Ultraschallsensor + Propeller = Problem?

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Hallo,

habe mich ja schon lange nicht mehr hier im Forum blicken lassen... aber gut:

Es geht (mal wieder) darum, ein Fliegzeug autonom landen zu lassen und/oder das Baroaltimeter zu stützen und Kollisionsvermeidung zu betreiben.

Das Fluggerät ist ein 4-rotoriger Schwebedings. Nachdem sich weder ein vernünftiger Radarsensor (zu schwer, nur Doppler =>Geschwindigkeit...) noch ein brauchbarer Lasersensor (zu teuer, zu schwer, nur Spot-Messung) zur Entfernungsmessung haben finden lassen sind wir auf Ultraschall gekommen.

Allerdings habe ich mir sagen lassen, dass Versuche ein SRF08 an das Fluggerät zu hängen nicht so erfolgreich waren. Entweder
- haben die Motoren oder die Rotoren so ein Gepfeife veranstaltet, dass der Sensor nichts brauchbares gemessen hat oder
- wird der Sensor massiv durch die Luftverwirbelung irritiert.
Was es wirklich war ist unbekannt, die Versuche wurden nicht weitergeführt, nachdem der Sensor nicht so erfolgreich war...

Leider habe ich bei Google keine Erfolgsberichte gefunden.

Meine Frage(n) wäre:
1.) hat da einer von euch Erfahrung was das Propeller-Problem angeht?
2.) Weiß einer von euch ob / welche Modulation die SRFxx Sensoren einsetzen? Ich habe leider keine Daten dazu gefunden, im Datenblatt steht nur, dass Pulse gesendet werden...
3.) Nur so: Kennt zufällig einer von euch einen besser geeigneten Sensor...

Besten Dank im Vorraus!

[reneheli]

Schau mal hier:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=28860

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Ja das hab ich auch gelesen - da steht aber auch nix, was ich nicht schon irgendwie wusste... Ausser das Luftverwirbelungen vielleicht ein Problem darstellen...

So wie es aussieht komm ich nicht drumherum selber zu experimentieren.

Bei den SRFxx Sensoren werden die Ping-Signale nicht besonders moduliert? In den Datenblättern steht leider nichts dazu.

[Vitis]

also bei nem Luftfahrzeug Luftschwingungen (Schall) zu verwenden
geht nach meiner Vorstellungskraft nicht so ganz gut.
Luftverwirbelungen, lange Laufzeiten und Dopplereffekt ...
kann ich mir nicht so recht vorstellen ... lass mich aber gern eines
Besseren belehren.
Infrarot währ evtl. noch ne Idee. bei planen Flächen könnt ich mir da
schon vorstellen.

[reneheli]

wie bei den manntragenden Fliegern auch:
In der "Höhe" barometrisch, im Landeanflug dann eben statt Radar Infrarot.

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Naj, das Problem ist, dass IR-Sensoren keine großen Entfernungen messen können - die SHARP-Sensoren kommen keine 2m weit.

Laser-Entfernungsmeßgeräte sind teuer, u.u. schwer und messen nur spotweise

[reneheli]

Ich sehe noch mehr Schwierigkeiten für das autonome Landen:
Manntragend landet man auf dem ILS, also einem bodenseitige Kurs- und Gleitwegsender.
GPS könnte hier eine Möglichkeit werden, sobald in Europa das EGNOS-System in Echtbetrieb geht. Bis dahin befürchte ich, dass die Positionsbestimmungen des GPS zu ungenau sind, um den Flieger auf der verlängerten Centerline zur Landebahnschwelle zu führen (mal 10 meter rechts, mal 10 meter links vorbei ?).

Die Höhenangaben des GPS kann man derzeit auch noch in die Tonne treten (sind halt wesentlich ungenauer als die Positionsangaben).

Also würde ich doch auf jeden Fall einen barometrischen Sensor nehmen - die soll es ja mit 9cm Auflösung geben, und erst die letzten 2 Meter über der Bahn das Abfangen mit einem Infrarotsensor machen.

Autonom: Soll auch noch Leistung, Klappen usw. gesetzt werden ? Dann bräuchtes Du noch einen Fahrtsensor (Pitotrohr), um die Geschwindigkeit in der Luft bestimmen zu können (Landung bei gegenwind, Seitnwind etc.)

Wird ganz schön komplex....

Gruß Rene

[uwegw]

Mal ne andere Idee: wie wäre es mit nem VASI auf Infrarotbasis, das die Einhaltung des Gleitpfades per Funk zum Piloten meldet?

