Gut und günstig Lichtschranke für Distanz von 2m

[HannoHupmann]

Hallo Leute,

für ein kleines Projekt suche ich ein möglichst einfacher Lichtschranke. Der Abstand zwischen Sender und Empfänger wird etwa 2m betragen. Das ganze steht in einer Halle die von Neonröhren ausgeleuchtet wird. Die Lichtschranke soll einen Interrupt Eingang triggern für eine Zeitmessung also wird sie nur sehr kurz unterbrochen. Achja und sie muss möglichst günstig sein, da für das ganze Projekt kein besonders großes Budget zur Verfügung steht.

Mein erster Ansatz war eine IR-LED auf der einen Seite und auf der anderen ein IR Empfänger, genau das gleiche wie bei einer Fernbedienung (die Reichweite beträgt hier ja auch mehr als 2m) Ich bin mir aber nicht sicher ob diese Idee empfindlich genug ist. Hat jemand schon Erfahrungen auf dem Gebiet oder kann mir Tipps geben?

[BMS]

Hallo,
das müsste so funktionieren, wie du dir das gedacht hast. Diese TSOP... sind als Empfänger wirklich sehr empfindlich.
Möglich ist bestimmt auch ein Aufbau mit Fotodiode+Verstärker, Filter usw., nur das wird schnell sehr umfangreich.
Du kannst dich auch an fertigen Bausätzen orientieren, meist sind die Schaltpläne dazu bei den Versandhändlern online abrufbar.

Die Neonröhren dürften ja quasi kein Infrarot abstrahlen, das müsste unter diesen Bedingungen gehen.
Grüße,
Bernhard

[Besserwessi]

Wegen der Modulation sind die TSOP... nicht besonders schnell, und die Erzeugung des Modulations-signals ist auch etwas aufwendiger. Die untere Grenze für die Reaktionszeit liegt vermutlich bei rund 1 ms.
In der einfachsten Ausführung bräuchte man so etwas wie NE556 (oder 2 mal NE555) für den Sender, und den TSOP... und µC am Empfänger. Auf der Sendeseite werden Pulse von rund 0,5 ms mit 36 kHz moduliertem Signal gesendet, und dann wieder 0,5 ms Pause. Wenn man nicht ganz viel Intensität hat, brauchen die TSOP... die Pausen zum Einstellen der Empfindlichkeit. Der µC darf dann erst reagieren wenn die Pause zu lang (etwa > 0,7 ms) wird - es braucht also schon noch etwas mehr Software.

Schneller könnte es mit einem Laserpointer und Fototransistor / Fotodiode gehen. Dabei muss man dann aber auch gut zielen. Alternativ reicht auch eine starke IR-LED (z.B. SFH4550) und ein stark gerichteter (Es sollte eine Blende /Röhre reichen) Empfänger mit IR Filter.

Wie schnell muss den reagiert werden ?

[HannoHupmann]

Die Idee mit dem Laserpointer und einem Fototransistor finde ich gut. Da müsst die Unterbrechung deutlich genug sein, damit das detektiert wird. Die Anwendung wird nachher eine Geschwindigkeitsmessung bei der ein Trainingsschwert durch die erste und die zweite Lichtschranke geschlagen wird. Je schneller also die Reaktion des Systems ist desto genauer wird die Zeitmessung. Da es aber nur relativ genau sein muss würde sich die Trägheit der Sensoren sowohl beim Start-Trigger als auch beim Stopp-Trigger auswirken und damit das Ergebnis nicht verfälschen. Die Strecke zwischen Lichtschranke 1 und Lichtschranke 2 dürfte etwa 2m betragen.

(Hintergrund ist der, dass ich jetzt 6 Jahre Schwertkampf mache und wir keine Möglichkeit haben im Training die Geschwindigkeit eines Schlags zu messen bzw. damit auch vergleichen zu können. D.h. es ist schwierig das zu trainieren, wenn es keine Größe gibt, mit der man Vergleichen kann. Daher nun die Idee mit einem Zwei-Lichtschranken-System und der Zeitmessung. Es geht nämlich nicht darum möglichst fest zuhauen (das würde nur dem Trainingspartner schaden und das ist nicht unser Ziel) sondern eben sehr schnell (und nur ganz leicht zu treffen). Mein Trainer wünscht sich schon lange so ein System und daher hab ich nun den offiziellen Auftrag eines zu bauen)

[radbruch]

Hallo

Einen Laserpointer halte ich auch für optimal. Für den sportlichen Einsatz des Systems könnte man mit nur einer Lichtschranke und drei Spiegeln arbeiten. Das würde einen kabellosen Aufbau ermöglichen auf z.B vier Kamerastativen. Die Herausforderung wäre dann vielleicht ein cleveres Befestigungs- und Ausrichtungskonzept zu finden. Aber dieses Problem haben Lösungen mit zwei Lichtschranken sicher auch. Der Abstand der genau parallelen Lichtschranken muss stimmen, alles auf einer Ebene...

