Простая задача, не решаемая влоб... Опции

[CITY]

Есть такая задача... Нужно решить просто, быстро, практически на коленке... Особых наворотов не хотелось...
Есть четыре фотодиода. Весь смысл сводится к тому, что они стоят в системе телеметрии так, что идельной схемой сбора информации была бы - мостовая. Естественно включать фотодиоды напрямую в мостовую схему безсмысленно и толку не даст. Вешать операционники для усиления тока, раздельного сбора информации с каждого датчика и получения хоть какой-то внятной зависимости напряжения от перекрытия датчиков - усложнение ПО обработки данных, при чем значительное, ввиду специфики измеремых объектов и их характеристик. В общем, есть ли какие варианты решить задачу попроще и получить то же результат на выходе (входе ПК), что был бы если датчики были соеденены в мостовую схему и срабатывание происходило из-за расбалансировки моста (частичного или полного перекрытия одного из датчиков).
Проще железку нагромоздить какую-то, чем прогу писать.

Могу сообщить, что датчики уже вешались по отдельности на операционник, потом по два заводились на суммирующий/вычитающий, и потом якобы должен был быть аналогичный результат, что и от моста, но его добиться не удалось. Кто что подскажет?

[net]

Есть такая задача... Нужно решить просто, быстро, практически на коленке... Особых наворотов не хотелось...
Есть четыре фотодиода. Весь смысл сводится к тому, что они стоят в системе телеметрии так, что идельной схемой сбора информации была бы - мостовая. Естественно включать фотодиоды напрямую в мостовую схему безсмысленно и толку не даст. Вешать операционники для усиления тока, раздельного сбора информации с каждого датчика и получения хоть какой-то внятной зависимости напряжения от перекрытия датчиков - усложнение ПО обработки данных, при чем значительное, ввиду специфики измеремых объектов и их характеристик. В общем, есть ли какие варианты решить задачу попроще и получить то же результат на выходе (входе ПК), что был бы если датчики были соеденены в мостовую схему и срабатывание происходило из-за расбалансировки моста (частичного или полного перекрытия одного из датчиков).
Проще железку нагромоздить какую-то, чем прогу писать.

Могу сообщить, что датчики уже вешались по отдельности на операционник, потом по два заводились на суммирующий/вычитающий, и потом якобы должен был быть аналогичный результат, что и от моста, но его добиться не удалось. Кто что подскажет?

ничего не понял - - но дам такой совет
включите диоды в режиме токов - после этого делайте из них свой мост
будет все работать без проблем - (если диоды из одно й партии)

[sensor_ua]

Могу сообщить, что датчики уже вешались по отдельности на операционник, потом по два заводились на суммирующий/вычитающий, и потом якобы должен был быть аналогичный результат, что и от моста, но его добиться не удалось. Кто что подскажет?

Сначала стоило бы посмотреть, что после каждого ОУ творится и сделать вывод, как минимум о степени идентичности каналов. Тогда можно было бы решить, какое дифференциальное значение потребуется отследить, если Вам нужен дискретный сигнал, ну или как подстроить каждый канал, дабы получить после дифференциатора "правильное" напряжение, ну и на сколько его усилить/ослабить

[ho-io]

Подобные схемы применяют в CD проигрывателях, в схемах слежения и фокусировки. Есть смысл полистать литературу по основам CD.

Сообщение отредактировал ho-io - May 17 2006, 17:52

[CITY]

ничего не понял - - но дам такой совет
включите диоды в режиме токов - после этого делайте из них свой мост
будет все работать без проблем - (если диоды из одно й партии)

это в самую первую очередь пробовали... диоды подзапирают друг друга - эффект нулевой от такого включения...

по поводу операционников... делали, подгоняли, чтоб после каждого при одинаковом перекрытии каждого из датчиков были идентичные характеристики... уже дошли до ПНЧ после операционника, чтоб хоть как-то сохранить зависимости... но тоже пользы нет...

за информацию про СД-приводы спасибо, посомтрю... может еще что можно подсказать? умучался совсем уже экспериментировать...

[Vitёk]

Могу сообщить, что датчики уже вешались по отдельности на операционник, потом по два заводились на суммирующий/вычитающий, и потом якобы должен был быть аналогичный результат, что и от моста, но его добиться не удалось.

Вы вешали на каждый ОУ по одному ФД или по несколько? Если по несколько, толку, ИМХО, не будет.
Если решать "в лоб" - то ставить на каждый ФД свой усилитель, а уже после этого складывать/вычитать/сравнивать. Итого вся схема займёт 5 ОУ и 2 компаратора.

