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Kondensator

2008-11-16T11:22:52Z

BASTIUniversal: /* Trimm- und Drehkondensator */

Ein Kondensator ist ein passives Bauelement mit der Eigenschaft, elektrische Ladung und somit Energie zu speichern. Er besteht aus zwei elektrisch leitenden Flächen (Elektroden). Zwischen diesen befindet sich immer das Dielektrikum, ein Bereich mit isolierenden Eigenschaften (im einfachsten Fall Luft). Die einfachste Bauform eines Kondensators besteht also aus zwei parallelen Platten mit elektrischen Anschlüssen.

[[Bild:Kondensator-Schaltzeichen.jpg|right]]
== Grundlagen ==
Wird eine Spannung an die Anschlüsse eines ungeladenen Kondensators angelegt, so fließt zeitabhängig ein elektrischer Strom, welcher eine Elektrode positiv und die andere negativ auflädt. Diese elektrische Ladung des Kondensators bleibt erhalten, wenn er von der Spannungsquelle getrennt wird: Der Kondensator hält seine Spannung. Entnimmt man dem Kondensator Ladung (also Strom), so sinkt seine Spannung wieder.

Die gespeicherte Ladung ist proportional zur Spannung zwischen den Elektroden des Kondensators. Diese Proportionalität wird als Kapazität bezeichnet, sie ist das wesentliche Merkmal eines Kondensators.

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Maximalspannung, die ein Kondensator zwischen seinen Elektroden ertragen kann. Wird diese Spannung überschritten, ist das Dielektrikum nicht mehr in der Lage, seine isolierenden Eigenschaften zu behalten. Es kommt es zu einem Durchschlagen der Ladungsträger, der Kondensator wird zerstört.

=== Kondensator an Gleichspannung ===
In dem Moment, in dem man eine Spannungsquelle mit einem ungeladenen Kondensator verbindet, wird die mit dem Pluspol verbundene Platte positiv, die mit dem Minuspol verbundene Platte negativ aufgeladen. Dabei fließt ein von der Kapatität des Kondensators abhängiger Ladestrom. Nach diesem Ladevorgang findet unter der Voraussetzung einer gleichbleibenden Spannung kein weiterer Stromfluß statt. Mißt man dann mit einem Spannungsmeßgerät die Spannung zwischen den beiden Platten, stimmt diese exakt mit der angelegten Spannung überein.

Klemmt man dann den Kondensator von der Spannungsquelle ab, bleibt die vorhandenen Ladung erhalten.

Schließt man jetzt einen Verbraucher an den Kondensator an, fließt die Ladung über diesen Verbraucher ab; der Kondensator wird entladen.

Ein Kondensator sperrt also Gleichspannung, speichert aber die Ladung. Das Fließen eines Stromes zum Schaltzeitpunkt ist hierbei kein Widerspruch, denn das Schalten ist eine Veränderung der Spannung und damit keine Gleichspannung. Wenn nach ganz kurzer Zeit der stationäre Zustand erreicht ist, fließt kein Strom mehr; denn Strom kann nur fließen, wenn sich die Spannung am Kondensator ändert.

=== Kondensator an sinusförmiger Spannung ===
Aus den mathematischen Grundlagen folgt, daß bei einer sinusförmigen Spannung der Strom einen cosinusförmigen Verlauf mit der gleichen Frequenz wie die Spannung besitzt. Der Srom ist durch die Cosinus-Funktion um 90° phasenverschoben, d.h. er eilt der Spannung mit einer Phasenverschiebung von 1/4 Periode voraus (eine Spannung kann am Kondensator also nur anliegen, wenn vorher Strom in ihn geflossen ist).

Wenn man bei konstanter Spannunge die Frequenz erhöht, nimmt die Änderungsgeschwindigkeit der Spannung zu. Damit muß in kürzerer Zeit die gleiche Ladung bewegt werden, folglich muß die Amplitude des Stroms zunehmen. Der Strom ist dabei proportional zur Frequenz, bei doppelter Frequenz fließt daher auch der doppelte Strom.

=== Kondensator an rechteckförmiger Spannung ===

=== Technisch bedeutsame Größen ===
''Hier sollen nur die für einen Hobby-Bastler technisch interessanten Kenngrößen aufgeführt werden.''

==== - Kapazität ====
Die Kapazität (C) eine Kondensators gibt an, wieviel Ladung (Q) pro Spannung (U) gespeichert werden kann: C = Q / U. Die Einheit für Kapazitäten ist Farad: 1 F = 1 As/V. Werden mehrere Kondensatoren parallel zueinander geschaltet, so addieren sich ihre Kapazitäten (wie bei der Reihenschaltung von Widerständen). Bei einer Reihenschaltung von Kondensatoren wird die Summe ihrer Reziprokwerte addiert (wie bei der Parallelschaltung von Widerständen).

==== - Spannungsfestigkeit ====
Die Isolierschicht eines Kondensators kann nur eine bestimmte Spannung aushalten. Wenn diese Spannung überschritten wird, wird in der Regel der Kondensator zerstört. Einige Folienkondesatoren sind selbstheilend und könne kurze Überspannungen vertragen, verlieren dabei aber an Kapazität. Die angebenen Spannung ist immer der garantierte Mindestwert, die ein Kondensator ohne Beschädigung aushält.

==== - Strombelastbarkeit ====
Der reale Kondensator hat einen internen Serienwiderstand und zusätzlich Verluste im Dielektrikum. Wegen der damit verbunden Erwärmung darf nur ein begrenzter (Wechsel-)Strom durch den Kondensator fließen. Die Strombelastbarkeit ist bei Elkos und einigen Folienkondensatoren relativ niedrig. Wichtig ist diese Beschränkung in Schaltnetzteilen.

==== - Selbstentladung ====
Ein aufgeladener realer Kondensator entlädt sich mit der Zeit von selbst. Dieser Effekt kann durch einen endlichen Isolationswiderstand Ris des Dielektrikums beschrieben werden, der zu einem idealen Kondensator C parallel geschaltet ist. Der dabei fließende Strom wird als Leckstrom bezeichnet.

Die Selbstentladezeitkonstante <math>\tau</math> = Ris * C ist zudem ein Maß für die Güte der Isolation eines Kondensators.

Neuere Papier- und Kunststofffolienkondensatoren haben einen Isolationswiderstand zwischen 6 und 12 GΩ, daraus ergibt sich eine Selbstentladezeit (nach 5<math>\tau</math> gilt ein Kondensator als entladen) zwischen 10.000 und 20.000 s (etwa 3 bis 6 Stunden). Für Elektrolytkondensatoren ist der Isolationswiderstand und damit auch die Selbstentladezeit deutlich niedriger. Diese Zeitkonstante ist wichtig, wenn ein Kondensator zur Speicherung eines Spannungswertes eingesetzt werden soll.

=== Praktische Bedeutung ===

== Bauarten ==

=== Keramik-Kondensator (Kerko) ===
Wie der Name schon sagt, besteht bei diesen Kondensatoren das Dielektrikum aus einem keramischen Material. Verwendet werden z. B. Titandioxid oder Bariumtitanat, beigemischt werden u.a. Aluminium-Silikate, Magnesium-Silikate oder Aluminiumoxide. Keramik-Kondensatoren bilden eine große Gruppe von Kondensatoren im Kapazitätsbereich von 0,5 pF bis zu einigen 100 µF. Von der verwendeten Keramikart sind im wesentlichen 2 Klassen zu unterscheiden:

Klasse 1: Normale Keramiken (z.B. NP0) erlauben geringe Verluste und Temperaturkoeffizienten, allerdings nur relativ geringe Kapatzitäten (normal bis ca. 1 nF). Diese Kondensatoren eignen sich gut für Hochfrequenz- und Filteranwendungen.

Klasse 2: Ferroelektrische Keramiken geben hohe Kapatzitäten, aber auch eine starke Nichtlinearität und Temperaturabhängigkeit. Diese Kondensatoren sind im wesenlichen als Energiespeicher und Abblockkondensator geeignet.

=== Folien-Kondensator ===
Hierbei werden Folien aus Kunststoff oder Kunststoffmischungen als Dielektrikum verwendet. Sie werden in zwei Ausführungen hergestellt:

Kunststoff-Folienkondensatoren mit Metallbelag bestehen aus je zwei Lagen Metallfolie und Kunststofffolie. Diese sind abwechselnd geschichtet und üblicherweise aufgegewickelt. Ein metallisierter Kunststoff-Folienkondensator besteht aus zwei Kunststofffolien, die auf beiden Seiten mit Aluminium bedampft sind und aufgewickelt oder geschichtet werden. Diese Kondensatorart ist bei einem Durchschlag selbstheilend, da die dünne Metallschicht vom Lichtbogen um den Durchschlagkanal herum verdampft wird.

Folienkondensatoren werden hauptsächlich in Hochspannungsanwendungen verwendet, können aber auch wie Keramik-Kondensatoren in Hochfrequenz- und Filteranwendungen eingesetzt werden.

=== Elektrolyt-Kondensator (Elko) ===
Die große Gruppe der Elektrolyt-Kondensatoren gibt es in verschiedenen Technologien: Als Aluminium-Elko mit Aluminiumoxid, als Tantal-Elko mit Tantal-Pentoxid oder als Niob-Elko mit Niob-Pentoxid als Dielektrikum. Bei diesen Kondensatoren wird auf dem Metall der Anode durch Elektrolyse eine nichtleitende Isolierschicht als Dielektrikum erzeugt. Der Elektrolyt (fest, flüssig oder eine Paste) bildet dabei die Kathode (Gegenelektrode). Die Stromzuführung zum Elektrolyten erfolgt über Folien gleichen Metalls wie das der Anode oder über eine geeignete Kontaktierung des Elektrolyten.

Die Anode eines Elektrolyt-Kondensators wird zur Vergrößerung der Oberfläche auf verschiedene Arten strukturiert. Auf Grund der großen Oberfläche und des äußerst dünnem Dielektrikums können mit Elektrolyt-Kondensatoren bei kleiner Bauweise relativ hohe elektrische Kapazitäten von bis zu einem Farad erreicht werden. Elektrolyt-Kondensatoren sind fast immer gepolte Bauelemente. Elkos dürfen nicht mit falscher gepolter Spannung betrieben werden und können schon bei geringer Überspannung zerstört werden (in beiden Fällen besteht Explosionsgefahr bei Aluminium Elkos). Der Ausfall von Tantal-Elkos (passiert relativ leicht) führt in der Regel zu einem Kurzschluß. Niob-Elektrolytkondensatoren ähneln Tantal-Elektrolytkondensatoren; sie stellen bei Spannungen zwischen 1,8 V und 6 V eine kostengünstige Alternative dar.

Elektrolyt-Kondensatoren können nur eingesetzt werden, wenn ein Verpolungsschutz sichergestellt ist. Auf Grund ihrer hohen Kapazität geschieht dies meist im Bereich der Spannungsversorgung und -stabilisierung.

Durch die relativ hohen Verluste (ESR) können größeren Strömen Elkos erwärmen und auf Dauer auch zerstören (nicht selten Ursache für defekte Motherboards). Besonders in Schaltnetzteilen muß darum auf die Strombelastbarkeit der Elkos geachtet werden.

=== Doppelschicht-Kondensator ===
Auch Superkondensatoren genannt; Markennamen Gold Cap, Supercap, UltraCap, BoostCap u.a. Sie zeichnen sich durch die höchste Energiedichte bei Kondensatoren aus. Ihre hohe Kapazität basiert auf einem flüssigen Elektrolyten, der an der Grenzschicht zu den Elektroden ein dünnes Dielektrikum von wenigen Atomlagen bilden. Dies wird kombiniert mit einer meist aus Aktivkohle hergestellen großen Elektrodenoberfläche. Doppelschicht-Kondensatoren haben nur eine Spannungsfestigkeit von ca. 5,5 Volt, eine begrenzte Anzahl von Lade-Entladezyklen (typischerweise eine Million) und eine geringe Lebensauer bei erhöhter Umgebungstemperatur (nur ca. tausend Stunden bei 70 °C). Doppelschicht-Kondensatoren sind wie Elektrolytkondensatoren ebenfalls gepolte Bauelemente.

Da Doppelschicht-Kondensatoren im Gegensatz zu Akkus nicht überladen werden können, werden sie ohne zusätzlich notwendige Schaltungen meist als geräteinterne unterbrechungsfreie Spannungsversorgung eingesetzt.

=== Sonderarten ===

==== Metallpapier-Kondensator (MP) ====
Sie bestehen aus je zwei Lagen ölgetränktem Papier (als Dielektrikum) und Metallfolie, die aufgewickelt sind. Das Papier dient als mechanische Trennung der Elektroden, das Öl bestimmt die dielektrischen Eigenschaften. MP-Kondensatoren finden vor allem im Bereich der Leistungselektronik, z.B. bei Wechselstrommotoren, Verwendung; im Hochspannungsbereich sind sie selbstheilend.

==== Glimmer-Kondensator ====
Hierbei wird ein Dielektrikum aus dem natürlich vorkommenden Mineral Glimmer verwendet, welches eine hohe Spannungsfestigkeit aufweist und auf Grund seiner Struktur in dünne Blättchen spaltbar ist (bis zu 20 µm). Kondensatoren aus diesem Material werden aufgrund der niedrigen Verlustfaktoren in der Sendetechnik und aufgrund ihre Konstanz in Schwingkreisanwendungen für hohe Anforderungen verwendet.

==== Trimm- und Drehkondensator ====
Trimm- bzw. Drehkondensatoren sind Kondensatoren, welche in der Kapazität variabel sind. Durch das verdrehen von mindestens zwei Kondensatorplatten ineinander, kann die Kapazität erhöht oder verringert werden.
Da diese Kondensatoren meist nur Luft als Dielektrikum verwenden, ist die Kapazität sehr gering (etwa 1-100pF). Die Kondensatoren können zum Beispiel zum Abstimmen von Radioempfängern und Sendern sowie zum genauen Abgleich von [[Schwingquarz]]en verwendet werden.

Die Kapazität ergibt sich aus der Gleichung für Plattenkondensatoren: C = Epsilon_0 * Epsilon_r * A / d

Verändert man die "Wirksame Oberfläche" A, so verändert sich proportional dazu die Kapazität C.
[[Bild:Funktionsweise_Drehkondensator.png|thumb|Funktionsweise eines Drehkondensators]]

== Bauformen ==

Die heutzutage verfügbaren Bauformen spiegeln den Fortschritt in der Entwicklung sowie den immer weiter steigenden Preisdruck in der Fertigung wieder. Auf die ursprünglich vorhandene mechanischen Befestigung mittels Schrauben folgte die Entwicklung mit Anschlussdrähten für die Leiterplattenmontage (liegende Bauform = axial; stehende Bauform = radial). Heute sind, verbunden mit der Bauteilminiaturisierung, zudem noch die oberflächenmontierbaren SMD-Bauelemente in allen möglichen Varianten verfügbar.

Daneben finden sich aber auch immer noch Bauformen für speziellen Anforderungen, z.B. Flachband- oder Schraubanschlüsse für Hochstromanwendungen oder Durchführungskondensatoren im HF-/UHF-Bereich.

== Anwendungsbeispiele ==

=== Filter ===
Die einfachste Verwendungsmöglichkeit von Kondensatoren findet man im Bereich der Frequenzfilter. Dort werden sie, zusammen mit Widerständen und ggf. auch Spulen als RC- oder RLC-Glieder ausgelegt. In ihrer Funktionalität unterscheidet man die so entstehenden Schaltungen zwischen Tief-, Hoch- oder Bandpassfiltern.

Ausführliche Informationen dazu siehe unter [[Filter (Elektronik)]]

=== Schwingkreis ===
Ein Schwingkreis ist eine Reihen- oder Parallelschaltung aus Kondensator und Spule. Sie ist so aufgebaut, daß die vorhandene Energie zwischen dem elektischen Feld des Kondensators und dem magnetischen Feld der Spule periodisch ausgetauscht wird. Ein Schwingkreis schwingt theoretisch unendlich lange mit seiner idealen Resonanzfrequenz. Infolge der realen Bauteile und deren ohmschen Anteilen gilt jedoch eine davon abweichende reale Resonanzfrequenz; zudem nimmt die Amplitude der Schwingung im Laufe der Zeit ab, man spicht von einer „gedämpften Schwingung“. Durch aktive Verstärkerschaltungen muß regelmäßig wieder Energie zugeführt wird. Eine solche Schaltung bildet dann einen Oszillator.

Aus einzelnen Bauteilen diskret aufgebaute Schwingkreise werden heute hauptsächlich in der HF-Technik als Abstimmkreise, Oberwellen- oder Frequenzfilter eingesetzt. Hier kommen dann auch oft in ihren Kenngrößen veränderliche Bauteile (Trimmkondensatoren, Kapazitätsdioden, Spulen mit variablen Kernen) zum Einsatz. In der Digitaltechnik haben diskret aufgebaute Schwingkreise wegen des hohen Schaltungsaufwandes so gut wie keine Bedeutung. Hier werden [[Schwingquarz]]e oder [[Quarzoszillator]]en wegen des einfacheren Schaltungsaufwandes sowie ihrer höheren Frequenzgenauigkeit bevorzugt.

=== Spannungsstabilisierung ===
Die hohe Welligkeit einer gleichgerichteten Wechselspannung erzwingt eine Glättung vor der Spannungsstabilisierung. Nur so können die Spannungsregler ihre Arbeit einwandfrei erledigen und eine saubere Betriebsspannung zur Verfügung stellen. Bild a. zeigt den Verlauf der Spannung vor und nach einer Gleichtichtung. In Bild b. ist der Einsatz eines Elektrolytkondensators direkt am Ausgang der [[Gleichrichter]]schaltung zu sehen. Bild c. zeigt den Spannungsverlauf Ub auf der Ausgangsseite dieses Kondensators (entspricht der Eingangsspannung des Spannungsreglers). Bei der Auswahl des Kondensators muß auf die Spannungsfestigkeit, Kapazität und Strombelastbarkeit geachtet werden.
<gallery>
Bild:M1U spg.JPG|a. Spannungsverlauf vor und nach Gleichrichtung
Bild:Glättkondensator.JPG|b. Einsatz eines Glättkondensators
Bild:Geglättete_Spannung.JPG|c. Spannungsverlauf nach der Glättung
</gallery>

=== Signalentstörung ===
Die häufigste Anwendung eines Kondensators im Bereich der Signalentstörung ist seine Verwendung als [[Abblockkondensator]] (Kommentar: Auch wenn Gelehrte streiten mögen, ob das nicht eher zur Spannungsstabilisierung dient... aber die Spannung ist ja stabil im Bereich dessen, was digitale ICs vertragen (müssten)!).

== Anmerkungen ==
''Der Autor möchte hier weder die an anderen Stellen zu findenden Formelsammlungen wiedergeben, noch mit diesem Artikel ein Fachbuch ersetzten. Einzig die Grundlagen, die (aus eigener Erfahrung) für einen Hobby-Bastler von Interesse sind, sollen hier dargestellt werden.''

{{Ausbauwunsch|Ausbau der einzelnen Kapitel - Bilder einfügen!}}

==Weblinks==
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/kondensatoren.htm#Funktionsweise Kondensator bei "Elektronik-Info"]
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik) Wikipedia - Kondensator]

== Autor ==
--[[Benutzer:Williwilli|Williwilli]] 08:59, 25. Jul 2008 (CEST)

[[Kategorie:Grundlagen]]
[[Kategorie:Elektronik]]

Datei:Funktionsweise Drehkondensator.png

2008-11-16T11:20:41Z

BASTIUniversal: Funktionsweise eines Drehkondensators

Funktionsweise eines Drehkondensators

Testseite

2008-11-16T11:00:11Z

BASTIUniversal: /* Marius Fiegenbaum stinkt = */

= Marius F. stinkt ==

== Passive Bauteile ==
<math>
110^{-6}F
</math>

== Ebene 2 Überschrift ==
''Kursiver Text''''Kursiver Text''
== Ebene 2 Überschrift ==
[http://www.beispiel.de Link-Text]''Kursiver Text''''Kursiver Text''[[Media:Beispiel.mp3]]
----
Benutzer:Tocer|Tocer]] 09:12, 10. Jun 2008 (CEST)
----
Geil

== da der rest ==

[[:Kategorie:Microcontroller]]

[[:RN-Control Grundfunktionen]]

Hier kann man ein wenig experimentieren wie was geht! Einfach auf bearbeiten klicken und schreiben!
Wieso ist das jetzt in so einem Kästchen?
Eine neue Zeile im [[--[[Benutzer:Tocer|Tocer]] 11:43, 9. Jun 2008 (CEST)[[Media:''Marius Fiegenbaum stinktHaupttext'']].]]
So strukturiert man Seiten:
Bla ??? blablabla
Test1234
Das geht ja gut!!!
mhm

----
was ist das??
--[[Benutzer:Keno|Keno]] 18:53, 30. Sep 2008 (CEST)
was das??
<nowiki>mhm</nowiki>

==Formeln==
<math> f(x)=x \cdot b^x </math> 
<math></math> 
<math> f(x)=x \cdot b^x </math>

<math> \sum_{k=0}^\infty \frac {(-1)^k \cdot x^{2k}}{(2k)!} </math>

<math> \sum_{k=0}^3 \frac {(-1)^k \cdot x^{2k}}{(2k)!} = 1-\frac{1}{2}\cdot x^2 +\frac{1}{24}\cdot x^4-\frac{1}{720}\cdot x^4</math>

<math>
U_\mathrm{m} = U_\mathrm{ein} \cdot \frac{t_\mathrm{ein}}{t_\mathrm{ein} + t_\mathrm{aus}}
</math>

= Überschrift =
und nun der Text
----

== Neuer Abschnitt ==
bla bla bla ...

