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  AVR Applications
AVR 자료실
작성자 leeky        
작성일 2006/05/07
첨부#1 ir_radar_source.zip (0KB) (Down:149)
Link#1 (Down:31)
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 1417   
  mega8 적외선 거리측정 레이더
 
 
■ 개요
많은 거리 측정 제작자료가 있다, 그러나 일반적으로 초음파 측정 기반이며,  
커튼으로 가려진 목표나, 불 필요한 가구와 다른 음향 흡수재질들은 장치로 검출할 수 없다.
그래서, 여기에 사용한 적외선 빛을 생성하는 거리측정 장치에서 찾은 의견은,
빠르게 움직이는 장치를 위한 초음파 거리측정 장치는 그들의 표시시간의 획득에 많은 ms이 필요하다.
.
0.1ms 시간 내에 측정을 위한 거리 측정기를 여기에서 설명하였다.
이것은 짧은 거리의 8.5 by 11 크기의 흰 종이 (A4 크기의 복사용지)를 검출할 수 있다.
오직 목표의 거리를 읽는 제공만이 아니고, 장치의 목표의 방식의 결정에 많은 도움을 줄 수 있는,
이것은 역시 목표로 부터의 반사를 측정한다.
.
장치는 매 35 us 마다 적외선 LED를 통하여 40 ns의 펄스를 송신하는 일을 한다.
되돌아온 빛 에너지는 수광 다이오드에서 검출된다. 신호는 증폭되고 가변 감쇄기로 들어간다.
되먹임 회로(loop)는 출력 감쇄기의 출력을, 고정된 높이의 펄스로 보증한다.
이 펄스는 원래 송신된 펄스와 비교되고 결정된 2개 사이의 시간차이다.  
.
시간차는 약 1ns/feed로 빛이 여행한 목표까지의 거리에 비례한다.
자동이득 조절전압은 장치로 되돌아온 에너지의 합계의 검출에 사용된다.
이 정보는 검출된 목표의 반사도 결정에 도움을 줄 수 있다.
.
회로의 핵심은 ATMEL사의 MEGA8 마이크로제어기로 모든 고속 신호를 처리하는 회로를 구동한다.
A/D 변환기와 RS232 통신. 마이크로 제어기의 원 속도(law speed)와 주기신호(cycle signal)의 실행은
추가 논리소자없이 응용을 가능하게 한다.
.
보이는 영역안에서 현재 프로그램이 송출한 매번 2개의 정수로 목표를 검출한다.    
첫번째 숫자는 목표까의 거리에 비례하는 위상의 정보이다.
두번째 숫자는 목표에서 반사된 에너지와 비례한다.
장치는 ASCII 문자 A를 송신하여 초기화하고 반사된 결과를 읽는 수동모드로 할 수도 있다.
.
■ 본문
나의 첫번째 로봇을 고등학교 때 만들었다.
접점식 혹은 초음파식 어느것이나 오직 물체를 회피하는 것 뿐이었다.
초음파식은 쿠션이 큰 물체를 검출하지 못하는 문제였다.
이때 이것은 침대 혹은 다른 심하게 부풀린 집안의 가구를 포함한다.
그들 물체를 회피하려고 나는 실지로 충돌을 감지하는 마이크로 스위치를 사용했다.  
그때 나에게 필요했던 것은 물체와의 상대적인 거리를 다르게 측정하는 물체검출 장치였다.
.
이제, 20년 후 나는 여전히 그리고 찾는 장치를 마지막으로 만들 수 있다.  
나의 요구는 다음과 같은 장치를 위함이다. 저가격, 저 소비전력, 단전원 12V 작동, 고속 샘플링
좋은 탐색장치의 생각으로  카메라방식에 필적하는 전체 처리가 줄어들어 실지로 작은 장치이다.   
이것은 제한된 전력과 그들의 주위의 감지가 필요한 작은 로봇을 위해 중요하다.
.
ms 이하의 갱신속도(update speed)는 그들의 환경에 빠르게 반응하는 로봇의 빠른 움직임을 허용한다.
(전투로봇 등) ECL(에미터입력방식의 고속논리소자로 고가이며 소비전력이 크다)
부품을 쓸 수 없는 저가격과 저 전력 소비가 이유이다.
나는 빛으로 1 피트에 1ns로 근접하는 ns 이하의 시간차를 측정하는 센서에 도전했다.
작은 시간 증가의 측정을 시도했을 때, 펄스 모서리(edge)를 측정하는 방법이 핵심이다.    
다른 중요한 상태(aspect)는 온도로 생성되는 오류와 다른 경로 차이에서 시간차 없이 알맞게 만드는 것이다.
.
■ 설명
 
 
The devices is compromised of a transmit and receive section (FIG. 1 ).  
.
The heart of the circuit is a Atmel MEGA 8 microcontroller that controls all timing and data capture activity (15).  
The 850nm light emitting source (1) is continuously pulsed by the micro controller at a fixed repetition rate.  
.
The generated voltage pulse is converted to a current pulse through the driver (4).
This driver is composed of a NPN transistor with a emitter resistor to ground.
The collector drives the LED with a pulse of current.
This pulse of current which has a rectangular shape and a duration
in sub microsecond briefly illuminates the target (2) through LED (1).

