Fototransistorschaltung um Helligkeiten zu unterscheiden

[fubaspi]

hallo zusammen,

ich hoffe ich bin hier richtig, ansonsten entschuldigt bitte.
leider habe ich von dieser materie recht wenig ahnung, muss mich aber dennoch damit beschäftigen.
ohne weiter auf die ursache einzugehen, hier mein problem:

ich möchte zwei "helligkeiten" miteinander vergleichen.

1.)
sensor 1 (fototransistor oder so) misst helligkeit
2.)
sensor 2 (fototransistor oder so) misst an einem anderen ort, aber zeitgleich zu sensor 1, ebenfalls die helligkeit [die zwei messstellen sind nicht weit von einander entfernt (10-20cm), aufgrund von abschattung oder so könnte aber eine unterschiedliche helligkeit vorhanden sein]
3.)
ein empfänger erhält die beide signale der sensoren und gibt meldung (vielleicht eine LED oder ein Piepsignal), wenn zum beispiel sensor 1 heller als sensor 2.


ist so etwas realisierbar, bzw. gibt es etwas in diese richtung z.b. als bausatz für bastler?

hoffe auf eure antworten
viele grüße

 

[tome]

Bausätze gibt es genug.

Als Beispiel:

http://www.mercateo.com/p/102-191302%28 ... USATZ.html

Den dann zweimal und die Ausgänge entsprechend schalten. Ob die aber präzise genug sind für das was du vor hast weiß ich auch nicht.

 

[patois]

Um das Problem besser beurteilen zu können, wäre es hilfreich, wenn du genau sagen würdest, was du machen willst. Aufgrund vager Andeutungen kann man keine wirklich fundierte Hilfe entwickeln.

Wie es scheint, sind die Helligkeitsunterschiede, die von deinen Sensoren erfaßt werden sollen, sehr gering.
Daher wäre es ratsam die IST-Werte mittels Opreationsverstärkern weiterzuverarbeiten, bzw. aufzubereiten.

Die weitere Vorgehensweise hängt davon ab, ob nur ermittelt werden soll, welcher Sensor gerade im helleren Bereich ist,
oder ob die Helligkeitswerte skaliert und z.B. mittels LEDband-Anzeigen dargestellt werden sollen.

Aber eines ist sicher: mit Geheimniskrämerei wirst du nicht weit kommen und motivierend zum Hilfestellung geben ist dieses Verhalten auch nicht!

Greetz
Patois

 

[fubaspi]

hallo,

entschuldige, das sollte keine geheimniskrämerei sein.
es geht hier nur um ein schulprojekt, einen großen sinn dahinter gibt es eigentlich nicht und ich wollte einfach nicht um den dicken brei herumerzählen.

man könnte sowas dann z.b. für markiesen oder rollläden nutzen, damit diese automatisch bis zum notwendigen bereich abschatten. natürlich bräuchte man dann mehrere sensoren, die den gesamten bereich erfassen und aufteilen, aber ich will erstmal nicht zuweit schießen.
"step by step" sagen die lehrer immer, und auch ja alles dokumentieren....

bsp.:
an einem nur teilweise abgeschatteten balkon sind 10 sensoren angebracht (abstand je 25 cm). jetzt melden die ersten 4 sensoren: mir ist zu hell! und die letzten sechs sensoren melden: bei uns ist es schön schattig. dann sollte die markiese automatisch die ersten 4 sensoren ebenfalls abschatten. wahrscheinlich gibt es sowas sogar schon, aber wir sollen uns eigene gedanke machen.

aber soweit bin ich noch nicht. ich möchte erstmal bei zwei sensoren bleiben. so was wie der dämmerungsschalter ist glaub schon der richtige weg. was die empfindlichkeit angeht, das kann ich nicht so recht beurteilen. aber ich vermute, dass eine höhere genauigkeit, also diese operationsverstärker schon notwendig sind.

korrigiert mich bitte wenn ich falsch bin, aber ein fototransistor bzw. eine fotodiode sendet doch je nach helligkeit ein verschieden starkes signal!?!

