Как одновременно использовать несколько ультразвуковых датчиков

В данном руководстве рассматриваются следующие вопросы:

  • Несогласованная работа ультразвуковых датчиков;
  • Синхронная работа ультразвуковых датчиков;
  • Последовательный запуск ультразвуковых датчиков;
  • Зацикленная работа ультразвуковых датчиков;
  • Вопросы и ответы о перекрестных помехах, возникающих при использовании ультразвуковых датчиков.
1186
В избранное

MaxBotixПри использовании одного единственного ультразвукового датчика, как правило, не возникает каких-либо проблем. Сенсор может работать непрерывно. По его показаниям не сложно рассчитать расстояние до объекта. Для этого следует воспользоваться информацией из документации или обратиться к материалам статьи Finding Distance Using Analog Voltage.

Несогласованная работа нескольких ультразвуковых датчиков

(Не рекомендуется)

Несогласованная, одновременная и непрерывная работа нескольких ультразвуковых датчиков, как правило, невозможна. Если оставить вывод 4 (контакт RX) не подключенным, то при запуске датчики практически одновременно начнут процесс измерения. Поскольку они являются независимыми и не синхронизированными, то интервалы генерации ультразвуковых импульсов будут хоть немного, но отличаться. Эти расхождения с течением времени вызовут перекрестные помехи между сенсорами в большинстве приложений.

При использовании датчиков MaxSonar с аналоговым выходом эти помехи будут проявляться как периодически возникающие шумы в выходном сигнале напряжения. При использовании цифровых сенсоров перекрестные помехи будут вызывать периодические ложные отсчеты. Проблема явно проявляется на больших расстояниях.

Еще раз стоит подчеркнуть, что проблема заключается в том, что датчики не синхронизированы по времени или скорости. Один датчик всегда работает немного быстрее, чем другой. Например, датчик 1 работает с периодом 49,0 мс, тогда как датчик 2 работает с периодом 49,2 мс. Когда синхронизация отсутствует, один сенсор может находиться в режиме передачи, в то время как другой сенсор находится в режиме приема. В итоге чужой сигнал принимается за свой собственный. Чем выше степень синхронизации датчиков, тем дольше будет длиться период стабильной работы. Если расхождение в скорости оказывается значительным, то возможен вариант, что периоды стабильной работы и вовсе будут отсутствовать.

На рис. 1 показан выходной сигнал датчика, работающего в одиночестве при отсутствии других сенсоров. Он демонстрирует уверенное обнаружение объекта на дистанции 96 дюймов (примерно 244 сантиметра). На рис. 2 и 3 показан выходной сигнал датчика, который работает одновременно с другим активным сенсором. По мере того, как рассинхронизация датчиков увеличивается, показания становятся все более нестабильными.

Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего в одиночестве

Рис. 1. Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего в одиночестве

Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего одновременно с другим датчиком

Рис. 2. Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего одновременно с другим датчиком

Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего одновременно с другим датчиком

Рис. 3. Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего одновременно с другим датчиком

Синхронный запуск нескольких ультразвуковых датчиков MaxSonar

(Допустим в некоторых приложениях)

Соедините все линии RX используемых датчиков MaxSonar вместе и подключите к вашей схеме управления, например, к выводу микроконтроллера или даже к таймеру 555-ой серии, настроенного на формирование высокого строба с длительностью не менее 20 мкс и с периодом, большим или равным времени, которое указано в спецификации датчика.

Описанная схема подключения представлена на рис. 4.

Объединение входов RX используемых датчиков MaxSonar®Рис. 4. Объединение входов RX используемых датчиков MaxSonar®

Допускается одновременный запуск нескольких сенсоров MaxSonar с помощью короткого импульса (более 20 мкс), подаваемого на вход 4 (RX). Для датчиков серии LV-MaxSonar запуск можно производить с периодом 50 мс. Для датчиков серии XL-MaxSonar минимальный период составляет 100 мс.

