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Ultraschall-Sensor

Ultraschall-Module gibt es für einen sehr kleinen Preis z.B. bei eBay. Ebenfalls werden Arduino Nano Klone für einen Spottpreis angeboten. Das und die Tatsache, dass ein befreundeter OM etwas suchte, um die Schneehöhe an seine Wetterstation zu melden, waren der Grund, hier eine Ultraschall-Messeinrichtung zu bauen.


Nano-US-Sensor


Optionales Display des Nano-US-Sensors

Der US_Sensor kann, außer der absoluten Distanz, auch eine relative Distanz messen. Die Basis dieser Relativmessung kann durch den Druck auf eine Taste eingestellt werden. Der dabei gemessene Entfernungswert ist dann die Basis für die relative Entfernung, die jetzt "0,0" ist. Alles, was jetzt in den Messbereich gelangt, verkürzt die absolute Distanz und erhöht die relative Distanz. Das funktioniert auch in umgekehrter Richtung; der angezeigte Wert wird dann negativ. Immer wenn der Basiswert für die relative Entfernungs-Messung, über- oder unterschritten wird, wird auch ein Signalausgang geschaltet. Hiermit können dann z.B. Flüssigkeitspegel überwacht und eine Pumpe geschaltet werden.

Da die Schallgeschwindigkeit von der Lufttemperatur abhängig ist, erfolgt auch eine entsprechende Korrektur. Da die Messung keine sehr hohe Genauigkeit erfordert, wird hier der interne Sensor des ATMega328P zur Messung herangezogen (1mV/°C). Die Abweichungen können hier aber - fertigungsbedingt - sehr groß werden. Daher kann ein Korrekturwert für die Temperatur im EEPROM eingetragen werden. Eingetragen wird die Temperatur-Differenz in Speicherplatz 0 als Integer Hex-Wert (1 Byte). Dieser Wert wird beim Start des Moduls abgefragt und bei der Berechnung dann berücksichtigt.

Die Ausgabe der Messwerte erfolgt über USB. Ausgegeben werden die Distanz, die relative Distanz und die Temperatur. Die Ausgabe erfolgt hier alle 10 Sekunden. Optional kann auch ein Display angeschlossen werden. Hier erfolgt die Aktualisierung jede Sekunde. Die Distanzwerte werden in cm ausgegeben.

Das USB-Ausgabeformat ist:
Distanzwert\Relative-Distanz\Temperatur CRLF
Ein Beispiel: 102,7\-2,3\20,1 CRLF

Der Basiswert für die relative Distanzmessung ist im Beispiel 100cm.


Betrieb am Tablet mit Ausgabebeispiel via Terminalprogramm


Auswertebeispiel mit der Software RealView


Schaltbild des Nano-US-Sensors

Das verwendete Ultraschall-Modul hat einen eigenen Prozessor. Dieser steuert die Tonabgabe und stellt einen der Schall-Laufzeit analogen Impuls zur Auswertung zur Verfügung.


Impulsplan des Ultraschall-Moduls

Die Stromversorgung des Nano-US-Sensors erfolgt über USB, kann aber auch mittels eines separaten Netzteils 8 - 12V erfolgen. Die Tx und Rx Signale des Prozessors sind auf eine Klemmleiste geführt. Daran kann bei Bedarf ein externer Wandler für eine RS-485 Schnittstelle angeschlossen werden und die Daten über eine größere Strecke übertragen werden.

Das verwendete Ultraschall-Modul hat einen eigenen Controller verbaut, der allerdings nur bis 0 °C spezifiziert ist. Winterliche Anwendungen sind damit dann vermutlich nur beschränkt möglich.

Platinen