Ribbon Controller die Zweite (Laser-Version)

[Bääääär]

Hallo.

Ich war, wie in diesem (https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=36789) Thread beschrieben, auf der Suche nach einem RibbonController. Da die
Variante des Touchpads wohl gescheitert ist, trotz vieler weiterer, nicht geposteter Versuche, werde ich nun versuchen das ganze auf optischer Basis zu bauen. Dazu dachte ich an blaue Laser oder blaue LED'S mit extrem geringem abstrahlwinkel.

Grundsätzlich soll der Sensor die Position meines Finges in einem bestimmten Sensorbereich erfassen. Triangulationssensoren kommen nicht in Frage, da man bei diesen einen Mindestabstand von etwa 10cm halten muss, den ich in meiner Applikation nicht habe. Wie in der Skizze ersichtlich, soll es zwei lichtempfindliche Sensoren geben, aus deren Messwert im Controller ein Mittelwert gebildet wird. Somit schließe ich Ungenauigkeiten aufgrund unterschiedlicher Lichtreflektionsstärken des Fingers aus.

Um die Störanfälligkeit der Sensoren zu minimieren möchte ich sie in einem Bohrloch anbringen, wie in der zweiten Skizze sichtbar. Das wird aber vermutlich noch nicht reichen.

Die Led's/Laser müssen blau sein, da der Rest an beleuchteten Elementen der Applikation auch blau ist. Es handelt sich um einen MIDI Controller und der soll auch auf der Bühne eingesetzt werden. Ein einheitlicher Stil muss hier eben einfach sein. Notfalls muss ich rote LCD'S kaufen, was ich aber gerne vermeiden will.

Meine Fragen:

Ist meine Idee überhaupt umzusetzen, wie könnte man das sonst noch umsetzen?

Hat jemand eine Ahnung, wo man billige blaue Laser (nichts hochgenaues, soll nur einen blauen Lichtpunkt erzeugen) oder blaue LED's mit extrem niedrigen abstrahlwinkel herbekommt?

Welche Optischen Sensoren kann ich nutzen? Die Beiden dürfen nicht den Lichtpukt des anderen Sensors erfassen, deshalb wollte ich, falls bezahlbar, Laser verwenden.

Anderes Licht darf meine Sensoren sowenig wie möglich stören, deshalb wäre evtl. zusätzlich das Nutzen einer Linse notwendig? Gibt es andere Möglichkeiten?


Vielen Dank für Eure Ideen und Hilfen,
Bääääär

[Bääääär]

Achso: Ich habe hier Fototransistoren gefunden:

http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=1;INDEX=0;FILENAME=A500%252FB PW42%2523IMP.pdf;

Allerdings kann ich mit dem Datenblatt nichts anfangen. Wie genau muss ich die anschließen?
Beim Asuro sind die Fototransistoren mit dem Emitter an 5V, am Kollektor hängt der ADC und ein 20kOhm'er gegen Masse. Kann ich das hier auch so machen? (sorry, ich hab keine Ahnung, wie ich mir das berechnen kann).

Danke,
Bääääär

[Besserwessi]

Ganz habe ich das nicht verstanden, aber zu denblauen LEDs/Laser gibt es eine gute Alternative:
Man kann IR LEDs nehmen, die sind unsichtbar und gibt es sehr eng gebündelt. Zur Unterdrückung von Fremdlich kann man die LEDs modulieren und damit auch Verhindern dass sich die gegnüberliegenden LEDs stören.

Den Phototrnasitor kann man wie beschrieben anschließen. Alternativ mommt der Kollektor an + und der Emitter über einen Widerstand an GND. Gemessen wird dann die Spannung am Widerstand.

[Felix G]

Wie wärs denn mit so einer Konstruktion:

http://www.mad-clan.de/1D_Touch-Sensor.png


In den Plexiglasstreifen wird an einer Seite IR-Licht eingeleitet, schräg darunter befindet sich eine simple Kamera aus einer CCD- oder Fotodiodenzeile und einer einfachen Linse als Objektiv.