Датчики MaxSonar из-за постоянно изменяющегося усиления обычно игнорируют соседние сенсоры при одновременном запуске. Этот метод особенно удобен при использовании датчиков с аналоговым выходом, поскольку аналоговое напряжение может быть прочитано в любое время.

Описанный способ работает для всех серий датчиков MaxSonar. В качестве примера на рис. 4 использовались сенсоры LV-MaxSonar-EZ. Таким образом, пока контакт 4 (RX) подключен к одному и тому же управляющему сигналу, все датчики будут стартовать одновременно.

Последовательный запуск нескольких ультразвуковых датчиков MaxSonar

(Самый надежный)

Для последовательного запуска нескольких датчиков следует использовать следующую схему включения: сигнал от управляющего устройства (например, микроконтроллера) подключите к выводу 4 (RX) первого датчика, затем подключите вывод 5 (TX) первого датчика к выходу 4 (RX) следующего датчика, и т.д. Включите последовательно в цепь столько сенсоров, сколько требуется в приложении. Схемы включения для различных серий датчиков представлены на рис. 5-8.

Диаграмма последовательного включения датчиков LV-MaxSonar-EZ и XL-MaxSonar-EZ/ AEРис. 5. Диаграмма последовательного включения датчиков LV-MaxSonar-EZ и XL-MaxSonar-EZ/ AE

Диаграмма последовательного включения датчиков HRLV-MaxSonar-EZ

Рис. 6. Диаграмма последовательного включения датчиков HRLV-MaxSonar-EZ

Диаграмма последовательного включения датчикова MaxSonar-WR и MaxSonar-WRC

Рис. 7. Диаграмма последовательного включения датчикова MaxSonar-WR и MaxSonar-WRC

Диаграмма последовательного включения датчиков HRXL-MaxSonar-WR и HRXL-MaxSonar-WRC

Рис. 8. Диаграмма последовательного включения датчиков HRXL-MaxSonar-WR и HRXL-MaxSonar-WRC

Чтобы запустить процесс последовательных измерений, необходимо включить первый датчик, подав на его вход 4 (RX) высокий сигнал длительностью более 20 мкс. Выполнение измерений каждым следующим сенсором будет начинаться только после того, как завершит свою работу предыдущий датчик (каждые 50 мс для датчиков LV-MaxSonar или каждые 100 мс для датчиков XL-MaxSonar). Этот метод управления является самым надежным. Между датчиками не возникает никаких перекрестных помех, но период полного цикла измерений будет зависеть от числа используемых сенсоров.

Зацикленный запуск последовательно включенных ультразвуковых датчиков MaxSonar

Чтобы зациклить процесс измерений последовательно включенных ультразвуковых датчиков MaxSonar, соедините выход 5 (TX) последнего датчика с контактом 4 (RX) первого датчика через резистор 1 кОм. Подключение остальных сенсоров производится, как и в предыдущем случае. Схемы включения для различных серий датчиков представлены на рис. 9-12.

Диаграмма последовательного включения датчиков LV-MaxSonar-EZ и XL-MaxSonar-EZ/ AE для выполнения зацикленных измерений

Рис. 9. Диаграмма последовательного включения датчиков LV-MaxSonar-EZ и XL-MaxSonar-EZ / AE для выполнения зацикленных измерений

Диаграмма последовательного включения датчиков HRLV-MaxSonar-EZ для выполнения зацикленных измерений

Рис. 10. Диаграмма последовательного включения датчиков HRLV-MaxSonar-EZ для выполнения зацикленных измерений

Диаграмма последовательного включения датчиков XL-MaxSonar-WR и XL-MaxSonar-WRC для выполнения зацикленных измерений

Рис. 11. Диаграмма последовательного включения датчиков XL-MaxSonar-WR и XL-MaxSonar-WRC для выполнения зацикленных измерений

Диаграмма последовательного включения датчиков HRXL-MaxSonar-WR и HRXL-MaxSonar-WRC для выполнения зацикленных измерений

Рис. 12. Диаграмма последовательного включения датчиков HRXL-MaxSonar-WR и HRXL-MaxSonar-WRC для выполнения зацикленных измерений

При использовании такого включения процесс измерений начинается с подачи микроконтроллером разрешающего импульса длительностью более 20 мкс на вход 4 (RX) первого датчика. После этого микроконтроллер должен перевести свой выход в высокоимпедансное состояние. В этом случае, после того как последний датчик завершит процесс измерения, на его выходе 5 (TX) сформируется высокий сигнал, который поступит на вход 4 (RX) первого датчика и вновь запустит его.