wenn ich also zwei fotodioden habe, habe ich zwei signale (evtl. gleich oder ungleich), die zur besseren genauigkeit durch operationsverstärker verstärkt werden. sowei so gut ...

aber wie stelle ich es an, diese zwei signale zu vergleichen? helligkeitswerte sind ja eigentlich nicht notwendig - es sollten die unterscheidungen:

1.) s1 > s2
2.) s1 < s2
3.) s1 = s2

ausreichen. aber wie?? cool wäre eben auch, wenn so etwas zu basteln wäre. letztes jahr haben wir (unter anleitung) ein radio gebaut.

ich stell mir das irgendwie so vor:

beide signale werden zu einem schalter gesendet. der schalter schaltet nur, wenn eine bestimmte situation eintritt. zum bsp. passiert bei 2. und 3. nichts, und bei 1. reagiert ein relais und bringt ein lämpchen zum brennen.

ich hoffe ich konnte es euch/dir etwas näher bringen.
viele grüße

 

[patois]

aber wie stelle ich es an, diese zwei signale zu vergleichen?

Man baut mit Operationsverstärkern einen Fensterdiskriminator auf.

Ehe man aber diesen Aufbau macht, sollte man sich sehr eingehend mit den Grundschaltungen des Operationsverstärkers befassen, damit man versteht, was man tut.

Damit man keine komplizierte Spannungsversorgung benötigt, sollte man OPs verwenden, die mit einer Spannung auskommen, also z.B. mit +12 Volt DC (ohne -12 Volt DC).

Ein bekannter OpAmp dieses Genres wäre der LM324.

Tipp: nach dem Datenblatt des OP "GOOGELN". Oftmals sind dort auch Anwendungs-Beispiele enthalten.
Für LM324 erhält man bei Google gleich auf der ersten Seite viele Beispiel-Schaltungen.

Weitere Fragen ?

Greetz
Patois

 

[d.kuckenburg]

Die klassische Methode zur Lösung einer solchen Aufgabe ist der Einsatz einer Brückenschaltung:

http://s3.postimage.org/37VhJ.jpg

Zur Einarbeitung in die Materie findet man eine Anleitung bei:

http://www.dieelektronikerseite.de/Lect ... schied.htm

MfG D.Kuckenburg

 

[79616363]

Es ist so, wie Patois es sagt. Das macht man mit Fensterdikriminatoren Wie d.kuckenbug schon zeigte, müssen da auch noch Abgleichwiderstände rein. Die Bauteile haben oft erhebliche Toleranzen und müssen abgeglichen (oder sogar kompensiert) werden.
Die Idee mit dem Bausatz find ich jetzt nicht so toll, es geht ja nicht um "Wo ist Schatten" sondern um "Wie verschiebt sich der Schatten".

So ne Step by Step Lösung find ich hier auch nicht so glücklich, man sollte schon wissen was man will. Klar, man kann nahezu identische Einzelkomponenten entwerfen und daraus etwas Komplexeres bauen - Das ist die Methode der Wahl. Es muss aber die Gesamtkonzeption bekannt sein, dass man weiss welche Anforderungen an die Einzelkomponenten gestellt werden.

Um OPs (Operationsverstärker) oder Komparatoren kommst Du hier aber nicht rum.
Hier geht es aber schon los, wie intelligent soll die Lösung werden? Evtl braucht Du mit Multiplexern gar kein so IC-Massengrab. Bei zwei Sensoren würd ich natürlich auch die diskrete Lösung bevorzugen. bei 16 Sensoren würd ich anfangen nachzudenken und bei 32 wär die Sache klar.

Messwerte sind immer toll, aber es braucht die Intelligenz sie zu interpretieren. Es kann ja auch sein, dass sich mal ne Muck auf nen Sensor setzt und den versehentlich abschattet. Das erschlagen wir mit Intelligenz, die wir in nen µC packen. Mit dem (wenn er A/D Wandler hat) können wir uns auch noch den Hype mit den Fensterdikriminatoren sparen.

Hattet ihr das schon? Wenn ja, wie firm bist Du darin? Das wäre der Königsweg, um hier nicht ein elendes Siliziumgrab aufbauen zu müssen.
Nen µC, etwas Nachdenken und ein Programm, ein paar Multiplexer und ein wenig Kleinkruscht - Fertisch!