Unterschiedliche Trägheit der Sensoren würden beim Lösungsansatz mit nur einer Lichtschranke nicht auftreten. Die Entfernung 2*2m + 2*Schwerthiebbreite sollte auch ein preisgünstiger Laser locker schaffen. Durch Erfahrungen aus einem eigenen Laserprojekt rate ich von der Verwendung von Dioden/Fotodioden zur Erkennung des Laserstrahls ab. Bei einem direkten Treffer rauchen die gerne ab. Sicherer, aber deutlich langsamer in der Reaktion sind Fotowiderstände.

Wirklich schwierig dürfte dann noch das Kalibrieren der Anlage werden. Es wäre sicher günstig, wenn die Breite für ein Moped reichen würde. ;)

Gruß

mic

[Besserwessi]

Bei einem normalen noch legalen Laserpointer ist die Intensität kein Problem für die Photodioden. Um eine Photodiode mit einem nicht extrem (d.h. µm Bereich) gebündelten Strahl zu beschädigen braucht man schon einige 100 mW, das ist ein Leistungsbereich der schon eine spezielle Erlaubnis und Schutzverkehrungen erfordert.

Die "Kalibrierung" ist auch nicht so schwer: Die Zeiten misst man relativ zur Quarzfrequenz. Das ist auch ohne Abgleich genau genug. Die Strecke kann man per Lineal / Zollstock messen.

Mit Lichtschranken für kürzere Entfernung (8 cm) hab ich so ein System mal Programmiert (2 Lichtschranken, 5 Stellen LED Anzeige, Zeitmessung mit 0,1 ms Auflösung). Auch mit relativ wenig Aufwand liegt die Reaktionszeit der Leichtschranke bei ca. 10 µs und die Auflösung der Zeitmessung bei 1 µs (intern). Die Auflösung reicht eigentlich auch aus um die Geschwindigkeit auch über kürzere Strecken (z.B. 10 cm) zu messen.

[HannoHupmann]

Was für einen Sensor würdet ihr mir dann genau empfehlen? Ich hab jetzt so billig 2,50€ Laserpointer gekauft die dürften nicht viel Watt haben und für den Wellenbereich dachte ich an so was http://www.reichelt.de/Fotodioden-etc-/LPT-80/index.html?ACTION=3&GROUPID=3045&ARTICLE=60550&SHOW=1&START=0&OFFSET=500&

[Besserwessi]

Wenn es schnell sein soll, kommt vor allem eine Fotodiode in Frage. So kritisch ist die Wahl da nicht mehr, denn das Rauschen wird durch das Hintergrundlicht dominiert, und schnell genug sind die Photodioden eigentlich alle. Die Versionen mit Filter für IR passen nicht.
Möglich wären z.B. BPW24 (mit Linse, also schon gerichtet) oder BPW34 (Platikgehäuse, rel. groß und billig).

Für eine etwa realistische Entfernung von 10 cm muss man mit Zeiten von ein paar ms rechnen. Entsprechend wäre eine Auflösung und Reaktionsgeschwindigkeit von etwa 0,1 ms - 10 µS schon ganz gut. Das geht gerade so auch noch per Phototransistor. Viel Reserve hat man da aber nicht mehr. Der Typ aus dem Link ist sehr klein, da wird es mit dem Ausrichten schwer. Wenn dann lieber ein größerer Typ im 5 mm LED Gehäuse. Mit dem Fototransistor spart man ein bisschen an der Verstärkerschaltung - ganz ohne wird es aber aber schwer und relativ langsam.

Ich habe für meine Lichtschranken die BP104F gewählt - die ist ähnlich der BP34, nur halt mit Filter nur für IR. Statt einem Filter für die Wellenlänge kann man alternativ die Richtung per Blende/ Rohr einschränken. Auch so reduziert ich das Fremdlicht. Auch mit einem Laser von nur 0,1 mW kann man bei einer Photodiode mit etwa 0,05 mA rechnen, und bei einen Fototransistor mit etwa 1-10 mA. Das ist eigentlich schon deutlich über dem üblichen Hintergrund.

[HannoHupmann]

@Besserwessi

noch eine Frage, wie muss ich die am Eingang des µC beschalten? Mit Transistor? PNP oder NPN? Oder kann ich die direkt dran hängen?