Перекрестные помехи при одновременном использовании нескольких ультразвуковых датчиков. Вопросы и ответы

Основная проблема при использовании нескольких ультразвуковых датчиков заключается в появлении перекрестных помех. Перекрестные помехи возникают, когда два (или более) расположенных рядом ультразвуковых датчика принимают сигналы друг от друга. Когда они не синхронизированы, это приводит к негативным последствиям.

Вот конкретные случаи и вопросы, которые встречаются в запросах технической поддержки: 

  1. Допустим, есть несколько машин, на каждой из которых установлен свой собственный ультразвуковой датчик, направленный вперед. Будут ли датчики разных машин мешать друг другу при перемещении по складу? 

    Это будет зависеть от расстояния и направленности сенсоров. Если они направлены непосредственно друг на друга, и их зоны обнаружения перекрываются, то высока вероятность возникновения перекрестных помех. Кроме того, если речь идет о замкнутых помещениях с плотными стенами, то возможны проблемы с дополнительными отражениями. Однако даже если используется большой и открытый склад, то все равно остается, пусть и минимальная, вероятность перекрестных помех. Обратите внимание, что их влияние будет не таким значительным, если использовать датчики с внутренней фильтрацией, например, из серии HR.

  2. Какой фронтальный датчик лучше выбрать для робота: LV или HRLV?

    Работа двух датчиков LV-MaxSonar-EZ, расположенных в передней части робота, может привести к перекрестным помехам. То есть высока вероятность получения ложных показаний из-за близости сенсоров. Для таких случаев рекомендуется применять сенсоры из серии HRLV, вместо стандартных датчиков LV, впрочем, решение остается за разработчиком. Благодаря встроенной фильтрации возможна одновременная и несинхронизированная работа нескольких ультразвуковых датчиков HRLV при минимальном влиянии перекрестных помех. В случае необходимости датчики любой серии могут работать совместно при использовании одного из способов синхронизации, рассмотренного выше.

  3. Каково минимальное расстояние между ультразвуковыми датчиками, на котором они не будут мешать друг другу? (для считывания результатов используется RS232)

