich es wieder hier rein.

Schöne Grüße
Felix

[oberallgeier]

Lars - vielen Dank für den Lieferantennachweis.

... Das "cirpen" ist im Prinzip doch nichts anderes als PWM, um die Sendeleistung des Senders, also der IR-LED anpassen zu können, oder ...

IM PRINZIP - ja. Lies Dir doch vielleicht diesen Beitrag von sternthaler durch, da steht auch ein Beispieldiagramm und der Code. Ein kleines Beispiel über den unterschiedlichen Signalverlauf beim Cirpen gibts hier - allerdings stellt das nicht den Licht- sondern den elektrischen Strom dar; kommt aber ziemlich aufs Gleiche raus. Sehr gut ist dort im Bild zu sehen die Anstiegszeit des LEDStromes - der sicher mit der Lichtleistung ziemlich konform geht. Ein paar Beiträge weiter im selben Thread ist meine Schaltung in der ich drei Sensoren mit drei Sendedioden habe. Die Sensoren werden der Reihe nach abgefragt. So kann ich die "Totzeit" nutzen, die ein Sensor bis zu seinem Ansprechen benötigt. Der reagiert nämlich erst nach vier bis sechs Pulsen des 36 kHz-Signals mit einem Low am Signalausgang.

... AGC normalisiert den Ausgangspegel der Empfängers ... Wie wichtig ist diese Normalisierung denn ...

Das sind die Fragen die ich hasse (weil ich davon nix verstehe). Soweit ich es begriffen habe, geht es dabei u.a. um die Anpassung an die Umgebungshelligkeit.

... Woran kann ich erkennen, ob eine Sendediode mit einem Empfänger zusammenpasst? ...

Na ja, primär sollten sie auf der gleichen Wellenlänge liegen - das kennen wir ja von recht menschlicher Seite schon her. Sprich: Wenn die Empfindlichkeit des Empfängers, bezogen auf die Wellenlänge, weit ab von der Wellenlänge des Lichtes der Sendediode liegt - dann "verstehen" sich die beiden kaum oder nicht. Beide Daten sind in den jeweiligen Datenblättern genannt. IR-Sensoren haben nicht selten 950 nm.

... Bei den Empfängern ist ja immer die Trägerfrequenz angegeben, z.B. 36KHz. Dieses Trägersignal wird aber ja vom uC erzeugt, die Sende-LED hat damit also eigentlich nichts zu tun. Kann man also jede beliebige IR-LED mit jedem Empfänger verwenden, solange das vom uC erzeugte Trägersignal zum Empfänger passt ...

Diese Modulation ist etwas anderes als die typische Wellenlänge von Sensor oder Empfänger, klar? Die Modulation - z.B. 36 kHz - ist eher dazu da, um Störungen durch Fremdlicht auszublenden. Der Sensor "hört" nur auf entsprechend modulierte Signale, da kann man eben ruhig mal ein geblitztes Foto machen oder so ohne die Unterhaltung der IR-Strecke zu stören. Man kann also jede beliebige Sendediode nehmen, wenn die a) ein spektrales Maxiumum bei der höchsten spektralen Empfindlichkeit des Sensors hat - und wenn die schnell genug schaltet. Das Letzter tun ja fast alle.

... Eine Bezugsquelle für die beiden Teile würde mich übrigens auch sehr interessieren ...

Die Osramteile SFH5110-36, SFH 415 gibts bei R, die SMD - SFH4600 - - da müsste ich tief in meine Unterlagen runtersteigen. Zur 4600 steht aber im Osram-Datenblatt 2008-01-14 schon drin: "... Nicht für Neuentwicklungen ...".

[RCXv.sASURO]

Hallo Oberallgeier,
danke für deine schnelle und sehr umfassende Antwort!
Das mit CIRpen habe ich noch nicht so ganz verstanden, aber der Nutzen davon ist mir jetzt klar und bis ich den Code dazu schreiben muss, hab ich noch genug Zeit.
Worauf ich bei der Wahl der Einzelteile achten weiß ich jetzt auch. Danke!

Jetzt geht es nur noch darum, eine Bezugsquelle für Empfänger in SMD zu finden. Eventuell weiß Lars da ja mehr.
Kann uns vieleicht noch irgendjemand erklären, für was genau der/die/das AGC gut ist?

Es tut mir wirklich leid, wenn ich euch mit manchen Fragen auf die Nerven gehe, aber ich kenne mich in dem Bereich einfach noch viel zu wenig aus.

Schöne Grüße
Felix

[tanis]

Hallo Felix,

eine Bezugsquelle für den SMD IR-Empfänger habe ich schon geschrieben: www.darisusgmbh.de
Die haben sicherlich auch eine passende IR-LED in SMD.

AGC = Automatic Gain Control, also automatische Kontrolle der Verstärkung. Wie oberallgeier schon geschrieben hat, sorgt AGC dafür, das der IR-Empfänger die Empfindlichkeit (besser den Verstärkungsfaktor) des Empfängers dem Umgebungslicht anpasst. Je heller die Umgebung, um so kleiner wird die Verstärkung eingestellt. So wird der Empfänger nicht so doll vom Umbegungslicht 'geblendet' (was natürlich auch eine Verminderung der 'Reichweite' nach sich zieht.)

Viele Grüße

--- Lars ---

PS: Fragen nerven mich sehr selten, denn meisst lerne ich beim Antworten selbst immer noch dazu ...