Übrigens, die Phototransistoren sind natürlich die Methode der Wahl. Photodioden oder gar LDRs schneiden hier schlecht ab.

Viele Grüsse,

Uli

 

[patois]

Für Lehr- und Lern- Zwecke sind LDRs am besten geeignet,
da ein veränderlicher Widerstand einfacher zu verstehen ist als eine Photo-Diode oder ein Photo-Transistor.
Hängt immer davon ab, welcher Lehrstoff schon behandelt wurde,
und in wiefern der "Lehrende" die Chose rüberbringen konnte.
Lehrer, die aufgrund ihres physikalischen Wissens Elektrotechnik lehren,
sind meist geneigt mit "Brücken" (Wheatstone) zu hantieren,
wobei dann oftmals auf das beliebte Galvanometer (Bj. 1910):wink: zurückgegriffen wird.

Für Einsatz in der rauhen Wirklichkeit würde ich dann auch zu mehreren Meßstellen tendieren,
um eine Mittelwertbildung vornehmen zu können.

Wenn man mit Microprozessoren hantieren möchte, muss man sich in die Materie umfassend einarbeiten.
Man kann damit wohl auch "Schulprojekte" verwirklichen,
aber um Elektronik-(ER-)Kenntnisse zu erwerben ist dieser Baustein zu abstrakt.
Ein Programm nur eintippen; was bringt das?
Und um die Programmierung selbst durchführen, bzw. erlernen zu können, ist die Schule eh nicht der richtige Ort,
rein von den zur Verfügung stehenden Stunden her gesehen.

µC für ein Privat-Projekt, nun ja, das käme schon in Frage,
aber die Entwicklung einer entsprechend geeigneten Strategie dürfte auch nicht jedermanns Sache sein.
Vielleicht Rentner? :wink:

Wollen wir mal sehen, ob wir von dem ganzen Projekt nochmals etwas hören ...

Greetz
Patois

 

[79616363]

Bin übrigens nicht verrentet, sondern stehe noch in Saft und Kraft :lol:
Ich komm aber aus der unseeligen Generation, die ihr erstes Radio noch mit ner PL82 zusammengenagelt hat. Klar, dann kamen sehr schnell Halbleiter. Weil mich Steuerungen aber immer interessiert haben, hab ich bald angefangen wahre TTL-Massengräber zu basteln - Bis ich dann meinen ersten "PC" hatte. Da fiel es mir dann wie Schuppen aus den Haaren, dass so ein Mikroprozessor diesen ganzen hart verdrahteten Mist nahezu unnötig macht und weitaus wartbarer ist. Tja, das war der gute alte 6502 (in nem CBM 3008).
Tja, ein fast glückliche Zeit. Man hat noch das volle Spektrum der diskreten Elektronik mitbekommen und konnte das mit den damals neuen Fähigkeiten eines Mikroprozessors kombinieren. Hab dann auch gleich sowas wie ne einfache Grafikkarte gebastelt.
Für meinen Vater war es damals eine glückliche Entscheidung dieses Monster zu kaufen, denn es lagen nicht mehr so viel vielbeinige Käfer auf dem Boden, in die man in nem unbedachten Moment reintreten konnte. Langfristig gesehen war das auch billiger.
Es ist aber schon richtig, dass man den elektronischen Teil von der Pike auf lernen sollte, dann weiss man wenigstens später den µC besser zu schätzen und einzusetzen. Nei einfachen Aufgaben ist es oft auch oversized gleich nen µC einzusetzen - Das macht man dann wirklich diskret.