=== Unterabschnitt ===
bla bla bla ...
==== Unter-Unterabschnitt ====
[[Bild:AtmelController.jpg|thumb|Bildunterzeile für Beschreibung]]
bla bla bla ...
* Aufzählung
* Aufzählung
* Aufzählung
* Aufzählung

# Aufzählung <ref name="rrr"> aaa [xxxx yyy] </ref>
# Aufzählung
# noch einmal
# Aufzählung

== Ab hier Testbereich zum ausprobieren - kann ruhig verschandelt werden!!!==

===Formatierprobleme===

;Quellcode I:
:<pre>Zeile 1
Zeile2
</pre>
:<pre>Zeile .....
jajjj
</pre>
----
{| {{Blauetabelle}}
|+ ohne center
|-
| a || b
|-
| aaaaaa || bbbbb
|}
----
{| {{Blauetabelle}} style="text-align:center;"
|+ mit center
|-
| a || b
|-
| aaaaaa || bbbbb
|}
----
{| style="text-align:center;" {{Blauetabelle}}
|+ mit center
|-
| a || b
|-
| aaaaaa || bbbbb
|}

== Formel ==

<math>E=mc^2</math>

http://images.allposters.com/images/GDF/Z1735D.jpg

==Vorlage==

:<math>
U(t) \,=\, U_0 \cdot e^{-\frac{t}{RC}}
</math>

{{Test|aaa|bbb}}

== Teste hier auch mal :-) ==
<math>\Downarrow\Uparrow</math>

== Hat du kopp wie Sieb mutdu aufschreiben ==
---------------------------

Interrupts

Struktur:

Config InterruptXXX ‘Konfiguriere Interrupt
Enable Interrupts ‘generell Interrupts zulassen
Enable InterruptXXX ‘schalte speziell den InterruptXXX ein
On InterruptXXX SprungXXX ‘verzweige bei InterruptXXX zu SprungXXX

Do
....Hauptprogramm ‘Hauptprogramm
Loop
End

SprungXXX: ‘Unterprogramm von InterruptXXX
....Ausführung ‘arbeitet hier etwas ab und springt mit Return
Return ‚ wieder zurück, zum Hauptprogramm
=== xxx ===
:<math>
\overline{u} \vee \overline{v} = \overline{u \wedge v}
</math>

:<math>
\bar{u}_1 \wedge \bar{u}_2 \wedge \cdots \wedge \bar{u}_n
= \overline{u_1 \vee u_2 \vee \cdots \vee u_n}
</math>

:<math>
\neg u_1 \wedge \neg u_2 \wedge \cdots \wedge \neg u_n
= \neg (u_1 \vee u_2 \vee \cdots \vee u_n)
</math>

:<math>
\bar{u} \vee u = 1
</math>

:<math>
\bar{u} \wedge u = 0
</math>

<math>
\bar{A_1} = \overline{A}_1 = \overline{A_1}
</math>

<math>\uparrow a</math>
|<math>\Downarrow \Uparrow</math>

== Jetzt will ich das ganze auch mal testen! ==
Test '''Test''' ''Test'' '''''Test'''''

<math>a² = b² + c²</math> 
 
<math>a=b+c</math> 

<math>a^2=b^2+c^2</math> 
*Dies könnte eine Aufzählung sein
**und dies einer der Inhalte
**dies auch
***und noch ein inhalt von "dies auch" 

nun will ich
auch einmal versuchen
ein quelltextfenster
darzustellen!

<div align="center">
{{FarbigerRahmen|
Wichtiger Text wird in der Mitte geschrieben 
und zusätzlich ROT umrahmt!
}}
</div>

=== NAND GATTER ===
<math> x=a \overline { acb } b</math>

=== NOR GATTER ===
<math> x=a \overline { v } b</math>

--[[Benutzer:Elayne|Elayne]] 16:20, 27. Dez 2007 (CET)

== Getriebe ==

=== Achsabstände ===
Das größte Problem bei selbstgebauten Getrieben ist die Bestimmung
der Achsabstände. 
Zu weite Abstände verursachen zum einen Schäden an den Zahnrädern 
und zu kurze Abstände sorgen dafür, dass sich das Getriebe, 
wenn überhaupt, nicht drehen lässt und auch schneller verschleißen kann.

Ein wichtiger Parameter, welcher zur Berechnung der Achsabstände benötigt wird, 
ist die Modulgröße oder auch Modulzahl genannt.

Für Zahnräder mit unbekannter Modulgröße gibt es Zahnradlehren,
welche das ermitteln des Modul's erleichtert ohne raten zu müssen

Der Abstand der Zahnradachsen lässt sich wie folgend ermitteln:

Anzahl der beiden Zahnradzähne (welche ineiandergreifen) zusammenzählen,
davon dann die Hälfte mit der Modulzahl multiplizieren.

=Quellen=

;Quelle1: blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah
:{|
<pre>
ghdjs gdjs dgjs
dgsjdghsj
dgsdhgjs
</pre>
|}

;Quelle2 und Quelle3: blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah blah
:{|
|valign="top"| '''Quelle2'''
<pre>
ghdjs gdjs dgjs
dgsjdghsj
dgsdhgjs
</pre>
|              
|valign="top"| '''Quelle3'''
<pre>
ghdjs gdjs dgjs
dgsjdghsj
dgsdhgjs
ghdjs gdjs dgjs
dgsjdghsjjavascript:insertTags('\'\'\'','\'\'\'','Fetter Text');
Fetter Text
dgsdhgjs
ghdjs gdjs dgjs
dgsjdghsj
dgsdhgjs
</pre>
|}

==Sudoku==

[[Bild:sodoku.gif|center]]

==Quellen==
<references/>

==Bildergallery ganz einfach anlegen==
<gallery>
Image:kaercherrobot.jpg
Image:siemensvsr8000unten.jpg|Siemens von unten
Image:siemensvsr8000buerste.jpg
Image:siemensvsr8000basis.jpg|Die Basisstation
</gallery>

[[Category:Test]]

[[Media:Beispiel.mp3]]

darf ich auch mal, ja? Gut:
L'''o'''r''e''m ipsum dolor sit amet.......

Benutzer:BASTIUniversal

2007-10-20T17:00:27Z

BASTIUniversal:

=Sebastian Knödler=

==Allgemeines==

* Nickname im RoboterNetz: BASTIUniversal
* Aufgaben im RoboterNetz: Moderator des "Elektronik" Forums

* Jahrgang: 1986

* Wohnort: Auenwald (in der Nähe von Stuttgart)

* Zurzeit Schüler an der [http://www.to.s.bw.schule.de/ TO-Stuttgart ]

==Freizeit Beschäftigungen==

* µC-Programmierung (Atmel AVR Familie)
* Umweltsensorik und Beobachtung
* "Grundlagenforschung"

==Projekte==

Als Schulprojekt: Reaktivierung und Modernisierung eines 3-Achsen-Plotters

Sensorarten

2007-10-20T16:23:26Z

BASTIUniversal: /* Autoren */

==Welche Sensorarten gibt es==
Damit sich ein Roboter in seiner Umgebung bewegen kann, ohne an Hindernisse anzustoßen, und damit er ein Ziel finden und ansteuern kann, muß er irgendwie seine Umwelt "wahrnehmen".
Hauptanwendung für diese Informationen aus der Umwelt ist die [[Navigation]].
Auf dieser Seite werden die wichtigsten Sensorarten und damit es praktischer wird auch zugleich die populärsten Robotik- und Modellbau-Sensortypen vorgestellt. Auch die Pinbelegung und Anschlussmöglichkeiten dieser Sensoren werden kurz erläutert.

==Bumpers==
Als Bumpers bezeichnet man eine Art Stoßstange, die einen Mikro-Switch auslöst.

[[Bild:microschalter.jpg|center]]

Die Auswertung erfolgt am besten digital an einem Pin mit Pull-up Widerstand. Man kann den Eingang pollen (abfragen), aber auch einen Interrupt auslösen lassen. -->

==Whiskers (Fühler)==
Das sind flexible Kunststoff-Streifen von ca. 10 cm Länge, eigentlich für Datenhandschuhe vorgesehen. Aber man kann sie auch als Fühler einsetzen, und daher auch für die Kollisions-Sensorik verwenden. Beim Verbiegen steigt der Widerstand an.

[[Bild:flexs_200.jpg|center]]

Um zu messen, wird mit einem zweiten Widerstand ein Spannungsteiler aufgebaut, der dann mit einem Analog-Eingang einen Grad der Verbiegung erkennen läßt. Sie werden häufig auch Flexsensoren genannt. -->

==Incremental-Geber==
Dienen zur Erfassung von Drehzahl bzw. der Messung von Wegstrecken

===austriamicrosystems AS5040===
 
[[Bild:AMS-general_200x200.jpg|right]]
[[Bild:AMS-chip_109x104.jpg|left]]

Der AS5040 kann absolute Winkelpositionen an einer Achse messen. Die Messung wird indirekt über ein Magnetfeld mittels Hallsensoren durchgeführt. Aufgrund der Anordnung der Hallsensoren und der Integration der Sensoren direkt in Silizium wird eine sehr hohe Genauigkeit bei der Messung erreicht. Das Messprinzip kompensiert ausserdem Störgrössen, wie externes Magnetfeld, Alterungseinflüsse, Temperaturschwankungen und mechanische Toleranzen.

 
Die komplette Auswertung der Sensorsignale geschieht auf dem Chip. 

[[Bild:AMS-block_700x242.jpg|center]]

[[Bild:AMS-pcb_200x152.jpg|right]]
 
Durch die hohe Integration reduziert sich die zusätzliche Beschaltung des Chips auf wenige Bauteile, beispielsweise ein paar Filterkondensatoren.
 
Die Winkelencoderfamilie von austriamicrosystems besitzt vielfältige Schnittstellen um den Winkelwert zu übertragen

{| {{Blauetabelle}}
|Seriell SSI
|Standard Schnittstelle für Winkelencoder in der Industrie
|-
|PWM
|erzeugt abhängig vom Winkel eine entsprechende Pulslänge, läßt sich sehr schön mit der Capturefunktion eines Controllers messen und braucht nur eine Leitung
|-
|I2C
|direkte Schnittstelle zum Microcontroller
|-
|Analog
|kompatible Schnittstelle um beispielsweise Potiapplikationen zu ersetzen
|-

|Inkremental
|klassische Schnittstelle um relative Bewegungen zu messen, keine Absolutmessung möglich
|-
|BLDC
|erzeugt direkt die Kommutierung für einen bürstenlosen Motor. Durch die höhere Auflösung gegenüber einer 3-Hall-Schalterlösung kann der BLDC mit einem wesentlich höheren Drehmoment gestartet werden
|}

[[Bild:AMS-magnet_354x421.jpg|left]]
 
Bei der Auswahl des Magnetens ist darauf zu achten, dass sogenannte Selten-Erde Magnete verwendet werden. http://de.wikipedia.org/wiki/Seltene_Erden Diese erzeugen ein besonders starkes Magnetfeld, das im 1 Tesla Bereich liegt. Im Zentrum des Magnetfelds ist ein linearer Bereich, der für die Genauigkeit der Messung ausschlaggebend ist. Solange die Hallsensoren in diesem Bereich liegen, kann eine unkalibrierte Genauigkeit von +/- 0.5 Grad gewährleistet werden. Weiterhin ist zu beachten, dass der Magnet nicht direkt auf eine Eisenwelle montiert wird. Die Eisenwelle verursacht quasi einen magnetischen 'Kurzschluß' und entzieht damit den Hallsensoren das Magnetfeld. Idealerweise sollte eine NE-Welle verwendet werden, oder wenn nicht anders machbar muß eine Isolation aus NE-Material zwischen Eisenwelle und Magnet eingefügt werden.
 
 

===Drehgeber Sharp GP1A30 und GP1A38===

[[Bild:gp1a30.jpg|center]]

Beim Sharp GP1A30 und GP1A38 handelt es sich um Gabellichtschranken mit inkrementaler Drehgeberfunktion. Beide sind im Grunde von den Anschlüssen identisch, lediglich kann GP1A38 noch etwas höhere Drehzahlen messen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gabellichtschranken können mit dieser sowohl Drehzahl als auch Drehrichtung ermittelt werden. Notwendig sind dafür nur 2 digitale Ports. Verzichtet man auf die Auswertung der Drehrichtung, reicht nur ein Port.
Der Sensor hat den Vorteil das die Signale bereits TTL kompatibel sind und direkt an ein Controllerboard angeschlossen werden können. Ein Beispielprogramm zu [[RN-Control]] findet man hier

* [[Beispiel Drehzahlmessung mit RN-Control]]

[[Bild:GP1A30.gif|center]]

Die Auswertung inkrementaler Drehgeber ist recht einfach. Ein Ausgang liefert einen Impuls pro Markierung (Scheibe auf der Welle). Prüft man bei jedem Impuls (Flanke) noch gleichzeitig den aktuellen Pegel des zweiten Ausganges, so kann daraus die Drehrichtung abgeleitet werden.

Der Signalverlauf an den Sensorausgängen ist phasenversetzt:

[[Bild:inkremental1.gif|center]]

[[Bild:drehgeber_an_rncontrol.gif|center|framed|Beispielschaltung wenn man lediglich die Drehzahl ohne Drehrichtung auswerten möchte. Als Widerstand hat sich 330 Ohm als gut erwiesen.]]

==Optische Sensoren==
===Helligkeit===
Die Hauptanwendung solcher Sensoren ist, den hellsten Fleck im Raum zu finden.
Dies ist auch Teil vieler Roboterwettbewerbe. (Robo Callenge (2002 sic!), 'Ein Platz an der Sonne')

Solche Sensoren können einfache [[LDR]]s oder [[Photodioden]] bzw. [[Phototransistoren]] sein.
LDRs haben den Vorteil, dass sie relativ hoch aussteuern, der große Nachteil ist aber, dass diese Sensoren ziemlich Wärmeempfindlich und etwas träge sind.
Photodioden und Phototransistoren haben den Vorteil, dass sie sehr genau sind, aber nicht besonders hoch aussteuern. Diese sollte man evtl. über einen OpAmp verstärken.

[[Bild:fotowiderstand.jpg|center|framed|Ein typischer Fotowiderstand]]

[[Bild:SFH300.jpg|center|framed|SFH300, ein typischer Phototransistor]]

Alternativ kann auch ein digitaler Lichtsensor verwendet werden, den man direkt an den I2C- oder SM-Bus anschliessen kann. Man erspart sich Auswertung, Temperaturkompensation und Signalaufbereitung, allerdings ist der Anschluss meistens schwieriger, weil der Sensor in SMD-Bauform gebaut ist und 3,3 anstatt 5 Volt braucht.
[[Bild:Lichtsensor.jpg|center|framed|Ein digitaler Lichtsensor für den I2C-Bus (TSL2561 der Frima Taos)]]

Die Suche nach dem hellsten Fleck im Raum ist wie ich finde ein gutes Einsteigerthema!

===CNY70===

Der CNY70 ist ein Foto-Reflex Optokoppler. In einem würfelförmigem Gehäuse befindet sich eine Infrarot LED als Sender und ein Infrarot Fototransistor als Empfänger. Damit kann auf kurze Entfernung (wenige Millimeter) das reflektierte Licht der IR-LED durch den IR-Fototransistor gemessen werden.

{|
|[[Bild:cny70.jpg|thumb|200px|CNY70]]
|[[Bild:cny70_pinout.jpg|framed|CNY70 Vishay Pinout]]
|}

'''Achtung:''' Es existiert auch noch ein CNY70 von Temic mit anderer Pinbelegung, dort ist der Fototransistor verdreht eingebaut.

Der CNY70 eignet sich für eine Vielzahl von Sensoren. Z.B. als Liniensensor, Radencoder, Abgrunddetektor und Lichtschranke. Allerdings ist er empfindlich gegen Streulicht, da das Licht der IR-LED nicht moduliert ist.

[[Bild:cny70_schem1.gif|thumb|center|600px|CNY70 als Liniensensor]]

Der Liniensensor benötigt 2 A/D Wandler Eingänge des Prozessors. Die CNY70 sollten so nah wie möglich in Bodennähe angebracht sein (1..3mm). Der P-Kanal FET BS250 dient als Schalter für die IR LEDs des CNY70. Damit spart man Strom, wenn der Liniensensor nicht benötigt wird. Allerdings wird dafür ein weiterer Prozessor Ausgang als Enable Signal benötigt. HIGH Pegel schaltet die Sensor LEDs aus, LOW Pegel ein. Wird keine Enable Funktion gewünscht, läßt man den BS250 einfach weg und hängt die Vorwiderstände der Sensor LEDs direkt an VCC.

[[Bild:cny70_schem2.gif|thumb|center|600px|CNY70 als Radencoder mit Schmitt-Trigger]]

Die Radencoder benötigen zwei digitale Eingangsports des Prozessors. A/D Wandler sind nicht nötig, da die Schmitt-Trigger Gatter für saubere Logik Signale sorgen. Die CNY70 sollten so nah wie möglch an den Rädern sitzen (1..2mm). Die gewählten Widerstandswerte für R17/R19 bzw. R18/R20 sind optimiert für Radencoder die auf Transparentfolie gedruckt und auf Aluminium Räder aufgeklebt werden. Für Radencoder die auf Papier ausgedruckt werden, sind andere Widerstandswerte notwendig.
Der P-Kanal FET BS250 dient als Schalter für die IR LEDs des CNY70. Damit spart man Strom, wenn der Radencoder nicht benötigt wird. Allerdings wird dafür ein weiterer Prozessor Ausgang als Enable Signal benötigt. HIGH Pegel schaltet die Sensor LEDs aus, LOW Pegel ein. Wird keine Enable Funktion gewünscht, läßt man den BS250 einfach weg und hängt die Vorwiderstände der Sensor LEDs direkt an VCC.

===Distanzsensor IS471F===

IS471F - Hinderniserkennung mit Infrarot Distanzsensor

Das hier vorgestellte IC IS471F erlaubt eine einfach und sogar recht preisgünstige Hinderniserkennung per Infrarot. Dazu muß im wesentlichen nur noch eine Infrarot-Diode an das IC angeschlossen werden. Das modulierte Licht wird von einem Gegenstand direkt auf das IC zurückgeworfen und somit das Hindernis erkannt. Tageslicht/Fremdlicht stört den IS471 überhaupt nicht, da das Licht mit einer bestimmten Frequenz moduliert wird.

[[Bild:is471.png|center]]

Der normale Schaltungsaufbau sieht also wie oben abgebildet aus! In der Praxis kann das dann in etwa so aussehen:

[[Bild:is471beispiel.jpg|center]]

Das englische Datenblatt findet man im Roboternetz-Download-Bereich

Die normale Reichweite ist in gewissen Grenzen abhängig von der Farbe des Hindernises. In der Regel reicht es jedoch durchaus einige cm so das langsame Roboter durchaus sehr gut damit zurecht kommen. Durch besonders helle Infrarot LED´s und durch zusätzlich LED-Fassungen kann man die Reichweite erhöhen. Wem das noch nicht reicht, der kann über einen zusätzlichen Transistor die Strahlungsleistung der LED noch weiter erhöhen.