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Es tut mir leid, aber mir geht es lediglich um Methoden zur Stützung der Höhenschätzung und optional ein bisschen Kollisionsvermeidung. Eine VASI macht bei einem Helikopterartigen UAV auch gar keinen Sinn, abgesehen davon muss diese am Landeort aufgestellt sein - und evtl soll das UAV ja auf "unbekanntem" Terrain landen können.

Also eben Entfernungs-Sensoren.

Ich werde mal ein paar Experimente mit US-Sensoren machen.
Die 40kHz müsste ich mit einem ATmega8 ja erzeugen können, ein Quarz für präzisen Takt wäre toll :-)
US-Sender dürfen so bis zu ca. 20 Vrms angesteuert werden, also bräuchte ich einen OP um da sinnvolle "Lautstärke" zu erzeugen. Dasselbe gilt natürlich auch für den Empfänger.

Da fällt mir ein: Kann mir einer von euch sagen wie schnell der AD-Wandler eines ATmega ist?

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Hm: Im Datenblatt steht was von 13 - 260 µs "Conversion Time"

bei 40kHz brauche ich eine Abtastfrequenz von mehr als 80kHz -> weniger als 12µs.

Schade, das ist eindeutig zu lahm.

Hm: Desweiteren steht im Datenblatt:
Bits 2:0 – ADPS2:0: ADC Prescaler Select Bits
Division Factor 2 ... 128

Also die Frequenz des "Systemtakts" durch 2

Ein Wandlungsvorgang braucht 13 Taktzyklen.

für einen Systemtakt von 8MHz ergäben sich dann ca. 300kHz Abtastrate... komisch.
Was mach ich da falsch?

[Markus4004]

Die Conversion Time bezieht sich auf die vollen 10Bit Auflösung. Wenn Du mit weniger zufrieden bist, kannst Du auch schneller arbeiten. Das steht auch im Datenblatt, aber ganz woanders, ich glaub bei Electrical Characteristics (habe es gerade nicht zur Hand).

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Stimmt:
If a lower resolution than 10
bits is needed, the input clock frequency to the ADC can be higher than 200 kHz to get a higher sample rate.

Es steht allerdings nirgends etwas davon, wie man zwischen 10bit - 8bit umschaltet - oder macht man das gar nicht, sondern wertet halt die letzten beiden Bits nicht mehr aus?

SO wie ich das jedenfalls verstehe beträgt der Quantisierungsfehler für 100kHz ADC-Takt 1,75 LSB und für 1MHz 3 LSB

Höhere ADC-Taktfrequenzen scheinen nicht erlaubt zu sein? 1Mhz ADC-Takt entspräche dann (bei 13 Zyklen / Sample) den angegebenen 13 µs und 50kHz ADC-Takt den angegebenen 260µs

Was passiert aber z.B. bei einem ADC-Takt von 2MHz ? Im Datenblatt steht jedenfalls nix dazu. Zu vermuten ist wohl, dass der Quantisierungsfehler auf 6 LSB oder mehr ansteigt...

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So... nächste Frage, auch wenn das obige (noch) nicht geklärt ist :-)

Zu Testzwecken würde ich gerne verschiedene Ultraschall-Signale erzeugen.
Ich würde z.B. gerne Testen ob, und ja inwieweit sich etwas auf den "Ping" aufmodulieren lässt. Das würde die Störfestigkeit gewaltig erhöhen. Nur bin ich mir nicht sicher wie hoch die Bandbreite von Ultraschall-Kapseln ist.

Ausserdem würde ich gerne die verschiedenen Störungen am UAV (durch Wind, Störgeräusche etc.) vermessen.

Dazu brauche ich also einen Sende-Verstärker und einen Empfangs-Verstärker. So wie ich gesehen habe, kann so ein US-Wandler bis zu 20 Vrms ab.
Ursprünglich dachte ich, ich nehme dafür einfach Operationsverstärker - diese haben wenigstens schön lineare Kennlinien. Meint ihr das geht?

Dann gibt es mehrere Threads zu dem Thema. SO wirklich schlau bin ich aber nicht daraus geworden...
https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=28605&postdays=0&postorder=asc&highlight=laser+entfernung&start=0
Beschreibt Probleme mit Opamps, Lösung: Transistorrschaltung

https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=22432&highlight=laser+entfernung
US-Schaltung mit ATtiny

https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Ultraschall_Interface
Schema eines US-Wandlers.

Achso: Wegen der beschränkten Abtastrate des µC: Könnte man nicht - so wie in der Funktechnik - das Signal ins Basisband "Abmischen" ? Ich mach mal nen Plan...