[Besserwessi]

Mit einem Fototransistor könnte es reichen einfach einen passenden Widerstand für die Einstellung der Schwelle dazu zu nehmen. Also z.B. den Widerstand vom Eingang nach GND und den Fototransistor von VCC zum Eingang.

Mit einer Fotodiode wird man wohl einen Verstärker brauchen. Das könnte ein schneller OP als Transimpedanzverstärker sein, oder einfach ein Transistor mit 2 Widerständen. Ob man da einen NPN opder PNP Transistor nimmt, ist relativ egal, das geht beides. Eine Möglichkeit wäre ein NPN Transistor mit dem Emitter nach GND. Dann ein Widerstand (ca. 2-10 K) vom Kollektor nach VCC. Das ist dann auch gleich der Ausgang. Die Fotodiode von VCC zur Baisis (in Sperrichtung) und dann der Widerstand (ca. 5-50 K) zum Einstellen der Schwelle von der Basis nach GND. Mit einem Komparatoreingang reicht ggf. auch nur die Fotodidode und ein Widerstand (z.B. 10 K) an den einen Eingang und ein Poti an den anderen Eingang.

[HannoHupmann]

@Besserwessi jetzt hast du wieder viel mehr Informationen geschrieben als ich verarbeiten kann. Ich will ja eine Schaltung die so simpel wie möglich ist und keine Verstärkerschaltung aufbauen müssen. Vor allen bin ich meinem Schaltbild noch immer nicht näher gekommen, da du jetzt wieder die Baustelle aufmachst mit dem Phototransistor. Dachte ich sollte die BPW34 nehmen nur brauch ich - wie ich sehe - dafür eine Verstärkerschaltun auf sowas möchte ich eigentlich verzichten.

Ich will wirklich nur ne Schaltung die dem µC ein Signal gibt wenn der Laserpointer drauf scheint, bzw. eines wenn der eben unterbrochen ist.

Mit deinem letzten Beitrag steh ich jetzt wieder völlig verwirrt und ratlos da.

[Besserwessi]

Mit der BPW34 geht es ohne Verstärker, wenn man einen Komparatoreingang des µC nimmt. Die meisten µCs haben so einen. An den Eingang kommt dann die Fotodiode und eine Widerstand von z.B. 1-10 K. Der 2. Komparator Pin bekommt die Spannung um die Schwelle festzulegen: am einfachsten wohl eine Poti. Die Schwelle wird dabei eher bei unter 1 V liegen - deshalb wird ein normaler Eingang kaum reichen.

[HannoHupmann]

Ich glaub nicht, dass der mega32 einen hat ich könnte höchsten ans den AD Eingang gehen, aber dann kann ich darauf nicht triggern. Ich brauch ja schliesslich einen bzw. zwei Interrupts die schalten. Irgendwie komm ich jetzt nicht weiter in der ganzen Sache... Problem ist einfach, dass ich bisher noch nie mit sowas gearbeitet habe bzw. vor so einer Problemstellung stand, d.h. ich versteh nicht wirklich wie die Schaltung aussehen muss die Besserwessi vorschlägt. Ein Schaltplan würde mir hier echt weiterhelfen aber ich find bei Google nur komplizierte Verstärkerschaltungen.

[RoboHolIC]

Jetzt wären aber doch mal die genauen Anforderungen an die Meßeinrichtung interessant, bevor Schaltungsdetail diskutiert werden:
- Welche Bewegungsrichtung oder Hieb-Art ist zu messen? Verschiedene Bewegungsrichtungen?
- Denkbarer Abstand zwischen zwei Lichtschranken ?
- kann die Messung über die Klingenbreite erfolgen? (nur eine Lichtschranke am Trefferort)
- Anwendung in Kampfsituation oder als "Prüf-/Trainingsapparatur"
Vielleicht kommt auch eine Bildauswertung mit Langzeitbelichtung und zwei Blitzlichtern in kurzem zeitlichem Abstand in Frage.

[Besserwessi]

Der Mega32 hat auch einen analogen Komparator: das sind die Pins PB2 und PB3. Im Datenblatt ist die Beschreibung dazu unter Analog Comparator (ca. S. 198). Die Schaltung ist eigentlich nur die Photodiode an VCC zum Eingang und ein Widerstand vom Eingang nach GND. Der 2. Eingang bekommt die Spannung für die Schwelle.