[net]

ничего не понял - - но дам такой совет
включите диоды в режиме токов - после этого делайте из них свой мост
будет все работать без проблем - (если диоды из одно й партии)

это в самую первую очередь пробовали... диоды подзапирают друг друга - эффект нулевой от такого включения...

по поводу операционников... делали, подгоняли, чтоб после каждого при одинаковом перекрытии каждого из датчиков были идентичные характеристики... уже дошли до ПНЧ после операционника, чтоб хоть как-то сохранить зависимости... но тоже пользы нет...

за информацию про СД-приводы спасибо, посомтрю... может еще что можно подсказать? умучался совсем уже экспериментировать...

диоды дожны включаться в токовом режиме - после этого суммируете или вычитаете на дополнительных операционниках в зависимости от того что вам надо

если при включении диода в токов режиме (один диод+один опреационник) у вас не заработало - значит ищите свою ошибку - это классическая - миллион раз проверенная схема и работает при любых условиях с огромным динамическим диапазоном в 100 дб
видимо вы включаете не в токовом режиме или вообще у вас чтото перепутано

Могу сообщить, что датчики уже вешались по отдельности на операционник, потом по два заводились на суммирующий/вычитающий, и потом якобы должен был быть аналогичный результат, что и от моста, но его добиться не удалось.

Вы вешали на каждый ОУ по одному ФД или по несколько? Если по несколько, толку, ИМХО, не будет.
Если решать "в лоб" - то ставить на каждый ФД свой усилитель, а уже после этого складывать/вычитать/сравнивать. Итого вся схема займёт 5 ОУ и 2 компаратора.

это не в лоб это классика - другого решения мне кажется тут и быть не может

[Vitёk]

Насчёт классической мостовой схемы. Обратите внимание, что в случае, показанном на рисунке, схема будет нечувствительна к перемещениям только по горизонтали или только по вертикали. Вам неплохо учесть это.

Прикрепленные изображения

 

[Herz]

А как может быть иначе? Схема имеет только две "степени свободы".

[Vitёk]

Имеено.
Про условия задачи практически ничего не известно, возможно мостовая схема и подойдёт, тем более что автор пишет об этом. А может и не нет...

[_artem_]

У вас в схеме надо реализовать логическое суммирование выходов шести аналоговых элементов "исключаюших или" (xor).

Если не хотите городить аналоговую часть и схема предрасположени к небольшим задержкам в измерении - используйте один усилитель переключаемый аналоговым мультиплексором к этим четырем фотодиодам попеременно а выход измеряйте каким либо долларовым микроконтроллером -допустим тини13, а логику делайте в тини . (по поводу переключения фотодиодов посмотрите соседнюю тему по выбору аналового коммутатора ).

[bav]

в современном мире проще это сделать программно, но раз хотите железом,...:

1. вместо фотодиодов, вкючите фототранзисторы, они идеально включаются в мостовую схему.

2. а вот горотить на ОУ нужно следующим образом:

- делаются два разностных канала (горизонталь и вертикаль)

- делается один суммарный (все четыре канала)

- два делителя - для нормировки (разностный канал делится на суммарный)

вот при такой структуре все у Вас получится.



//

а программно это реализуется:

in1, in2, in3, in4 - входные сигналы



sum = in1 + in2 + in3 + in4;

dif1 = (in1 - in4)/sum;

dif2 = (in2 - in3)/sum;



dif1, dif2 - разбалансировка моста



ничего сложного в программной реализации нет, а вот аналоговый делитель - удовольствие дорогое

[CITY]

Да вешели по одному датчику на операционник... сумматоры и компараторы делали... Нет в схеме повторяемости - просто клиника... от случая к случаю время наладки и регулировки катастрофически велико...
надо найти простое решение, обеспечивающее повторяемость...
Самая простая схема моста (то, что выше) - был самый первый вариант... там реально именно идет отработка когда перекрывается один из датчиков (то, что нужно)... датчики разнесены пространственно метров на 7-10... с переходом к схеме с операционниками соответственно начинаются проблемы и с шумом и с адекватностью поведения... могу конечно и больше деталей изложить, если это поможет найти какое-то альтернативное решение... все что описано выше (большое спасибо), но уже пробовалось... броблем нет, но результат далек от идела... что делать, аж ума не приложу... все радиолюбительские примочки уже перепробовали...

