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2010年10月 3日 (日)

超音波センサーの干渉しない方法を考え中

現在ロボカップジュニアサッカーで用いられている超音波センサーは40kHzしかぼくは見たことがありません。
みんな40kHzを使えば当然干渉します。

というわけで周波数を変えれないか考え中です。
超音波センサーは送受信回路ともに難しいです(というか全然分かりません)。
35kHzとか45kHzとかができればいいなと思っています(あくまで想像)。

送信の発振回路は、マイコン1つでできそうな気がするのですが、
受信が・・・
どうやらまず増幅してあーだこーだするようです。

そうですよね。増幅しないと!
数mVだそうで、1000倍以上増幅するそうです。

フィルターについても調べてみると、
ある周波数だけを通すフィルターのことを、”バンド・パス・フィルタ(BPF)”というそうで、
OPアンプを使う方法とインダクタ・抵抗等だけを使う方法があるようです。
えーー・・・ちょっと見てみましたが数式だらけでかなり難しそう・・・
アナログ回路設計は大変そうです・・

普通超音波センサーはフィルターは使わないのでしょうか?
村田製作所のデーターシートに載っている回路の例では増幅するだけに見えますが・・・(勘)
もともと圧電素子は40kHzだけ共振するようになってる気がします・・・(これも勘)
アナログ回路とか受信の仕組みとか知っている人がいればコメントしていただければ幸いです

ロボカップサッカーで相手チームの使ってる周波数を聞いて相談して
周波数を変えて使うのが当たり前!
なんて時代がくればいいなと思います(それか画像解析が当たり前になったらすごいですね)。

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コメント

こんばんわ、ぽよこまだんなです

超音波センサーですが、自分が秋月で買ったマイクとスピーカーは
中心周波数40KHzとなっています
このあたりから想像すると、周波数を変えてきちんと動かすには
部品の交換も必要そうですね

そうですね。
でも村田製作所のデータシートを見る限り、35kHzや45kHzくらいであれば、40kHzよりも弱まるけれども送信はできそうです。
問題は受信なんですよね。
秋月に”超音波シリコンマイクロホン SPM0404UD5”というのがあって周波数範囲が10kHzから65kHzで、そのなかから例えば35kHzだけを取り出さないといけないと思うんです。
村田製作所の受信センサーはもともと40kHz付近しか反応しないようになってるため増幅するだけでいいんでしょうけど(35kHzとか混ざらない前提だと思います)、40kHzと35kHzを見分けるには鋭利なバンドパスフィルタをつける必要があるのだろうと思います(たぶんあってるはず)。
かなり難しいようです。
トーンデコーダっていうものはある周波数に反応にするICだそうなんですけど、それもどうゆうものか分かりません。
ご存じないですか?

こんばんわ、ぽよこまだんなです。

>トーンデコーダっていうものはある周波数に反応にするICだそうなんですけど
自分も詳しくはわかりませんが、指定した周波数に対応する入力を
受けた時だけ信号出力するものみたいですね
特定周波数の時のみですので、フィルターとしても使えそうですね

さて、受信側は信号の増幅とバンドパスフィルターが必要になりますが
バンドパスフィルターの作成方法と周波数を変更するのに
ハードの変更が必要なところで悩んでいいるのでしょうか?

そんな用途にはPSoCをオススメします
PSoCであればデザイナ上で周波数特性をグラフで確認しながら
バンドパスフィルタの設定が可能です
(複数重ねることも可能です)
また、複数のコンフィグを切り替えることができますので
周波数のパターンをいくつか作成して
スイッチで切り替えるということも可能になります

Reverse父です。がんばっていますね。

ぽよこまだんなさんに一票! PSoCおすすめです。うちでは超音波センサの受信,BPF,検波回路全部一回作っていますが,基板1枚分の回路が8ピンIC1個になりました。試行錯誤しながら試せるのでとてもいいです。使いこなせると,センサ系のサブマイコンとしてはかなり強力です。
デバイスは秋月,書き込み器は雑誌に付録のものでOK,ソフトはダウンロードでフリーです。

とても貴重な情報をありがとうございます。
マイコンでできるんですね。こんなものを探してました!

"部品の交換"というアドバイスをいただき、あれから他の周波数の超音波センサーをさがしていたところ、25kHzと32.8kHzの超音波センサーが見つかりました。
http://www.prowave.com.tw/english/products/ut/open.htm
http://item.rakuten.co.jp/denshi/199373/
これを使えばおそらくこの周波数帯を使っているチームはいないだろうと思いました。

ところで下のリンクは村田製作所に載っていた40kHz用の受信回路例なのですが("超音波の受信信号増幅するプリアンプ回路"と書いてありました)、これが周波数に関係なく増幅してくれるのか、それともフィルター回路がこの中に入っているか分かりませんか?(何度も頼りにしてすみません)
http://kyoukyou-zero.cocolog-nifty.com/photos/uncategorized/2010/10/05/photo.png
http://www.murata.co.jp/products/catalog/pdf/s15.pdf
もしこれがただ増幅するだけの回路であれば、普通超音波センサーはフィルターなしで動作しているということですよね。
また、フィルターをつけた回路を作ろうとすれば、増幅してからフィルターにかけるのでしょうか?
ぽよこまだんなさん、Reverse父さん、本当にすみませんが受信回路について教えていただけないでしょうか?

自分もアナログは詳しくないのでなんですが
たぶん増幅のみと思います。

一応、マイクに中心周波数がありますので、
そのままでもフィルタがかかった状態になるとは思いますが
バンドパスフィルタでさらに必要な箇所のみを抽出した方が
ノイズの影響は少なくなると思います

ちなみにPSoCの本に載っていた超音波センサの作り方では
増幅->フィルタ->フィルタ->増幅
の順番でノイズ除去を行っています

ありがとうございます。
ところで何ていう本ですか?

Reverse父です。
超音波距離計が載っているのは「改訂はじめてのPSoCマイコン」で,書き込み器と基板付きの本は「PSoCマイコン・スタートアップ」です。両方とも桑野雅彦さん著です。

ありがとうございます。
がんばります!

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