forum.hwkitchen.cz

Dnes byla obleva a tak jsem udělal pokus, který jsem v sobotu slíbil Kelvinovi: pomocí laseru jsem zkusil změřit výšku vody v kýbli. Do kýblu jsem nechal natéct dešťovou vodu - tedy vodu z roztátého sněhu z okapu. Extra čistá není.

Měření červeným laserem Bosch:

1.pokus: měření výšky klidné hladiny na denním světle.
Výsledek: laser změřil vzdálenost ke dnu

2.pokus měření výšky zčeřené hladiny na denním světle. Kopáním do kýble jsem vytvořil na hladině v kýbli vlnky asi 2 cm.
Výsledek: laser změřil vzdálenost ke dnu. Vlnky laseru nevadily.

Odnesl jsem kýbl s vodou do sklepa, zhasnul. Byla tam absolutní tma.

3.pokus: měření výšky klidné hladiny ve tmě.
Výsledek: laser změřil vzdálenost ke dnu

4.pokus: měření výšky zčeřené hladiny ve tmě. Opět jsem kopal do kýble, až voda šplouchala ven.
Výsledek: laser změřil vzdálenost ke dnu

Dále, naházel jsem do vody lopatku hlíny, vytvořil bahýnko, zakvrdlal a měřil jsem znovu.

5.pokus ve tmě ve sklepě: Laser dával zmatečné výsledky. Paprsek se odrážel různě, tak jak se nečistory pohybovaly ve vodě. Výsledky se pohybovaly od povrchu vody až ke dnu v rozsahu +/- 30 cm.

Měření zeleným laserem (půjčeným z mé laborky) dával naprosto stejné výsledky jako v případě červeného laseru. Na vlnové délce paprsku laseru tedy v daném případě nezáleží.
Má-li se použít laser k měření výšky hladiny kapaliny, musí se na hladinu umístit tzv. target, od kterého se bude paprsek odrážet. Tím ale vznikne dost dalších problémů, které se budou muset nějak pořešit.
Až se oteplí, na jaře, zkusím pokus s targetem v mé studni. Tam je vzdálenost ke hladině asi 4m a údajně tam bývá hloubka vody asi 1 m. Tedy dno je někde okolo 5m. Voda tam je velmi čistá, používala se kdysi bez převaření a filtrování v kuchyni.

Teď o něčem jiném. Představte si, že máte autonomní dron, který pomocí laseru měří svoji výšku k povrchu a na základě výsledků si udržuje výšku nad terénem. Také ty data používá k hladkému přistání. Třeba jako když má přistát na Měsíci. V případě, že dron letí třeba nad jezerem nebo rybníkem, tak má docela problém. Ještě horší to bude, když dron poletí nad tekoucí řekou, ne napříč, ale poletí buď po spádu nebo proti toku řeky nad korytem.

nemusím mít titul z fotofyziky abych pochopil že laser je jen elektromagnetické záření. Logika velí. Když se ponořím, je ve vodě světlo nebo tma?
Je tam světlo. Voda je pro elektromagnetické záření ve viditelném spektru prostupná. Když nevím zeptám se google. Musí tam být terč, musí být reflexní aby bylo co číst. Bílá, matná. Případně doplňková barva k barvě laseru v aditivním míšení barev.

https://i.sstatic.net/ZUCzw.gif

Když se ponoříš do vody v uzavřené cisterně, bude tam tma. Taktéž v jezírku v podzemní jeskyni.
Terč ("target") ale vytvoří další technické problémy. Ty souvisí s laserovým paprskem. Když by byl terč na pevném podkladě, bude problémů méně. Vodní hladina však není pevný podklad.

Vybraný "laser", čidlo od ST, typ VL53L1X, měřící vzdálenost . Doporučuju nastudovat datasheet. Spočti si, minimální velikost terče pro vzdálenost 3m na pevném podkladě. Budeš překvapen.

A to je jen jeden problém z mnoha. Našel jsem ti nejlevnější zdroj toho senzoru. Za pouhých Kč 10.- kus. Fakt jo. Sice jich musíš objednat 10 kusů naráz, ale i tak to máš 10 kusů senzorů za Kč 100. Koupíš je v Alíkovně: https://www.alibaba.com/pla/50Hz+3.3-5v ... 3bcfada5f
Jsou teda výmětové, vyřazené z výroby kvůli tomu, že některý parametr nesedí. Ale i tak, no neber to že, za tu cenu ...
Další drobný nedostatek: k tomu senzoru neexistuje popis registrů. Pouze driver od ST vázaný na vývojovou destičku nucleos. Driver dostaneš s destičkou nucleos.