[[Bild:is471verstaerkung.png|center]]

<center>
http://www.roboternetz.de/bilder/mehrereis471.gif
</center>

===Sharp Infrarotsensoren===

Sharp hat eine ganz interessante Serie von Bausteinen herausgebracht mit denen ein Roboter sogar recht genau Entfernungen messen kann. Das Messergebnis ist nahezu unabhängig von der Farbe und Helligkeit des gemessenen Objektes. Die Ansteuerung ist sehr einfach, der Sensorausgang kann zum Beispiel direkt an einen analogen Eingang eines Mikrocontrollers angeschlossen werden. Die Sensoren sind unter den Roboter-Bastlern weit verbreitet.
Bei vielen Händlern erhältlich kosten die Sensoren derzeit je nach Typ und Händlerspanne zwischen 13 bis 25 Euro. 

[[Bild:Sharpentfernungssensor.jpg|center]]

Oft werden selbst in kleinen Roboter-Projekten mehrere dieser Sensoren genutzt da sie nur einen äußerst engen Erfassungsbereich haben. Sie eignen sich daher sehr gut zur Vermessung einer Umgebung, insbesondere dann wenn Sie drehbar auf einem Servo montiert werden. Als Kollisionsschutz sind sie wegen dem engen Winkel nur bedingt geeignet, zu diesem Zweck eignen sich zum Beispiel Ultraschallsensoren besser.
Das Funktionsprinzip der Sensoren ist einfach. Der Sensor besteht aus Sender und Empfänger. Der Sender sendet einen Infrarot-Strahl aus, der vom Hindernis reflektiert wird. Je nach Entfernung trifft der reflektierte Strahl an einer unterschiedlichen Stelle auf den Empfänger (ein sog. Position Sensitive Device, PSD). Der Empfänger setzt den Auftreffpunkt in einen analogen Spannungswert um. Eine schöne Skizze dazu:

[[Bild:sharpfunktion.jpg|center]]
{{FarbigerRahmen|
Wenn man diese Sensoren an Robotern einsetzt, will man meist Hindernisse mit senkrecht stehenden Kanten erkennen. Montiert man den Sensor jedoch in waagerechter Lage, können sich Fehlmessungen ergeben, wenn sich ein Objekt am Sensor vorbeibewegt (z.B. wenn sich der Roboter dreht). Es wird an der Kante kurzzeitig ein Entfernung gemessen, die geringer als die tatsächliche Entfernung zum Hindernis ist. (oder auch größer als die Entfernung zu einem zweiten Hindernis hinter dem ersten, je nach Bewegungsrichtung!) Man löst dieses Problem, indem man den Sensor in senkrechter Position montiert, also so, dass die beiden Linsen übereinander statt nebeneinander liegen. Dies wird auch in Datenblatt des Sensors empfohlen: der Sensor sollte immer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Hindernisses montiert werden.

Sehr deutlich erkennt man diese Messfehler, wenn man den Sensor als ein Art 3D-Scanner einsetzt: http://www.team-iwan.de/technik/sharp1.php
}}

'''Einige der beliebtesten Bausteine sind:'''

====Sharp GP2D12====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt
Dies ist der am häufigsten eingesetzte Sharp Typ bei mobilen Robotern.

[[Bild:GP2D12anschluss.gif|center]]

====Sharp GP2YA21YK====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2D120====
Distanz 4 - 30 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2Y0A02YK====
Distanz 20 - 150 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

<center>
http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/images/artikelbilder/sensoren/gp2y0a02yk_diagramm.gif
</center>

====Sharp GP2D02====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch 8 Bit Digitalausgang übermittelt

====Sharp GP2D150====
Distanz 3-30 cm - 1 Bit Schaltausgang

Datenblätter zu den oberen Sensoren findet man im Download-Bereich des Roboternetz, siehe unter [[#Weblinks]].

Um die analogen Spannung der Sensoren in eine Entfernung umzurechnen, kann man sich mit Hilfe des Datenblattes oder einfacher Probemessungen Tabellen erstellen, welche dann vom Controller zur Umsetzung genutzt werden.
Bequemer ist allerdings eine Näherungsformel:

====Formel zur Entfernungsberechnung====
D = A/(X-B)

D ist die Entfernung
X ist der Ausgabewert des Sensors
A ist die Steigung der Kurve A/X
B ist der Offset der Kurve

Die Konstanten A und B ermittelt man am besten über zwei Probemessungen:

D und X sind die Entfernung und der Ausgabewert der ersten Messung (z.B. bei 20 cm)
D' und X' sind die Entfernung und der Ausgabewert der zweiten Messung (z.B. bei 60 cm)

A = ((X' - X) * D' * D) /(D - D' )
B = (D' * X' - D * X) /(D' - D)

====GP2D12 Messkurve====

[[Bild:gpd12kurve.gif|center]]

====GPD120 Messkurve====

[[Bild:gpd120kurve.gif|center]]

==Ultraschall Sensoren==
===Ultraschallsensoren SRF04===
Die Firma '''Devantech''' hat eine Serie von sehr günstigen und kleinen Ultraschallsensoren entwickelt, die sich im Bereich "autonome Robotersysteme" durchgesetzt haben. Sie sind sehr verbreitet, da sie auch für "Hobby-Robotiker" erschwinglich sind und es sich nicht lohnen würde vergleichbare Module selber zu bauen, da diese meistens ungenauer und teurer wären.

Bekannt wurde die Serie durch den '''SRF04'''. Mit seinen kleinen Abmessungen, der niedrigen Stromaufnahme und der hohen Genauigkeit ist er für kleine Messaufgaben im Entfernungsbereich von 3cm bis 3m gut geeignet. Der SRF04 kann einen 3cm dicken Besenstiel in 2m Entfernung erkennen und wird durch ein [[PWM]]-Signal ausgewertet.

[[Bild:srf_04a.jpg]] [[Bild:srf_04.jpg]]

===Ultraschallsensor SRF05===
Der Nachfolger des SRF04 ist der neue SRF05. Er besitzt noch eine etwas höhere Reichweite bis 4 Meter. Zudem besitzt er neben dem kompatibel Mode zu SRF04 noch eine Betriebsart bei der er über einen einzigen Port (Pin) gesteuert wird. Das heißt sowohl der Start der Messung und das Ergebnis wird über die gleiche Leitung übertragen. [[Ultraschall SRF05 an RN-MiniControl|Programmbeispiel in Bascom]]

[[Bild:Srf05mode1.jpg|center]]

[[Bild:srf05mode2.gif|center]]

[[Bild:srf05mode2diagram.gif|center]]

===SRF08===
Die Alternative zu SRF04 und SRF05 ist der beliebte '''SRF08''' und dessen Nachfolger '''SRF10''', der nun über den [[I2C]]-Bus ausgewertet werden kann und über eine Reichweite von 3cm bis 6m verfügt. Er hat eine noch kleinere Stromaufnahme und zusätzlich befindet sich auf der Platinenfront ein Fotowiderstand(LDR) dessen Lichtmesswerte sich ebenfalls über den [[I2C]]-Bus auswerten lassen. Durch den SRF08 wird es möglich auch bis zu 16 Mehrfachechos, von weiter hinten gelegenen Gegenständen, auszuwerten, die bei dem SRF04 ignoriert wurden. Über den [[I2C]]-Bus kann man die Messwerte in cm, zoll und in der Laufzeit µs auslesen und spart sich somit die externe Auswertung der Laufzeit, wie bei dem SRF04. Weiterhin können insgesamt 16 SRF08-Module an einen [[I2C]]-Bus angeschlossen werden.

[[Bild:srf08_a.jpg]] [[Bild:srf08_b.jpg]]

===SRF08 Programmbeispiel===
SFR08 Programm Beispiel mit [[Bascom]]
Über die grundsätzliche Behandlung des [[I2C]]-Bus mit [[Bascom]] kann man [[I2C|hier]] nachlesen.

Const Sf08_adr_0 = &HE0 ' I2C Adresse
Const Sf08_c_range = 100 ' Reichweite
Const Sf08_c_gain = 1 ' Empfindlichkeit

Die Adresse ist der Default-Wert für den Sensor, und kann eingestellt werden.
Range und Gain sind anzupassen, die angegeben Werte sind aber mal grundsätzlich verwendbar.

'''Setup'''
Nach dem Reset sind einmal Range und Gain zu setzen.

'''Setzen Range'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' register "range"
I2cwbyte Sf08_c_range
I2cstop

'''Setzen Gain'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 1 ' register "gain"
I2cwbyte Sf08_c_gain
I2cstop

'''Abfrage Trigger'''

Die Abfrage soll laut Beschreibung in zwei Schritten erfolgen, zwischen denen ca 70 mS gewartet werden soll. Diese Zeit braucht das Gerät zum Messen.

'''Trigger'''
I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 0 ' register "Trigger"
I2cwbyte 81 ' Meßwert in Zentimetern

Waitms 70

'''Ergebnis abholen'''
<pre>
DIM Lsb as Byte
DIM Msb as Byte
DIM IVal as word

I2cstart ' Repeated Start
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' Meßwert US

I2cstart ' repeated Start
I2cwbyte Sf08_adr_0 + 1 ' Device I2C Adresse READ!
I2crbyte Msb , Ack ' Bit 8-15
I2crbyte Lsb , Nack ' Bit 0-7
I2cstop

Ival = Makeint(lsb , Msb) ' umwandeln in Word (16 Bit)
</pre>

=== SRF10 Ultraschallsensor ===
SRF10 ist quasi der Nachfolger von SRF08. Er bietet die gleiche Leistung und ist sogar gegenüber Spannungsschwankungen noch etwas unempfindlicher als der Vorgänger. Der größte Vorteil besteht jedoch darin das er ca. 1/3 kleiner als sein Vorgänger ist.

[[Bild:srf10foto1.jpg]] [[Bild:srf10foto2.gif]]

Die technischen Daten sind ähnlich:
* Betriebsspannung: 5V
* Stromaufnahme: ca. 3mA Standby, ca. 15mA während des Messens Frequenz: 40KHz
* Maximale Reichweite: 6 m
* Minimale Reichweite: 4 cm
* Messwerterfassung: intern, kein externer Controller zur Zeitmessung notwendig
* Interface: Standard – I2C (passend zu zahlreichen Controllerboards, z.B. RN-Control)
* Ausgabeformat: µs, cm oder Zoll
* Feature: Analogverstärkung 40 - 700 (einstellbar, 16 Stufen)
* Abmessungen: 32mm x 15mm x 10mm
* Hersteller: Devantech Ltd

*[[Ultraschall_SRF10_an_RN-Control|Programmbeispiel in Bascom]]

[[Bild:srf10ausbreitung.gif|center]]

===SRF02 Ultraschallsensor===
Der erste Sensor aus der SRF-Reihe der mit nur einem Ultraschallwandler auskommt. Dennoch können sich die Leistungen zeigen. Vorallem die Tatsache das sowohl RS232 und I2C-Bus Schnittstelle vorhanden ist dürfte viele Bastler erfreuen.

* Betriebsspannung 5V (stabilisiert)
* Stromaufnahme nur 4mA (typisch)
* Ultraschallfrequenz 40khz
* Reichweite 15cm bis 6 Meter
* Schnittstelle RS232 (TTL) und I2C-Bus
* Ausgabeeinheit wahlweise mm, inch oder uS
* Einfachste Verwendung, keine Kalibration/Justierung notwendig
* Größe 24mm x 20mm x 17mm

[[Bild:srf02_germany.jpg]]

Einige Bascom Programmbeispiele zum SRF02 findet man unter [[Ultraschallsensor SRF02 am RN-Board]]

=== Vergleichstabelle ===
<div align="center">
{|{{Blaueschmaltabelle}}
|
|'''SRF10'''
|'''SRF08'''
|'''SRF05'''
|'''SRF04'''
|'''SRF02'''
|-
|'''Betr. Spannung'''
|5V
|5V
|5V
|5V
|5V
|-
|'''Stromaufnahme'''
|3mA typ., 15mA max.
|3mA typ., 15mA max.
|4mA typ., 30mA max.
|30mA typ., 50mA max.
|4mA typ.  
|-
|'''US Leistung'''
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|?? mW
|-
|'''Frequenz'''
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|-
|'''Bereich'''
|72º
|55º
|55º
|55º
|55º
|-
|'''Reichweite'''
|4cm - 6m
|3cm - 6m
|3cm - 4m
|3cm - 3m
|15cm - 6m
|-
|'''Triggerimpuls'''
|
|
|10µs min.
|10µs min.
|
|-
|'''Abmessung in mm'''
|32 x 15 x 10
|43 x 20 x 17
|43 x 20 x 17
|43 x 20 x 17
|24 x 20 x 17
|-
|'''Interface'''
|I2C
|I2C
|TTL Impuls
|TTL Impuls
|I2C o. RS232 TTL
|-
|'''Feature'''
|Minimodul
|Lichtsensor
|SRF04 Modus
|
|nur 1 US-Kapsel
|-
|'''Preis ca. *'''
|44,00 €
|44,00 €
|22,00 €
|25,00 €
|19,00 €
|}
</div>

'''*''' Der Preis dient nur zum vergleich untereinander, nicht als Referenz !

==Kompaß==
===Kompaß-Modul CMPS03===
Laut der Doku ist diese Modul speziell für die Bedürnisse von Robotern gestaltet worden. Es mißt seine Lage relativ zum Erdmagnetfeld und liefert diesen Wert
* Als PWM-Signal
* Über I2C entweder 0-255 als Byte oder
* 0-3599 als 16-Bit Wert (MSB first)

In der vorliegenden Doku ist eine fixe I2C-Adresse von 0xC0 angegeben. Was leider noch fehlt, sind Angaben, ob und wie diese Adresse geändert werden kann.

Bei waagrechter(!) Montage ist das also ein Kompaß, bei senkrechter Montage dieser Module kann man auch die Neigung in Nord-Süd-Richtung messen. Hierzu sind 2 Module nötig, die zueinander um 90° gedreht angeordnet sein müssen. Die Neigung in Ost-West-Richtung zu messen, ist dagegen leider nicht möglich. Wenn ein CMPS03 als Kompass verwendet werden soll, sind zwei Dinge zu beachten:
* Mindestens 20 cm Abstand von Eisen(Motore)
* Exakte horizontale Ausrichtung.
Eine Montage an einem langen Stab aus Holz oder Kuststoff hoch über dem Roboter ist sinnvoll.

Das Ganze ist eine Anwendung des Philips-KMZ51 Magnet-Feld-Sensors mittels eines PIC16F872

Gelegentlich sollte das Modul kalibriert werden. Das kann über den I2C-Bus, aber auch mittels einen Pins am Modul initiiert werden. Dafür muß am Pin6 für jede Himmelsrichtung einmal kurz GND angelegt werden. Diese 4 Meßpunkte nimmt das Modul auf und speichert sie im EEPROM.

Ein Beispielprogramm findet man hier:
* [[Bascom und Kompass CMPS03]]

[[Bild:cmps3pin.jpg|center]]

==Beschleunigung==

Beschleunigungssensoren messen die Beschleunigung, die auf sie wirkt - wenn sie auf dem Tisch liegen, messen sie beispielsweise die Erdbeschleunigung von 1g. In einem Auto können weitere Beschleunigungen hinzukommen: Zur Seite beim Kurvenfahren, nach vorne oder hinten beim Beschleunigen, oder bei zügiger Fahrt über eine Bergkuppe auch mal welche in vertikaler Richtung. 
Beschleunigungssensoren sind meist mehrdimensional ausgelegt, so dass für mehrere Achsen ein Sensor verwendet werden kann.

Anwendungen finden sie in ESP-Systemen in Autos, die u.a. über die Querbeschleunigung ausrechnen können, ob das Fahrzeug seitlich driftet oder gar schleudert. 
Eine andere wichtige Aufgabe übernehmen sie zusammen mit Gyroskopen in Trägheitsnavigationssystemen, die dann sowohl die Lage im Raum als auch die Bewegung feststellen können.

Moderne Piezo-Sensoren sind nur noch Chip-gross und können direkt in Schaltungen integriert werden.

Beispiele für solche Chips ist die Chipfamilie [[ADXL]] von Analog Devices. Sie umfaßt 1- und 2-Achs Accelerometer in verschiedenen Empfindlichkleiten. Der Test eines solchen Sensors ist hier beschrieben. http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=8525

==Drehung==

Um Drehungen zu messen, werden sogenannte Gyroskope, kurz "Gyros" verwendet. Typische Vertreter sind hier die [[ADXRS]]-Familie von Analog Devices. Diese sind allerdings, anders als die Beschleunigungssensoren, meistens nur für eine Achse ausgelegt. Die Ausgabe erfolgt meist analog, jede Ausgangsspannung entspricht einer bestimmten Drehrate in °/Sekunde.

Gemessen wird die Auswirkung der Corioleskraft auf zwei gleiche, in Bewegung gehaltene Massen. Diese schwingen radial, d.h. 90° verdreht zu der Achse, auf der die Drehung gemessen werden soll. Wird der Sensor um die Achse gedreht, ändert sich die Geschwindigkeit dieser Massen, da sie auf einer gedachten Scheibe abwechselnd nach innen und außen wandern. Je weiter sie außen sind, desto höher ist ihre Geschwindigkeit, je weiter innen, desto langsamer sind sie. Bei der Bewegung nach außen müssen sie also beschleunigt werden, andersherum genauso. Die dabei auftretenden Beschleunigungen werden mittels einiger Fühler gemessen, die einen Plattenkondensator bilden.

Eine Anwendung sind im Flugmodellbau Gyro-"Taillocks", die in Hubschraubern die Heckstabilität verbessern und ESP-Systeme in Autos, die u.a. durch die Messung der Gierrate, also der Drehung des Fahrzeugs um die Hochachse, feststellen können, ob das Fahrzeug seitlich driftet oder sogar schleudert.

==Geschwindigkeit==

Geschwindigkeit kann unterschiedlich erfasst werden.
* Direkt am Rad oder Antrieb. Diese Methode wird häufig auch in KFZ verwendet, stößt jedoch an ihre Grenzen wenn die Räder viel Schlupf haben.
* Gegenüber der Luft mittels [[Pitot-Tube]]. Das wird bei Flugzeugen so gemacht, oder z.B. in der Formel 1. Bei niedriegen Geschwindigkeiten nicht zu gebrauchen
* Mittels eines optischen Sensors gegenüber dem Untergrund. Dafür kann ein [[Maussensor]] aus einer optischen Maus verwendent werden, evtl. mit einer Anpassung der Optik für einen geänderten Abstand.
* Mittels GPS-Empfang. Funktioniert nur unter freiem Himmel.
Siehe auch unter [[Sensoren für die Geschwindigkeitsmessung]]

==Temperatur==
===NTCs===
NTCs (Negative Temperature Coefficient)oder Heißleiter sind stromleitende Materialien, die bei hohen Temperaturen Strom besser leiten als bei tiefen, das heißt, mit steigender Temperatur sinkt ihr elektrischer Widerstand. Siehe auch unter [[NTC]]. Ein großer Vorteil ist die leichte Anwendung und der geringe Preis. Nachteil ist das der Widerstandswert sich nicht linear mit der Temperatur verändert.

[[Bild:ntc.gif]]

===PTCs===

PTCs sind Temperatursensoren, deren Widerstand sich mit steigender Temperatur erhöht. Dazu gehören

*PT100, PT1000 etc.
*Die KTYxx-xxx Reihe

==== KTY: Silizium Temperatursensoren ====

Die KTY-Temperatursensoren sind verglichen mit anderen Temperatursensoren verhältnismäßig günstig, haben dafür aber auch mehr Nachteile. 
Die Genauigkeit ist ziemlich eingeschränkt, weshalb die KTY-Temperatursensoren zuerst kalibriert werden sollten. Dies muss Schaltungstechnisch oder in Software erfolgen, eine eingebaute Kalibrierung gibt es nicht. 
Andererseits lassen sich mittels Oversampling sehr hoch aufgelöst Temperaturen messen, was aufgrund mittelmäßiger Linearität (auch nach der Linearisierung) aber nur bei der Messung kleiner Temperaturunterschiede empfehlenswert ist. 
Linearisiert werden die KTY an 5 Volt mit einem Reihenwiderstand von etwa 2,7 kOhm bis 3,3 kOhm.

===LM335 und LM35===

[[Bild:LM335.JPG|center]]

Der Temperatursensor LM335 funktioniert wie eine Z-Diode, die ihre Durchbruchspannung proportional zur Temperatur ändert. Beim Sensor LM335 beträgt diese Änderung 10mV/K, beim Sensor LM35 beträgt die Änderung 10mV/oC.

Der größte Unterschied zwischen den Sensoren ist der, dass am Ausgang des LM335 bei 0oC etwa 2,73V anliegen (273K = 0oC) und beim LM35 0V. Sollen negative Temperaturen gemessen werden, so muss man für den LM35 das Bezugspotential GND anheben (z.B. mit zwei Si-Dioden).