другой вариант... то, что самое больное - помехи... городить ПНЧ... что сейчас и пробуем... там уже легче поотдельности собирать данные и разбирать по девиации частоты с каждого датчика (у каждого своя базовая частота относительно, которой идет смещение в зависимости от перекрытия датчика)... такой вариант избавляет от большого числа помех, улучшает повоторяемость характеристик устойства, но тож не фонтан...

[Vitёk]

Наводящий вопросы:
1. в "нулевом" положении датчики частично перекрыты или полностью не закрыты?
2. нужно отследить полное перекрывание одного датчика или частичное?
3. если я правильно понял, необходимость применения мостовой схемы вызвана повышенным уровнем помех. Так ли это?

Спрашиваю это, потому что непонятно: если требуется отловить перекрытие одного из датчиков, почему рядом с ФД не поставить компаратор?

[CITY]

Наводящий вопросы:
1. в "нулевом" положении датчики частично перекрыты или полностью не закрыты?
2. нужно отследить полное перекрывание одного датчика или частичное?
3. если я правильно понял, необходимость применения мостовой схемы вызвана повышенным уровнем помех. Так ли это?

Спрашиваю это, потому что непонятно: если требуется отловить перекрытие одного из датчиков, почему рядом с ФД не поставить компаратор?

ситуация такова... может перекрываться два датчика попарно вертикально и горизонтально, но это ситуация не интересует... могут перекрываться датчики наискосок (чаще всего) и нужно это ловить... и может перекрваться один из датчиков, что тоже должно отслеживаться... так что мостовая схема не только спасение от помех, но и от лишней информации
в нулевом положении датчики полностью открыты...

[_artem_]

CITY, ваша проблема в том что во первых вы не излагаете детали а они сушественны а затем хотите панацею и в третьих говорите что все перепробовали, хотя как это делали остается загадкой.

Если действительно хотите получить помошь - изложите описание вашего проекта настолько детально, насколько оно известно вам.

[Vitёk]

Ну, _artem_, данных теперь достаточно.
Мостовая схема в указанных условиях наиболее оптимальна. Если получится сделать двухполюсник, ток через который прямо пропорционален освещённости фотодиода и приложенному напряжению, то задача решится. Каким то образом нужно реализовать функцию умножения. Пока ничего в голову не приходит...

[CITY]

_artem_, простите, конечно, но я начал с общих отдаленных вопросов, т.к. не знал на сколько подробно удастся обсудить все аспекты... нет проблем, если что-то нужно уточнить, тем более разговор пошел... да и потом не хотелось забивать голову людям и ограничивать поле деятельности для предложений излишней конкретикой - всегда есть шанс, что что-то неусмотрел - альтернативные мнения на решение задачи всегда полезны, когда задача описана только в общих чертах...

[bav]

Да вешели по одному датчику на операционник... сумматоры и компараторы делали... Нет в схеме повторяемости - просто клиника... от случая к случаю время наладки и регулировки катастрофически велико...

аж ума не приложу... все радиолюбительские примочки уже перепробовали...

Если Вам нужна повторяемость, радиоЛЮБИТЕЛЬСКИЕ примочки здесь не подойдут

Подойдет только грамотный подход

Повторяемость плохая из-за разбросов параметров или из-за схемотехники? Если причина в деталях и нет лучших аналогов - делайте программную компенсацию (там ооочень простая арифметика)

мешают шумы - фильтруйте (исли их полоса не совпадает с информационной)

И зачем зацикливаться на мосту. Думаете, его настройка быстрее (если удастся так вкючить)? А если параметры фотодиодов будут сильно различаться - как Вы будете это компенсировать?



Для расширения кругозора почитайте литературу о CD (уже предлагали), о лазерных системах наведения (если найдете) и позиционирования, оптические дальномеры. Там по кускам найдете решение своей проблемы.

[_artem_]

Да извинения не нужны, Bы же должны сами понимать что есть большая разница между семью метрами и 1 сантиметром на плате .