Viele Grüsse,

Uli

 

[fubaspi]

hallo zusammen,
vielen dank für die antworten.

ich merke schon, ich muss mich extrem in die thematik einlesen, da vieles vorweggreift.

hab mir mal den link von d.kuckenburg angeschaut. den find ich soweit ganz einleuchtend. mal ganz dumm gefragt, wenn bei diesem differenzialverstärker die potis durch phototransisitoren ersetzt werden, dann ist das doch vom prinzip her schon das, was ich mir da vorstelle?!?!

bei der geposteten schaltung von d.kuckenburg mit dem operationsverstärker komm ich nichts ganz klar. versteh ich das richtig: der OP vergleicht die zwei angliegenden spannungen und je nach dem in welcher richtung die diffenrenz liegt (pos. od. neg.) gibt es eine ausgangsspannung? der OP vergleicht und verstärkt dann und ist somit genauer/empflindlicher als die schaltung mit den zwei transistoren?

und hier habe ich auch noch was interessantes gefunden.
http://www.atx-netzteil.de/fensterdiskr ... ca965.html
wenn ich das richtig verstehe, kann hier ein toleranzbereich festgelegt werden?! mir erscheint die indirekte einstellung sinniger zu sein.

viele grüße

 

[79616363]

Moment, hab grad wenig Zeit. D. Kuckenburg hat das schon richtig gezeichnet. In der Brücke sind oben LDRs eingezeichnet, in der Brücke unten rechts ist ein Trimmer. OPs und Komparatoren sind sehr verwandt. Bei OPs wird aber mehr Wert auf ein lineares Verhalten gelegt, Komparatoren sind aber mehr digital und haben deswegen meist ne höhere Verstärkung. Die von D. Kuckenburg gezeigte Transistorlösung ist der Anfang von nem OP oder nem Komparator - Nämlich der Differenzverstärker. Nur Freaks bauen das noch diskret auf. Für diese Anwendung haben vollintegrierte OPs oder Komparatoren die Nase weit vorne. Die machen das zuverlässiger, mit höherer Empfindlichkeit, sind einfacher zu verbauen ...
Wenn man sich mal die Innenschaltung eines solchen IC's anguckt, dann weiss man warum.
Um Schwingungen zu vermeiden ist es oft auch hilfreich ne kleine Hysterese an den Eckpunkten des Diskriminators einzubauen.

Ich meld mich gern nochmal, wenn Du noch Fragen hast ...

@spannung24:

Wegen dem Programm: Nö, nich nur einfach abtippen - Das ist doof. Selber entwickeln, dann macht das Spass - Man will ja wissen was man tut und wer bei nem Fehler ggf. schuld ist - Man selbst! :lol:

 

[fubaspi]

ok, danke schön.
d.h. die schaltung mit dem OP ist schon ziemlich das, was ich bräuchte.
noch zwei fragen:
für was den trimmer?
die schaltung und den OP hab ich soweit verstanden, aber wenn ich nun die schaltung wirklich umsetzen möchte, WIE und vor allem WARUM entscheide ich mich für WELCHE komponenten? anders gefragt: wie entscheide ich, welche komponenten (OP, Fototransistor, Widerstände, Trimmer) zusammenpassen?

 

[79616363]

Uff, hab immer noch keine Zeit, vielleicht heut Abend? Bei der Auswahl der Bauelemente ist ein gründliches Ansehen der Datenblätter gefragt - Speziell bei den Halbleitern. Die passiven sind halb so wild, da kann man die Werte ausrechnen und die Bauteile kriegt man auch. Ganz so einfach ist das aber nicht.
Sei mir nicht bös, aber so wie sich das bis jetzt anhört, wir das doch ne low-end Lösung?
Sag mal, was ihr bis jetzt durchgenommen hattet und was Du Dir zutraust?!?

Viele Grüsse,

Uli

 

[fubaspi]

nur keine hektik, wir haben noch etwas zeit bzw. ist der lehrer da recht entpsannt was solche projekte angeht.

mmhh, also das wichtigste ist einfach, dass es funktioniert und wenn das bedeutet, dass es ein "high-end-produkt" wird, dann wäre das eben so. aber in erster linie handelt es sich ja um ein schulprojekt und ich möchte es auch umsetzen können, also wohl eher ein low-budget-produkt ;-).
am besten wäre natürlich, wenn ich in der theorie eine richtig "g´scheite" high-end-lösung anbieten kann und für eine kleine vorführung nur eine rudimentäre baugruppe (oder wie man da sagt).

worin siehst du hier die entscheidenden unterschiede zwischen low- und high-end-lsg.?

