Weitere Informationen zum Ultraschallsensor PING))) findet man unter
Mit dem PING))) Sensor und der BASIC Stamp lassen sich Entfernungen in einem Bereich von 3cm bis zu 3,3 Metern bestimmen. Er verfügt über eine erstaunlich hohe Genauigkeit, kann Entfernungen von Objekten schnell und einfach bestimmen und hat in Roboterprojekten einen festen Platz.
Wie arbeitet der PING))) Sensor?
Sobald der PING))) Sensor ein LOW-HIGH-LOW Signal von der BASIC Stamp empfängt, startet der Messvorgang. Der PING))) Sensor wartet einen Moment, bis im BASIC Programm der PULSIN Befehl aufgerufen wurde. Anschließend sendet er ein 40 kHz Signal aus und informiert gleichzeitig die BASIC Stamp mit einem HIGH-Signal darüber, dass dies erfolgt ist. Sobald der PING)))-Sensor das Echo seines ausgesandten Signals in seinem eingebauten Mikrofon empfängt, setzt er das HIGH Signal auf LOW zurück.
Der BASIC Stamp Befehl PULSIN speichert in einer frei zu benennenden Variablen die Zeit, während der der Messimpuls HIGH-Pegel hatte. Sie entspricht der Laufzeit des Ping-Signals vom Sensor zum Objekt und zurück. Mit Hilfe dieses Wertes und der Schallausbreitungsgeschwindigkeit in Luft lässt sich über das PBASIC Programm der Abstand zwischen Objekt und Sensor auf Zentimeter genau bestimmen.
Der Hörbereich eines Menschen liegt zwischen 20Hz und 20kHz. Ultraschall beginnt ab 20kHz aufwärts. Frequenzen unterhalb von 20Hz bezeichnen wir als Infraschall.
Der PING))) Sensor arbeitet mit 40kHz im Ultraschallbereich, der für den Menschen nicht wahrnehmbar ist.
Übung 1 - Die Laufzeit eines Echos messen
In dieser Übung testen wir den PING))) Sensor und überprüfen, ob die gemessenen Laufzeiten mit dem Abstand zu einem Objekt in einem realistischen Zusammenhang stehen.
Material |
1x Board of Education 1x Ping))) Ultraschallsensor 3x Steckdraht |
Der Ping))) Sensor ist gegen Fehlbeschaltung elektronisch abgesichert, ein 220 Ohm Widerstand zwischen P15 und dem SIG Anschluss ist deshalb nicht notwendig.
Schaltungsaufbau und Schaltskizze
Baue die Schaltung nach Abb. 3 auf.
Der Ping))) Sensor benötigt einen Startimpuls der BASIC Stamp bevor er mit der Messung beginnt. Dazu muss an P15 ein mindestens 10µs langes HIGH Signal anliegen (PULSOUT 15, 5). Der PULSIN Befehl, über den die Laufzeit des Echosignals des Ping))) Sensors gespeichert wird (PULSIN 15, 1, zeit), muss direkt dem PULSOUT Befehl folgen. Die im folgenden Beispiel aufgenommenen Zeiten, die in der Variablen zeit abgelegt werden, beschreiben die Laufzeit des Signals vom Sensor zum Objekt und wieder zurück zum Mikrofon des Ping))).
Programmbeispiel - PingTest.bs2
Mit diesem Programm werden Abstände zu verschiedenen Objekten bestimmt. Um Nebeneinflüsse zu vermeiden, sollte der Ping))) Sensor bei kurzen Abstandsmessungen ca. 8-10 cm oberhalb der Arbeitsoberfläche stehen; bei großen Entfernungen muss der Standort sehr bewusst gewählt werden, um nicht durch Reflexionen vom Erdboden oder anderen im Abstrahlkegel des Sensor befindlichen Objekten unbrauchbare Ergebnisse zu bekommen. Hier ist Ausprobieren angesagt!
Aufgabe |
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Das Programm PingTest.bs2
Gegenüber herkömmlichen einfachen Messgeräten zur Bestimmung von Abständen und Entfernungen sind Ulraschallsensoren, was Genauigkeit und einfache Handhabbarkeit anbelangt, diesen überlegen. Das heißt aber nicht, dass man mit einem Ping))) alles messen kann. Abb. 4 zeigt drei Beispiele, für die der Sensor nicht geeignet ist:
Es kommt aber nicht nur auf die Größe eines Objektes, sondern auch auf seine Oberflächenbeschaffenheit an. Eine weiche, samtene oder unregelmäßige weiche Oberfläche verhindert die Reflexion von Schall, so dass der Sensor möglicherweise keine oder falsche Resultate liefert. Der Schall wurde dann vom Oberflächenmaterial (teilweise) absorbiert statt reflektiert.
Dies leitet über zu ein paar Untersuchungen, die die Einsatzfähigkeit eines Ultraschallsensors in der Zukunft klar umreißen.
Aufgaben |
Richte den Ping))) Sensor auf verschiedene Objekte in unterschiedlichen Entfernungen.
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Aufgaben |
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Diese Unterrichtsvorlagen sind entstanden in Anlehnung an die amerikanische Ausgabe "Smart Sensors & Applications" by Andy Lindsay, Parallax Inc., übersetzt und bearbeitet von Reinhard Rahner. BASIC Stamp, Board of Education, Homework Board, Ping))) sind eingetragene und geschützte Warenzeichen der Firma Parallax Inc.