Berührt man nun die Oberseite der Scheibe mit dem Finger, so wird das IR-Licht an dieser Stelle gestreut, und kann von der "Kamera" erfasst werden.


Um unempfindlich gegenüber anderen Lichtquellen zu sein, sollte man natürlich immer zwei Aufnahmen machen, nämlich eine mit und eine ohne Beleuchtung, und nur die Differenz aus beiden Aufnahmen auswerten.



Also falls du genug Platz für eine derartige Konstruktion hast, wäre das eine relativ einfache Lösung für dein Problem.

[Bääääär]

Hallo.

@Felix G: Danke für die Idee. Allerdings habe ich den Platz dazu leider nicht. Ich werde versuchen, bei den Led's/ Lasern zu bleiben.

@Besserwessi: IR wäre zwar eine Idee, aber es hat schließlich auch einen Showeffekt, wenn das schön leuchtet ^^.

Wie macht man das mit der Modulation? das geht doch mit einer normalen LED auch. Ich könnte natürlich die LED nur dann leuchten lassen, wenn ich auch Messen will. Das ist zwar nicht direkt eine Modulation, aber es dürfte auch reichen. Dann messe ich immer abwechselnd. Erst den einen Sensor, dann den anderen.

Die Empfänger kann ich, wie oben beschrieben in einer Vertiefung von vielleicht 1 cm anbringen. Das Gehäuse wird Holz sein, von daher wird das nicht allzuschwer. Damit dürfte der "Sichtradius" so eingeschränkt sein, dass zwangsläufig nur mein Finger wahrgenommen wird. (siehe dazu auch meine 2. Skizze)

Vielleicht kannst du mir die Modulation nochmal genau erklären, denn es wäre schon super, wenn ich mir die Vertiefungen und dann immernoch vorhandenen ungenauigkeiten wegens anderem Licht sparen kann.

Danke schonmal,
Bääääär

[Steinigtmich]

Die Plexiglasplattengeschichte werde ich auch irgendwann mal probieren, aber als Selbstbau-Touchscreen.

Nur, wie ists mit der Störsicherheit von diesen optischen Geschichten?
Grade auf der Bühne gibts ja sowohl von Schall als auch von schwieriger, wechselhafter Beleuchtung, reichlich.
Deshalb sollte man sich, um Störungen überhaupt auszuschliessen, auf Messverfahren konzentrieren die mit den vorhandenen potentiellen Störquellen nix zu tun haben.
Namentlich resistiv, kapazitiv oder induktiv.
Grade wenns für Auftritte ist, sollte man den Worst Case nicht ausser acht lassen. Es ist ja doof, wenn der Ribbon Controller versagt oder völlig falsche Messwerte liefert, nur weil einem grade ein Scheinwerfer auf die Geräte leuchtet und die Messung durcheinander bringt.

[Bääääär]

Richtig. Aber mit der Modulation könnte man das ja umgehen. Das mit Resistiv hätte ich ja gerne gehabt, nur gibt es keine touchpads in den Formaten, wie ich sie brauche. Und zuschneiden, naja, siehe den oben angegebenen Beitrag.

Wie gesagt, wenn ich das mit der Modulation hinbekomme (wo ich aber Null Ahnung hab, wie das geht) dann ist das vermutlich kein Problem mehr. Nur auf 60Herz sollte ich das nicht Modulieren ^^ (wo wir grade von Bühnenbeleuchtung sprachen)

Ich hoffe jetzt mal auf eine kurze Erklärung zu dieser Modulation.

Bääääär

[Besserwessi]

Die Modulation sollte mit Frequenzen von etwa 1-50 kHz sein, die lassen sich gut verarbeiten. Möglich wäre ein NE567, wie er gelegentlich in Lichtschranken verwendet wird. Im IR Bereich gibt es fertige ICs. wie IS471 oder TSOP1736 und einige mehr.