    К сожалению, из-за обилия пользовательских приложений, различных вариантов и условий эксплуатации ответить однозначно на этот вопрос невозможно. Как правило, чтобы избежать перекрестных помех, необходимо располагать датчики как можно дальше друг от друга. Кроме того, следует убедиться, что они не направлены друг на друга. Возможно, для поиска ответа на этот вопрос в конкретном приложении потребуется провести дополнительные испытания, и самостоятельно пройти определенный путь проб и ошибок.
Производитель: MaxBotix® Inc.
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
HR-LV-MaxSonar-EZ0
HR-LV-MaxSonar-EZ0
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1029816 ИНФО PDF
Доступно: 1 шт. от: 3630 руб.
Высокоэффективный сонар для приложений, требующих высокоточных измерений при низком энергопотреблении, невысокой стоимости и компактном размере. • Самая широкая диаграмма направленности и максимальная чувствительность в линейке HR-LV-MAXSONAR-EZ; • Великолепный выбор для задач обнаружения человека; • Экономически эффективное решение для задач точного измерения дистанции (без ущерба производительности); • Разрешение 1 мм; • Максимальная дальность - 5000 мм; • Хорошая помехозащищенность.
HR-LV-MaxSonar-EZ0 от 3630,00 от 2 шт. 3120,00 от 4 шт. 2805,00 от 8 шт. 2595,00 от 20 шт. 2475,00
1 шт.
(на складе)
LV-ProxSonar-EZ0
LV-ProxSonar-EZ0
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1110025 ИНФО PDF
Доступно: 11 шт. от: 1105.5 руб.
Ультразвуковой датчик обнаружения приближения объектов внутри откалиброванной зоны до 7 футов. Интерфейсы: ШИМ и RS-232. Количество одновременно используемых датчиков может быть 6+ шт.
LV-ProxSonar-EZ0 от 1105,50 от 3 шт. 1105,50 от 5 шт. 1105,50 от 11 шт. 1105,50 от 27 шт. 1105,50
11 шт.
(на складе)
LV-ProxSonar-EZ2
LV-ProxSonar-EZ2
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1110027 ИНФО PDF
Доступно: 10 шт. от: 1038 руб.
Ультразвуковой датчик обнаружения приближения объектов внутри откалиброванной зоны до 3 футов. Интерфейсы: ШИМ и RS-232. Количество одновременно используемых датчиков может быть 10+ шт.
LV-ProxSonar-EZ2 от 1038,00 от 3 шт. 1038,00 от 6 шт. 1038,00 от 11 шт. 1038,00 от 29 шт. 1038,00
10 шт.
(на складе)
MB1000-000
MB1000-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901038 ИНФО PDF
Доступно: 6 шт. от: 2400 руб.
Ультразвуковой сонар. • Максимальная чувствительность и самая широкая диаграмма направленности в семействе LV-MAXSONAR-EZ; • Хорошо подходит для задач обнаружения человека; • Разрешение - 1 дюйм; • Максимальная дистанция - 254 дюйма (645 см).
MB1000-000 от 2400,00
6 шт.
(на складе)
MB1003-000
MB1003-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901041 ИНФО PDF
Доступно: 6 шт. от: 3030 руб.
Высокоэффективный сонар для приложений, требующих высокоточных измерений при низком энергопотреблении, невысокой стоимости и компактном размере. • Самая широкая диаграмма направленности и максимальная чувствительность в линейке HR-LV-MAXSONAR-EZ; • Великолепный выбор для задач обнаружения человека; • Экономически эффективное решение для задач точного измерения дистанции (без ущерба производительности); • Разрешение 1 мм; • Максимальная дальность - 5000 мм; • Хорошая помехозащищенность.
MB1003-000 от 3030,00
6 шт.
(на складе)
MB1009-000
MB1009-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901047 ИНФО PDF
Доступно: 2 шт. от: 2475 руб.
Ультразвуковой датчик приближения MB1009 ParkSonar™-EZ-144 для обнаружения автомобилей. Зона обнаружения 12 футов, разрешение 1 дюйм.
MB1009-000 от 2475,00
2 шт.
(на складе)
MB1010-000
MB1010-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901048 ИНФО PDF
Доступно: 151 шт. от: 2430 руб.
Ультразвуковой сонар с диапазоном измерения расстояния до 6м с аналоговым и цифровым выходами.
MB1010-000 от 2430,00
3 шт.
(на складе)
148 шт.
(под заказ)
MB1013-000
MB1013-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901049 ИНФО PDF
Доступно: 140 шт. от: 2490 руб.