[HannoHupmann]

@RoboHolIC gute Fragen die du da stellst und die haben wir uns im auch gestellt.
Es soll erst mal nur ein sogenannter Oberhaw gemessen werden. Also ein Schlag von der Schulter gerade nach vorn an die Schläfe des Gegners. Wir haben gemessen wieviel Platz ein Kämpfer für diesen Schlag braucht und daher eine Breite zwischen den Lichtschranken von 1,5m bis 2m festgelegt. Näher sollten die beiden Schranken nicht sein. Die Klinge als solche reicht hoffentlich aus um das Signal lange genug zu unterbrechen. Hier müssen wir allerdings testen, da wir keine möglichkeiten haben das vorher abzuschätzen. Da in Schnittrichtung geschlagen wird, ist aber der Strahl durch die ganze Klingenbreite verdeckt. Wir werden sowohl Schläge in die Luft als auch auf ein Objekt testen, weil wir sehen wollen ob das einen Einfluss auf die Geschwindigkeit hat. Die Anwendung wird ein reines Trainingsgerät sein, d.h. Start und Endbedingung ist definiert. Die Strecke wird mit zwei Lichtschranken gemessen und die Zeit zwischen Auslösen von 1 bis Auslösen von 2 gemessen und dann umgerechnet in einen Wert. Da es ein Prototyp wird und wir nur ein Budget von 100€ ansetzen heißt die Devise keep it as simple as possible.
Zweiter Modus wird ein sogenannter Reaktions-Test sein. Hier wird eine Lampe aufleuchten und dann die Zeit bis zum durchschlagen der zweiten Lichtschranke gemessen.

@Besserwessi ich werd mich jetzt an der Schaltung die ich im RN-Wiki gefunden hab orientieren. Die PB2 und PB3 Eingänge sind glaub ich keine Interrupt Eingäng und für diese Messung brauch ich auf jedenfall einen Interrupt. Außerdem ist es vermutlich besser die Signalanpassung direkt am Sensor zu machen und nur das Digitalsignal an den µC zu senden, daher kann ich hier noch ohne Probleme experimentieren egal ob die Platine schon fertig ist oder nicht, aber hier mal Danke für deine Hilfe bisher.

[Besserwessi]

Die Schaltung im RN-Wiki hab ich auch benutzt - daher kommt die auch. Die hat vor allem den Vorteil das man den Verstärker am Empfänger haben kann und trotzdem nur eine 2 -adrige Leitung braucht. Das sollte von der Geschwindigkeit auch ausreichen: so ab 10-50µs sollte die Schaltung ansprechen. Das wäre für ein 1 cm schmales Schwert dann schon eine Geschwindigkeit von über 200 m/s also in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit.

Der analoge Komparator kann auch einen Interrupt auslösen - man kann damit sogar die ICP Funktion nutzen. Ein Problem ist aber ggf. ein langes Kabel (> 2 m) zum Sensor, einfach durch die Kapazität. Eine Schwierigkeit wäre noch das man nur einen Komparator hat und dann noch den Eingang über den MUX des ADs umschalten müsste. Das geht ist aber doch etwas umständlich.

Ein Mega32 ist als µC schon reichlich groß. Da reicht eigentlich auch ein Mega48 oder ähnlich. Ich hab den Timer mit Tiny2313 aufgebaut, und 55% des Speichers belegt, allerdings in ASM. Da würde man auch die Umrechnung in eine Geschwindigkeit noch mit rein bekommen.

[HannoHupmann]

Ja stimmt Mega32 ist bischen überdimensioniert, aber ich kenn mich mit dem aus und aufgrund der Zeit die ich zur Verfügung hab bleib ich bei bewährten Mitteln. Außerdem kann ich das System dann problemlos erweitern.

[HannoHupmann]

Nachdem ich nun alle Teile hab und meine Anzeige schon funktioniert, komm der nächste Schritt:

Hat schon mal jemand unter C mit einem mega32 eine Zeitmessung realisiert?

Ich hab INT0 und INT1 als Eingänge und wenn der Eingang 1 Aktiviert wird möchte ich einen Timer starten, der nach Auslösen von INT2 gestoppt wird. Hat jemand so einen Code zufällig schon? ICh hab kein Problem das ganze theoretisch auszudenken bei mir scheiterts immer an der speziellen Syntax für so ein Problem. Wäre echt cool wenn jemand sowas schon "fertig" hat, ist ja keine neue Aufgabe eigentlich.

Ansonsten muss ich selber arbeiten, aber ich frag lieber vorher...