[Bääääär]

Reicht es nicht eigentlich aus, wenn ich unmittelbar vor einer Messung die LED ausschalte, den Wert Messe, die LED dann anschalte und dann erneut messe? Dann kann ich das Umgebungslicht einfach "wegsubtrahieren". Da erspare ich mir viel Stress. Und so schnell verändert sich das umgebungslicht ja auch nicht, dass es zwischen ein paar Prozessortakten zu veränderungen kommt. Dazu sind die ampen rundherum viel zu träge.

Bääääär

[Besserwessi]

Das Subtrahieren der Werte ist die vereinfachte Version der Modulation. Je nach größe der Störungen solle man mehrmals ein/Ausschalten und addieren/subtrahieren. Die Kopplung des Signals zum AD Wandler solle den DC Anteil und niedrige Frequenzen nicht mehr durchlassen.
Die externe Modulation und demodulation erlaubt noch etwas mehr Störungen im Vergleich zum Nutzsignal. Die Lösung mit dem Abziehen ist aber auch schon nicht schlecht.

[Bääääär]

Gut, du bist schuld, dass ich jetzt wieder 110€ ärmer bin... =( Habe eben die Bestellung abgesendet und werde in den nächsten Tagen von meinen Fortschritten berichten (hoffentlich von Erfolgen...).

Ich nehme jetzt doch LED's, blaue Laser sind unbezahlbar und die Leds reichen bei meiner Methode eh aus.

Bis in drei Tagen, dann werde ich erste Versuche machen.

Bääääär

[Bääääär]

Uiuiui.

Ich habe meine Teile heute bekommen und gleich eingebaut. Die Software war schon fertig.

Allerdings ist die Spannung der Fototransistoren am ADC wahnsinnig klein. Bei 5V Referenz bekomme ich Werte wie 2 maximal. Und das bei voller Einstrahlung einer Lampe. Also habe ich den Widerstand gegen Masse von 22kOhm auf 1MOhm geändert. Naja, jetzt bekomme ich Werte von 11 Maximal. Und dabei sind 1024 möglich. Ich muss mir also noch eine bessere Variante des Anschlusses überlegen. Grundsätzlich funktioniert alles andere aber schon. Linearität und Genauigkeit kann ich freilich bei der Auflösung noch nicht testen. Vielleicht könnt ihr mir helfen, wie ich die BPW42 noch anschließen kann, um den Vollen Messbereich auszuschöpfen - wenn möglich ohne große Transistorstufen =) Um sowas komplett selbst rauszufinden fehlt mir die Erfahrung und die Ideen. Habe leider auch niemanden in meinem Umfeld, der mir da weiterhelfen könnte, sonst würde ich euch nicht mit so billigen Fragen bombardieren. =)

Egal.
Wenn alles geht, poste ich ein paar Bilder.

Bääääär

PS: Kollektor an plus 5V, Emitter an ADC und an 22kOhm gegen Masse liefert Werte zwischen 70 und 130. Aber das schwankt extrem. Es kann auch mal 90 bos 110 sein... Noch nicht so optimal.

[Besserwessi]

Das Datenblatt vom BPW42 ist ziehmlich kurzgefasst. Es könnte sein das der einen IR Filter hat und dann nur auf IR Licht reagiert. Zuminsdest mit blauem Licht kann man nicht ganz viel Strom erwarten, denn da iat das Auge relativ gut und ein Phototransistor eher schlecht. Die Schaltung mit Kollektor an Plus sollte auch die richtige sein. Je nach Umgebungslicht sind die Schwankungen auch normal, denn normale Lampen geben kein gleichmäßiges Licht ab sondern haben fast alle eine 100 Hz Modulation. Etwas größere (2-4 mal) Werte gibt es schon wenn man die interne Referenz wählt. Sonst muß man halt stärkere Sender wählen. Die meisten IR Dioden geben mehr Signal als sichtbare LEDs.

