Frage zur Wärmeerkennung (RoboCup Junior Rescue B)

[teamohnename]

Hallo an alle,
wir werden nächstes Jahr mit dem RP6 am RoboCup Junior Rescue B teilnehmen. Unter anderem wird die Aufgabe sein, ,,Opfer", die an der Wand hängen und Wärme abstrahlen (Oberflächentemperatur max. 45°C, >3µm Wellenlänge) zu finden.
Was meint ihr, womit könnte man das am besten realisieren?
Unsere erste Idee war, den TPA81 zu verwenden. Der ist aber ziemlich teuer. Wir müssen vier Seiten überwachen. Die Einzige Möglichkeit wäre also, den Sensor auf ein Servo zu bauen. Das ist aber vermutlich nicht schnell genug, zu aufwendig und ziemlich Fehleranfällig (wegen der mechanischen Belastung).
Die nächste Idee war, die Snake Vision vom Asuro zu ,,missbrauchen". Davon bräuchten wir dann aber auch zwei Stück und wir müssten etwas rumbasteln. Besser wäre es, das dann komplett selbst zu bauen und die Sensoren von der Snake Vision (Heimann 3161 (http://www.reichelt.de/Fotodioden-etc-/TPS-334/index.html?;ACTION=3;LA=444;GROUP=A54;GROUPID=3045 ;ARTICLE=47516;START=0;SORT=artnr;OFFSET=16;SID=12 Tc@c2n8AAAIAACrLDeg15aa19e0ab982ec34dea9db7a31e05e b)) zu verwenden.
Was gibt es sonst noch für Alternativen oder bessere Möglichkeiten? Könnte man auch PIR Sensoren verwenden?
Worauf müssen wir achten, wenn wir das mit dem 3161 machen? Habe ich es richtig verstanden, dass der Sensor einen Analogwert ausgibt, der mit dem Operationsverstärker verstärkt wird und dann mit dem ADC ausgelesen werden kann? Gibt es fertige Schaltpläne? Muss man irgendwelche Widerstände anpassen, damit man den richtigen Temperaturbereich messen kann?
Vielen Dank für Eure Hilfe schon mal im Voraus und
Viele Grüße
teamohnename

EDIT: Ich habe gerade diese PDF Datei ( http://web.archive.org/web/20071013040659/http://www.roithner-laser.com/All_Datasheets/Thermopile/TP336x.pdf) gefunden. Was meint ihr, sieht der letzte Schaltplan brauchbar aus? Welche Werte müssen die Bauteile (Widerstände) haben und welchen OPV können wir verwenden?

[Besserwessi]

Die vorgeschlagenen Sensoren sollten schon gehen. Wobei man beim Heimann 3161 noch eine Optik dazu braucht: wohl entweder ein Hohlspiegel, oder gleich die teurere Version mit Linse. Um das Drehen des Sensors kommt man wohl kaum herum, es sollte aber wohl 1 Sensor ausreichen - zu Not könnte sich auch der ganze Bot drehen.

Die Thermosäule gibt eine eher kleine Spannung aus, die man erst noch verstärken muss. Und dann per AD Wandler messen kann. Je nach nötiger Auflösung muss man ggf. die Verstärkung anpassen - das kann über einen Poti oder auch in Stufen vom µC aus gehen. So kompliziert ist das nicht, und man sollte Pläne irgendwo finden.

PIR Detektoren sind etwas komplizierter, weil sie nur auf Veränderungen reagieren. Da müsste man also noch so etwas wie einen Chopper vor setzen, oder den Sensor ggf. relativ schnell drehen. Auch der Verstärker ist etwas anders.

[teamohnename]

Hallo,
wo bekommt man denn die Heimann 3161 mit Optik bzw. wo kann man sich eine Optik kaufen? Kannst Du da irgendwas empfehlen?
In der PDF Datei meines ersten Posts scheint es einen brauchbaren Schaltplan zu geben. Weiß(t) jemand (Du) welche Widerstandswerte man braucht und welchen OPV man verwenden kann?
Vielen Dank für Eure Hilfe und
Viele Grüße
teamohnename

[Besserwessi]

So eine Thermosäule mit Optik bekommt man z.B. bei TME. Ist allerdings mit rund 20 EUR nicht so ganz günstig. Eine passende extra Optik ist eher schwer zu bekommen - wenn überhaupt am ehesten als Hohlspiegel. Der Spiegel müsste wohl schon eine Oberflächenspiegel sein, also kein gewöhnlicher mit Alu/Silber hinter Glas, sondern Alu auf Glas. Einen einfachen Hohlspiegel kann man sich ggf. auch selber biegen. Zum Probieren wie gut das geht, tut es da auch erstmal eine IR LED und ein Fototransistor als Empfänger.

Bei den nicht so hohen Temperaturen wird man eine Verstärkung für kleine, fast DC Spannungen brauchen. Das kann man z.B. mit einem guten Operationsverstärker (z.B. OP07, OP177, LT1013, AD8551 oder ähnlich) machen. Wie viel man verstärken muss, hängt auch vom Abstand, der Optik und Größe der Strahler ab - um etwas Probieren und ggf. anpassen vor Ort kommt man da kaum herum.

