Дальнометр на 10м

Обсуждаются темы не относящиеся к журналу "РАДИО"

Дальнометр на 10м

Сообщение Leksei4 » 08 апр 2010, 16:21

Здравствуйте!

Прошу совет, ссылки на литературу и помощь.
Сам в радиоэлектронике не силен (из школы и инста вынес мало), но очень хочется разобраться.
Недавно познакомился с понятием фильтра низких и высоких частот. Также представляю себе работу транзистора (усиление).
Паять умею - вчера починил адаптер питания для роутера D-link заменой кондеров и стабилитрона. Но еще пока ничего не спаял с нуля.
Сейчас изучаю тему генерации частот, их передачи и приема.

Нужно собрать систему устройств из передатчика и малогабаритного (карманного) приемника для точного (насколько вообще можно повышать точность не создавая угрозы безопасности для здоровья?) замера расстояния между ними от 0 до 10 метров.

Возможно ли решить эту задачу с учетом малых габаритов? Может микросхемы какие есть (Прошу прощения, если где-то уже есть такая тема - я не нашел =( )?

Думаю, что можно основываться на том, что длина волны при частоте в 15 Мгц приблизительно равна 20м, что позволяет теоретически (я нарисовал на листочке бумаги график с двумя синусоидами) измерить разность между передаваемой и принимаемой волной, и на основе разности сделать вывод и расстоянии.
Использовать буду в домашних условиях, и хотелось бы узнать: не вредно ли подобное излучение?

Если, например будут высоки помехи или возникнут трудности с масштабом, то есть идея модулировать сигнал с помощью несущей более высокой частоты.
Буду благодарен за любые конструктивные предложения по реализации!

В перспективе будет необходимо масштабировать устройство для работы с несколькими приемниками (одновременный замер расстояния). Думаю использовать разделение по частоте, но может и другое решение есть.

Заранее спасибо!
Возможно, я задал не совсем точно задачу - готов уточнить по Вашим вопросам!
Leksei4
 
Сообщения: 2
Зарегистрирован: 08 апр 2010, 15:37

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение ASD » 08 апр 2010, 23:01

Прежде всего, хочу успокоить. Мощность, требующаяся для измерения дальности в 10 м, измеряется милливаттами и никакого воздействия на здоровье не производит.

Но вот с помощью "передатчика и малогабаритного (карманного) приемника" задачу не решить. Хотя в принципе мыслите Вы правильно. Дальность действительно можно измерить, определив сдвиг фазы между излученным и принятым сигналами. Но как узнаете фазу излученного сигнала? Для этого нужно, чтобы передатчик и приемник находились в одной точке, а измерять придется фазу отраженного от объекта сигнала относительно излученного. Так и делают в радиолокации, причем измеряют не обязательно фазу, а, например, задержку отраженного импульса относительно излученного (зондирующего) или, излучая ЧМ сигнал, измеряют мгновенную разность его частоты и частоты отраженного сигнала. Кстати, по последнему методу работают авиационные радиовысотомеры.

А дальше пошли сложности. Все это работает без проблем только в открытом пространстве, где имеется единственный отражающий радиоволны объект, или он очень велик по сравнению с остальными (как земля для высотомера) и отраженный от него сигнал значительно сильнее отраженных от всех других объектов, находящихся в поле зрения. Иначе на выходе приемника образуется "каша" из множества отраженных сигналов, в которых невозможно разобраться.

Это приводит к необходимости перехода на сантиметровые и даже еще более короткие, вплоть до световых, как в лазерных дальномерах, волны, где можно создать приемлемых размеров направленную антенну, фокусирующую излучение именно на нужном объекте и выделяющую отраженный именно от него сигнал. Если объект подвижный и находится среди неподвижных, то сигнал от него можно выделить с помощью системы СДЦ (селекция движущихся целей). Нечто подобное применяют в радиолокационных охранных датчиках движения.

Следует упомянуть и системы, в которых имеются несколько разнесенных в пространстве, но синхронизированных между собой передатчиков и один приемник. Если передатчиков всего два, то сравнивая фазы принятых от них сигналов, можно определить только разность расстояний от каждого из них до приемника. Если три или больше, то можно вычислить и абсолютные координаты приемника, в том числе его удаление от заданной точки. Примерно так работают GPS и ГЛОНАСС. Система может быть "проинвертирована", т. е. единственный передатчик устанавливают на объекте, за которым нужно следить, а его сигналы принимают и обрабатывают несколько разнесенных в пространстве приемников.

Как видите, задача решаемая, но не очень простая. Спаять что-нибудь "на коленке" вряд ли получится. Если действительно интересуетесь, читайте учебники по радиолокации и радионавигации.
ASD
 
Сообщения: 644
Зарегистрирован: 11 мар 2008, 15:52

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение UrfinJ » 08 апр 2010, 23:53

Если конкретнее, то надо выбрать частоту хотя бы примерно 1 Ггц, мощность излучения 10 мВт (на 100 метров) и даже менее. Фокусирующая антенна обязательна.
Если сделать аккуратно, то получится компактная конструкция.
Где взять готовые схемы? Не знаю, за основу можно взять эхолокатор, где импульсы излучения и приема разделяются, потом измеряется фаза. В журнале Радио пару раз видел такие, не скажу, что они простые.
Измерять с точностью в сантиметрах не получится, для этого надо еще повышать частоту. Но не все так плохо, сейчас можно недорого купить СВЧ генерирующие-принимающие диоды на 10-20 Ггц (они уже заранее настроены на определенную частоту, например 16.81 Ггц ). Антенны для них обычно рупорные, рассчитать их несложно и сделать тоже можно без проблем.
UrfinJ
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 06 июл 2008, 22:40

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение f400 » 09 апр 2010, 12:56

На мой взгляд, на такие расстояния можно попытаться использовать ультразвук, взять за основу парктроник.
f400
 
Сообщения: 94
Зарегистрирован: 18 мар 2008, 15:12

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение Leksei4 » 09 апр 2010, 17:03

Огромное спасибо за ответы!