Дело в том что если вы хотите по рассогласованию любого из датчиков - то все сигналы с датчиков должны быть сравнены друг с другом . Vitёk это правильно заметил , то есть нам нужны 6 компараторов вместо моста :
1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 3-4


С другой стороны не известны следуюшие данные :
- Есть фоновая засветка и если есть то какого характера
- Температура на фотодиодах может быть различной или нет
- Какова динамика процесса перекрытия датчиков (с какой скоростью тело перекрывает датчики и с какой скоростью это надо сдетектировать)
- Расположены ли сами датчики вместе или разнесены в пространстве . Если да то на сколько .
- Какова требуемая себестоимость устройства
- Требования на температурные пределы и изменение освешенности датчиков
- Если помехи или предполагается ли их наличие вблизи устройства .
- Сушествует ли пороговость в выходе сигнала от фотодиода - то есть какова заданная минимальная разница уровня сигнала между перекрытым фотодиодом и неперекрытым.
- Чем освешается неперекрытый фотодиод и освешается ли он вообше

[Vitёk]

- Чем освешается неперекрытый фотодиод и освешается ли он вообше

О, кстати... Это натолкнуло меня на мысль: если источник света (предположительно светодиод) находится недалеко от от ФД, то реализовать функцию умножения можно, изменяя ток светодиода. Если такое возможно, то вырисовывается красивое решение. Нюансов в этом случае, правда, хватит своих...

[bav]

я бы добавил еще вопросы:

- при нормальных условиях - засветка на датчиках равномерная?

- как меняется эта равномерность?





to Vitёk
Ну да, реализовать АРУ, тогда все четыре сигнала от ФД будут отнормированы. можно будет спокойно и сравнивать, и вычитать или просто любоваться результатом

[Panych]

ИМХО, если нужна повторяемость, то надо делать через цифру. Скажем, в контроллере. Или перегонять данные прямо в PC и там "городить" обработку. И ADC делать максимально независимым от разброса параметров датчиков или тут же делать автоматический стенд самонастройки и подбора коэффициентов. Не будет повторяемости при полностью аналоговой схеме или она будет неоправдана по цене. Все равно вам, насколько я понял, запихивать надо в ПК, так?
Сейчас может казаться проще сделать без программирования, но ведь все равно не всегда так будет...

[Vitёk]

Ну я имел в виду не совсем АРУ.
Идея такая: для реализации мостовой схемы, как того хочет автор, необходимо, что бы ток через фотодиод был прямо пропорционален как приложенному к нему напряжению, так и его "открытости", то есть требуется аналоговое умножение. Если имеется возможность регулировать ток светодида в зависимости от имеющего напряжения (с помощью последовательно включенного резистора ), то умножение получается само собой, и лишних огородов городить не надо. В результате имеем двухполюсник, который включается в мостовую схему.
Подобную хитрость я применил в своё время в джойстике на датчике Холла, подключаемом к GAME-порту. Поскольку выходной ток долен быть обратно пропорционален величине магнитного поля, запитка датчика Холла напряжением, снимаемым с выхода усилитела, решила эту проблему: в итоговом уравнении величина магнитного поля перекочевала из числителя в знаменатель. Сорри за оффтоп.

[CITY]

>> - Есть фоновая засветка и если есть то какого характера
нет

>> - Температура на фотодиодах может быть различной или нет
в принципе, нет - вся система установлена на улице

>> - Какова динамика процесса перекрытия датчиков (с какой скоростью тело перекрывает датчики и с какой скоростью это надо сдетектировать)
скорость движени объекта - 60-80 км/час

>>- Расположены ли сами датчики вместе или разнесены в пространстве . Если да то на сколько .
между датчиками расстояние порядка 7 метров

>>- Какова требуемая себестоимость устройства
честно - не критично... сейчас просто на коленке надо попробовать принцип... быстро и дешево, естественно... прогу писать все равно придется, но сейчас важнее получить адекватную информацию с датчиков и ее зафиксировать на компе...

>> - Требования на температурные пределы и изменение освешенности датчиков
индустриальный диапазон температур, изменение освещенности... идеал - работа ночью при ИК подсветке объектов... пока проверка идет только днем...

>> - Если помехи или предполагается ли их наличие вблизи устройства .
помехи значительные... 1,5 киловольта рядом вдоль всего участка измерения и сбора информации...

>> - Сушествует ли пороговость в выходе сигнала от фотодиода - то есть какова заданная минимальная разница уровня сигнала между перекрытым фотодиодом и неперекрытым.
порог должен быть как можно больше...

>> - Чем освешается неперекрытый фотодиод и освешается ли он вообше
дневной свет, больше никакого освещения нет...

[_artem_]

Ну это ближе к телу - как говорил Мопассан . Честно говоря я не удивлен что все что пробоваlи не заработало.

Если не трудно, еше несколько вопросов:
- сколько секунд тело способно перекрыть фотодатчик. Пример : если предположить что тело - машина, а максимальная скорость ее движения 30 м/с при длине машины равной 3 м время заслонения телом датчика будет 0.1 секунды.
- Какова статистика тока через фотодиод для случаев когда он перекрыт и когда нет(измеренная в разное время суток) и самый худший случай.
- есть ли возможность поставить излучатель чтобы тело регистрировалось или на пересечении линии излучатель/приемник или на отражении.