[HannoHupmann]

In der codesammlung der microcontroller.derer ein schönes beispiel und das konnte ich umstricken für mein Projekt. Den Code kann ich gerne mal Posten

[HannoHupmann]

Tja leider stellt sich heraus dass ein Schwertschlag die Lichtschranke mit einem SFH 300-3/4 nicht lange genug unterbricht um sauber zu schalten. Nur bei sehr langsamen Bewegungen ist erkennbar wie das System den Status wechselt.

Außerdem ist es relativ schwierig den Laser genau auf das Ziel (Sensor) einzurichten und vor allen bei zwei Sensoren die genau mittig getroffen werden.

Jemand eine Idee wie ich das besser machen könnte?

[RoboHolIC]

Mir sind diese Reflektoren eingefallen, die an vielen Kleidungsstücken, Schulranzen etc angebracht sind. Die reflektieren das Licht sehr gut in die Einfallsrichtung zurück, ohne daß eine genaue Ausrichtung erforderlich ist.
Vermutlich klappt das dann mit dem Laser nicht mehr wegen der Lichtstreuung. Ein ausgedienter Diaprojektor oder eine Reflektorlampe mit einer Sammellinse davor als Lichtquelle könnte hier Abhilfe schaffen.

[Besserwessi]

Die Geschwindigkeit mit der ein Lichtempfänger reagiert hängt stark von der Schaltung ab, um die volle Geschwindigkeit des Fototransistors zu erreichen, muss man eine recht niederohmige Schaltung haben. Mit dem Laser sollte das Signal aber auch so schon recht stark sein. Wie sieht die Schaltung denn jetzt aus ? Eine Fotodiode ist deutlich schneller als ein Fototransistor, braucht aber eventuell trotz Laser eine Verstärkung.

Das Problem mit der Ausrichtung kann man etwas entschärfen, wenn man auf der Empfängerseite eine Linse (z.B. Lupe) vor dem Fototransistor hat. Dadurch wird die Empfängerfläche vergrößert, und die grobe Ausrichtung des Empfängers ist vermutlich nicht so schwer.

Der Vorschlag mit dem Reflektor geht auch mit einem Laser, nur kommt der Strahl dann zu genau wieder zurück und der Detektor müsste sehr dicht beim Sender sein, ggf. sogar mit Halbdurchlässigem Spiegel. Mit einem nicht so perfekten Reflektor geht viel von der Amplitude verloren - da könnte man dann gleich einen nicht so gebündelten Strahler (z.B. gut gebündelte IR LED) nehmen.

[HannoHupmann]

Das Schwert ist aus Nylon oder aus metall, je nach dem was wir verwenden. Beides unterbricht den Strahl wirklich sauber also würde ich sagen, dass es daran nicht liegt. Allerdings ist der Zeitraum in der, der Strahl unterbrochen ist sehr kurz und damit kommt mein Problem zum tragen. Im Moment hab ich eine Schaltung wie folgt:




o--R=82Ohm--LED-----o


| |
VCC---o--R=8,7k Ohm -------o--- Fototransistor----GND
|

µC




Dem Widerstand ist noch eine LED mit 82Ohm Widerstand parallel geschaltet um zu sehen ob der Transistor schaltet oder nicht bzw. um überhaupt das Signal ausgerichtet zu bekommen. Anhand der Helligkeit der LED kann man auch sehen wie gut der Laser auf die LED trifft. Ich hab jetzt schon gelesen, dass man statt Transistor besser eine FotoDiode nimmt und die Verstärkung des Signals mit Operationsverstärkern realisiert. Klingt nach deutlich mehr Aufwand in der Schaltung aber wenns sein muss, dann muss es eben sein.

Zur Mechanik bzw. Strahlausrichtung: Die Idee mit der Lupe ist gut, muss ich mal testen ob mir das was bringt bzw. was für eine Lupe ich brauche. Außerdem wollte ich das Gestell verstärken so dass es nicht mehr ganz so eklig wackelt und schwingt. Im Moment braucht man es nur einmal schief anschauen und schon ist es nicht mehr ausgerichtet.

PS Wie kann man in dem Forum eigentlich vernünftig ASCI - Zeichnen?

[5Volt-Junkie]

Ohje, ich kann grad nicht wirklich nachvollziehen, wieso das so träge ist. Mit was für Geschwindigkeit haut ihr denn mit den Dingern????:)

Nur bei sehr langsamen Bewegungen ist erkennbar wie das System den Status wechselt.
Wie langsam ist "sehr langsam" ? ;) Kannst Du ungefähr die Geschwindigkeit angeben?
Wie sind die beiden Lichtschranken zu einander positioniert?

Nachtrag: Ich habe eben deinen Fototransistor (Anstiegszeit 10µs) und die Fotodiode BPW 21 (Anstiegszeit 1,5µs) verglichen. Kosten aber auch das Doppelte.