wegen dem stoff muss ich mal schauen. zutrauen? ALLES

 

[79616363]

Oh oh, zutrauen würdest Du Dir alles? Gute Voraussetzungen für die Zukunft - Aber da hast Du Dir die Latte schon sehr hoch gelegt.
Na gut! Das wird aber nach meiner bisherigen Einschätzung noch ein zwei Schritte dauern :wink:
Die High-End wär halt intelligent und könnt halt Fehler ausmerzen. Die Low-End wär halt dumm und würde nur Schaltsignale direkt umsetzen.
Hmm, für ein Schulprojekt müssen wir aber nicht übertreiben und das realisierbar halten.
"Low-Budget" ist kein Problem, davon ging ich fast aus.
Aber wir wissen immer noch zu wenig. Sag doch z.B. mal, was das Biest maximal kosten darf. In was für ner Klassenstufe bist Du? Was für ne Schulart ist das?

 

[fubaspi]

hi,
naja. nimm das mit dem zutrauen bitte nicht so ernst, ich bin mir schon bewusst, dass ich hier schnell an meine grenzen komm.

also es handelt sich um ein technischen gymnasium mit dem 1. hauptfach technik (e-technik und m-technik)
aktuelle stufe 12/1.

e-technik:
elektrotechnik, elektronik, digitaltechnik

11/1: elektrische größen und grundgesetze,
zweipole
11/2: ohmsche widerstände, kondensator und spule,
bisl wechselstrom
12/1: halbleiter (pn-übergang und so)
bauelemente (thermistoren, varistoren, fotowiderstäne)
12/2: bauelemente: dioden und transistoren,
schalter & steller und OP
13/1: digitaltechnik (und, oder, nicht) und bausteine der digitaltechnik (?)
13/2: wiederholung und abistress

kann natürlich nicht abschätzen in welchem umfang wir das alles machen.

wenn man das so liest, ist das gar net so wenig. also bisl n anspruch darfs wohl schon haben. aber da bin ich ja auch selbst für verantwortlich.

momentan glaube ich ja, dass das von d.kuckenburg mit dem op recht gut zum umsetzen wäre und das was ich da zum Fensterdiskriminator TCA 965 gefunden habe die theoretische variante darstellen könnte. oder ist das auch machbar? in der theorie sollte die schaltung schon recht intelligent sein und natürlich auch umsetzbar, wer weiß was noch kommt.

in welcher preisregion kann denn sowas liegen? min/max?

 

[d.kuckenburg]

Trimmpotentiometer

Die klassische Methode zur Lösung einer solchen Aufgabe ist der Einsatz einer Brückenschaltung:

http://s3.postimage.org/37VhJ.jpg

Die Frage, warum ein Trimmpotentiometer eingezeichnet ist, läßt sich wie folgt beantworten:

Bei dem "Gebilde" aus zwei LDRs und zwei Widerständen handelt es sich um eine Brückenschaltung. Das bekannteste Beispiel einer Brückenschaltung ist die "Wheatstonesche Meßbrücke". (genaue Funktionsweise ist leicht per GOOGLE zu finden).

Da Bauteile immer Toleranzen aufweisen, wird die Brückenschaltung mittels Trimmpotentiometer abgeglichen.

Die Brückenschaltung ist eine häufig eingesetzte "Meßschaltung" in der Elektrotechnik.

In modernen Kampf-Jets, wie z.B. der F-16, dient eine Brückenschaltung aus Dehnmeßstreifen der Erfassung der Steuersignale des Steuerknüppels = Joystick. (FORCE SENSOR STICK)

Man lernt also nicht für die Schule, sondern für das elektrotechnische Leben danach, wenn man sich die Funktionsweise der Brückenschaltung "reinzieht"! :lol:

MfG D.Kuckenburg

 

[fubaspi]

hallo,
erstmal danke an alle.

da ich ja für´s leben lerne sehe ich das ganze mal positiv, auch wenn sich mit jeder beantworteten frage, 10 bücher mit 1000 siegeln auftun.

ich möchte nur was zu meinem verständnis klären, denn so langsam komm ich mit den ganzen begriffen etwas durcheinander. korrigiert mich bitte!

