I blondýny někdy běhaly s baterkou po lese a tak je představa robota, který vysílá "nějaké paprsky" a přjímá zpět jejích odraz naprosto samozřejmá a pochopitelná. Pokud však místo čidla, které pro vás postavili jiní chtít postavit vlastní čidlo brzy narazíte na zákeřnost jménem RADAROVÁ ROVNICE. Ta má ve svém nmejjednodušším provedení tuto formu.
I = I0 / ( Dist / Dist0 )4
kde
I0 - nejvyšší intenzita signálu ve vzdálenosti Dist0
I - intenzita signálu ve vzdálenosti Dist
Takže prakticky - Trávoměr dává signál 3 volty ze vzdálenosti 0,3 m jaký signál bude dávat ze vzdálenosti 3 metry?
Jednoduché jako facka na hodině matematiky -
I = 3V / (3 / 0,3)4 = 3V /104 = 3V / 10 000 = 300uV !!!
Ó hrůzo - čidlo, které dává na blízko solidní signál nedává i na celkem krátkou vzdálenost skoro nic !!!! Pricnip je samozřejmě v tom, že signál klesá se čtvrtou mocninou vzdálenosti a to je opravdu průser. Navíc tohle platí pro každé vlnění - je jedno jestli používátě světlo, laser, infračervené diody, ultrazvuk, nebo třeba opravodový radar v radiovém pásmu.
Takže pokud máte v úmyslu něco vysílat a odraz chytat - počítejte s tím, že rozdíly v intenzitě budou enormní a vy se budete s těmito rozdíly muset nějak vyrovnat.
Pokud dobře počítám existují celkem 5 cest jak situaci řešit.
- Intenzita odrazu mě nezajímá - to je třeba případ ultrazvuku, kde informaci o vzdálenosti překážky přináší čas návratu echa - v takovém případě musím mít v zesilovačích dostatečné zesílení na zpracování signálu z největší možné vzdálenost a smířit se s tím, že ve všech ostatních případech dostanu ořezaný signál. Na podobném principu pracuje i frekvenčně modulované radiové vysílání, kde přijímači je v principu jedno jestli na dané frekvencí dostává sinusovku, nebo obdélníkový (nebo jakýkoliv jiný) signál, protože frekvence nese informaci ne tvar signálu.
- Intenzitu odrazu řídí procesor - velice jednoduchá metoda, kdy podle toho jestli je echo dobře digitalizovatelné si procesor sám nastaví zesílení přijímací cesty - takže má třeba možnosti nastavit zesílení 10x 100x a 1000x a pokus při 10x neslyší nic tak si prostě zesílení zvedne - každému tuhle metodu doporučuju používat co nejhojněji, protože v dnešní digitální době má nejlepší "poměr mezi složitostí a výkonem".
- Intezita odrazu se řídí podle času kdy se odraz vrátí - tzv Time gain compensation - používá se u lékařského ultrazvuku - už předem víme že pokud se odraz vrátí za určitý čas tak to bude z určité hloubky (vašeho břicha) a proto už předem nastavíme zesílení na vhodnou hodnotu. Tento systém je stejně dobrý jako bod 2, ale mnohem složitější na konstrukci, protože většinou vyžqaduje plynule regulovatelné zesílení přes několik řádů - opravdu hardcore konstruktérům dopručuju vyzkoušet, ale sám jsem se tím nikdy nezabýval.
- AVC zvané taky AGC - neboli automatic volume control eventuelně automatic gain control. Signál za zesilovačem se usměrní, porovná s náležitou hodnotou a podle rozdílu se řídí zesílení celé kaskády zesilovačů. Ačkoliv to zní velice složitě tak AGC má každé rádio včetně stařičkého tranzistoráku s 5 tranzistory co vám dosluhuje na chatě. O AGC najdete spoustu informací na Internetu, ale pro použití v robotech nedoporučuju. AGC totiž má "paměť" nejčastěji v podobě kondenzátoru který se nabíjí podle intenzity signálu, takže robot s čidlem postaveným na AGC by musel řešit jestli slabý signál je opravdu slabý, nebo jsou zesilovače utlumené po předchozím silném signálu. To by mohlo být pro robota smrtelné, zatímco stejného zakolísání hlasitosti rádia byste si ani nemuseli všimnout.
- Logaritmické zesilovače - jsou zvláštní obvody do kterých jde signál 1V - 0,1V - 0,001V - 0,0001V atd a ven z nich jde signál 5V - 4V - 3V - 2V atd .... Takže jejich zesílení se mění v širokém rozsahu a dovolím si podotknnout, že smysly živých tvorů dávají do mozku informace v logaritmickém měřítku (proč asi) - takže proto, když si v lese svítíme baterkou rozhodně nám nepřipadá že světlo z 5 metrů je 10 000 x slabší než světlo z půl metru. Postavit logaritmický zesilovač je dosti složité, nicméně někdy je to nutné, zejména v okamžiku, kdy potřebujeme obrovský rozsah vstupních signálů omezit a nemůžeme to udělat z procesoru, třeba proto, že se intenzíta mění příliš rychle - což je můj případ v Trávoměru, proto se s logaritmickými zesilovači drbu už půl roku. Na rozdíl od AGC nemá logaritmický zesilovač paměť a tudíž procesor je schopem se ze signálu na AD převodníku dopočítat okamžité hodnoty vstupního signálu.
Pro dnešek končíme, konkrétní schémátka probereme příště.
Na závěr ještě oblíbená rada pro blondýny : Proč je lepší mít chlapa, který se zajímá o roboty než chlapa, který se zajímá o fotbal ? Z chlapa co mu táhne na třicet určitě už špičkový fotbalista nebude, v robotice má až do začátku stařecké demence šanci otevřenou (i po ní, jak dokazuju na vlastním připadě...)