Очень заинтересовала тема про несколько передатчиков и один приемник.

Каждый из передатчиков можно привязать к своей частоте несущей и модулировать их эталонным сигналом.

Для реализации надо разобраться в следующих вопросах:
1. Схема синхронизации передатчиков. В моем случае можно сделать это при включении.
2. Схема получения разности эталонных сигналов (генерируемого самим приемником и принимаемого от передатчика)
3. Схемы модуляции сигналов уже нашел, но пока трудно в них разобраться - читаю литературу.
4. Почему 1Ггц и 100м? Надо максимум 10м.
Leksei4
 
Сообщения: 2
Зарегистрирован: 08 апр 2010, 15:37

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение UrfinJ » 11 апр 2010, 01:43

Leksei4

Вы GPS хотите создать? Это на несколько порядков сложнее, тут вам никто помочь не сможет.
Почему 1 Ггц и выше ? Это физика, я тоже раньше не понимал этого, как и вы)
Желаю удачи)
UrfinJ
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 06 июл 2008, 22:40

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение ASD » 11 апр 2010, 08:17

Leksei4 писал(а):Для реализации надо разобраться в следующих вопросах:
1. Схема синхронизации передатчиков. В моем случае можно сделать это при включении.

Синхронизировать передатчики нужно не при включении (за счет свойственной каждому нестабильности частоты они тут же "разбегутся"), а поддерживать синхронизм постоянно. Простейший способ - подавать на каждый передатчик один и тот же опорный сигнал по обыкновенному кабелю. Это годится, если передатчики находятся недалеко один от другого и от источника образцового сигнала, и ничто не препятствует прокладке всех этих кабелей. Следующий вариант - объявить образцовым один из передатчиков. Все остальные должны принимать и переизлучать его сигнал. И, наконец, можно, отказавшись от постоянной внешней синхронизации, оснастить каждый передатчик сверхстабильным эталоном частоты. Придется лишь периодически корректировать накопившуюся ошибку. Так сделано в GPS и ГЛОНАССе. На каждом спутнике этих систем имеется бортовой водородный стандарт частоты. По их сигналам можно калибровать частотомеры и определять точное время.

Leksei4 писал(а):2. Схема получения разности эталонных сигналов (генерируемого самим приемником и принимаемого от передатчика)

Никакого эталонного сигнала в приемнике нет. Он должен измерять разность фаз принятых сигналов, излученных разными передатчиками. А для этого, прежде всего, уметь различать эти сигналы. Чтобы он смог это делать, сигнал каждого передатчика должен быть каким-то образом "окрашен".

Передатчики могут, скажем, работать на одной частоте по очереди. Но сменяться они должны быстро, чтобы объект не успевал за цикл их работы заметно сдвинуться. Приемник должен, опознав передатчик (например, по порядковому номеру в "очереди"), запомнить фазу его сигнала, пока не примет их все, и лишь затем переходить к вычислению дальности.

Когда передатчики работают на разных частотах, разность фаз их сигналов непрерывно изменяется и сделать какие-либо выводы из ее измерения очень сложно. В этом случае передатчики модулируют одним и тем же опорным сигналом, а приемник, демодулировав принятые сигналы, сравнивает фазы модуляции. Как Вы, вероятно, догадались, несущая частота излучаемых сигналов должна быть в несколько раз выше модулирующей (одна из причин перехода на гигагерцы), а приемник должен быть многоканальным, способным одновременно принимать несколько сигналов.

Что касается самой процедуры измерения разности фаз, то здесь тоже есть несколько вариантов. Можно подать сравниваемые сигналы на фазовый детектор (один из них - через регулируемый электронно или просто вручную фазовращатель). С помощью этого фазовращателя добиваются нуля на выходе фазового детектора. Можно измерять временной интервал между характерными точками двух сигналов (например, их переходами через ноль). Фазовый сдвиг вычисляют как отношение этого интервала к периоду.
ASD
 
Сообщения: 644
Зарегистрирован: 11 мар 2008, 15:52

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение Ewgen » 25 апр 2010, 07:32

Попробуйте измерять мощность принимаемого сигнала. Она будет
изменяться в зависимости от расстояния.
Ewgen
 
Сообщения: 221
Зарегистрирован: 13 ноя 2009, 20:40
Откуда: Ульяновск

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение ASD » 25 апр 2010, 12:25

Мощность принимаемого сигнала - самый неподходящий для измерения дальности параметр. Она зависит от множества обстоятельств.
ASD
 
Сообщения: 644
Зарегистрирован: 11 мар 2008, 15:52

Re: Дальнометр на 10м

Сообщение Ewgen » 28 апр 2010, 15:36

Передатчик одновременно выдает радиосигнал и звуковой.
Приемник фиксируеи разность во времени прихода прихода
радиосигнала и звуковой посылки
Ewgen
 
Сообщения: 221
Зарегистрирован: 13 ноя 2009, 20:40
Откуда: Ульяновск

След.

Вернуться в Всё остальное

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 19

cron