[Felix G]

Ähm, das kommt jetzt vielleicht ein bischen spät...
aber mir ist gerade noch etwas dazu eingefallen :-b

Und zwar das hier: Multi-Touch Sensing through LED Matrix Displays (http://cs.nyu.edu/~jhan/ledtouch/index.html)

Da bräuchtest du nur LEDs (und aufgrund der vielen benötigten IO-Ports vielleicht einen zusätzlichen µC), und dein Touchpad würde auch noch richtig schön leuchten.


Dieses System hatten wir in diesem thread (https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=23649) auch schonmal durchgekaut, sogar mit einem Schaltungsvorschlag meinerseits (der allerdings ungetestet ist, und schon für 64 LEDs einen ganzen Sack voll ICs benötigt)


Falls deine aktuelle Variante also nicht wie erwartet funktioniert, wäre das evtl. eine Alternative.

[Bääääär]

@Besserwessi: Nee. IR-Filter haben die sicher nicht. Das Gehäuse ist glasklar und nirgends steht was von IR. Ich weiß nicht, wie viel Infrarot meine blauen LED's aussenden (wohl eher nicht so viel), aber ich halte das nicht für wahrscheinlich, dass der Anteil, den ich messen kann nur Infrarot ist. Gibt es nicht noch eine andere Möglichkeit die beiden Fototransistoren anzuschließen? Notfalls dann eben mit einer weiteren Transistorstufe. Haupsache, ich bekomme halbwegs gleichbleibende Werte... Bäh, wieso muss es in der Praxis immer so anders sein als in der Theorie...

@Felix G. Ich muss sagen, das beeindruckt schon. Aber ich hänge schon bei dieser relativ simplen Methode, deswegen wird so ein Touchpad, wie es dort beschrieben ist, für mich wohl relativ unlösbar sein. Ich werd' mir die Sache trotzdem mal merken.

Bääääär

[Bääääär]

Ok. Ich hatte die Fototransistoren wie in meiner 2. Skizze montiert, also versenkt in einer Bohrung im Holz. Ich hab sie vorhin mal rausgenommen - warum auch immer - und unter normalem Licht zeigten sie 996 an. Hm. Das heißt wohl, das in den Löchern einfach zu wenig Licht ankam. Also kann ich die Beschaltung so lassen. Wenn ich die Empfänger frei in der Luft baumeln lasse und meinen Finger davor bewege, bekomme ich immerhin Werte von 200-400. Das ist schonmal besser. Aber Neonröhrenlicht ändert wahrscheinlich so schnell seine Helligkeit, dass ich das Umgebungslicht nicht mehr einfach wegsubtrahieren kann. Und dieses Neonröhrenlicht macht extreme Schwankungen... Und damit werde ich überall kämpfen müssen, wenn ich bei einer optischen Lösung bleiben will.

Vielen Dank für Eure Hilfe,
Bääääär

[Besserwessi]

Auch die Störungen von Leuchtstofflampen lassen sich digital rausfiltern, es wird nur etwas langsamer, denn man muß deutlich mehr als 2 mal messen. Zur Not gäbe es dann noch die Hardwarelösung, die wäre schneller als mit dem AD wandler.

Bei nur 2 Anschlüssen gibt es für den Phototransisor eigentlich nur 2 Möglichkeiten: richtig herum (hohe empfindlichkeit) oder falsch herrum (unempfindlich). Mit einer Filterschaltung kann man den Frequenzbereich einschränken. Wenn man eine hohe Frequenz (ca. 1-5 kHz) wählt kann man recht viel von den Störungen von normalen Lampen rausfiltern. Allerdings wird man dazu wohl einen Transistor oder OP als Verstärker brauchen, denn das Signal ist ohnehn schon recht hochohmig für den AD Wandler.