[HannoHupmann]

Wenn du mit der Hand die Lichtschranke unterbrichst und wieder raus nimmst, würde ich sagen es ist sehr langsam. Wenn du einen "handkantenschlag" durch die Lichtschranke machst würde ich sagen es ist schnell. Bei einem Schwert ist es aber so, dass die Fläche (die Schneide) viel schmaler ist als die Hand (etwa zwei Finger breit) und durch den Hebelarm entsteht eine ziemlich hohe Geschwindigkeit (selbst eine Videokamera hat Probleme das sauber aufzulösen). Die Geschwindigkeit kann ich dir nicht sagen, deswegen will ich ja das Messgerät bauen.

Wir sind zwar nicht ganz so schnell wie die Japaner mit ihrem Kendo aber es geht in die Richtung.

[Besserwessi]

Wenn es langsam geht, könnte man auch das Schwert (oder was weniger gefährliches) erst mal langsamer bewegen und dann messen wie schnell es etwa geht.

An sich ist die Schaltung schon recht niederohmig. Da sollte es also nicht so langsam sein, sondern schon etwa in der Nähe der 10 µs aus dem Datenblatt gehen.

Ein Grund dafür das die Schaltung langsamer als erwartet ist, könnte sein das der Fototransistor bis in die Sättigung geht - das heißt es kommt zu viel Intensität an, oder der Widerstand ist immer noch zu hochohmig. Damit der Fototransistor schnell ist sollte die Spannung nicht wesentlich unter 1 V gehen.
Je nach Stärke des Lasers müsste man auch den Strahl noch etwas abschwächen damit man unter dem Limits für den Strom und die Verlustleistung bleibt. Oder halt doch zu einer Fotodiode wechseln, ggf. geht es sogar ohne Verstärkung.

[5Volt-Junkie]

Hanno, da kann doch was nicht stimmen. Du kennst ja meinen Chroni (https://www.roboternetz.de/community/threads/57177-Ballistischer-Chronograph). Die Reballs (Gummibälle) haben einen 0,68Inch (ca. 1,7cm) Durchmesser und flutschen mit einer getesteten Geschwindigkeit von 214 FPS was ca. 50 m/s entspricht.

Als Kollektorwiderstände habe ich übrigens 10k genommen und habe dann eine saubere "1" und "0" am Eingang des µC. Ich weiß zwar nicht wie die Flanken aussehen, da ich kein Oszi besitze aber die INT-Eingenge erkennen es ohne Probleme.

[HannoHupmann]

Wenn die Spannung nicht weit genug fällt fürchte ich immer, dass der µC das Signal nimmer erkennt bzw. keinen eindeutigen Flankenwechsel hat.
Was die Indensität angeht, hab ich natürlich keine Möglichkeiten das genau zu messen. Ich hab ja schon Schwierigkeiten den Stahl sauber auf den Transistor auszurichten und seh es nur an der Intensität der LED wie gut ich das "Ziel" treffe.

@5Volt-Junki nur bei dir fliegen die Bälle sehr nah an der Sensorik vorbei. Ich hab zwischen Laser und Empfänger 2m Abstand.

Ich hab noch ein paar Fotodioden rumliegen und auch noch einen klassischen Lichtsensor auf Widerstandsbasis vielleicht muss ich es damit mal ausprobieren.

@Besserwessi die Schwerter sind ungefährlich, weil nicht geschliffen und mit extra breiter Schlagkante und nach 6 Jahren Training würde ich auch behaupten, dass ich damit umgehen kann.

[5Volt-Junkie]

Mag sein dass die Bälle sehr nah an den Sensoren fliegen aber es geht ja nur darum dass der Laserstrahl unterbrochen wird. Dein Laser ist ja auch stärker als die roten LEDs die ich verbaut habe. Mit dem LDR kannst Du es auch versuchen aber nur mit HIGH und LOW Pegel arbeiten. ADC verlangsamt das ganze noch mehr. Versuch mal bei dem Fototransistor/Diode den Widerstand zu vergrößern. Es wird auch die Lebensdauer des Transistors verlängern :)

[HannoHupmann]

Du meinst statt der 8,2k bzw. 820 eher auf 10k zu gehen?

EDIT: Gnaa ich bin mir nimmer sicher welche Widerstände ich eingebaut hab muss ich mir zuhause nochmal anschauen. Nagut ich versuchs mal mit dem 10k Ohm Widerstand. ich muss die Schaltung eh nochmal runter rupfen vom Aufbau.