Displej: poradím ti jak ho získáš zadara. No vážně, vyčůraní Češi postupují takto: napíší oslavnou báseň na úspěchy čínského lidu, na jejich svělé pracovní výsledky, pod vedením pana Xi a samozřejmě Komunistické strany Číny. Přidají nějakou sloku o zlých imperialistech a odpadlících na Taijwanu. Google přeloží báseň do čínštiny. Pak vystisknou a pošlou čínskému velvyslanectví v Praze s přípisem, že jsou chudí mladí elektronici, fandící čínským výrobkům a jestli by nemohli dostat vzorek to či onoho. Třeba skvělého čínského displeje. Většinou jsou úspěšní (závisí to nejspíš na kvalitě té básně co sesmolili). Jejich báseň pak otiskne nějaký čínský časopis. Redakce časopisu se slituje a jako honorář zaplatí chudému českém elektronikovi na Alíkovně displej. Slyšel jsem z různých stran od českých bastlířů, že to prý funguje.

Displej: poradím ti jak ho získáš zadara. No vážně, vyčůraní Češi postupují takto: napíší oslavnou báseň na úspěchy čínského lidu, ...

Tak tohle sem snad nepatří.

Proč ne? Je to návod, jak levně získat hardware, když máš finančně náročný projekt a přitom rozpočet pár stovek Kč. Slyšel jsem už od více lidí, že to prý funguje. Co myslíš, bývalý redaktoři časopisu Amatérské Radio, ti to mají v Číně ošetřený a vozí do Česka ve velkým. Prodávají na Aukru. Vím to přímo od jednoho z nich. To je také možný zdroj levných komponent. Možná toto někdo nerad čte, ale prostě o tak je a nic s tim nenaděláš. Dokud budou lidi toužit po co možná nejlevnějším zdroji materiálu, tak to tak bude fungovat.

Včera jsem přemýšlel na tím targetem, co má plavat v nádrži a sloužit k měření výšky hladiny v nádrži. Bude docela i problém ho vyrobit, aby nezanášel další chybu měření. Otázka z čeho, z jakého materiálu, dále jak ho levně vyrobit, aby byl přesný a hlavně trvanlivý. Potom, jak ho vlastně nádrži umístit, aby byl zafixovaný, ale přitom plaval na hladině i když hladina bude stoupat a klesat. Rozsah stoupání a klesání hladiny je prý asi 3,5m. Přitom tam ještě do toho poteče voda z nějaký trubky, takže bude v lepším případě dělat jen vlny, v horším případě dopadat na target. Ten by to měl vydržet.

Plovák v trubce ?

Zdravívm všecky,
zítra mi doufám dovezou součástky pro laserový měřítko vzdálenosti. Teda ne tu ptákovinu z Alíkovny. Ty červený destičky z Alíkovny s čipem ST co jsou za 10 Kč/kus, jsou dobrý leda tak k navlíknutí na provázek a pověšení na krk. Co pamatuju, ve filmu před 60 lety to měl tak Vinnetou, náčelník Apačů.
Použiju jiný součástky, z USA. Kupodivu, s reptáním v USA to pustili ven (v US je toho docela dost, co se nesmí vyvážet) a v Česku už to prošlo celnicí. Tak zítra uvidím. až to přivezou, do pátku smontuju sestavím optiku, čočky a hranol. Ty už mám nachystaný. Dneska jsem začal sestavovat program pro ovládání a čtení dat z laserovýho měřítka. Odhaduju, že příští týden zkusím první kódy naťukat do mikropočítač. K měření hladiny vody to není moc použitelný, ale pro roboty, drony a podobně to bude skvělý.

Už jste spočítali velikost toho targetu?
Nápověda:
početnice pro 5.třídu základní školy. Pak postupujte k početnici z 6.třídy, možná až k 7.třídě. Ale početnice ZŠ fakt stačí. Též fyzika pro základní školy. K tomu nutno nastudovat datasheet onoho čidla od ST. To už je horší, protože to je anglicky. Pak to spočte úplně každej. Nakonec zjistíte, že vám vycházej pěkný ptákoviny a že to není proveditelný.

Někdo tu navrhoval měření ultrazvukem. Myslím, že to také nepůjde, protože když do nádrže poteče voda z roury, bude dělat solidní randál. V nádrži budou vznikat echa, harmonický a mikrofon naměří blbosti. Nakonec, může se to změřit. Stačí nádrž, třeba sud, do něj pouštět vodu z hadice a měřícím mikrofonem měřit spektrum zvuků.
Teoreticky vzato by mohl být snímací mikrofon pod nádrží spolu s nějakým vysílacím UV generátorem, který by vysílal ultrazvukový signál. Ten by prošel odspodu plastem nádrže, pak vodou nahoru k hladině, odrazil se od hladiny a vrátil se dolů. Snímací mikrofon pod nádrží by ho přijal a elektronika vyhodnotila. Toto se používá třeba u obilních sil nebo nádrží s hnojivem, která jsou na pylonech nad zemí, na venkově. Měří se ultrazvukem zespodu.
V případě zde, u nádrže s vodou, to není použitelný, protože, co mi bylo řečeno, nádrž má být zakopaná 3-4 metry hluboko v zemi. Tím pádem by se k elektronice pod nádrž nemohlo. Nedalo by se to zařízení nijak udržovat. Další problém, je že toto řešení není za pár stovek Kč. Ani UV generátor, ani snímač, ani vyhodocovací elektronika. To vše je drahá legrace, pokud to má měřit a neukazovat voloviny.