Von den Sensoren LM335 und LM35 gibt es auch noch genauere Ausführungen, welche einen geringeren Temperatur-Fehler ab Werk haben. Diese Versionen heißen LM15/LM25 bzw. LM135/LM235 und sind entsprechend teurer als die 3er Version (zum Vergleich: LM335 kostet bei Reichelt 0,89€, der LM135 jedoch 7,75€).

Der LM335 und LM35 messen nach einer einfachen Kalibrierung mit einem Poti, bis auf 1oC genau. Dazu muss man mit dem Poti die Ausgangsspannung bei 25oC auf 2,98V einstellen (2,98V / 0,01V/K = 298K = 25oC). Da der Sensor über seinen Messbereich sehr linear ist, braucht man nur bei einer Temperatur Kalibrieren. Durch den Einsatz mehrerer in Reihe geschalteter Sensoren, kann man das Ausgangssignal Verstärken (bei drei LM335 erhält man dann 30mV/K anstatt 10mV/K) oder, wenn die Sensoren im Raum verteilt sind, einen einfachen Mittelwert bilden.

====Beschaltung und Dimensionierung eines LM335====
[[Bild:lm335schaltung.jpg|center]]
Da sich der Sensor wie eine Z-Diode verhält, muss der Strom durch diese Begrenzt werden, um eine Verfälschung des Signals oder gar eine Zerstörung zu verhindern. Fließt jedoch zu wenig Strom durch die Diode, so treten Störungen auf und die Genauigkeit sinkt.

Der Strom wird auf einfache weiße, wie bei einer LED, durch einen Widerstand (hier R1) begrenzt. Der Strom sollte zwischen Mindestens 450µA und Maximal 5mA liegen. Bei einer Betriebsspannung von 5V kann also für 2mA ein Widerstand von etwa 2,5kOhm benutzt werden (R = U/I).

Die max. Betriebsspannung sollte 30V nicht überschreiten!

Zur Kalibrierung schließt man an ein 10kOhm Potentiometer zwischen V+ und V- (GND) des Sensors an und legt dessen Schleifer auf den ADJ-Pin. Nun stellt man die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Raumtemperatur (welche Bekannt sein sollte) ein (1oC = 1K, 273K = 0oC). Kalibriert man den LM335 nicht, so kann dieser um bis zu 9K falsch gehen!

Im letzten Bild (ganz rechts) ist die schon angesprochene Reihenschaltung aufgezeichnet. Um ein größeres Ausgangssignal zu erhalten, kann man das Signal auch mit einem [[Operationsverstärker#Verstärker|Operationsverstärker]] Verstärken. Das ist günstiger und man hat die Möglichkeit, das Signal um ein Vielfaches zu Verstärken ohne einige Dutzend Sensoren ein zusetzten!

Pin-Belegungen und weitere Daten finden sich im Datenblatt (kann man z.B. bei Reichelt herunterladen).

===Temperatur-Sensor LM75===

[[Bild:lm75.gif|center]]

Dieser Chip von National Semiconductors kann die Umgebungstemperatur mit einer Auflösung von 0.5o Grad Celsius messen und wird über einen I2C Bus angesprochen.

Der Messbereich:
*−25oC bis 100oC bei ±2oC(max)Genauigkeit.
*−55oC bis 125oC bei ±3oC(max)Genauigkeit.

Der LM75 bietet:
* Einen Schaltausgang (invertierbar) - z.B. für Ventilator, Heizung etc.
* Programmierbarer oberer und unterer Schaltpunkt.
* Schaltausgang alternativ auch als Interrupt verwendbar.
* Über von außen einstellbare I2C-Adresse. Bit 0 = R/W, Bits 1-3 einstellbar, Bit 4-7 fixe Adresse 0x9n
* Maximal 8 Stück LM75 an einem I2C Bus.

Durch I2C-Lesebefehle kann man die Temperatur (2x8Bit)auslesen.

Das erste Byte ist der Temperatur Vorkommawert in ganzen Grad, als normales signed char. Das Bit 7 vom zweiten Byte bestimmt den Nachkommawert. Wenn Bit 7 gleich 1 so ist der Nachkommawert + 0.5oC. Auch dann + 0.5 oC wenn Vorkommawert negativ. Wenn Bit 7 gleich 0 so ist der Nachkommawert = 0. Bit 0-6 vom zweiten Byte sind ohne Bedeutung.

===Programm-Beispiel für LM75===
Der LM75 wird über den [[I2C]]-Bus angesprochen.
In BasCom, wo es ja keine signed char gibt, wird das Interpretieren auf sehr unterschiedliche Art empfohlen.

Ich empfehle:

dim Ival as integer
dim Msb as byte
dim Lsb as byte
I2cstart
I2cwbyte &H91 ' Lese-adresse !
If Err = 1 Then
I2cstop ' kein ACK vom LM75 --> irgendein Fehler
Ival = 9999 ' Zeichen, daß der Wert ungültig ist !
Else
I2crbyte Msb , Ack
I2crbyte Lsb , Nack
I2cstop
If Msb.7 = 1 Then
Ival = Makeint(msb , &HFF) ' auffüllen mit den Vorzeichen bits
Else
Ival = Makeint(msb , &H00) ' positiv, also bleibt es so
End If
Ival = Ival * 10 ' erweitern
If Lsb.7 = 1 Then
Ival = Ival + 5 ' fünf Zehntel Grad dazu
End If
End if

Man erhält als Ergebnis die Temperatur in 0,5 Grad Schritten (Natürlich nur, wenn's keine Fehler gab).

==Resistive Sensoren==
Resistive Sensoren bzw. Linearpotentiometer arbeiten als Spannungsteiler über einer Hybridleitplastik- schicht und sind in unterschiedlichen Bauformen erhältlich; z.B. für Zylindereinbau, Klemmbock- u. Gelenkaugenbefestigung oder Taster.
Deren Einsatzgebiete sind vorwiegend in der Industrie.

==Kapazitive Sensoren==

Ein Beispiel für kapazitive Sensoren sind Luftfeuchtigkeitsmesser, die ihre Kapazität entsprechend der Luftfeuchtigkeit ändern. Das Auslesen der Kapazität kann prinzipiell über das Ausmessen von Ladekurven geschehen. Dies ist jedoch bei kleinen Kapazitäten nicht praktisch durchführbar, weshalb man in diesem Falle meist einen Schwingkreis baut, dessen Frequenz man dann misst und so dann zusammen mit der bekannten Induktivität der Spule die Kapazität des Kondensators ausrechnen kann.

[[Bild:feuchtesensor.gif|framed|center|Valvo Feuchtigkeitssensor 10-90% (Kapazität: 122 pF bei TU = 25 °)]]

==Induktive Sensoren==
Induktiver Näherungsschalter

Sensoren die ihre Induktivität entsprechend der Messgröße ändern können auch mit Hilfe eines Schwingkreises mit bekannter Kapazität ausgemessen werden.

...

==Piezoelektrische Sensoren==
Hier ist ein Experiment dargestellt das die Funktion von Piezowandlern demonstriert.

Drückt man auf eine längliche Glasplatte (Mikroskopträger Länge 76mm), die an den Enden auf je einem Piezo Wandler gelagert ist, dann ergeben sich Signale, die von den Kräften auf die Wandler abhängig sind.

Die Summe der beiden Kräfte entspricht der Gesamtkraft. Das Verhältnis der beiden Kräfte entspricht dem Verhältnis der Abstände des Druckpunktes zum Wandler.

[[Bild:Piezowandler.jpg|center]]

Im Versuch wurde mit der Frequenz von ca. 4Hz (0,5s/div) von einem Ende bis zum anderen auf die Platte gedrückt. (Tonleiter). Die Signale der beiden Wandler sind im Oszillogramm aufgetragen und die Folge der Druck-Positionen ist auf den ersten Blick schon mal nachvollziehbar.

==PIR Passiv Infrarot Sensoren==
Hier handelt es sich um Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder. Bewegungsmelder regieren beim Eintritt einer Person (Tier) in das Erfassungsfeld des Sensors. Die Anwendungsmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt, man kennt die Technik ja von vielen Terrassenlampen, welche sich beim vorbeigehen automatisch einschalten.
Reagiert wird also auf die Körperwärme einer sich im Erfassungsfeld bewegenden Person.
[[Bild:pir.jpg|right]]
Zum Prinzip:
Wärmestrahlen, die einen Erfassungsvorgang auslösen, liegen im Infrarot-Bereich des Wellenspektrums. In diesem Bereich gibt der menschliche Körper seine Wärmestrahlung ab. Leuchtmittel wie Glüh- , Halogen- und Entladungslampen, die für eine Strahlung im sichtbaren Bereich um 0,555 μm entwickelt wurden, geben jedoch auch einen erheblichen Teil an Wärmestrahlung im Infrarot-Bereich ab.
Im Spektrum oberhalb des sichtbaren Licht, ab 0,780 μm, beginnt der Infrarot-Bereich. Die Wellenlänge
dieser IR-Strahlung ist abhängig von der Temperatur eines Körpers. Die Wärmestrahlung
des Menschen hat ihr Maximum zwischen 9 und 10 μm im Infrarot-Bereich.
Diese Tatsache nutzt der PIR Sensor mittels sogenannter pyroelektrischer IRDetektoren, welche eine hohe Empfindlichkeit im langwelligen Infrarot-Bereich aufweisen. Die Infrarot-
Strahlung verhält sich ähnlich wie sichtbares Licht. Sie kann reflektiert und durch Linsen
gebündelt werden.
Basis eines solchen IR-Detektors (Sensors) sind Lithium-Tantalatkristalle. Diese Kristalle erzeugen,
bei Wärmeänderung (positive oder negative Temperaturänderung), eine elektrische Spannung.
Die von den Kristallen abgegebene Spannung liegt im Bereich von einigen μV (μV = millionstel Volt) und ist von folgenden Bedingungen abhängig:
* Der Intensität der Wärmequelle (Temperatur und Größe)
* Dem Umgebungsmedium (Temperatur, unterschiedliche Luftfeuchtigkeit)
* Der Entfernung zwischen Wärmequelle und IR-Sensor
* Der Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Wärmequelle
* Der Empfindlichkeit des PIR-Elementes (frequenzabhängiges Bandpaßverhalten mit Maximum bei ca. 0,1 Hz)

Zur Unterdrückung von Einflüssen aus der Umgebung (übliche wetterbedingte Temperaturänderungen), sind in jedem Sensor 2 Kristalle antiparallel geschaltet.
Einer der Kristalle gibt, bei Auftreffen von Wärmestrahlung einen positiven, der andere einen negativen Spannungsimpuls ab. Wärmeänderungen die gleichzeitig und mit gleicher Intensität auf beide Kristalle einwirken lösen so keinen Erfassungsvorgang aus, denn die beiden Impulse heben sich gegenseitig auf. Dadurch ist ein Auslösen bei Wärmeänderungen der Umgebung weitgehend ausgeschlossen.
Anders verhält es sich bei schnellen Bewegungen. Die Lithiumtantalat-Kristalle geben, entsprechend
der Bewegung und der dadurch hervorgerufenen Wärmeänderung im Erfassungsfeld, ihre
Impulse zeitversetzt ab. Die beiden Impulse addieren sich zu einer Wechselgröße mit höherer
Signalamplitude. Dieses elektrische Ausgangssignal ist proportional der Wärmeänderung und führt zur Meldung einer Bewegung.

==Autoren==
* [[Benutzer:PicNick|PicNick]]
* [[Benutzer:Frank|Frank]]
* [[Benutzer:Dennis.strehl|Dennis.strehl]]
* [[Benutzer:Florian|Florian]]
* [[Benutzer:BASTIUniversal|BASTIUniversal]]
* Topic
* [[Benutzer:Manf|Manf]]

==Siehe auch==
* [[Navigation]]
* [[Sensoren]]
* [[Graycode]]
* [[Ultraschall SRF10 an RN-Control]]
* [[Ultraschall SRF05 an RN-MiniControl]]
* [[Ultraschallsensor SRF02 am RN-Board]]
* [[Bascom und Kompass CMPS03]]

==Weblinks==
*[http://www.ikm.uni-karlsruhe.de/forschung/pzt_webseiten/de/grundlagen/pyro.html Piezoelektrische Sensoren]
*[http://www.roboternetz.de/phpBB2/dload.php?action=category&cat_id=2 Datenblätter im Download-Bereich des Roboternetz]
*[http://www.nxp.com/acrobat_download/various/SC17_GENERAL_TEMP_1996_3.pdf KTY Sensor Datenblatt]
*[http://www.tranzistoare.ro/datasheets2/83/83853_1.pdf NTC Datenblatt]

[[Category:Robotikeinstieg]]
[[Category:Grundlagen]]
[[Category:Elektronik]]
[[Category:Sensoren]]

Sensorarten

2007-10-20T16:21:25Z

BASTIUniversal: /* Beschaltung und Dimensionierung eines LM335 */

==Welche Sensorarten gibt es==
Damit sich ein Roboter in seiner Umgebung bewegen kann, ohne an Hindernisse anzustoßen, und damit er ein Ziel finden und ansteuern kann, muß er irgendwie seine Umwelt "wahrnehmen".
Hauptanwendung für diese Informationen aus der Umwelt ist die [[Navigation]].
Auf dieser Seite werden die wichtigsten Sensorarten und damit es praktischer wird auch zugleich die populärsten Robotik- und Modellbau-Sensortypen vorgestellt. Auch die Pinbelegung und Anschlussmöglichkeiten dieser Sensoren werden kurz erläutert.

==Bumpers==
Als Bumpers bezeichnet man eine Art Stoßstange, die einen Mikro-Switch auslöst.

[[Bild:microschalter.jpg|center]]

Die Auswertung erfolgt am besten digital an einem Pin mit Pull-up Widerstand. Man kann den Eingang pollen (abfragen), aber auch einen Interrupt auslösen lassen. -->

==Whiskers (Fühler)==
Das sind flexible Kunststoff-Streifen von ca. 10 cm Länge, eigentlich für Datenhandschuhe vorgesehen. Aber man kann sie auch als Fühler einsetzen, und daher auch für die Kollisions-Sensorik verwenden. Beim Verbiegen steigt der Widerstand an.

[[Bild:flexs_200.jpg|center]]

Um zu messen, wird mit einem zweiten Widerstand ein Spannungsteiler aufgebaut, der dann mit einem Analog-Eingang einen Grad der Verbiegung erkennen läßt. Sie werden häufig auch Flexsensoren genannt. -->

==Incremental-Geber==
Dienen zur Erfassung von Drehzahl bzw. der Messung von Wegstrecken

===austriamicrosystems AS5040===
 
[[Bild:AMS-general_200x200.jpg|right]]
[[Bild:AMS-chip_109x104.jpg|left]]

Der AS5040 kann absolute Winkelpositionen an einer Achse messen. Die Messung wird indirekt über ein Magnetfeld mittels Hallsensoren durchgeführt. Aufgrund der Anordnung der Hallsensoren und der Integration der Sensoren direkt in Silizium wird eine sehr hohe Genauigkeit bei der Messung erreicht. Das Messprinzip kompensiert ausserdem Störgrössen, wie externes Magnetfeld, Alterungseinflüsse, Temperaturschwankungen und mechanische Toleranzen.

 
Die komplette Auswertung der Sensorsignale geschieht auf dem Chip. 

[[Bild:AMS-block_700x242.jpg|center]]

[[Bild:AMS-pcb_200x152.jpg|right]]
 
Durch die hohe Integration reduziert sich die zusätzliche Beschaltung des Chips auf wenige Bauteile, beispielsweise ein paar Filterkondensatoren.
 
Die Winkelencoderfamilie von austriamicrosystems besitzt vielfältige Schnittstellen um den Winkelwert zu übertragen

{| {{Blauetabelle}}
|Seriell SSI
|Standard Schnittstelle für Winkelencoder in der Industrie
|-
|PWM
|erzeugt abhängig vom Winkel eine entsprechende Pulslänge, läßt sich sehr schön mit der Capturefunktion eines Controllers messen und braucht nur eine Leitung
|-
|I2C
|direkte Schnittstelle zum Microcontroller
|-
|Analog
|kompatible Schnittstelle um beispielsweise Potiapplikationen zu ersetzen
|-

|Inkremental
|klassische Schnittstelle um relative Bewegungen zu messen, keine Absolutmessung möglich
|-
|BLDC
|erzeugt direkt die Kommutierung für einen bürstenlosen Motor. Durch die höhere Auflösung gegenüber einer 3-Hall-Schalterlösung kann der BLDC mit einem wesentlich höheren Drehmoment gestartet werden
|}

[[Bild:AMS-magnet_354x421.jpg|left]]
 
Bei der Auswahl des Magnetens ist darauf zu achten, dass sogenannte Selten-Erde Magnete verwendet werden. http://de.wikipedia.org/wiki/Seltene_Erden Diese erzeugen ein besonders starkes Magnetfeld, das im 1 Tesla Bereich liegt. Im Zentrum des Magnetfelds ist ein linearer Bereich, der für die Genauigkeit der Messung ausschlaggebend ist. Solange die Hallsensoren in diesem Bereich liegen, kann eine unkalibrierte Genauigkeit von +/- 0.5 Grad gewährleistet werden. Weiterhin ist zu beachten, dass der Magnet nicht direkt auf eine Eisenwelle montiert wird. Die Eisenwelle verursacht quasi einen magnetischen 'Kurzschluß' und entzieht damit den Hallsensoren das Magnetfeld. Idealerweise sollte eine NE-Welle verwendet werden, oder wenn nicht anders machbar muß eine Isolation aus NE-Material zwischen Eisenwelle und Magnet eingefügt werden.
 
 

===Drehgeber Sharp GP1A30 und GP1A38===

[[Bild:gp1a30.jpg|center]]

Beim Sharp GP1A30 und GP1A38 handelt es sich um Gabellichtschranken mit inkrementaler Drehgeberfunktion. Beide sind im Grunde von den Anschlüssen identisch, lediglich kann GP1A38 noch etwas höhere Drehzahlen messen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gabellichtschranken können mit dieser sowohl Drehzahl als auch Drehrichtung ermittelt werden. Notwendig sind dafür nur 2 digitale Ports. Verzichtet man auf die Auswertung der Drehrichtung, reicht nur ein Port.
Der Sensor hat den Vorteil das die Signale bereits TTL kompatibel sind und direkt an ein Controllerboard angeschlossen werden können. Ein Beispielprogramm zu [[RN-Control]] findet man hier

* [[Beispiel Drehzahlmessung mit RN-Control]]

[[Bild:GP1A30.gif|center]]

Die Auswertung inkrementaler Drehgeber ist recht einfach. Ein Ausgang liefert einen Impuls pro Markierung (Scheibe auf der Welle). Prüft man bei jedem Impuls (Flanke) noch gleichzeitig den aktuellen Pegel des zweiten Ausganges, so kann daraus die Drehrichtung abgeleitet werden.

Der Signalverlauf an den Sensorausgängen ist phasenversetzt:

[[Bild:inkremental1.gif|center]]

[[Bild:drehgeber_an_rncontrol.gif|center|framed|Beispielschaltung wenn man lediglich die Drehzahl ohne Drehrichtung auswerten möchte. Als Widerstand hat sich 330 Ohm als gut erwiesen.]]

==Optische Sensoren==
===Helligkeit===
Die Hauptanwendung solcher Sensoren ist, den hellsten Fleck im Raum zu finden.
Dies ist auch Teil vieler Roboterwettbewerbe. (Robo Callenge (2002 sic!), 'Ein Platz an der Sonne')

Solche Sensoren können einfache [[LDR]]s oder [[Photodioden]] bzw. [[Phototransistoren]] sein.
LDRs haben den Vorteil, dass sie relativ hoch aussteuern, der große Nachteil ist aber, dass diese Sensoren ziemlich Wärmeempfindlich und etwas träge sind.
Photodioden und Phototransistoren haben den Vorteil, dass sie sehr genau sind, aber nicht besonders hoch aussteuern. Diese sollte man evtl. über einen OpAmp verstärken.

[[Bild:fotowiderstand.jpg|center|framed|Ein typischer Fotowiderstand]]

[[Bild:SFH300.jpg|center|framed|SFH300, ein typischer Phototransistor]]

Alternativ kann auch ein digitaler Lichtsensor verwendet werden, den man direkt an den I2C- oder SM-Bus anschliessen kann. Man erspart sich Auswertung, Temperaturkompensation und Signalaufbereitung, allerdings ist der Anschluss meistens schwieriger, weil der Sensor in SMD-Bauform gebaut ist und 3,3 anstatt 5 Volt braucht.
[[Bild:Lichtsensor.jpg|center|framed|Ein digitaler Lichtsensor für den I2C-Bus (TSL2561 der Frima Taos)]]

Die Suche nach dem hellsten Fleck im Raum ist wie ich finde ein gutes Einsteigerthema!