[Besserwessi]

Für mehr Geschwindigkeit hilft eher ein kleinerer Widerstand. Wobei die 820 Ohm eigentlich schon schnell genug sein sollten, wenn der Fototransistor nicht in die Sättigung geht. Das Limit ist da die Belastbarkeit des Fototransistors - maximal 50 mA und 200 mW. Bei 5 V als Versorgung wäre da Limit damit ein Widerstand von 100 Ohm. Bei 2,5 V am Widerstand wären das dann 25 mA und 62,5 mW, also auch von der Leistung noch gut im erlaubten Bereich.

Der Abgleich kann schon etwas schwieriger sein, denn einerseites soll das Signal groß genug sein, andererseits darf es nicht mehr als etwa 4,5 V werden sonst geht der Fototransistor in die Sättigung. In gewisser Weise hilft hier die LED sogar um zu verhindern das man die Sättigung erreicht. Je nach LED könnt man auch da den Widerstand noch kleiner machen.

Mal eine Abschätzung zur Intensität: Bei einer angenommenen internen Verstärkung von 200 und 0,5 A/W als Empfindlichkeit davor, hat man etwa 100 mA/mW. mit maximal 50 mA dürfte da der Laser bis zu 0,5 mW haben. Im Prinzip sollten die Laserpointer da runter liegen um Laser Klasse 1 einzuhalten, sicher ist das aber leider nicht.

[HannoHupmann]

So Leute, heute hab ich mir das Signal, dass mein Empfänger liefert mal genauer angeschaut. Sprich ich hab mein Oszi bemüht und dabei folgende Messungen machen können. Wenn der Laserstrahl sauber auf die LED ausgerichtet ist liegen 4,5V an (High wird der Eingang ab 3V) und wenn ich ihn kurz unterbreche, dann geht das Signal sauber runter auf etwa 1,2V. Meine Schaltung ist ja so aufgebaut, dass sie bei Unterbrechung auf LOW fällt. Auch wegen der Geschwindigkeit sollte es passen, am Oszi seh ich saubere Flanken. Danach hab ich genau diesen Aufbau mal mit Schwert getestet und ich konnte nicht schnell genug zuschlagen um den µC nicht zu schalten. Der Teil funktioniert also!!!


Problematisch wird es allerdings sobald der Laser nicht mehr sauber auf die LED trifft, dann kann es nämlich leicht passieren, dass die Spannung nur auf 3,5V bzw. 4V fällt und damit kein LOW impuls ausgelöst wird. Ich bekomm also keinen sauberen LOW-HIGH Unterschied. Sauber ausrichten ist leider sehr problematisch. Der Aufbau ist im Moment folgender:
Ich hab mir zwei Fotostative besorgt und statt der Kamera einen Querbalken darauf befestigt. An den Enden sitzt jeweils der Sensor bzw. auf der anderen Seite der Laser. Nun müssen beide Laser auf die Sensoren ausgerichtet werden was schon sehr knifflig ist. Hinzu kommt, dass die Konstruktion aufgrund der langen Hebelarme gerne schwingt und wackelt. D.h. die LEDs werden nicht konstant getroffen (Der Aufbau oben war mit dem Sensor auf dem Schreibtisch festgetaped). Damit ist es fast unmöglich ein sauberes Signal zu bekommen. Dadurch kann ich nicht sauber messen :(. Ich werd als nächsten Schritt erst mal versuchen das Gestell solider zu bekommen und ein paar Querstreben einziehen, damit es nicht mehr so wackelt, vielleicht lässt es sich damit schon lösen, wäre ja schon, falls das aber nicht klappt: irgendwelche Ideen wie ich den Laser besser/einfacher auf den Sensor ausrichten könnte?

[radbruch]

Eine Linse könnte den Eintrittsdurchmesser vergrößern und den Laserstrahl in den Brennpunkt (Diode) lenken:
http://www.youtube.com/watch?v=dmXwCAlR7OA

[Besserwessi]

Auf der Elektronischen Seite könnte es ggf. gehen, die Schwelle weniger kritisch zu machen. Der normale Arbeitswiderstand kann ggf. etwas größer werden, denn der bestimmt die mindestens nötige Intensität. Bei der LED könnte man ggf. mit einer anderen Farbe oder ggf. einen Diode in Reihe dafür sorgen, dass die Durchlassspannung höher (über 3 V) liegt. Der Widerstand kann dann auch noch etwas kleiner werden.

Bis zum erreichen der Spannung der LED reicht dann relativ wenig Intensität aus um wenigstens bis zur Spannung der LED zu kommen. Der Strom durch die LED dient nicht nur zur Anzeige, sondern verhindert auch das der Fototransistor bei mehr Intensität in die Sättigung geht und damit langsamer wird.