Nejlevnější řešení v případě požadavku, jak bylo zadáno, bude asi plovák, který bude přes páku, tyč, točit s potenciometrem. Jeho polohu sejme AD převodník v MCU a vyhodnotí stav hladiny.
I to bude finančně přes požadavky žadatele. Přesto asi nejlevnější řešení.

Když by byl plovák v trubce, musí se pořešit přenos výška nahoru a dolů. U pákové tyče je to jasné, ale u přímého pohybu plováku nahoru a dolů, to je složitější. Když bude plovák na lanku a lanko se zasekne, plovák nepůjde dolů. Když se zasekne naopak navíjení, plovák sice bude s hladinou stoupat, ale lankou bude volné, bude viset a snímací potenciometr se nehne. Musí se domyslet převod pohybu plováku na otáčení potenciometru. Normálně se to řeší tyčí, která slouží jako páka. Můžete o tom přemýšlet, je to mechanika. Hladina má prý být v rozsahu 0 až 3.5 metru nebo snad až 4 metry.

trochu jsem dneska ráno přemýšlel, jak by bylo možno pořešit měření výšky hladimy plovákem. Přímo nic detailního mne nenapadlo. Spíš mne napadaly možný komplikace.
Dejme tomu, že bude plovák na lanku, které půjde od plováku kolmo vzhůru. Pak musí být nahoře nějaký naviják, který bude udržovat lanko od plováku napjaté, ale tak, aby naviják nevytahnul plovák nad hladinu a udržoval ho na hladině, tak jak bude hladina stoupat a klesat. Jak toto udělat, to teda nevím. Nejsem přes mechaniku ani strojařinu. Ten naviják by měl mít po celé výšce od dna po max. hladinu 10 otáček, tedy 3600° a měl by otáčet 10-ti-otáčkovým potenciometrem. To znamený na výšku hladiny od 0 do 360 cm při připadl 1° na mm výšky. Při potenciometru 10kOhm by to byla změna 2.7 Ohm/mm. Při referenci AD převodníku 10.24V by pak připadla změna 2.8mV / mm. To se dá pěkně vyhodnotit. Jak ale udělat ten mechanický naviják, to nevím. Navíc to musí být dlouhodobě odolný vodě.

Jiná věc - laserový dálkoměr (to je na rozdíl od mechaniky můj obor). Dorazily dnes součástky. Laserová edge dioda s photodetektorem, čočky a hranol. Do neděle to trochu sestavím a připojím na pulzní generátor a vstupní zesilovač. Generátor bude generovat pulzy do laserové diody a vstupní zesilovač zesilovat odezvy které přijdou z fotodetektoru. Pak budu řešit malé FPGA které zpracuje výstup ze zesilovače od fotodetektoru a bude spínat generátor pulzů pro laserovou diodu. Odhaduju, na konci února bych měl být schopen vysílat pulzy a přijímat odrazy a vidět je na výstupu z FPGA. Potom budu řešit nějaký mikropočítač, který bude vypočítávat vzdálenost mezi laserovou diodou a objektem, kde se signál odrazil. Počítám se signálovým mikropočítačemod Microchip. Mikropočítač bude data posílat na nějaký interface. Počítám s několika interface: CAN bus (použití v autech), bezdrátový v pásmu 433 MHz nebo 868 MHz (použití pro drony), drátový (proudová smyčka nebo RS232C/422). Nějak tak do léta by mohl být hotový prototyp. Záleží, kolik bude peněz.
K porovnávání a kalibraci měřené vzdálenosti mám precizní dálkoměr Bosch, který měří na 250m s přesností 1mm. Má ale displej, nemá digitální výstup, nedá se k němu nic připojit. Můj dálkoměr bude mít digitální výstup (teda, také může mít displej). Předpokládám, že můj dálkoměr bude měřit na několik desítek metrů , tak okolo 30m snad. Přesnost bude asi horší než má dálkoměr Bosch, protože Bosch má extrémně veliké a přesné čočky. Totiž, čočky a hranol jsou nejnákladnější součástí v každém dálkoměru. Kromě těch obrovských přesných čoček, laserová dioda v dálkoměru Bosch používá kratší vlnovou délku než dioda, kterou se mi povedlo koupit. Toto vše určuje přesnost. Vzdálenost je pak daná výkonem diody a samozřejmě zase optikou, teda čočkama. Výkon diody není až takový problém, z hlediska ceny. Problém je ta optika.