[CITY]

- сколько секунд тело способно перекрыть фотодатчик. Пример : если предположить что тело - машина, а максимальная скорость ее движения 30 м/с при длине машины равной 3 м время заслонения телом датчика будет 0.1 секунды.
время перекрытия от 0,1 до 1,5 секунд

- Какова статистика тока через фотодиод для случаев когда он перекрыт и когда нет(измеренная в разное время суток) и самый худший случай.
от десятков микроампер до сотен

- есть ли возможность поставить излучатель чтобы тело регистрировалось или на пересечении линии излучатель/приемник или на отражении.
это исключено... датчики стоят на высоте метра-полтора, излучатели придется в землю втыкать...

[_artem_]

Прошу внести хасность в ответ - "от десятков микроампер до сотен" сотни - когда он неперекрыт и десятки - когда он перекрыт ?
Да кстати какова максимальная величина темнового тока используемого фотодиода ?

Мостовая схема не подойдет - сушествует вероятность того что освешенность фотодиодов будет неодинакова. С другой стороны из за того что ток через фотодиод может менятся в зависимости от темепреатуры и освешенности применение компаратора в лоб может быть проблематичным а сам предусилитель фотодиода должен иметь достаточный динамический диапазон для того чтобы предотвратить насышение усилителя (зависит от минимального тока при не перекрытом фотодиоде и максимального при перекрытом во всем диапазоне температур датчиков!!) . Один из вариантов формировать импульсы при пересечении фотодиода (банально , RC цепочкой) и давать на вход компаратора. Можно тоже самое сделать на компараторе/усилителе с компенсируемым опорным напряжением (see picture) подключенному к предусилителю параметры которого выбраны с учетом того что его выход не насышается во всем рабочем диапазоне тока фотодиода.
Для решения проблемы дневной освешенности можно использовать инфракрасную пару светодиод фотодиод работаюших на отажение от предмета (типа радара), с условием того что светодиод модулируется фиксированной частотой а сигнал с фотодиода фильтруеся полосовым фильтром а затем детектируется для последуюшего сравнения (фильтрация излучения от нагретых тел). Уровень сигнала на светодиоде и усиление фотодиода можно подобрать для требуемого расстояния детектирования (вроде бы у вас на расстоянии метра земля и она не должна детектироваться как тело).
Самое простое решение по обработке сигналов с датчика - микроконтроллер с ацп . Он вам средний ток через фотодиод найдет и сравнит как надо. Один на всех и за ценой стоять не надо) (доллар или два за глаза ) Поперемення оцифровка выходов фотодиодов с последуюшим банальной цифровой манипуляцией - благо 0.1 -1.5 секунды действуют расслабляюще.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ho-io]

Учитывая помехи мостовая схема не пойдет однозначно. А макет можно продемонстрировать в условиях меньшего уровня помех? Если да соберите любой примитив, совсем не обязательно чтобы там выполнялись все вышеперечисленные условия, а потом уже определяйтесь дальше. Если заморачиваться на оптических датчиках то скорее всего учитывая диапазон освещенностей придется применять АРУ как уже писали выше. Но можно попробовать готовые лазерные дальномеры, емкостные или ультразвуковые датчики. Возможно что вы обойдетесь всего одним или двумя дальномерами. Вопрос только в их расположении относительно движущихся объектов.

[CDT]

Атмеловские процессоры имеют АЦП с быстродействием 65 мкс, со встроеным усилителем х20, преобразующие с дискретностью Uопорное/256 или /1024, большое входное R. Еще у них есть компаратор коммутируемый .

Если удасться ток всех фотодиодов без помех собрать в одну кучу (при грамотном применении проводов это не фантастика)- нужен один AtTiny26 (7 Differential ADC Channel Pairs with Programmable Gain (1x, 20x)).

Если нет - взять что-нибудь по проще из их компании и вставить в каждый датчик.

+++:
- при отсутствии объекта могут самокалиброваться, уходя от плавания температуры и облаков.
- можно видеть не только факт перекрытия, но и насколько перекрыто.
- можно поставить больше фотодиодов или других датчиков и еще что-нибудь узнать (померять).
- можно формировать отдельные результаты (сигналы) по комбинациям состояния всех датчиков.
- можно вести учет событий
- можно настраиваться на скорость
- ..........