[HannoHupmann]

@Besserwessi bin mir nicht ganz sicher ob ich dich jetzt richtig verstanden hab bzw. wir vom gleichen Problem sprechen. Solange der Laser auf den Transistor sauber ausgerichtet ist leuchtet die LED hell-rot. Sobald der Strahl nicht mehr sauber ausgerichtet ist wird sie immer dunkler. Mein Problem ist, wenn der LASER nicht sauber ausgerichtet ist der Sensor meldet, dass er unterbrochen ist und der µC entsprechend reagiert. Die Geschwindigkeit ist offensichtlich kein Problem. Ich muss nur irgendwie eine Lösung finden wie ich eine saubere Unterscheidung zwischen High und Low auch bei schlecht justiertem Laser und Sensor hin bekomme.

Mechanisch wird das Gestell jetzt erst mal stabiler in dem ich für jede Seite zwei Stative verwende. Damit sollte das System nicht mehr so stark wackeln und stabiler auf dem Boden stehen. Vielleicht reicht das schon um Laser und Sensor sauber auszurichten. Wegen der Linse muss ich mal kucken wo ich sowas bekommen könnte.

[Besserwessi]

Das Problem mit der Ausrichtung hab ich schon verstanden. Das Problem liegt ein wenig da drin, das die Spannung der LED niedriger ist als die Schwelle. So muss nicht nur der Strom für den Widerstand geliefert werden, sonder auch etwas für die LED mit dem kleineren Widerstand. Ein LED mit mehr Schwellspannung (z.B. balu) oder einen Diode in dazu könnte schon reichen. Dazu dann ggf. den 820 Ohm Widerstand etwas größer. Ganz ohne die LED könnte es zu langsam werden.

[HannoHupmann]

OK ich versteh was du meinst. Ich hab gerade nochmal nach geschaut die Widerstände sind doch anders: 82Ohm für die LED und 8,7k vor dem Transistor. Ich kann die LEDs ohne Probleme durch kleine blaue ersetzen, mal sehen was das bringt. Nach deinem Beitrag Besserwessi müsste es dann schon empfindlicher werden.

Edit: hab die roten LEDs jetzt durch eine Blaue oder wie es im Volksmund heißt: balu :p und eine rosane :cool: (ich hab da mal für 1€ 10 Stück gekauft weil ich nicht dachte, dass es rosa LEDs gibt. Die leuchten aber tatsächlich in Pink und ich hab bisher noch in keinem Projekt eine verbauen können. Die Schwellspannung dieser LEDs liegt auch um die 3,3V) ersetzt

[HannoHupmann]

So jetzt funktioniert es so halbwegs gut. Mit der doppelten Stativ-Ausführung ist es halbwegs stabil aber immernoch nicht genug um verlässlich zu messen. Gestern hatte ich es trotzdem in der Trainingshalle mit dabei um mal ein paar richtige Test zu machen. Fazit: 1) Das Sensorphalanx wird an der Wand festgeschraubt, dann wird die auf keinen Fall mehr Wackeln. Die Steuereinheit und die Taster werden entsprechend auch dort fest gemacht. Nur die beiden Laserpointer bleiben auf dem Stativ, kommen aber auf den Boden und nicht auf die Matten.
Zudem wird eine weitere Batterie eingebaut um den Leistungsteil mit 9V vom 5V Logik-Teil zu entkoppeln.
Außerdem muss ich das Programm nochmal überarbeiten 1/100 sec ist zu langsam :-D. Ich werde hier nochmal weiter runter gehen auf 1/1000 sec dann sollte es aber keiner mehr schaffen unter die Messgenauigkeit zu kommen.
Irgendwoher würde ich gerne noch Linsen bekommen mit denen ich den Strahl auf die Transistoren fokussieren kann (jemand ne Idee woher ich sowas bekomme?).

[WL]

http://www.optikbaukasten.de/?gclid=CPrPgZzLlpsCFdMWzAoduDh5jw (http://www.optikbaukasten.de/?gclid=CPrPgZzLlpsCFdMWzAoduDh5jw)
oder
http://www.macony-design.de/catalog/index.php?cPath=21_24
oder.............

[Besserwessi]

Als Linse sollte eine einfache eher kleine Lupe Reichen. So etwas kriegt man teils günstig bei Optikern oder auch als Teil eines Lineals. Die Linse wird man aber eher auf der Empfängerseite anbauen, um da die wirksame Fläche zu vergrößern.