===CNY70===

Der CNY70 ist ein Foto-Reflex Optokoppler. In einem würfelförmigem Gehäuse befindet sich eine Infrarot LED als Sender und ein Infrarot Fototransistor als Empfänger. Damit kann auf kurze Entfernung (wenige Millimeter) das reflektierte Licht der IR-LED durch den IR-Fototransistor gemessen werden.

{|
|[[Bild:cny70.jpg|thumb|200px|CNY70]]
|[[Bild:cny70_pinout.jpg|framed|CNY70 Vishay Pinout]]
|}

'''Achtung:''' Es existiert auch noch ein CNY70 von Temic mit anderer Pinbelegung, dort ist der Fototransistor verdreht eingebaut.

Der CNY70 eignet sich für eine Vielzahl von Sensoren. Z.B. als Liniensensor, Radencoder, Abgrunddetektor und Lichtschranke. Allerdings ist er empfindlich gegen Streulicht, da das Licht der IR-LED nicht moduliert ist.

[[Bild:cny70_schem1.gif|thumb|center|600px|CNY70 als Liniensensor]]

Der Liniensensor benötigt 2 A/D Wandler Eingänge des Prozessors. Die CNY70 sollten so nah wie möglich in Bodennähe angebracht sein (1..3mm). Der P-Kanal FET BS250 dient als Schalter für die IR LEDs des CNY70. Damit spart man Strom, wenn der Liniensensor nicht benötigt wird. Allerdings wird dafür ein weiterer Prozessor Ausgang als Enable Signal benötigt. HIGH Pegel schaltet die Sensor LEDs aus, LOW Pegel ein. Wird keine Enable Funktion gewünscht, läßt man den BS250 einfach weg und hängt die Vorwiderstände der Sensor LEDs direkt an VCC.

[[Bild:cny70_schem2.gif|thumb|center|600px|CNY70 als Radencoder mit Schmitt-Trigger]]

Die Radencoder benötigen zwei digitale Eingangsports des Prozessors. A/D Wandler sind nicht nötig, da die Schmitt-Trigger Gatter für saubere Logik Signale sorgen. Die CNY70 sollten so nah wie möglch an den Rädern sitzen (1..2mm). Die gewählten Widerstandswerte für R17/R19 bzw. R18/R20 sind optimiert für Radencoder die auf Transparentfolie gedruckt und auf Aluminium Räder aufgeklebt werden. Für Radencoder die auf Papier ausgedruckt werden, sind andere Widerstandswerte notwendig.
Der P-Kanal FET BS250 dient als Schalter für die IR LEDs des CNY70. Damit spart man Strom, wenn der Radencoder nicht benötigt wird. Allerdings wird dafür ein weiterer Prozessor Ausgang als Enable Signal benötigt. HIGH Pegel schaltet die Sensor LEDs aus, LOW Pegel ein. Wird keine Enable Funktion gewünscht, läßt man den BS250 einfach weg und hängt die Vorwiderstände der Sensor LEDs direkt an VCC.

===Distanzsensor IS471F===

IS471F - Hinderniserkennung mit Infrarot Distanzsensor

Das hier vorgestellte IC IS471F erlaubt eine einfach und sogar recht preisgünstige Hinderniserkennung per Infrarot. Dazu muß im wesentlichen nur noch eine Infrarot-Diode an das IC angeschlossen werden. Das modulierte Licht wird von einem Gegenstand direkt auf das IC zurückgeworfen und somit das Hindernis erkannt. Tageslicht/Fremdlicht stört den IS471 überhaupt nicht, da das Licht mit einer bestimmten Frequenz moduliert wird.

[[Bild:is471.png|center]]

Der normale Schaltungsaufbau sieht also wie oben abgebildet aus! In der Praxis kann das dann in etwa so aussehen:

[[Bild:is471beispiel.jpg|center]]

Das englische Datenblatt findet man im Roboternetz-Download-Bereich

Die normale Reichweite ist in gewissen Grenzen abhängig von der Farbe des Hindernises. In der Regel reicht es jedoch durchaus einige cm so das langsame Roboter durchaus sehr gut damit zurecht kommen. Durch besonders helle Infrarot LED´s und durch zusätzlich LED-Fassungen kann man die Reichweite erhöhen. Wem das noch nicht reicht, der kann über einen zusätzlichen Transistor die Strahlungsleistung der LED noch weiter erhöhen.

[[Bild:is471verstaerkung.png|center]]

<center>
http://www.roboternetz.de/bilder/mehrereis471.gif
</center>

===Sharp Infrarotsensoren===

Sharp hat eine ganz interessante Serie von Bausteinen herausgebracht mit denen ein Roboter sogar recht genau Entfernungen messen kann. Das Messergebnis ist nahezu unabhängig von der Farbe und Helligkeit des gemessenen Objektes. Die Ansteuerung ist sehr einfach, der Sensorausgang kann zum Beispiel direkt an einen analogen Eingang eines Mikrocontrollers angeschlossen werden. Die Sensoren sind unter den Roboter-Bastlern weit verbreitet.
Bei vielen Händlern erhältlich kosten die Sensoren derzeit je nach Typ und Händlerspanne zwischen 13 bis 25 Euro. 

[[Bild:Sharpentfernungssensor.jpg|center]]

Oft werden selbst in kleinen Roboter-Projekten mehrere dieser Sensoren genutzt da sie nur einen äußerst engen Erfassungsbereich haben. Sie eignen sich daher sehr gut zur Vermessung einer Umgebung, insbesondere dann wenn Sie drehbar auf einem Servo montiert werden. Als Kollisionsschutz sind sie wegen dem engen Winkel nur bedingt geeignet, zu diesem Zweck eignen sich zum Beispiel Ultraschallsensoren besser.
Das Funktionsprinzip der Sensoren ist einfach. Der Sensor besteht aus Sender und Empfänger. Der Sender sendet einen Infrarot-Strahl aus, der vom Hindernis reflektiert wird. Je nach Entfernung trifft der reflektierte Strahl an einer unterschiedlichen Stelle auf den Empfänger (ein sog. Position Sensitive Device, PSD). Der Empfänger setzt den Auftreffpunkt in einen analogen Spannungswert um. Eine schöne Skizze dazu:

[[Bild:sharpfunktion.jpg|center]]
{{FarbigerRahmen|
Wenn man diese Sensoren an Robotern einsetzt, will man meist Hindernisse mit senkrecht stehenden Kanten erkennen. Montiert man den Sensor jedoch in waagerechter Lage, können sich Fehlmessungen ergeben, wenn sich ein Objekt am Sensor vorbeibewegt (z.B. wenn sich der Roboter dreht). Es wird an der Kante kurzzeitig ein Entfernung gemessen, die geringer als die tatsächliche Entfernung zum Hindernis ist. (oder auch größer als die Entfernung zu einem zweiten Hindernis hinter dem ersten, je nach Bewegungsrichtung!) Man löst dieses Problem, indem man den Sensor in senkrechter Position montiert, also so, dass die beiden Linsen übereinander statt nebeneinander liegen. Dies wird auch in Datenblatt des Sensors empfohlen: der Sensor sollte immer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Hindernisses montiert werden.

Sehr deutlich erkennt man diese Messfehler, wenn man den Sensor als ein Art 3D-Scanner einsetzt: http://www.team-iwan.de/technik/sharp1.php
}}

'''Einige der beliebtesten Bausteine sind:'''

====Sharp GP2D12====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt
Dies ist der am häufigsten eingesetzte Sharp Typ bei mobilen Robotern.

[[Bild:GP2D12anschluss.gif|center]]

====Sharp GP2YA21YK====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2D120====
Distanz 4 - 30 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2Y0A02YK====
Distanz 20 - 150 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

<center>
http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/images/artikelbilder/sensoren/gp2y0a02yk_diagramm.gif
</center>

====Sharp GP2D02====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch 8 Bit Digitalausgang übermittelt

====Sharp GP2D150====
Distanz 3-30 cm - 1 Bit Schaltausgang

Datenblätter zu den oberen Sensoren findet man im Download-Bereich des Roboternetz, siehe unter [[#Weblinks]].

Um die analogen Spannung der Sensoren in eine Entfernung umzurechnen, kann man sich mit Hilfe des Datenblattes oder einfacher Probemessungen Tabellen erstellen, welche dann vom Controller zur Umsetzung genutzt werden.
Bequemer ist allerdings eine Näherungsformel:

====Formel zur Entfernungsberechnung====
D = A/(X-B)

D ist die Entfernung
X ist der Ausgabewert des Sensors
A ist die Steigung der Kurve A/X
B ist der Offset der Kurve

Die Konstanten A und B ermittelt man am besten über zwei Probemessungen:

D und X sind die Entfernung und der Ausgabewert der ersten Messung (z.B. bei 20 cm)
D' und X' sind die Entfernung und der Ausgabewert der zweiten Messung (z.B. bei 60 cm)

A = ((X' - X) * D' * D) /(D - D' )
B = (D' * X' - D * X) /(D' - D)

====GP2D12 Messkurve====

[[Bild:gpd12kurve.gif|center]]

====GPD120 Messkurve====

[[Bild:gpd120kurve.gif|center]]

==Ultraschall Sensoren==
===Ultraschallsensoren SRF04===
Die Firma '''Devantech''' hat eine Serie von sehr günstigen und kleinen Ultraschallsensoren entwickelt, die sich im Bereich "autonome Robotersysteme" durchgesetzt haben. Sie sind sehr verbreitet, da sie auch für "Hobby-Robotiker" erschwinglich sind und es sich nicht lohnen würde vergleichbare Module selber zu bauen, da diese meistens ungenauer und teurer wären.

Bekannt wurde die Serie durch den '''SRF04'''. Mit seinen kleinen Abmessungen, der niedrigen Stromaufnahme und der hohen Genauigkeit ist er für kleine Messaufgaben im Entfernungsbereich von 3cm bis 3m gut geeignet. Der SRF04 kann einen 3cm dicken Besenstiel in 2m Entfernung erkennen und wird durch ein [[PWM]]-Signal ausgewertet.

[[Bild:srf_04a.jpg]] [[Bild:srf_04.jpg]]

===Ultraschallsensor SRF05===
Der Nachfolger des SRF04 ist der neue SRF05. Er besitzt noch eine etwas höhere Reichweite bis 4 Meter. Zudem besitzt er neben dem kompatibel Mode zu SRF04 noch eine Betriebsart bei der er über einen einzigen Port (Pin) gesteuert wird. Das heißt sowohl der Start der Messung und das Ergebnis wird über die gleiche Leitung übertragen. [[Ultraschall SRF05 an RN-MiniControl|Programmbeispiel in Bascom]]

[[Bild:Srf05mode1.jpg|center]]

[[Bild:srf05mode2.gif|center]]

[[Bild:srf05mode2diagram.gif|center]]

===SRF08===
Die Alternative zu SRF04 und SRF05 ist der beliebte '''SRF08''' und dessen Nachfolger '''SRF10''', der nun über den [[I2C]]-Bus ausgewertet werden kann und über eine Reichweite von 3cm bis 6m verfügt. Er hat eine noch kleinere Stromaufnahme und zusätzlich befindet sich auf der Platinenfront ein Fotowiderstand(LDR) dessen Lichtmesswerte sich ebenfalls über den [[I2C]]-Bus auswerten lassen. Durch den SRF08 wird es möglich auch bis zu 16 Mehrfachechos, von weiter hinten gelegenen Gegenständen, auszuwerten, die bei dem SRF04 ignoriert wurden. Über den [[I2C]]-Bus kann man die Messwerte in cm, zoll und in der Laufzeit µs auslesen und spart sich somit die externe Auswertung der Laufzeit, wie bei dem SRF04. Weiterhin können insgesamt 16 SRF08-Module an einen [[I2C]]-Bus angeschlossen werden.

[[Bild:srf08_a.jpg]] [[Bild:srf08_b.jpg]]

===SRF08 Programmbeispiel===
SFR08 Programm Beispiel mit [[Bascom]]
Über die grundsätzliche Behandlung des [[I2C]]-Bus mit [[Bascom]] kann man [[I2C|hier]] nachlesen.

Const Sf08_adr_0 = &HE0 ' I2C Adresse
Const Sf08_c_range = 100 ' Reichweite
Const Sf08_c_gain = 1 ' Empfindlichkeit

Die Adresse ist der Default-Wert für den Sensor, und kann eingestellt werden.
Range und Gain sind anzupassen, die angegeben Werte sind aber mal grundsätzlich verwendbar.

'''Setup'''
Nach dem Reset sind einmal Range und Gain zu setzen.

'''Setzen Range'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' register "range"
I2cwbyte Sf08_c_range
I2cstop

'''Setzen Gain'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 1 ' register "gain"
I2cwbyte Sf08_c_gain
I2cstop

'''Abfrage Trigger'''

Die Abfrage soll laut Beschreibung in zwei Schritten erfolgen, zwischen denen ca 70 mS gewartet werden soll. Diese Zeit braucht das Gerät zum Messen.

'''Trigger'''
I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 0 ' register "Trigger"
I2cwbyte 81 ' Meßwert in Zentimetern

Waitms 70

'''Ergebnis abholen'''
<pre>
DIM Lsb as Byte
DIM Msb as Byte
DIM IVal as word

I2cstart ' Repeated Start
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' Meßwert US

I2cstart ' repeated Start
I2cwbyte Sf08_adr_0 + 1 ' Device I2C Adresse READ!
I2crbyte Msb , Ack ' Bit 8-15
I2crbyte Lsb , Nack ' Bit 0-7
I2cstop

Ival = Makeint(lsb , Msb) ' umwandeln in Word (16 Bit)
</pre>

=== SRF10 Ultraschallsensor ===
SRF10 ist quasi der Nachfolger von SRF08. Er bietet die gleiche Leistung und ist sogar gegenüber Spannungsschwankungen noch etwas unempfindlicher als der Vorgänger. Der größte Vorteil besteht jedoch darin das er ca. 1/3 kleiner als sein Vorgänger ist.

[[Bild:srf10foto1.jpg]] [[Bild:srf10foto2.gif]]

Die technischen Daten sind ähnlich:
* Betriebsspannung: 5V
* Stromaufnahme: ca. 3mA Standby, ca. 15mA während des Messens Frequenz: 40KHz
* Maximale Reichweite: 6 m
* Minimale Reichweite: 4 cm
* Messwerterfassung: intern, kein externer Controller zur Zeitmessung notwendig
* Interface: Standard – I2C (passend zu zahlreichen Controllerboards, z.B. RN-Control)
* Ausgabeformat: µs, cm oder Zoll
* Feature: Analogverstärkung 40 - 700 (einstellbar, 16 Stufen)
* Abmessungen: 32mm x 15mm x 10mm
* Hersteller: Devantech Ltd

*[[Ultraschall_SRF10_an_RN-Control|Programmbeispiel in Bascom]]

[[Bild:srf10ausbreitung.gif|center]]

===SRF02 Ultraschallsensor===
Der erste Sensor aus der SRF-Reihe der mit nur einem Ultraschallwandler auskommt. Dennoch können sich die Leistungen zeigen. Vorallem die Tatsache das sowohl RS232 und I2C-Bus Schnittstelle vorhanden ist dürfte viele Bastler erfreuen.

* Betriebsspannung 5V (stabilisiert)
* Stromaufnahme nur 4mA (typisch)
* Ultraschallfrequenz 40khz
* Reichweite 15cm bis 6 Meter
* Schnittstelle RS232 (TTL) und I2C-Bus
* Ausgabeeinheit wahlweise mm, inch oder uS
* Einfachste Verwendung, keine Kalibration/Justierung notwendig
* Größe 24mm x 20mm x 17mm

[[Bild:srf02_germany.jpg]]

Einige Bascom Programmbeispiele zum SRF02 findet man unter [[Ultraschallsensor SRF02 am RN-Board]]

=== Vergleichstabelle ===
<div align="center">
{|{{Blaueschmaltabelle}}
|
|'''SRF10'''
|'''SRF08'''
|'''SRF05'''
|'''SRF04'''
|'''SRF02'''
|-
|'''Betr. Spannung'''
|5V
|5V
|5V
|5V
|5V
|-
|'''Stromaufnahme'''
|3mA typ., 15mA max.
|3mA typ., 15mA max.
|4mA typ., 30mA max.
|30mA typ., 50mA max.
|4mA typ.  
|-
|'''US Leistung'''
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|?? mW
|-
|'''Frequenz'''
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|-
|'''Bereich'''
|72º
|55º
|55º
|55º
|55º
|-
|'''Reichweite'''
|4cm - 6m
|3cm - 6m
|3cm - 4m
|3cm - 3m
|15cm - 6m
|-
|'''Triggerimpuls'''
|
|
|10µs min.
|10µs min.
|
|-
|'''Abmessung in mm'''
|32 x 15 x 10
|43 x 20 x 17
|43 x 20 x 17
|43 x 20 x 17
|24 x 20 x 17
|-
|'''Interface'''
|I2C
|I2C
|TTL Impuls
|TTL Impuls
|I2C o. RS232 TTL
|-
|'''Feature'''
|Minimodul
|Lichtsensor
|SRF04 Modus
|
|nur 1 US-Kapsel
|-
|'''Preis ca. *'''
|44,00 €
|44,00 €
|22,00 €
|25,00 €
|19,00 €
|}
</div>

'''*''' Der Preis dient nur zum vergleich untereinander, nicht als Referenz !

==Kompaß==
===Kompaß-Modul CMPS03===
Laut der Doku ist diese Modul speziell für die Bedürnisse von Robotern gestaltet worden. Es mißt seine Lage relativ zum Erdmagnetfeld und liefert diesen Wert
* Als PWM-Signal
* Über I2C entweder 0-255 als Byte oder
* 0-3599 als 16-Bit Wert (MSB first)

In der vorliegenden Doku ist eine fixe I2C-Adresse von 0xC0 angegeben. Was leider noch fehlt, sind Angaben, ob und wie diese Adresse geändert werden kann.

Bei waagrechter(!) Montage ist das also ein Kompaß, bei senkrechter Montage dieser Module kann man auch die Neigung in Nord-Süd-Richtung messen. Hierzu sind 2 Module nötig, die zueinander um 90° gedreht angeordnet sein müssen. Die Neigung in Ost-West-Richtung zu messen, ist dagegen leider nicht möglich. Wenn ein CMPS03 als Kompass verwendet werden soll, sind zwei Dinge zu beachten:
* Mindestens 20 cm Abstand von Eisen(Motore)
* Exakte horizontale Ausrichtung.
Eine Montage an einem langen Stab aus Holz oder Kuststoff hoch über dem Roboter ist sinnvoll.

Das Ganze ist eine Anwendung des Philips-KMZ51 Magnet-Feld-Sensors mittels eines PIC16F872

Gelegentlich sollte das Modul kalibriert werden. Das kann über den I2C-Bus, aber auch mittels einen Pins am Modul initiiert werden. Dafür muß am Pin6 für jede Himmelsrichtung einmal kurz GND angelegt werden. Diese 4 Meßpunkte nimmt das Modul auf und speichert sie im EEPROM.

Ein Beispielprogramm findet man hier:
* [[Bascom und Kompass CMPS03]]

[[Bild:cmps3pin.jpg|center]]

==Beschleunigung==

Beschleunigungssensoren messen die Beschleunigung, die auf sie wirkt - wenn sie auf dem Tisch liegen, messen sie beispielsweise die Erdbeschleunigung von 1g. In einem Auto können weitere Beschleunigungen hinzukommen: Zur Seite beim Kurvenfahren, nach vorne oder hinten beim Beschleunigen, oder bei zügiger Fahrt über eine Bergkuppe auch mal welche in vertikaler Richtung. 
Beschleunigungssensoren sind meist mehrdimensional ausgelegt, so dass für mehrere Achsen ein Sensor verwendet werden kann.

Anwendungen finden sie in ESP-Systemen in Autos, die u.a. über die Querbeschleunigung ausrechnen können, ob das Fahrzeug seitlich driftet oder gar schleudert. 
Eine andere wichtige Aufgabe übernehmen sie zusammen mit Gyroskopen in Trägheitsnavigationssystemen, die dann sowohl die Lage im Raum als auch die Bewegung feststellen können.

Moderne Piezo-Sensoren sind nur noch Chip-gross und können direkt in Schaltungen integriert werden.

