Ultraschall GPS

Hintergrund

Wir wollen ein System entwickeln, um die Position in einem Raum in der Größenordnung von wenigen mm genau zu bestimmen. Das System soll dazu noch einigermaßen einfach aufgebaut und nicht zu teuer sein. Daher der Ansatz es einmal mit Ultraschall zu probieren. Mindestens 3 Ultraschallgeber sollen dazu den Bereich beschallen, in dem die Positionserkennung möglich sein soll. Aus den Laufzeiten soll die Position bestimmt werden. Evtl. klappt dies auch ohne Referenz-Signal, der Einfachheit halber starten wir aber zunächst mit einem Referenz-Signal per Kabel.

Empfangseinheit

Um weniger Genauigkeitsverluste mit Einschwingvorgängen zu haben, haben wir statt eines resonanten Ultraschall-Empfängers ein MEMS-Mikrophon (SPM0408HD5H, Knowles Acoustics) verwendet, dass mit so hohen Frequenzen spielend fertig wird und nahezu nicht einschwingt. Dies bringt schöne Ergebnisse. Den Einschwingvorgang der Sende-Baken ist kaum wegzubekommen (wir überlegen eine Art Preemphasis zu nutzen, das könnte aber die Kapsel wegfetzen, wenn man den ersten Impuls pro Paket mit rund 100V anwirft), aber mit einer Korrelation des gleichgerichteten und tiefpassgefilterten Empfangssignals gegen den bekannten Einschwingvorgang bzw einfach eines Spitzen-Finde-Algorithmus sollte es trotzdem gut klappen.

Shintaro hat auch ein tollen rundum-Empfangskegel für das Mikrofon gedruckt, der zwar noch etwas klein zu sein scheint, aber im prinzip gut funktioniert. Evtl. brauch man den aber gar nicht, wenn man den Schall an einer Grenzfläche aufnimmt (Stichwort Grenzflächenmikrophonie).

• Empfänger
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  Empfangskegel

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  Testaufbau mit Empfangskegel, im Hintergrund das Skope

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  Empfangskegel erste Update

Sende Baken

Barken tronix ist jetzt grob fertig. Erstes bild zeigt die umgebauten ultraschall modulle mit ein atmel controller board. Zweites Bild zeigt ein us kapsel direkt am oszi probe angeschlossen um zu testen ob die barken auch barken. Drittes Bild zeigt ein umgebautes us modul, der china microcontroller wurde entfernt, und wird nun direkt von unseren atmel angesteuert.

• Sende Baken
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  Arduino mit 3 Sende-Baken

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  Empfangskapsel am Skope

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  Ultraschall Entfernungsmesser umgebaut zur Bake

Links

Eine Dissertation wo ziemlich genau das gemacht wird, was wir auch vor haben. Etwas komplexer und unter Einbeziehung anderer Sensoren, die mittels Kalmanfiltern die Messung verbessern: http://hss.ulb.uni-bonn.de/2006/0715/0715.pdf