Высокоэффективный сонар для приложений требующих высокоточных измерений при низком энергопотреблении, невысокой стоимости и компактном размере. • Высокая чувствительность и помехоустойчивость; • Хороший выбор для старта, если есть сомнения в определении модели сонара; • Экономически эффективное решение для задач точного измерения дистанции (без ущерба производительности); • Разрешение 1 мм; • Максимальная дальность - 5000 мм; • Хорошая помехозащищенность.
MB1013-000 от 2490,00
10 шт.
(на складе)
130 шт.
(под заказ)
MB1040-000
MB1040-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901057 ИНФО PDF
Доступно: 138 шт.
Выбрать
условия
поставки
Ультразвуковой сонар. • Самая узкая диаграмма направленности в семействе HR-LV-MAXSONAR-EZ; • Самая низкая чувствительность к боковым объектам (высокая помехоустойчивость); • Великолепный выбор для задачи обнаружения крупных объектов; • Разрешение 1 мм; • Максимальная дальность - 5000 мм; • Хорошая помехозащищенность
MB1040-000 от 6680,85
138 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
MB1200-000
MB1200-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901062 ИНФО PDF
Доступно: 6 шт. от: 3375 руб.
Ультразвуковой сонар с максимальными чувствительностью и диаграммой направленности. Идеальный выбор для задач обнаружения человека и систем безопасности. ШИМ выход.
MB1200-000 от 3375,00
6 шт.
(на складе)
MB1230-000
MB1230-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901068 ИНФО PDF
Доступно: 20 шт.
Выбрать
условия
поставки
Ультразвуковой датчик XL-MaxSonar-EZ3 с высокой помехоустойчивостью, чувствительность и зона обнаружения больше, чем у MB1240.
MB1230-000 от 9602,90
20 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
MB1232-000
MB1232-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901069 ИНФО PDF
Доступно: 48 шт. от: 3495 руб.
MB1232 - ультразвуковой датчик I2XL-MaxSonar-EZ0 с высокой помехоустойчивостью, чувствительность и зона обнаружения больше, чем у MB1242.
MB1232-000 от 3495,00
10 шт.
(на складе)
38 шт.
(под заказ)
MB1242-000
MB1242-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901071 ИНФО PDF
Доступно: 12 шт. от: 3630 руб.
Ультразвуковой датчик I2XL-MaxSonar-EZ4 с наибольшей помехоустойчивостью и самой узкой зоной обнаружения из всех датчиков I2XL-MaxSonar-EZ.
MB1242-000 от 3630,00
12 шт.
(на складе)
MB7060-200
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901105 ИНФО PDF
Доступно: 29 шт.
Выбрать
условия
поставки
Ультразвуковой сонар
MB7060-200 от 19522,60
29 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
MB7060-400
MB7060-400
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901130 ИНФО PDF
Доступно: 6 шт. от: 9120 руб.
Ультракомпактный ультразвуковой датчик серии UCXL-MaxSonar-WR. Ультразвуковой датчик с защитой IP67 и выходами ШИМ, аналоговый и RS232 Рабочее расстояние 0.2 - 6.45 м Разрешение: 1.0 см Рабочая температура -40C ...+65C Низкий ток потребления (2.1мА avg)
MB7060-400 от 9120,00
6 шт.
(на складе)
MB7360-100
MB7360-100
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901136 ИНФО PDF
Доступно: 25 шт. от: 9825 руб.
Всепогодный ультразвуковой датчик HRXL-MaxSonar-WR с автоматической калибровкой и интерфейсом RS-232 и дальностью обнаружения объектов до 5 м. Класс защиты корпуса от воздействий окружающей среды - IP67.
MB7360-100 от 9825,00
24 шт.
(на складе)
1 шт.
(под заказ)
MB7460-100
MB7460-100
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901164 ИНФО PDF
Доступно: 10 шт. от: 17655 руб.
MB7460 4-20HR-MaxSonar-WR - Ультразвуковой датчик с защитой IP67 и выходом 4-20mA. Рабочее расстояние 0.5-5 м Разрешение: 1.6мм Выходной сигнал пропорционален дистанции до объекта
MB7460-100 от 17655,00
6 шт.
(на складе)
4 шт.
(под заказ)
MB8450-000
MB8450-000
MaxBotix® Inc.
Арт.: 1901247 ИНФО PDF
Доступно: 10 шт. от: 6900 руб.
Ультразвуковой сенсор с интерфейсом USB. Встроенная обработка сигнала, защита от интерференции с другими системами. Рабочее расстояние от 50 до 500 см. Дистанция установки флага наличия объекта - до 150 см Исполнение датчика IP67
MB8450-000 от 6900,00
10 шт.
(на складе)

Сравнение позиций

  • ()