Beispiele für solche Chips ist die Chipfamilie [[ADXL]] von Analog Devices. Sie umfaßt 1- und 2-Achs Accelerometer in verschiedenen Empfindlichkleiten. Der Test eines solchen Sensors ist hier beschrieben. http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=8525

==Drehung==

Um Drehungen zu messen, werden sogenannte Gyroskope, kurz "Gyros" verwendet. Typische Vertreter sind hier die [[ADXRS]]-Familie von Analog Devices. Diese sind allerdings, anders als die Beschleunigungssensoren, meistens nur für eine Achse ausgelegt. Die Ausgabe erfolgt meist analog, jede Ausgangsspannung entspricht einer bestimmten Drehrate in °/Sekunde.

Gemessen wird die Auswirkung der Corioleskraft auf zwei gleiche, in Bewegung gehaltene Massen. Diese schwingen radial, d.h. 90° verdreht zu der Achse, auf der die Drehung gemessen werden soll. Wird der Sensor um die Achse gedreht, ändert sich die Geschwindigkeit dieser Massen, da sie auf einer gedachten Scheibe abwechselnd nach innen und außen wandern. Je weiter sie außen sind, desto höher ist ihre Geschwindigkeit, je weiter innen, desto langsamer sind sie. Bei der Bewegung nach außen müssen sie also beschleunigt werden, andersherum genauso. Die dabei auftretenden Beschleunigungen werden mittels einiger Fühler gemessen, die einen Plattenkondensator bilden.

Eine Anwendung sind im Flugmodellbau Gyro-"Taillocks", die in Hubschraubern die Heckstabilität verbessern und ESP-Systeme in Autos, die u.a. durch die Messung der Gierrate, also der Drehung des Fahrzeugs um die Hochachse, feststellen können, ob das Fahrzeug seitlich driftet oder sogar schleudert.

==Geschwindigkeit==

Geschwindigkeit kann unterschiedlich erfasst werden.
* Direkt am Rad oder Antrieb. Diese Methode wird häufig auch in KFZ verwendet, stößt jedoch an ihre Grenzen wenn die Räder viel Schlupf haben.
* Gegenüber der Luft mittels [[Pitot-Tube]]. Das wird bei Flugzeugen so gemacht, oder z.B. in der Formel 1. Bei niedriegen Geschwindigkeiten nicht zu gebrauchen
* Mittels eines optischen Sensors gegenüber dem Untergrund. Dafür kann ein [[Maussensor]] aus einer optischen Maus verwendent werden, evtl. mit einer Anpassung der Optik für einen geänderten Abstand.
* Mittels GPS-Empfang. Funktioniert nur unter freiem Himmel.
Siehe auch unter [[Sensoren für die Geschwindigkeitsmessung]]

==Temperatur==
===NTCs===
NTCs (Negative Temperature Coefficient)oder Heißleiter sind stromleitende Materialien, die bei hohen Temperaturen Strom besser leiten als bei tiefen, das heißt, mit steigender Temperatur sinkt ihr elektrischer Widerstand. Siehe auch unter [[NTC]]. Ein großer Vorteil ist die leichte Anwendung und der geringe Preis. Nachteil ist das der Widerstandswert sich nicht linear mit der Temperatur verändert.

[[Bild:ntc.gif]]

===PTCs===

PTCs sind Temperatursensoren, deren Widerstand sich mit steigender Temperatur erhöht. Dazu gehören

*PT100, PT1000 etc.
*Die KTYxx-xxx Reihe

==== KTY: Silizium Temperatursensoren ====

Die KTY-Temperatursensoren sind verglichen mit anderen Temperatursensoren verhältnismäßig günstig, haben dafür aber auch mehr Nachteile. 
Die Genauigkeit ist ziemlich eingeschränkt, weshalb die KTY-Temperatursensoren zuerst kalibriert werden sollten. Dies muss Schaltungstechnisch oder in Software erfolgen, eine eingebaute Kalibrierung gibt es nicht. 
Andererseits lassen sich mittels Oversampling sehr hoch aufgelöst Temperaturen messen, was aufgrund mittelmäßiger Linearität (auch nach der Linearisierung) aber nur bei der Messung kleiner Temperaturunterschiede empfehlenswert ist. 
Linearisiert werden die KTY an 5 Volt mit einem Reihenwiderstand von etwa 2,7 kOhm bis 3,3 kOhm.

===LM335 und LM35===

[[Bild:LM335.JPG|center]]

Der Temperatursensor LM335 funktioniert wie eine Z-Diode, die ihre Durchbruchspannung proportional zur Temperatur ändert. Beim Sensor LM335 beträgt diese Änderung 10mV/K, beim Sensor LM35 beträgt die Änderung 10mV/oC.

Der größte Unterschied zwischen den Sensoren ist der, dass am Ausgang des LM335 bei 0oC etwa 2,73V anliegen (273K = 0oC) und beim LM35 0V. Sollen negative Temperaturen gemessen werden, so muss man für den LM35 das Bezugspotential GND anheben (z.B. mit zwei Si-Dioden).

Von den Sensoren LM335 und LM35 gibt es auch noch genauere Ausführungen, welche einen geringeren Temperatur-Fehler ab Werk haben. Diese Versionen heißen LM15/LM25 bzw. LM135/LM235 und sind entsprechend teurer als die 3er Version (zum Vergleich: LM335 kostet bei Reichelt 0,89€, der LM135 jedoch 7,75€).

Der LM335 und LM35 messen nach einer einfachen Kalibrierung mit einem Poti, bis auf 1oC genau. Dazu muss man mit dem Poti die Ausgangsspannung bei 25oC auf 2,98V einstellen (2,98V / 0,01V/K = 298K = 25oC). Da der Sensor über seinen Messbereich sehr linear ist, braucht man nur bei einer Temperatur Kalibrieren. Durch den Einsatz mehrerer in Reihe geschalteter Sensoren, kann man das Ausgangssignal Verstärken (bei drei LM335 erhält man dann 30mV/K anstatt 10mV/K) oder, wenn die Sensoren im Raum verteilt sind, einen einfachen Mittelwert bilden.

====Beschaltung und Dimensionierung eines LM335====
[[Bild:lm335schaltung.jpg|center]]
Da sich der Sensor wie eine Z-Diode verhält, muss der Strom durch diese Begrenzt werden, um eine Verfälschung des Signals oder gar eine Zerstörung zu verhindern. Fließt jedoch zu wenig Strom durch die Diode, so treten Störungen auf und die Genauigkeit sinkt.

Der Strom wird auf einfache weiße, wie bei einer LED, durch einen Widerstand (hier R1) begrenzt. Der Strom sollte zwischen Mindestens 450µA und Maximal 5mA liegen. Bei einer Betriebsspannung von 5V kann also für 2mA ein Widerstand von etwa 2,5kOhm benutzt werden (R = U/I).

Die max. Betriebsspannung sollte 30V nicht überschreiten!

Zur Kalibrierung schließt man an ein 10kOhm Potentiometer zwischen V+ und V- (GND) des Sensors an und legt dessen Schleifer auf den ADJ-Pin. Nun stellt man die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Raumtemperatur (welche Bekannt sein sollte) ein (1oC = 1K, 273K = 0oC). Kalibriert man den LM335 nicht, so kann dieser um bis zu 9K falsch gehen!

Im letzten Bild (ganz rechts) ist die schon angesprochene Reihenschaltung aufgezeichnet. Um ein größeres Ausgangssignal zu erhalten, kann man das Signal auch mit einem [[Operationsverstärker#Verstärker|Operationsverstärker]] Verstärken. Das ist günstiger und man hat die Möglichkeit, das Signal um ein Vielfaches zu Verstärken ohne einige Dutzend Sensoren ein zusetzten!

Pin-Belegungen und weitere Daten finden sich im Datenblatt (kann man z.B. bei Reichelt herunterladen).

===Temperatur-Sensor LM75===

[[Bild:lm75.gif|center]]

Dieser Chip von National Semiconductors kann die Umgebungstemperatur mit einer Auflösung von 0.5o Grad Celsius messen und wird über einen I2C Bus angesprochen.

Der Messbereich:
*−25oC bis 100oC bei ±2oC(max)Genauigkeit.
*−55oC bis 125oC bei ±3oC(max)Genauigkeit.

Der LM75 bietet:
* Einen Schaltausgang (invertierbar) - z.B. für Ventilator, Heizung etc.
* Programmierbarer oberer und unterer Schaltpunkt.
* Schaltausgang alternativ auch als Interrupt verwendbar.
* Über von außen einstellbare I2C-Adresse. Bit 0 = R/W, Bits 1-3 einstellbar, Bit 4-7 fixe Adresse 0x9n
* Maximal 8 Stück LM75 an einem I2C Bus.

Durch I2C-Lesebefehle kann man die Temperatur (2x8Bit)auslesen.

Das erste Byte ist der Temperatur Vorkommawert in ganzen Grad, als normales signed char. Das Bit 7 vom zweiten Byte bestimmt den Nachkommawert. Wenn Bit 7 gleich 1 so ist der Nachkommawert + 0.5oC. Auch dann + 0.5 oC wenn Vorkommawert negativ. Wenn Bit 7 gleich 0 so ist der Nachkommawert = 0. Bit 0-6 vom zweiten Byte sind ohne Bedeutung.

===Programm-Beispiel für LM75===
Der LM75 wird über den [[I2C]]-Bus angesprochen.
In BasCom, wo es ja keine signed char gibt, wird das Interpretieren auf sehr unterschiedliche Art empfohlen.

Ich empfehle:

dim Ival as integer
dim Msb as byte
dim Lsb as byte
I2cstart
I2cwbyte &H91 ' Lese-adresse !
If Err = 1 Then
I2cstop ' kein ACK vom LM75 --> irgendein Fehler
Ival = 9999 ' Zeichen, daß der Wert ungültig ist !
Else
I2crbyte Msb , Ack
I2crbyte Lsb , Nack
I2cstop
If Msb.7 = 1 Then
Ival = Makeint(msb , &HFF) ' auffüllen mit den Vorzeichen bits
Else
Ival = Makeint(msb , &H00) ' positiv, also bleibt es so
End If
Ival = Ival * 10 ' erweitern
If Lsb.7 = 1 Then
Ival = Ival + 5 ' fünf Zehntel Grad dazu
End If
End if

Man erhält als Ergebnis die Temperatur in 0,5 Grad Schritten (Natürlich nur, wenn's keine Fehler gab).

==Resistive Sensoren==
Resistive Sensoren bzw. Linearpotentiometer arbeiten als Spannungsteiler über einer Hybridleitplastik- schicht und sind in unterschiedlichen Bauformen erhältlich; z.B. für Zylindereinbau, Klemmbock- u. Gelenkaugenbefestigung oder Taster.
Deren Einsatzgebiete sind vorwiegend in der Industrie.

==Kapazitive Sensoren==

Ein Beispiel für kapazitive Sensoren sind Luftfeuchtigkeitsmesser, die ihre Kapazität entsprechend der Luftfeuchtigkeit ändern. Das Auslesen der Kapazität kann prinzipiell über das Ausmessen von Ladekurven geschehen. Dies ist jedoch bei kleinen Kapazitäten nicht praktisch durchführbar, weshalb man in diesem Falle meist einen Schwingkreis baut, dessen Frequenz man dann misst und so dann zusammen mit der bekannten Induktivität der Spule die Kapazität des Kondensators ausrechnen kann.

[[Bild:feuchtesensor.gif|framed|center|Valvo Feuchtigkeitssensor 10-90% (Kapazität: 122 pF bei TU = 25 °)]]

==Induktive Sensoren==
Induktiver Näherungsschalter

Sensoren die ihre Induktivität entsprechend der Messgröße ändern können auch mit Hilfe eines Schwingkreises mit bekannter Kapazität ausgemessen werden.

...

==Piezoelektrische Sensoren==
Hier ist ein Experiment dargestellt das die Funktion von Piezowandlern demonstriert.

Drückt man auf eine längliche Glasplatte (Mikroskopträger Länge 76mm), die an den Enden auf je einem Piezo Wandler gelagert ist, dann ergeben sich Signale, die von den Kräften auf die Wandler abhängig sind.

Die Summe der beiden Kräfte entspricht der Gesamtkraft. Das Verhältnis der beiden Kräfte entspricht dem Verhältnis der Abstände des Druckpunktes zum Wandler.

[[Bild:Piezowandler.jpg|center]]

Im Versuch wurde mit der Frequenz von ca. 4Hz (0,5s/div) von einem Ende bis zum anderen auf die Platte gedrückt. (Tonleiter). Die Signale der beiden Wandler sind im Oszillogramm aufgetragen und die Folge der Druck-Positionen ist auf den ersten Blick schon mal nachvollziehbar.

==PIR Passiv Infrarot Sensoren==
Hier handelt es sich um Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder. Bewegungsmelder regieren beim Eintritt einer Person (Tier) in das Erfassungsfeld des Sensors. Die Anwendungsmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt, man kennt die Technik ja von vielen Terrassenlampen, welche sich beim vorbeigehen automatisch einschalten.
Reagiert wird also auf die Körperwärme einer sich im Erfassungsfeld bewegenden Person.
[[Bild:pir.jpg|right]]
Zum Prinzip:
Wärmestrahlen, die einen Erfassungsvorgang auslösen, liegen im Infrarot-Bereich des Wellenspektrums. In diesem Bereich gibt der menschliche Körper seine Wärmestrahlung ab. Leuchtmittel wie Glüh- , Halogen- und Entladungslampen, die für eine Strahlung im sichtbaren Bereich um 0,555 μm entwickelt wurden, geben jedoch auch einen erheblichen Teil an Wärmestrahlung im Infrarot-Bereich ab.
Im Spektrum oberhalb des sichtbaren Licht, ab 0,780 μm, beginnt der Infrarot-Bereich. Die Wellenlänge
dieser IR-Strahlung ist abhängig von der Temperatur eines Körpers. Die Wärmestrahlung
des Menschen hat ihr Maximum zwischen 9 und 10 μm im Infrarot-Bereich.
Diese Tatsache nutzt der PIR Sensor mittels sogenannter pyroelektrischer IRDetektoren, welche eine hohe Empfindlichkeit im langwelligen Infrarot-Bereich aufweisen. Die Infrarot-
Strahlung verhält sich ähnlich wie sichtbares Licht. Sie kann reflektiert und durch Linsen
gebündelt werden.
Basis eines solchen IR-Detektors (Sensors) sind Lithium-Tantalatkristalle. Diese Kristalle erzeugen,
bei Wärmeänderung (positive oder negative Temperaturänderung), eine elektrische Spannung.
Die von den Kristallen abgegebene Spannung liegt im Bereich von einigen μV (μV = millionstel Volt) und ist von folgenden Bedingungen abhängig:
* Der Intensität der Wärmequelle (Temperatur und Größe)
* Dem Umgebungsmedium (Temperatur, unterschiedliche Luftfeuchtigkeit)
* Der Entfernung zwischen Wärmequelle und IR-Sensor
* Der Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Wärmequelle
* Der Empfindlichkeit des PIR-Elementes (frequenzabhängiges Bandpaßverhalten mit Maximum bei ca. 0,1 Hz)

Zur Unterdrückung von Einflüssen aus der Umgebung (übliche wetterbedingte Temperaturänderungen), sind in jedem Sensor 2 Kristalle antiparallel geschaltet.
Einer der Kristalle gibt, bei Auftreffen von Wärmestrahlung einen positiven, der andere einen negativen Spannungsimpuls ab. Wärmeänderungen die gleichzeitig und mit gleicher Intensität auf beide Kristalle einwirken lösen so keinen Erfassungsvorgang aus, denn die beiden Impulse heben sich gegenseitig auf. Dadurch ist ein Auslösen bei Wärmeänderungen der Umgebung weitgehend ausgeschlossen.
Anders verhält es sich bei schnellen Bewegungen. Die Lithiumtantalat-Kristalle geben, entsprechend
der Bewegung und der dadurch hervorgerufenen Wärmeänderung im Erfassungsfeld, ihre
Impulse zeitversetzt ab. Die beiden Impulse addieren sich zu einer Wechselgröße mit höherer
Signalamplitude. Dieses elektrische Ausgangssignal ist proportional der Wärmeänderung und führt zur Meldung einer Bewegung.

==Autoren==
* [[Benutzer:PicNick|PicNick]]
* [[Benutzer:Frank|Frank]]
* [[Benutzer:Dennis.strehl|Dennis.strehl]]
* [[Benutzer:Florian|Florian]]
* Topic
* [[Benutzer:Manf|Manf]]

==Siehe auch==
* [[Navigation]]
* [[Sensoren]]
* [[Graycode]]
* [[Ultraschall SRF10 an RN-Control]]
* [[Ultraschall SRF05 an RN-MiniControl]]
* [[Ultraschallsensor SRF02 am RN-Board]]
* [[Bascom und Kompass CMPS03]]

==Weblinks==
*[http://www.ikm.uni-karlsruhe.de/forschung/pzt_webseiten/de/grundlagen/pyro.html Piezoelektrische Sensoren]
*[http://www.roboternetz.de/phpBB2/dload.php?action=category&cat_id=2 Datenblätter im Download-Bereich des Roboternetz]
*[http://www.nxp.com/acrobat_download/various/SC17_GENERAL_TEMP_1996_3.pdf KTY Sensor Datenblatt]
*[http://www.tranzistoare.ro/datasheets2/83/83853_1.pdf NTC Datenblatt]

[[Category:Robotikeinstieg]]
[[Category:Grundlagen]]
[[Category:Elektronik]]
[[Category:Sensoren]]

Datei:Lm335schaltung.jpg

2007-10-20T15:57:32Z

BASTIUniversal: Grundschaltungen des Temperatursensors LM335

Grundschaltungen des Temperatursensors LM335

Sensorarten

2007-10-20T15:55:50Z

BASTIUniversal: /* Temperatur */

==Welche Sensorarten gibt es==
Damit sich ein Roboter in seiner Umgebung bewegen kann, ohne an Hindernisse anzustoßen, und damit er ein Ziel finden und ansteuern kann, muß er irgendwie seine Umwelt "wahrnehmen".
Hauptanwendung für diese Informationen aus der Umwelt ist die [[Navigation]].
Auf dieser Seite werden die wichtigsten Sensorarten und damit es praktischer wird auch zugleich die populärsten Robotik- und Modellbau-Sensortypen vorgestellt. Auch die Pinbelegung und Anschlussmöglichkeiten dieser Sensoren werden kurz erläutert.

==Bumpers==
Als Bumpers bezeichnet man eine Art Stoßstange, die einen Mikro-Switch auslöst.

[[Bild:microschalter.jpg|center]]

Die Auswertung erfolgt am besten digital an einem Pin mit Pull-up Widerstand. Man kann den Eingang pollen (abfragen), aber auch einen Interrupt auslösen lassen. -->

==Whiskers (Fühler)==
Das sind flexible Kunststoff-Streifen von ca. 10 cm Länge, eigentlich für Datenhandschuhe vorgesehen. Aber man kann sie auch als Fühler einsetzen, und daher auch für die Kollisions-Sensorik verwenden. Beim Verbiegen steigt der Widerstand an.

[[Bild:flexs_200.jpg|center]]

Um zu messen, wird mit einem zweiten Widerstand ein Spannungsteiler aufgebaut, der dann mit einem Analog-Eingang einen Grad der Verbiegung erkennen läßt. Sie werden häufig auch Flexsensoren genannt. -->

==Incremental-Geber==
Dienen zur Erfassung von Drehzahl bzw. der Messung von Wegstrecken

===austriamicrosystems AS5040===
 
[[Bild:AMS-general_200x200.jpg|right]]
[[Bild:AMS-chip_109x104.jpg|left]]

Der AS5040 kann absolute Winkelpositionen an einer Achse messen. Die Messung wird indirekt über ein Magnetfeld mittels Hallsensoren durchgeführt. Aufgrund der Anordnung der Hallsensoren und der Integration der Sensoren direkt in Silizium wird eine sehr hohe Genauigkeit bei der Messung erreicht. Das Messprinzip kompensiert ausserdem Störgrössen, wie externes Magnetfeld, Alterungseinflüsse, Temperaturschwankungen und mechanische Toleranzen.

 
Die komplette Auswertung der Sensorsignale geschieht auf dem Chip. 

[[Bild:AMS-block_700x242.jpg|center]]

[[Bild:AMS-pcb_200x152.jpg|right]]
 
Durch die hohe Integration reduziert sich die zusätzliche Beschaltung des Chips auf wenige Bauteile, beispielsweise ein paar Filterkondensatoren.
 
