Abgrundsensor im Selbstbau

[Spessi]

Hallo RN,
Für meinen Roboter brauch ich eine Abgrunderkennung. Da ich nicht viel Geld für einen der Sharp-Sensoren ausgeben will, die für soetwas simples auch definitiv overload sind, habe ich mir vorgenommen selber etwas zu basteln.

Zur Schaltung:
Ich habe insgesamt drei Infrarot-LEDs, wobei nur eine - die in der Mitte - leuchtet. Sie ist durch Schrumpfschlauch von den zwei anderen, die das reflektierte Licht auffangen und in Strom umwandeln, isoliert.
Durch den Transistor und den Lastwiderstand will ich das ganze in eine brauchbare (0...5V) Spannung umwandeln. Zur Zeit habe ich einen 140kOhm Widerstand, die Spannung ist dann, wenn nichts reflektiert wird, bei ca. 0,2V.
Das Problem ist zur Zeit, dass da einige Sachen passieren, die ich mir nicht erklären kann. Halte ich ein weißes Din A4 Blatt über den Sensor, so *sinkt* die Spannung. Ich hab eigentlich vermutet, dass Weiß die IR-Strahlen reflektieren sollte und somit die Spannung deutlich steigen sollte. Als Gegenprobe habe ich dann ein sauberes, glänzendes Stück Kupferplatine hergenommen, die dann anscheinend die IR-Strahlen reflektierte - ich habe 1,2V gemessen.

Meine Fragen:
Warum wird auf einem weißen DIN A4 Blatt kaum IR-Strahlung reflektiert?
Welchen Widerstandswert würdet ihr empfehlen für den Lastwiderstand herzunehmen (Damit auch der volle Bereich 0...5V ausgeschöpft wird)?
Sonst noch irgendwelche Ideen, ob man den Sensor irgendwie genauer machen kann, damit ich ihn z. B. auch zur Linienerkennung missbrauchen kann?

Ich weiß, simple Fragen, aber irgendwie steh ich auf dem Schlauch


Gruß

[Besserwessi]

Man könnte die Schaltung etwas vereinfachen indem man gleich Fototransistoren nimmt. Die Sollten in etwa das Gleiche an Signal liefern wie die IR dioden und ein externer Transistor. Etwas linearer könnte die Verstärkung durch den Transistor werden, wenn man einen recht hochohmigen (z.B. 1-10 Mhom) Widerstand vom Kollektor zur Basis hat, und die IR Diode oder eine Fotodiode andersherum als in der jetzigen Schaltung. Ganz auf 0-5 V wird man so nicht kommen, aber ein Bereich von etwa 1-5 V sollte möglich sein. Für mehr Genauigkeit könnte man die Differenz messen zwichen den Werten bei IR LED an/aus.

Im IR Bereich können Farben täuschen. Einiges weisses Papier hat relativ viel Floureszierenden Farbstoff drin, der UV Strahlung in bläuliches / gelbes Licht umwandelt, damit das Papier heller wirkt. Das Wirkt bei IR Licht natürlich nicht. Die Platine kann als Spiegel wirken und so mehr Licht auf den Empfänger schicken als es mit einer ideal streuenden Oberfläche möglich ist.

[oberallgeier]

Hi Spessi,


... Für meinen Roboter brauch ich eine Abgrunderkennung ... selber etwas zu basteln ...So ähnlich hatte ich auch gedacht. Für meine leicht autonome Coladose "Dottie" (oder R2D03) hatte ich mir auch selbst Abstandssensoren gebaut. (https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?p=387767#387767) Die Sensoren sind oben an der Dose (https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=388755#388755) befestigt und gucken schräg nach unten - siehe Erklärung hier. (https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?p=363793#363793) Damit kann ich Kollisionen vermeiden UND Abstürze (https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=390196#390196) in Fallgruben . . . .

Die Abstandssensorik habe ich ausführlich beschrieben. (https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=38009) Vielleicht hilft Dir das weiter?

[Spessi]

- der sollte hier nicht rein, war wohl ausversehen ein doppelpost, sorry -

[Spessi]

Danke für die Antworten.

Hab das ganze eben nochmal ausprobiert und mich gewundert, warum auf einmal alles passt. Wenn nichts drüber ist, dann messe ich auf einmal 0,002V. Wenn ich ein weißes Papierblatt drüberhalte steigt es auf 0,2V. Bei der Kupferplatine steigt es auf 0,9V. Genauso sollte es sich verhalten!

Meine Erklärung: wenn ich meine Halogenlampe angeschaltet habe, messe ich im "Ruhezustand" schon 0,4V. Wenn ich dann ein Blatt darüber halte wird ja automatisch das Licht von der Lampe verdeckt -> die Spannung sinkt auf 0,2V, wie im Test ohne die Lampe.


Ich denke das Problem sollte sich dann, wenn ich das Modul am Microcontroller verwende, mit dem Vorschlag von Besserwessi beheben lassen (LED an, messen, LED aus, messen, Ergebnis 2 von Ergebnis 1 abziehen [ggf. 3x messen lassen und dann Mittelwert erzeugen]).


oberallgeier, auch danke für deine Antwort, werde mich da auch nochmal durchlesen ;)


Besserwessi, "und die IR Diode oder eine Fotodiode andersherum als in der jetzigen Schaltung.", ich versteh nicht was du damit meinst?
Ja, das mit dem Widerstand ist mir klar, da da wenig Strom fließt, der ja in Spannung umgewandelt werden muss. Wegen U = R*I kriegt man eben eine höhere Spannung, wenn der Widerstand höher ist - aber ich komm beim besten Willen nicht darauf, was der *ideale* Wert wäre. Zur Zeit habe ich 140kOhm, da ich keinen größeren hier habe. Meinst du mit 1MOhm würde ich besser fahren?



Im Anhang nochmal das fertige Modul ;)

Gruß

[Besserwessi]

Die Schaltung war ähnlich gemeint wie hier:
https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Fotodiode
Nur halt mit deutlich größeren Widerständen (z.B. 4,7 M, 220 K). Die jetzige Schaltung ist aber auch nicht schlecht, wenn auch ungewöhnlich.

Wenn mit dem weissen Papier ein Spannung von etwa 1 V rauskommt, dann ist das doch schon gar nicht schlecht. Da wäre dann ein etwa 2 mal so großer Widerstand ausreichend für rund 2 V, was gut zum AD Wandler im 2,5 V Bereich (internen Ref.) paßt.

[Spessi]

Hmm, hab da jetzt mal 2x 140kOhm (also in Reihe) eingelötet. Hätte eigetnlich erwartet, dass das doppelte an Spannung rauskommt. Aber das Ergebnis bleibt das gleiche.

Hier mal bissl Rechnerei:
Gehen wir davon aus, dass die LED 123µA liefert (hab ich mir mal so ungefähr ausgerechnet)... dann wäre die Spannung bei 140kOhm ungefähr 0,17V. Bei 280kOhm wäre ich dann ungefähr auf 0,34V. Bei 1mOhm wäre ich dann ungefähr auf 1,23V ;) Naja, heißt also dass ich demnächst doch nochmal bei Reichelt bestellen muss, wegen ein paar einfachen 1206 SMD Widerständen :-S Ob die wohl auch in Couverts verschicken...?! ;D

[Besserwessi]

die 140 kOhm sind schon reichlich hoch für den ADC-Eingang beim AVR. Da solle man mehr als eine Messung machen, denn es dauert etwas länger bis der Sampling Kondensator voll ist. Auch ein zusätzlicher Kondensator von 10-100nF an ADC Eingang könnte helfen das Signal etwas zu puffern.