[teamohnename]

Hallo,
ist diese Optik denn wirklich zwingend notwendig? Oder geht das gar nicht? Wir würde in max. 10cm Entfernung bei den gesuchten Objekten vorbeifahren. Wenn die Reichweite zu groß ist, ist das eventuell auch nicht so gut. Die Oberfläche des Opfers ist min. 25cm² groß. Oberflächentemperatur wie gesagt 45°C.
Danke und
Viele Grüße
teamohnename

[Besserwessi]

Eine Gewisse "Optik" braucht man schon, denn der reine Sensor hat eine sehr großen Erfassungswinkel, von etwa +-35 Grad. Ein genaue Zielen ist damit kaum möglich. Als einfachste "Optik" kann man aber auch einfach Blenden verwenden, also so ähnlich wie bei einer Loch-Kamera. Das sollte auch schon gehen, kostet aber ggf. etwas an Intensität und man müsste mehr Verstärken. Ein Eigenbau-Hohlspiegel ist sicher nicht perfekt, kann aber besser werden als die einfachen Blenden.

Die Schaltung für die Verstärkung könnte man wohl so ähnlich wie die 1. Schaltung im Datenblatt machen, ggf. auch ohne den Teil mit dem NTC für die Gehäusetemperatur. Vermutlich so etwas wie 1000-fache Verstärkung, und dann ggf. noch mal ein Faktor 1 , 10 oder 100 mit einem 2. einfachen OP dahinter.

[teamohnename]

Hallo,
ich habe gerade diesen Sensor gefunden:
http://www.pollin.de/shop/dt/MTg5OTE4OTk-/Bauelemente_Bauteile/Aktive_Bauelemente/Sensoren_Peltier_Elemente/Exergen_Infrarot_Temperatursensor.html
Mit Messbereich 80-120°C ist nur der kalibrierte Bereich gemeint, weniger sollte also auch gehen.
Wie wertet man diesen Sensor aus? Datenblätter gibt es bei Pollin ja anscheinend nicht.
Viele Grüße
teamohnename

[Besserwessi]

Was das Genau für ein Sensor ist, ist wirklich die Frage. 3 kOhm Impedanz würde ein wenig für so etwas wie ein Thermopile also so ähnlich wie die oben diskutierten Sensoren. Sicher ist das aber nicht. Die Frage ist da ein wenig woher der kleine Messbereich kommt ?

So wie es aussieht verhalten sich die Sensoren nach außen ähnlich wie ein Thermoelement Typ K. Außerhalb des Bereichs sollte es auch gehen, aber dann halt nicht mehr als einfacher Ersatz für ein Thermoelelement. Außer das man den Sensor in einem begrenzten Bereich wie ein Thermoelement auswerten kann, hat man da keinen wirklichen Vorteil gegenüber den TPS334 - nur halt das relativ große Gehäuse und Kabel mit dran. Für einen Bot sehe ich da eher einen Nachteil, und das Signal ist auch eher kleiner.

[Tom137]

bei Pollin steht als Typ IRt/c.01-K-240F/120C, habe das mal gegoogelt und das http://www.exergeneurope.com/Manuals/EXHB735.1%20DGE.pdf gefunden.
Auf Seite 13 ist dieser Typ erklärt.

Gruß
Thomas

[teamohnename]

Hallo nochmal,
nochmal zurück zur PDF Datei (http://web.archive.org/web/20071013040659/http://www.roithner-laser.com/All_Datasheets/Thermopile/TP336x.pdf) und den Heimann Sensoren: Gehen wir mal von der vorletzten Schaltung (die ohne dem NTC (der ist übrigens mit eingebaut)) aus. Ich habe keine Ahnung von OPVs. Sind das da Grundschaltungen? Muss ich mich, wenn ich nur das Thermopile Ausgangssignal verstärken will, nicht an den Schaltplan halten und kann eine OPV Grundschaltung mit entsprechender Verstärkung verwenden?
Und wie sieht das Ganze aus, wenn ich die letzte Schaltung, also die mit der Temperaturkompensierung und dem eingebauten NTC, verwenden will? Welche Widerstandswerte und welche OPVs kann ich da verwenden? Oder ist die Temperaturkompensation gar nicht so wichtig (ich muss ja nicht die genaue Temperatur wissen, sondern nur, ob der Ausgangswert im Prinzip über dem Durchschnitt ist)?
Vielen Dank für Eure Hilfe und
Viele Grüße
teamohnename

EDIT: Ich habe hier gerade ein Dokument zur Snake Vision (http://www.arexx.com.cn/uploadfiles/ASURO_SNAKE_SNK20.pdf) gefunden. Das kann man doch eigentlich einfach nachbauen, oder?

[Besserwessi]

Wenn es nur um die Objekterkennung geht, kann man auf so etwas wie Temperaturkompensation und wohl auch auf den internen NTC verzichten. Wie man an der ersten Schaltung sieht ist das mit der Nutzung des NTC aber auch nicht kompliziert und man braucht nur ein paar extra Widerstände. Die passenden Widerstandswerte sind hier leider nicht angegeben, sollten sich aber vermutlich in einer Appl. Dote des Herstellers finden lassen. Die in dem Datenblatt gezeigten Kondensatoren am Ausgang der OPs gegen GND sind mit Vorsicht zu sehen - besser weglassen.

Ohne den NTC kann man in der 1. Schaltung die Widerstände R1-R4 durch einen einfachen Spannungsteiler, eine Virtuelle Masse oder ggf. auch eine Verbindung nach GND ersetzen. Die Schaltung ist dann ein gewöhnlicher, nicht invertierender Verstärker. Die Widerstände kann man dann relativ frei wählen, für 1000-fache Verstärkung z.B. 100 K und 100 Ohm . Der OP sollte ein Präzisionstyp sein. Je nach Versorgungsspannung und Ansprüchen z.B: ein OP07, LT1013, AD8551, LTC1050 oder was ähnliches, bei geringen Anforderungen sollte auch ein TLC272 oder gar LM358 erstmal gehen, wenn man den Offset berücksichtigt und ausgleicht.