1. komparator vs OP (unterschied ist mir unklar)
ein komparator ist ein OP speziell für mitkopplung (rückleitung zum pos. eingang), also: eine kl. spannungsdifferenz (U+ - U-) sorgt je nach richtung (+/-) für einen ausschlag am OP-ausgang in min- oder max-richtung.

2. differenzverstärker vs OP
ein differenzverstärker ist eine schaltung mit einem OP (rückkopplung zum neg. eingang?)! sind alle widerstände gleich groß, werden die zwei eingangsspannungen subtrahiert und die differenz verstäkrt am ausgang ausgegeben.
(=rechte seite in der schaltung von d.kuckenburg)

3. differenzverstärker vs komparator
beide bestimmen die differenz der eingangsspannungen, aber der ...
... differenzverstärker gibt die differenz verstärkt aus (differenz proportional zur ausgansspannung)
... komparator gibt je nach differenz min oder max am ausgang aus.

4. fensterdiskriminator vs differenzverstärker
(der unterschied ist mir ebenfalls nicht ganz klar)
eine schaltung aus OP´s zum vergelich von spannungen. komplexer als ein differenzverstärker, so kann zB ein toleranzbereich festgelegt werden. was passiert am ausgang?

5. brückenschaltung (Wheatstonesche Messbrücke)
2 spannungsteiler (je 2 also 4 ohm´sche widerstände) parallel geschalten, in der "brücke" kann der spannungsunterschied der spannungsteiler gemessen werden. wird nun zB ein Ohmwidersand durch einen NTC ausgetauscht, habe ich bei einer bestimmten temperatur einen abgleich, also brückenspannung = 0 und somit keinen ausschlag (bei einem spannungsmessgerät in der brücke). termperaturänder => widerstandsänderung => spannungsänderung => ausschalg!

6. brückenschaltung mit differnzvertärker
(schaltung von d.kuckenburg)
zwei phototransistoren mit gleichem widerstand (bei gleicher helligkeit) und mit den ohmwiderständen abgeglichen => brückenspannung = 0V bzw. am OP ist U+ = U- und somit keine differenz bzw. verstärkung.
registriert nun ein phototransistoren schatten => brückenspannung bzw. spannungsdifferenz bei U+ zu U- und somit eine verstärkte ausgangsspannung beim OP.

puhh, das war jetzt viel ...

bei der nutzung eines fensterdiskriminators würde die schaltung aber gänzlich anders aussehen, oder?

viele grüße

 

[patois]

Obwohl ich selbst den "Fensterdiskriminator" ins Spiel gebracht habe, möchte ich jetzt, nachdem endlich mehr Details des Projekts bekannt sind, für die Brückenschaltung und deren Auswertung mittels Differenzverstärker plädieren.

Die ganzen Namen wie Differenzverstärker oder Komparator sind ja nur Bezeichnungen für bestimmte Schaltungen, die mittels Operationsverstärkern aufgebaut werden können; man könnte sie alle mit dem Universalgenie OP-741 verwirklichen.

Welche Schaltung man wählt, hängt letzten Endes von dem gewünschten Ergebnis ab.

Leute, die sich in ihrer Freizeit mit Elektronik-Basteleien (Basteleien im positiven Sinn!) befassen, entwickeln natürlich ein besseres Verständnis dafür, was mit welchen Mitteln machbar ist, als reine "Theoretiker".

Allerdings werden diese Theoretiker die Zeit, die sie durch das NICHT-Basteln gespart haben, beim Debugging / Fehlersuche aufwenden müssen! :lol:

Also ran an den Lötkolben, und mal einige Schaltungen durchprobiert ...

Greetz
Patois

 

[fubaspi]

hallo patois,

VERSTEH SCHON ;-)

bin da auch ganz bei dir. da bekommt man soviel mist in der schule und wahrscheinlich auch in nem studium verpasst und wenn´s dann um sowas geht ist man total planlos!!

deshalb bin ich froh, dass wir so ein projekt machen.
aber so ein bisl grundverständnis muss ich mir halt dann doch "erkämpfen"!