The returned optical energy from the target is converted to a current
by the receiving pin photo diode (3).  
This current is amplified by the trans impedance amplifier (5).
This trans impedance amplifier has a gain of 39Kohm and a bandwidth of 40Mhz.  
After passing through a wide bandwidth automatic gain control stage (6),
this signal is amplified by a second amplifier (7).
.
The AGC is a PIN diode attenuator with a bandwidth of approximately 1Ghz.
This wide bandwidth is required to pass the pulse without any change in the rising edge of the pulse
which is critical for accurate timing measurement. Amplifier 7 has a gain of 22 and a bandwidth of 40Mhz. 

 .
Just prior to the transmit pulse the micro controller resets the latch
on the two latched comparators (9) and (10) through a pulse (26).
This resets the output of comparator (9) and (10) to a low state (21)(22).
The pulse created by the transmitter driver (4) (obtained from the emitter resistor of the driver)
is brought to a  latching comparator (9),
this signal is compared against a reference (19) of approximately a tenth of a volt.
The output of this comparator is (21).
The output of amplifier (7) is also compared to the same fixed reference level (19)
and converted to a digital pulse by latching comparator (10).  
The outputs of comparators (21) and (22) capture the flight time of the pulse.  
The two outputs from the comparators are XORed  together with gate (12)
with a corresponding output (24).
.
The output of the XOR gate, after getting filtered by a low pass filter  (13),
is  amplified by amplifier (14). Amplifier (14) also adjusts any offsets created
by the fixed delay in the receiver path.
At this point the signal is a DC voltage with some ripple (25).
This output is the distance data which is converted
to a digital value inside the microcontroller (15).
.
Historically such measurements are  hard to make because
of the sub nanosecond resolution and because the returned energy
from the target (2) can have a  variable amplitude (depending on object distance).  
This amplitude variation can cause an error an order of magnitude greater time error
than the actual distance to be measured.  
To eliminate this effect the returned energy
from the receiver is compared to a fixed reference level (18).
Any variation in amplitude is automatically corrected
for through the integrator (17) and the AGC (6).
.
Since the signals being compared at input of comparator (9)
and (10) are off the same amplitude and shape,
and since the comparators chosen are dual comparators housed in the same IC package,
the difference in the arrival time of the two pulses can accurately be measured with this scheme.
The only time delay not corrected for is through the pin photodiode (3),  
TIA (5), AGC (6) and AMP (7). This fixed offset is compensated for by amplifier (14).
Notice that the delay in the driver (4) is also corrected for by taking the reference pulse
from the emitter of the output driver transistor.
.
To further reduce interference and all other sources of un correlated noise,
the output of the receiver signal is gated by a switch (8) with a waveform (23)
that is synchronized to the transmitter source.
This allows only correlated signals to be considered in the AGC loop.
.
The output of the integrator (17) of the automatic gain control is used as a indication
of the amount of energy coming back from the target.
This output after getting amplified by amplifier (16) is digitized
by a second A/D input on the micro controller (15).
The digitized gain and energy data is then sent to a computer
for further processing through the serial interface (20).
.
The transmitter and receiver diodes are physically placed next to each other.
The receiver is shielded by a piece of 0.62” square brass tube  to eliminate any interference from the transmitter.
The tube also houses the TIA amplifier (5)
.
By placing the two LED's close to each other a means of automatic gain reduction is introduced.
Since the strongest returned energy from the target is returned in the direction of the source of energy,
as the object gets closer the energy in to the photodiode (3) gets reduced.
As the object moves away from the source then photodiode (3) picks up more of the energy returning from the target (2)
.
■ Mega8 MPU 및 직렬 통신회로
  
 

■ IR 송신출력 및 시간차 검출회로
  
■ IR 수신 및 AGC 증폭회로
  
■ IR 위상검출 및 반사전력 검출회로
  
■ 결과
The following graph summarizes the results obtained with the unit using a white 8.5 x 11 inches piece of paper.
The red line shows the energy reading of the white paper and the black line the phase as a function of distance from paper.
The total current for the device is 80 mA at 12Vdc.
 
 
이 프로그램은 무료 소프트웨어로, 신체와 재산 상의 어떤 위험과 손해를 보상하지 않습니다.
이 프로그램은 GNU 무료 소프트웨어 배포규정을 따릅니다.
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