Die Winkelencoderfamilie von austriamicrosystems besitzt vielfältige Schnittstellen um den Winkelwert zu übertragen

{| {{Blauetabelle}}
|Seriell SSI
|Standard Schnittstelle für Winkelencoder in der Industrie
|-
|PWM
|erzeugt abhängig vom Winkel eine entsprechende Pulslänge, läßt sich sehr schön mit der Capturefunktion eines Controllers messen und braucht nur eine Leitung
|-
|I2C
|direkte Schnittstelle zum Microcontroller
|-
|Analog
|kompatible Schnittstelle um beispielsweise Potiapplikationen zu ersetzen
|-

|Inkremental
|klassische Schnittstelle um relative Bewegungen zu messen, keine Absolutmessung möglich
|-
|BLDC
|erzeugt direkt die Kommutierung für einen bürstenlosen Motor. Durch die höhere Auflösung gegenüber einer 3-Hall-Schalterlösung kann der BLDC mit einem wesentlich höheren Drehmoment gestartet werden
|}

[[Bild:AMS-magnet_354x421.jpg|left]]
 
Bei der Auswahl des Magnetens ist darauf zu achten, dass sogenannte Selten-Erde Magnete verwendet werden. http://de.wikipedia.org/wiki/Seltene_Erden Diese erzeugen ein besonders starkes Magnetfeld, das im 1 Tesla Bereich liegt. Im Zentrum des Magnetfelds ist ein linearer Bereich, der für die Genauigkeit der Messung ausschlaggebend ist. Solange die Hallsensoren in diesem Bereich liegen, kann eine unkalibrierte Genauigkeit von +/- 0.5 Grad gewährleistet werden. Weiterhin ist zu beachten, dass der Magnet nicht direkt auf eine Eisenwelle montiert wird. Die Eisenwelle verursacht quasi einen magnetischen 'Kurzschluß' und entzieht damit den Hallsensoren das Magnetfeld. Idealerweise sollte eine NE-Welle verwendet werden, oder wenn nicht anders machbar muß eine Isolation aus NE-Material zwischen Eisenwelle und Magnet eingefügt werden.
 
 

===Drehgeber Sharp GP1A30 und GP1A38===

[[Bild:gp1a30.jpg|center]]

Beim Sharp GP1A30 und GP1A38 handelt es sich um Gabellichtschranken mit inkrementaler Drehgeberfunktion. Beide sind im Grunde von den Anschlüssen identisch, lediglich kann GP1A38 noch etwas höhere Drehzahlen messen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gabellichtschranken können mit dieser sowohl Drehzahl als auch Drehrichtung ermittelt werden. Notwendig sind dafür nur 2 digitale Ports. Verzichtet man auf die Auswertung der Drehrichtung, reicht nur ein Port.
Der Sensor hat den Vorteil das die Signale bereits TTL kompatibel sind und direkt an ein Controllerboard angeschlossen werden können. Ein Beispielprogramm zu [[RN-Control]] findet man hier

* [[Beispiel Drehzahlmessung mit RN-Control]]

[[Bild:GP1A30.gif|center]]

Die Auswertung inkrementaler Drehgeber ist recht einfach. Ein Ausgang liefert einen Impuls pro Markierung (Scheibe auf der Welle). Prüft man bei jedem Impuls (Flanke) noch gleichzeitig den aktuellen Pegel des zweiten Ausganges, so kann daraus die Drehrichtung abgeleitet werden.

Der Signalverlauf an den Sensorausgängen ist phasenversetzt:

[[Bild:inkremental1.gif|center]]

[[Bild:drehgeber_an_rncontrol.gif|center|framed|Beispielschaltung wenn man lediglich die Drehzahl ohne Drehrichtung auswerten möchte. Als Widerstand hat sich 330 Ohm als gut erwiesen.]]

==Optische Sensoren==
===Helligkeit===
Die Hauptanwendung solcher Sensoren ist, den hellsten Fleck im Raum zu finden.
Dies ist auch Teil vieler Roboterwettbewerbe. (Robo Callenge (2002 sic!), 'Ein Platz an der Sonne')

Solche Sensoren können einfache [[LDR]]s oder [[Photodioden]] bzw. [[Phototransistoren]] sein.
LDRs haben den Vorteil, dass sie relativ hoch aussteuern, der große Nachteil ist aber, dass diese Sensoren ziemlich Wärmeempfindlich und etwas träge sind.
Photodioden und Phototransistoren haben den Vorteil, dass sie sehr genau sind, aber nicht besonders hoch aussteuern. Diese sollte man evtl. über einen OpAmp verstärken.

[[Bild:fotowiderstand.jpg|center|framed|Ein typischer Fotowiderstand]]

[[Bild:SFH300.jpg|center|framed|SFH300, ein typischer Phototransistor]]

Alternativ kann auch ein digitaler Lichtsensor verwendet werden, den man direkt an den I2C- oder SM-Bus anschliessen kann. Man erspart sich Auswertung, Temperaturkompensation und Signalaufbereitung, allerdings ist der Anschluss meistens schwieriger, weil der Sensor in SMD-Bauform gebaut ist und 3,3 anstatt 5 Volt braucht.
[[Bild:Lichtsensor.jpg|center|framed|Ein digitaler Lichtsensor für den I2C-Bus (TSL2561 der Frima Taos)]]

Die Suche nach dem hellsten Fleck im Raum ist wie ich finde ein gutes Einsteigerthema!

===CNY70===

Der CNY70 ist ein Foto-Reflex Optokoppler. In einem würfelförmigem Gehäuse befindet sich eine Infrarot LED als Sender und ein Infrarot Fototransistor als Empfänger. Damit kann auf kurze Entfernung (wenige Millimeter) das reflektierte Licht der IR-LED durch den IR-Fototransistor gemessen werden.

{|
|[[Bild:cny70.jpg|thumb|200px|CNY70]]
|[[Bild:cny70_pinout.jpg|framed|CNY70 Vishay Pinout]]
|}

'''Achtung:''' Es existiert auch noch ein CNY70 von Temic mit anderer Pinbelegung, dort ist der Fototransistor verdreht eingebaut.

Der CNY70 eignet sich für eine Vielzahl von Sensoren. Z.B. als Liniensensor, Radencoder, Abgrunddetektor und Lichtschranke. Allerdings ist er empfindlich gegen Streulicht, da das Licht der IR-LED nicht moduliert ist.

[[Bild:cny70_schem1.gif|thumb|center|600px|CNY70 als Liniensensor]]

Der Liniensensor benötigt 2 A/D Wandler Eingänge des Prozessors. Die CNY70 sollten so nah wie möglich in Bodennähe angebracht sein (1..3mm). Der P-Kanal FET BS250 dient als Schalter für die IR LEDs des CNY70. Damit spart man Strom, wenn der Liniensensor nicht benötigt wird. Allerdings wird dafür ein weiterer Prozessor Ausgang als Enable Signal benötigt. HIGH Pegel schaltet die Sensor LEDs aus, LOW Pegel ein. Wird keine Enable Funktion gewünscht, läßt man den BS250 einfach weg und hängt die Vorwiderstände der Sensor LEDs direkt an VCC.

[[Bild:cny70_schem2.gif|thumb|center|600px|CNY70 als Radencoder mit Schmitt-Trigger]]

Die Radencoder benötigen zwei digitale Eingangsports des Prozessors. A/D Wandler sind nicht nötig, da die Schmitt-Trigger Gatter für saubere Logik Signale sorgen. Die CNY70 sollten so nah wie möglch an den Rädern sitzen (1..2mm). Die gewählten Widerstandswerte für R17/R19 bzw. R18/R20 sind optimiert für Radencoder die auf Transparentfolie gedruckt und auf Aluminium Räder aufgeklebt werden. Für Radencoder die auf Papier ausgedruckt werden, sind andere Widerstandswerte notwendig.
Der P-Kanal FET BS250 dient als Schalter für die IR LEDs des CNY70. Damit spart man Strom, wenn der Radencoder nicht benötigt wird. Allerdings wird dafür ein weiterer Prozessor Ausgang als Enable Signal benötigt. HIGH Pegel schaltet die Sensor LEDs aus, LOW Pegel ein. Wird keine Enable Funktion gewünscht, läßt man den BS250 einfach weg und hängt die Vorwiderstände der Sensor LEDs direkt an VCC.

===Distanzsensor IS471F===

IS471F - Hinderniserkennung mit Infrarot Distanzsensor

Das hier vorgestellte IC IS471F erlaubt eine einfach und sogar recht preisgünstige Hinderniserkennung per Infrarot. Dazu muß im wesentlichen nur noch eine Infrarot-Diode an das IC angeschlossen werden. Das modulierte Licht wird von einem Gegenstand direkt auf das IC zurückgeworfen und somit das Hindernis erkannt. Tageslicht/Fremdlicht stört den IS471 überhaupt nicht, da das Licht mit einer bestimmten Frequenz moduliert wird.

[[Bild:is471.png|center]]

Der normale Schaltungsaufbau sieht also wie oben abgebildet aus! In der Praxis kann das dann in etwa so aussehen:

[[Bild:is471beispiel.jpg|center]]

Das englische Datenblatt findet man im Roboternetz-Download-Bereich

Die normale Reichweite ist in gewissen Grenzen abhängig von der Farbe des Hindernises. In der Regel reicht es jedoch durchaus einige cm so das langsame Roboter durchaus sehr gut damit zurecht kommen. Durch besonders helle Infrarot LED´s und durch zusätzlich LED-Fassungen kann man die Reichweite erhöhen. Wem das noch nicht reicht, der kann über einen zusätzlichen Transistor die Strahlungsleistung der LED noch weiter erhöhen.

[[Bild:is471verstaerkung.png|center]]

<center>
http://www.roboternetz.de/bilder/mehrereis471.gif
</center>

===Sharp Infrarotsensoren===

Sharp hat eine ganz interessante Serie von Bausteinen herausgebracht mit denen ein Roboter sogar recht genau Entfernungen messen kann. Das Messergebnis ist nahezu unabhängig von der Farbe und Helligkeit des gemessenen Objektes. Die Ansteuerung ist sehr einfach, der Sensorausgang kann zum Beispiel direkt an einen analogen Eingang eines Mikrocontrollers angeschlossen werden. Die Sensoren sind unter den Roboter-Bastlern weit verbreitet.
Bei vielen Händlern erhältlich kosten die Sensoren derzeit je nach Typ und Händlerspanne zwischen 13 bis 25 Euro. 

[[Bild:Sharpentfernungssensor.jpg|center]]

Oft werden selbst in kleinen Roboter-Projekten mehrere dieser Sensoren genutzt da sie nur einen äußerst engen Erfassungsbereich haben. Sie eignen sich daher sehr gut zur Vermessung einer Umgebung, insbesondere dann wenn Sie drehbar auf einem Servo montiert werden. Als Kollisionsschutz sind sie wegen dem engen Winkel nur bedingt geeignet, zu diesem Zweck eignen sich zum Beispiel Ultraschallsensoren besser.
Das Funktionsprinzip der Sensoren ist einfach. Der Sensor besteht aus Sender und Empfänger. Der Sender sendet einen Infrarot-Strahl aus, der vom Hindernis reflektiert wird. Je nach Entfernung trifft der reflektierte Strahl an einer unterschiedlichen Stelle auf den Empfänger (ein sog. Position Sensitive Device, PSD). Der Empfänger setzt den Auftreffpunkt in einen analogen Spannungswert um. Eine schöne Skizze dazu:

[[Bild:sharpfunktion.jpg|center]]
{{FarbigerRahmen|
Wenn man diese Sensoren an Robotern einsetzt, will man meist Hindernisse mit senkrecht stehenden Kanten erkennen. Montiert man den Sensor jedoch in waagerechter Lage, können sich Fehlmessungen ergeben, wenn sich ein Objekt am Sensor vorbeibewegt (z.B. wenn sich der Roboter dreht). Es wird an der Kante kurzzeitig ein Entfernung gemessen, die geringer als die tatsächliche Entfernung zum Hindernis ist. (oder auch größer als die Entfernung zu einem zweiten Hindernis hinter dem ersten, je nach Bewegungsrichtung!) Man löst dieses Problem, indem man den Sensor in senkrechter Position montiert, also so, dass die beiden Linsen übereinander statt nebeneinander liegen. Dies wird auch in Datenblatt des Sensors empfohlen: der Sensor sollte immer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Hindernisses montiert werden.

Sehr deutlich erkennt man diese Messfehler, wenn man den Sensor als ein Art 3D-Scanner einsetzt: http://www.team-iwan.de/technik/sharp1.php
}}

'''Einige der beliebtesten Bausteine sind:'''

====Sharp GP2D12====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt
Dies ist der am häufigsten eingesetzte Sharp Typ bei mobilen Robotern.

[[Bild:GP2D12anschluss.gif|center]]

====Sharp GP2YA21YK====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2D120====
Distanz 4 - 30 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2Y0A02YK====
Distanz 20 - 150 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

<center>
http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/images/artikelbilder/sensoren/gp2y0a02yk_diagramm.gif
</center>

====Sharp GP2D02====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch 8 Bit Digitalausgang übermittelt

====Sharp GP2D150====
Distanz 3-30 cm - 1 Bit Schaltausgang

Datenblätter zu den oberen Sensoren findet man im Download-Bereich des Roboternetz, siehe unter [[#Weblinks]].

Um die analogen Spannung der Sensoren in eine Entfernung umzurechnen, kann man sich mit Hilfe des Datenblattes oder einfacher Probemessungen Tabellen erstellen, welche dann vom Controller zur Umsetzung genutzt werden.
Bequemer ist allerdings eine Näherungsformel:

====Formel zur Entfernungsberechnung====
D = A/(X-B)

D ist die Entfernung
X ist der Ausgabewert des Sensors
A ist die Steigung der Kurve A/X
B ist der Offset der Kurve

Die Konstanten A und B ermittelt man am besten über zwei Probemessungen:

D und X sind die Entfernung und der Ausgabewert der ersten Messung (z.B. bei 20 cm)
D' und X' sind die Entfernung und der Ausgabewert der zweiten Messung (z.B. bei 60 cm)

A = ((X' - X) * D' * D) /(D - D' )
B = (D' * X' - D * X) /(D' - D)

====GP2D12 Messkurve====

[[Bild:gpd12kurve.gif|center]]

====GPD120 Messkurve====

[[Bild:gpd120kurve.gif|center]]

==Ultraschall Sensoren==
===Ultraschallsensoren SRF04===
Die Firma '''Devantech''' hat eine Serie von sehr günstigen und kleinen Ultraschallsensoren entwickelt, die sich im Bereich "autonome Robotersysteme" durchgesetzt haben. Sie sind sehr verbreitet, da sie auch für "Hobby-Robotiker" erschwinglich sind und es sich nicht lohnen würde vergleichbare Module selber zu bauen, da diese meistens ungenauer und teurer wären.

Bekannt wurde die Serie durch den '''SRF04'''. Mit seinen kleinen Abmessungen, der niedrigen Stromaufnahme und der hohen Genauigkeit ist er für kleine Messaufgaben im Entfernungsbereich von 3cm bis 3m gut geeignet. Der SRF04 kann einen 3cm dicken Besenstiel in 2m Entfernung erkennen und wird durch ein [[PWM]]-Signal ausgewertet.

[[Bild:srf_04a.jpg]] [[Bild:srf_04.jpg]]

===Ultraschallsensor SRF05===
Der Nachfolger des SRF04 ist der neue SRF05. Er besitzt noch eine etwas höhere Reichweite bis 4 Meter. Zudem besitzt er neben dem kompatibel Mode zu SRF04 noch eine Betriebsart bei der er über einen einzigen Port (Pin) gesteuert wird. Das heißt sowohl der Start der Messung und das Ergebnis wird über die gleiche Leitung übertragen. [[Ultraschall SRF05 an RN-MiniControl|Programmbeispiel in Bascom]]

[[Bild:Srf05mode1.jpg|center]]

[[Bild:srf05mode2.gif|center]]

[[Bild:srf05mode2diagram.gif|center]]

===SRF08===
Die Alternative zu SRF04 und SRF05 ist der beliebte '''SRF08''' und dessen Nachfolger '''SRF10''', der nun über den [[I2C]]-Bus ausgewertet werden kann und über eine Reichweite von 3cm bis 6m verfügt. Er hat eine noch kleinere Stromaufnahme und zusätzlich befindet sich auf der Platinenfront ein Fotowiderstand(LDR) dessen Lichtmesswerte sich ebenfalls über den [[I2C]]-Bus auswerten lassen. Durch den SRF08 wird es möglich auch bis zu 16 Mehrfachechos, von weiter hinten gelegenen Gegenständen, auszuwerten, die bei dem SRF04 ignoriert wurden. Über den [[I2C]]-Bus kann man die Messwerte in cm, zoll und in der Laufzeit µs auslesen und spart sich somit die externe Auswertung der Laufzeit, wie bei dem SRF04. Weiterhin können insgesamt 16 SRF08-Module an einen [[I2C]]-Bus angeschlossen werden.

[[Bild:srf08_a.jpg]] [[Bild:srf08_b.jpg]]

===SRF08 Programmbeispiel===
SFR08 Programm Beispiel mit [[Bascom]]
Über die grundsätzliche Behandlung des [[I2C]]-Bus mit [[Bascom]] kann man [[I2C|hier]] nachlesen.

Const Sf08_adr_0 = &HE0 ' I2C Adresse
Const Sf08_c_range = 100 ' Reichweite
Const Sf08_c_gain = 1 ' Empfindlichkeit

Die Adresse ist der Default-Wert für den Sensor, und kann eingestellt werden.
Range und Gain sind anzupassen, die angegeben Werte sind aber mal grundsätzlich verwendbar.

'''Setup'''
Nach dem Reset sind einmal Range und Gain zu setzen.

'''Setzen Range'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' register "range"
I2cwbyte Sf08_c_range
I2cstop

'''Setzen Gain'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 1 ' register "gain"
I2cwbyte Sf08_c_gain
I2cstop

'''Abfrage Trigger'''

Die Abfrage soll laut Beschreibung in zwei Schritten erfolgen, zwischen denen ca 70 mS gewartet werden soll. Diese Zeit braucht das Gerät zum Messen.

'''Trigger'''
I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 0 ' register "Trigger"
I2cwbyte 81 ' Meßwert in Zentimetern

Waitms 70

'''Ergebnis abholen'''
<pre>
DIM Lsb as Byte
DIM Msb as Byte
DIM IVal as word

I2cstart ' Repeated Start
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' Meßwert US

I2cstart ' repeated Start
I2cwbyte Sf08_adr_0 + 1 ' Device I2C Adresse READ!
I2crbyte Msb , Ack ' Bit 8-15
I2crbyte Lsb , Nack ' Bit 0-7
I2cstop

Ival = Makeint(lsb , Msb) ' umwandeln in Word (16 Bit)
</pre>

=== SRF10 Ultraschallsensor ===
SRF10 ist quasi der Nachfolger von SRF08. Er bietet die gleiche Leistung und ist sogar gegenüber Spannungsschwankungen noch etwas unempfindlicher als der Vorgänger. Der größte Vorteil besteht jedoch darin das er ca. 1/3 kleiner als sein Vorgänger ist.

[[Bild:srf10foto1.jpg]] [[Bild:srf10foto2.gif]]

Die technischen Daten sind ähnlich:
* Betriebsspannung: 5V
* Stromaufnahme: ca. 3mA Standby, ca. 15mA während des Messens Frequenz: 40KHz
* Maximale Reichweite: 6 m
* Minimale Reichweite: 4 cm
* Messwerterfassung: intern, kein externer Controller zur Zeitmessung notwendig
* Interface: Standard – I2C (passend zu zahlreichen Controllerboards, z.B. RN-Control)
* Ausgabeformat: µs, cm oder Zoll
* Feature: Analogverstärkung 40 - 700 (einstellbar, 16 Stufen)
* Abmessungen: 32mm x 15mm x 10mm
* Hersteller: Devantech Ltd

*[[Ultraschall_SRF10_an_RN-Control|Programmbeispiel in Bascom]]

[[Bild:srf10ausbreitung.gif|center]]

===SRF02 Ultraschallsensor===
Der erste Sensor aus der SRF-Reihe der mit nur einem Ultraschallwandler auskommt. Dennoch können sich die Leistungen zeigen. Vorallem die Tatsache das sowohl RS232 und I2C-Bus Schnittstelle vorhanden ist dürfte viele Bastler erfreuen.

* Betriebsspannung 5V (stabilisiert)
* Stromaufnahme nur 4mA (typisch)
* Ultraschallfrequenz 40khz
* Reichweite 15cm bis 6 Meter
* Schnittstelle RS232 (TTL) und I2C-Bus
* Ausgabeeinheit wahlweise mm, inch oder uS
* Einfachste Verwendung, keine Kalibration/Justierung notwendig
* Größe 24mm x 20mm x 17mm

[[Bild:srf02_germany.jpg]]

Einige Bascom Programmbeispiele zum SRF02 findet man unter [[Ultraschallsensor SRF02 am RN-Board]]

=== Vergleichstabelle ===
<div align="center">
{|{{Blaueschmaltabelle}}
|
|'''SRF10'''
|'''SRF08'''
|'''SRF05'''
|'''SRF04'''
|'''SRF02'''
|-
|'''Betr. Spannung'''
|5V
|5V
|5V
|5V
|5V
|-
|'''Stromaufnahme'''
|3mA typ., 15mA max.
|3mA typ., 15mA max.
|4mA typ., 30mA max.
|30mA typ., 50mA max.
|4mA typ.  
|-
|'''US Leistung'''
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|100 – 150mW
|?? mW
|-
|'''Frequenz'''
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|40kHz
|-
|'''Bereich'''
|72º
|55º
|55º
|55º
|55º
|-
|'''Reichweite'''
|4cm - 6m
|3cm - 6m
|3cm - 4m
|3cm - 3m
|15cm - 6m
|-
|'''Triggerimpuls'''
|
|
|10µs min.
|10µs min.
|
|-
|'''Abmessung in mm'''
|32 x 15 x 10
|43 x 20 x 17
|43 x 20 x 17
|43 x 20 x 17
|24 x 20 x 17
|-
|'''Interface'''
|I2C
|I2C
|TTL Impuls
|TTL Impuls
|I2C o. RS232 TTL
|-
|'''Feature'''
|Minimodul
|Lichtsensor
|SRF04 Modus
|
|nur 1 US-Kapsel
|-
|'''Preis ca. *'''
|44,00 €
|44,00 €
|22,00 €
|25,00 €
|19,00 €
|}
</div>

'''*''' Der Preis dient nur zum vergleich untereinander, nicht als Referenz !

==Kompaß==
===Kompaß-Modul CMPS03===
Laut der Doku ist diese Modul speziell für die Bedürnisse von Robotern gestaltet worden. Es mißt seine Lage relativ zum Erdmagnetfeld und liefert diesen Wert
* Als PWM-Signal
* Über I2C entweder 0-255 als Byte oder
* 0-3599 als 16-Bit Wert (MSB first)

In der vorliegenden Doku ist eine fixe I2C-Adresse von 0xC0 angegeben. Was leider noch fehlt, sind Angaben, ob und wie diese Adresse geändert werden kann.

Bei waagrechter(!) Montage ist das also ein Kompaß, bei senkrechter Montage dieser Module kann man auch die Neigung in Nord-Süd-Richtung messen. Hierzu sind 2 Module nötig, die zueinander um 90° gedreht angeordnet sein müssen. Die Neigung in Ost-West-Richtung zu messen, ist dagegen leider nicht möglich. Wenn ein CMPS03 als Kompass verwendet werden soll, sind zwei Dinge zu beachten:
* Mindestens 20 cm Abstand von Eisen(Motore)
* Exakte horizontale Ausrichtung.
Eine Montage an einem langen Stab aus Holz oder Kuststoff hoch über dem Roboter ist sinnvoll.

Das Ganze ist eine Anwendung des Philips-KMZ51 Magnet-Feld-Sensors mittels eines PIC16F872

Gelegentlich sollte das Modul kalibriert werden. Das kann über den I2C-Bus, aber auch mittels einen Pins am Modul initiiert werden. Dafür muß am Pin6 für jede Himmelsrichtung einmal kurz GND angelegt werden. Diese 4 Meßpunkte nimmt das Modul auf und speichert sie im EEPROM.

Ein Beispielprogramm findet man hier:
* [[Bascom und Kompass CMPS03]]

[[Bild:cmps3pin.jpg|center]]

==Beschleunigung==

Beschleunigungssensoren messen die Beschleunigung, die auf sie wirkt - wenn sie auf dem Tisch liegen, messen sie beispielsweise die Erdbeschleunigung von 1g. In einem Auto können weitere Beschleunigungen hinzukommen: Zur Seite beim Kurvenfahren, nach vorne oder hinten beim Beschleunigen, oder bei zügiger Fahrt über eine Bergkuppe auch mal welche in vertikaler Richtung. 
Beschleunigungssensoren sind meist mehrdimensional ausgelegt, so dass für mehrere Achsen ein Sensor verwendet werden kann.

Anwendungen finden sie in ESP-Systemen in Autos, die u.a. über die Querbeschleunigung ausrechnen können, ob das Fahrzeug seitlich driftet oder gar schleudert. 
Eine andere wichtige Aufgabe übernehmen sie zusammen mit Gyroskopen in Trägheitsnavigationssystemen, die dann sowohl die Lage im Raum als auch die Bewegung feststellen können.

Moderne Piezo-Sensoren sind nur noch Chip-gross und können direkt in Schaltungen integriert werden.

Beispiele für solche Chips ist die Chipfamilie [[ADXL]] von Analog Devices. Sie umfaßt 1- und 2-Achs Accelerometer in verschiedenen Empfindlichkleiten. Der Test eines solchen Sensors ist hier beschrieben. http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=8525

==Drehung==

Um Drehungen zu messen, werden sogenannte Gyroskope, kurz "Gyros" verwendet. Typische Vertreter sind hier die [[ADXRS]]-Familie von Analog Devices. Diese sind allerdings, anders als die Beschleunigungssensoren, meistens nur für eine Achse ausgelegt. Die Ausgabe erfolgt meist analog, jede Ausgangsspannung entspricht einer bestimmten Drehrate in °/Sekunde.

Gemessen wird die Auswirkung der Corioleskraft auf zwei gleiche, in Bewegung gehaltene Massen. Diese schwingen radial, d.h. 90° verdreht zu der Achse, auf der die Drehung gemessen werden soll. Wird der Sensor um die Achse gedreht, ändert sich die Geschwindigkeit dieser Massen, da sie auf einer gedachten Scheibe abwechselnd nach innen und außen wandern. Je weiter sie außen sind, desto höher ist ihre Geschwindigkeit, je weiter innen, desto langsamer sind sie. Bei der Bewegung nach außen müssen sie also beschleunigt werden, andersherum genauso. Die dabei auftretenden Beschleunigungen werden mittels einiger Fühler gemessen, die einen Plattenkondensator bilden.

Eine Anwendung sind im Flugmodellbau Gyro-"Taillocks", die in Hubschraubern die Heckstabilität verbessern und ESP-Systeme in Autos, die u.a. durch die Messung der Gierrate, also der Drehung des Fahrzeugs um die Hochachse, feststellen können, ob das Fahrzeug seitlich driftet oder sogar schleudert.

==Geschwindigkeit==

Geschwindigkeit kann unterschiedlich erfasst werden.
* Direkt am Rad oder Antrieb. Diese Methode wird häufig auch in KFZ verwendet, stößt jedoch an ihre Grenzen wenn die Räder viel Schlupf haben.
* Gegenüber der Luft mittels [[Pitot-Tube]]. Das wird bei Flugzeugen so gemacht, oder z.B. in der Formel 1. Bei niedriegen Geschwindigkeiten nicht zu gebrauchen
* Mittels eines optischen Sensors gegenüber dem Untergrund. Dafür kann ein [[Maussensor]] aus einer optischen Maus verwendent werden, evtl. mit einer Anpassung der Optik für einen geänderten Abstand.
* Mittels GPS-Empfang. Funktioniert nur unter freiem Himmel.
Siehe auch unter [[Sensoren für die Geschwindigkeitsmessung]]

==Temperatur==
===NTCs===
NTCs (Negative Temperature Coefficient)oder Heißleiter sind stromleitende Materialien, die bei hohen Temperaturen Strom besser leiten als bei tiefen, das heißt, mit steigender Temperatur sinkt ihr elektrischer Widerstand. Siehe auch unter [[NTC]]. Ein großer Vorteil ist die leichte Anwendung und der geringe Preis. Nachteil ist das der Widerstandswert sich nicht linear mit der Temperatur verändert.

[[Bild:ntc.gif]]

===PTCs===

PTCs sind Temperatursensoren, deren Widerstand sich mit steigender Temperatur erhöht. Dazu gehören

*PT100, PT1000 etc.
*Die KTYxx-xxx Reihe

==== KTY: Silizium Temperatursensoren ====

Die KTY-Temperatursensoren sind verglichen mit anderen Temperatursensoren verhältnismäßig günstig, haben dafür aber auch mehr Nachteile. 
Die Genauigkeit ist ziemlich eingeschränkt, weshalb die KTY-Temperatursensoren zuerst kalibriert werden sollten. Dies muss Schaltungstechnisch oder in Software erfolgen, eine eingebaute Kalibrierung gibt es nicht. 
Andererseits lassen sich mittels Oversampling sehr hoch aufgelöst Temperaturen messen, was aufgrund mittelmäßiger Linearität (auch nach der Linearisierung) aber nur bei der Messung kleiner Temperaturunterschiede empfehlenswert ist. 
Linearisiert werden die KTY an 5 Volt mit einem Reihenwiderstand von etwa 2,7 kOhm bis 3,3 kOhm.

===LM335 und LM35===

[[Bild:LM335.JPG|center]]

Der Temperatursensor LM335 funktioniert wie eine Z-Diode, die ihre Durchbruchspannung proportional zur Temperatur ändert. Beim Sensor LM335 beträgt diese Änderung 10mV/K, beim Sensor LM35 beträgt die Änderung 10mV/oC.

Der größte Unterschied zwischen den Sensoren ist der, dass am Ausgang des LM335 bei 0oC etwa 2,73V anliegen (273K = 0oC) und beim LM35 0V. Sollen negative Temperaturen gemessen werden, so muss man für den LM35 das Bezugspotential GND anheben (z.B. mit zwei Si-Dioden).

Von den Sensoren LM335 und LM35 gibt es auch noch genauere Ausführungen, welche einen geringeren Temperatur-Fehler ab Werk haben. Diese Versionen heißen LM15/LM25 bzw. LM135/LM235 und sind entsprechend teurer als die 3er Version (zum Vergleich: LM335 kostet bei Reichelt 0,89€, der LM135 jedoch 7,75€).

Der LM335 und LM35 messen nach einer einfachen Kalibrierung mit einem Poti, bis auf 1oC genau. Dazu muss man mit dem Poti die Ausgangsspannung bei 25oC auf 2,98V einstellen (2,98V / 0,01V/K = 298K = 25oC). Da der Sensor über seinen Messbereich sehr linear ist, braucht man nur bei einer Temperatur Kalibrieren. Durch den Einsatz mehrerer in Reihe geschalteter Sensoren, kann man das Ausgangssignal Verstärken (bei drei LM335 erhält man dann 30mV/K anstatt 10mV/K) oder, wenn die Sensoren im Raum verteilt sind, einen einfachen Mittelwert bilden.

====Beschaltung und Dimensionierung eines LM335====

===Temperatur-Sensor LM75===

[[Bild:lm75.gif|center]]

Dieser Chip von National Semiconductors kann die Umgebungstemperatur mit einer Auflösung von 0.5o Grad Celsius messen und wird über einen I2C Bus angesprochen.

Der Messbereich:
*−25oC bis 100oC bei ±2oC(max)Genauigkeit.
*−55oC bis 125oC bei ±3oC(max)Genauigkeit.

Der LM75 bietet:
* Einen Schaltausgang (invertierbar) - z.B. für Ventilator, Heizung etc.
* Programmierbarer oberer und unterer Schaltpunkt.
* Schaltausgang alternativ auch als Interrupt verwendbar.
* Über von außen einstellbare I2C-Adresse. Bit 0 = R/W, Bits 1-3 einstellbar, Bit 4-7 fixe Adresse 0x9n
* Maximal 8 Stück LM75 an einem I2C Bus.

Durch I2C-Lesebefehle kann man die Temperatur (2x8Bit)auslesen.

Das erste Byte ist der Temperatur Vorkommawert in ganzen Grad, als normales signed char. Das Bit 7 vom zweiten Byte bestimmt den Nachkommawert. Wenn Bit 7 gleich 1 so ist der Nachkommawert + 0.5oC. Auch dann + 0.5 oC wenn Vorkommawert negativ. Wenn Bit 7 gleich 0 so ist der Nachkommawert = 0. Bit 0-6 vom zweiten Byte sind ohne Bedeutung.

===Programm-Beispiel für LM75===
Der LM75 wird über den [[I2C]]-Bus angesprochen.
In BasCom, wo es ja keine signed char gibt, wird das Interpretieren auf sehr unterschiedliche Art empfohlen.

Ich empfehle:

dim Ival as integer
dim Msb as byte
dim Lsb as byte
I2cstart
I2cwbyte &H91 ' Lese-adresse !
If Err = 1 Then
I2cstop ' kein ACK vom LM75 --> irgendein Fehler
Ival = 9999 ' Zeichen, daß der Wert ungültig ist !
Else
I2crbyte Msb , Ack
I2crbyte Lsb , Nack
I2cstop
If Msb.7 = 1 Then
Ival = Makeint(msb , &HFF) ' auffüllen mit den Vorzeichen bits
Else
Ival = Makeint(msb , &H00) ' positiv, also bleibt es so
End If
Ival = Ival * 10 ' erweitern
If Lsb.7 = 1 Then
Ival = Ival + 5 ' fünf Zehntel Grad dazu
End If
End if

Man erhält als Ergebnis die Temperatur in 0,5 Grad Schritten (Natürlich nur, wenn's keine Fehler gab).

==Resistive Sensoren==
Resistive Sensoren bzw. Linearpotentiometer arbeiten als Spannungsteiler über einer Hybridleitplastik- schicht und sind in unterschiedlichen Bauformen erhältlich; z.B. für Zylindereinbau, Klemmbock- u. Gelenkaugenbefestigung oder Taster.
Deren Einsatzgebiete sind vorwiegend in der Industrie.

==Kapazitive Sensoren==

Ein Beispiel für kapazitive Sensoren sind Luftfeuchtigkeitsmesser, die ihre Kapazität entsprechend der Luftfeuchtigkeit ändern. Das Auslesen der Kapazität kann prinzipiell über das Ausmessen von Ladekurven geschehen. Dies ist jedoch bei kleinen Kapazitäten nicht praktisch durchführbar, weshalb man in diesem Falle meist einen Schwingkreis baut, dessen Frequenz man dann misst und so dann zusammen mit der bekannten Induktivität der Spule die Kapazität des Kondensators ausrechnen kann.

[[Bild:feuchtesensor.gif|framed|center|Valvo Feuchtigkeitssensor 10-90% (Kapazität: 122 pF bei TU = 25 °)]]

==Induktive Sensoren==
Induktiver Näherungsschalter

Sensoren die ihre Induktivität entsprechend der Messgröße ändern können auch mit Hilfe eines Schwingkreises mit bekannter Kapazität ausgemessen werden.

...

==Piezoelektrische Sensoren==
Hier ist ein Experiment dargestellt das die Funktion von Piezowandlern demonstriert.

Drückt man auf eine längliche Glasplatte (Mikroskopträger Länge 76mm), die an den Enden auf je einem Piezo Wandler gelagert ist, dann ergeben sich Signale, die von den Kräften auf die Wandler abhängig sind.

Die Summe der beiden Kräfte entspricht der Gesamtkraft. Das Verhältnis der beiden Kräfte entspricht dem Verhältnis der Abstände des Druckpunktes zum Wandler.

[[Bild:Piezowandler.jpg|center]]

Im Versuch wurde mit der Frequenz von ca. 4Hz (0,5s/div) von einem Ende bis zum anderen auf die Platte gedrückt. (Tonleiter). Die Signale der beiden Wandler sind im Oszillogramm aufgetragen und die Folge der Druck-Positionen ist auf den ersten Blick schon mal nachvollziehbar.

==PIR Passiv Infrarot Sensoren==
Hier handelt es sich um Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder. Bewegungsmelder regieren beim Eintritt einer Person (Tier) in das Erfassungsfeld des Sensors. Die Anwendungsmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt, man kennt die Technik ja von vielen Terrassenlampen, welche sich beim vorbeigehen automatisch einschalten.
Reagiert wird also auf die Körperwärme einer sich im Erfassungsfeld bewegenden Person.
[[Bild:pir.jpg|right]]
Zum Prinzip:
Wärmestrahlen, die einen Erfassungsvorgang auslösen, liegen im Infrarot-Bereich des Wellenspektrums. In diesem Bereich gibt der menschliche Körper seine Wärmestrahlung ab. Leuchtmittel wie Glüh- , Halogen- und Entladungslampen, die für eine Strahlung im sichtbaren Bereich um 0,555 μm entwickelt wurden, geben jedoch auch einen erheblichen Teil an Wärmestrahlung im Infrarot-Bereich ab.
Im Spektrum oberhalb des sichtbaren Licht, ab 0,780 μm, beginnt der Infrarot-Bereich. Die Wellenlänge
dieser IR-Strahlung ist abhängig von der Temperatur eines Körpers. Die Wärmestrahlung
des Menschen hat ihr Maximum zwischen 9 und 10 μm im Infrarot-Bereich.
Diese Tatsache nutzt der PIR Sensor mittels sogenannter pyroelektrischer IRDetektoren, welche eine hohe Empfindlichkeit im langwelligen Infrarot-Bereich aufweisen. Die Infrarot-
Strahlung verhält sich ähnlich wie sichtbares Licht. Sie kann reflektiert und durch Linsen
gebündelt werden.
Basis eines solchen IR-Detektors (Sensors) sind Lithium-Tantalatkristalle. Diese Kristalle erzeugen,
bei Wärmeänderung (positive oder negative Temperaturänderung), eine elektrische Spannung.
Die von den Kristallen abgegebene Spannung liegt im Bereich von einigen μV (μV = millionstel Volt) und ist von folgenden Bedingungen abhängig:
* Der Intensität der Wärmequelle (Temperatur und Größe)
* Dem Umgebungsmedium (Temperatur, unterschiedliche Luftfeuchtigkeit)
* Der Entfernung zwischen Wärmequelle und IR-Sensor
* Der Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Wärmequelle
* Der Empfindlichkeit des PIR-Elementes (frequenzabhängiges Bandpaßverhalten mit Maximum bei ca. 0,1 Hz)

Zur Unterdrückung von Einflüssen aus der Umgebung (übliche wetterbedingte Temperaturänderungen), sind in jedem Sensor 2 Kristalle antiparallel geschaltet.
Einer der Kristalle gibt, bei Auftreffen von Wärmestrahlung einen positiven, der andere einen negativen Spannungsimpuls ab. Wärmeänderungen die gleichzeitig und mit gleicher Intensität auf beide Kristalle einwirken lösen so keinen Erfassungsvorgang aus, denn die beiden Impulse heben sich gegenseitig auf. Dadurch ist ein Auslösen bei Wärmeänderungen der Umgebung weitgehend ausgeschlossen.
Anders verhält es sich bei schnellen Bewegungen. Die Lithiumtantalat-Kristalle geben, entsprechend
der Bewegung und der dadurch hervorgerufenen Wärmeänderung im Erfassungsfeld, ihre
Impulse zeitversetzt ab. Die beiden Impulse addieren sich zu einer Wechselgröße mit höherer
Signalamplitude. Dieses elektrische Ausgangssignal ist proportional der Wärmeänderung und führt zur Meldung einer Bewegung.

==Autoren==
* [[Benutzer:PicNick|PicNick]]
* [[Benutzer:Frank|Frank]]
* [[Benutzer:Dennis.strehl|Dennis.strehl]]
* [[Benutzer:Florian|Florian]]
* Topic
* [[Benutzer:Manf|Manf]]

==Siehe auch==
* [[Navigation]]
* [[Sensoren]]
* [[Graycode]]
* [[Ultraschall SRF10 an RN-Control]]
* [[Ultraschall SRF05 an RN-MiniControl]]
* [[Ultraschallsensor SRF02 am RN-Board]]
* [[Bascom und Kompass CMPS03]]

==Weblinks==
*[http://www.ikm.uni-karlsruhe.de/forschung/pzt_webseiten/de/grundlagen/pyro.html Piezoelektrische Sensoren]
*[http://www.roboternetz.de/phpBB2/dload.php?action=category&cat_id=2 Datenblätter im Download-Bereich des Roboternetz]
*[http://www.nxp.com/acrobat_download/various/SC17_GENERAL_TEMP_1996_3.pdf KTY Sensor Datenblatt]
*[http://www.tranzistoare.ro/datasheets2/83/83853_1.pdf NTC Datenblatt]

[[Category:Robotikeinstieg]]
[[Category:Grundlagen]]
[[Category:Elektronik]]
[[Category:Sensoren]]

Datei:LM335.JPG

2007-10-20T15:29:24Z

BASTIUniversal: Gehäuse des Temperatursensors LM335

Gehäuse des Temperatursensors LM335