Nekorektní blog Petra Kubáče na Blog.cz

Rok se s rokem sešel a zítra máme Silvestr. Nicméně nutkání psát blog pravidelně, se mi stalo železnou košilí, proto ani dnes se nebudeme zabývalt chechtáním a chlastem, ale probereme možné "slepé cesty" v konstrukci amatérských mobilních robotů.

Kdyby záleželo na mně tak bych nejraději nedělal nic jiného než vyráběl netradiční analogová čidla a zbytek konstrukce robota, a zejména programování nechal někomu zkušenějším. To mimochodem myslím zcela vážně, takže pokud vám naopak chybí někdo, kdo by vyráběl analogovou elektroniku "hlaste se na mé stále adrese".

Když se podíváme na roboty v Česku je to trochu smutné, protože všechno je kopírování kopírovaného a jen vzácně se vyskytne "blázen" v pozitivním sova smyslu jako je Béda Himmel a postaví Robota koulíčka. Stejné "sucho jako na poušti" vidím i v oblasti čidel. Používají se mizerné sonary typu SRFxx, Infračervené "Sharpy" typu GPYxxxx, laserová čidla od SICKU za hříšné peníze a sem tam nějaké IR optočleny na detekci čáry nebo tak.

Proto bych dnes začal poněkud fantazírovat nad čidly, které jsem doposud nepostavil, ale už jsem o pokusech s nimi četl a vypadají nadějně.

1. "Ultrazvuk" na akustické frekvenci. Ultrazvukové mikrofony jsou citlivé jenom v tak úzkém úhlu jak to jenom jde - to komplikuje používání stereofonních ultrazvuků. Piezzo reproduktorky uzčené pro pásmo kolem 4 kHz krásně kmitají i na své "třetí harmonické" kolem 12khz - toho se dá využít pro náhradu ultrazvuku zvukem - má to ale své problémy, jako je nutnost filtrace signálů (zvukové mikrofony jsou citlivé na široké pásmo, nejenom na 40 +-1 kHz).

2. Stereofonní ultrazvuk pro blondýny - použije se taková frekvence zvuku (ultrazvuku) aby oba mikrofony byl 1/4 vlnové délky od sebe. Pak se signál z levého mikrofonu mixuje se signálem z pravého a stejnosměrné napěti, které tak vzniá je přímo úmerné azimutu překážky - lze si představit něco jednoduššího ?

3. Měření rychlosti robota dopplerem - a to buď radiovým, nebo ultrazvukovým dopplerem - v obou případech je princip stejný - vysílá se vlnění (zvukové /radiové) pod úhlem 45 st k zemi- Odražená frekvence se mixuje s vysílanou a "rozdílová" frekvence je přímo úměrná rychlosti. Tento systém velice dobře znají američní farmáři, kteží dávkují osivo a hnojiva podle rychlosti traktoru a měření přes kola nelze kvůli prokluzování v blátě použít ....

4. Side scanning ultrazvuk ultrazvuk pípá pod úhlem 45 st dolů z robota a do strany a všecha echa se "zakreslují" do obrázku na kterém by měly být vidět okraje cesty.

5. Sluneční kompas - máte kruh svisle postavených fotodiod, na některé svítí slunko, jiné jsou ve stínu podle intenzit určíte azimut ke slunci.

Další mě momentálně nenapadají, ale jestli "se dožiju", určitě všechno tohle a mnoho jiných věcí vyzkouším a budu informovat.

Přeji spokojený nový rok a dodávám už jenom radu pro blondýny: Pokud se vám v autobuse chlap po očku dívá do očí - je to v pořádku - patrně by vás rád oslovil ale stydí se. Pokud se vám dívá upřeně do výstřihu - je to taky v pořádku, proto jste si přede tu pus-upku brala. Pokud vám ale upřeně hledí do klína - je to průser, patrně vám legíny prosvítají a on usilovně počítá chloupky "na pipině" - nezapoměňte si příště vzít přes legíny sukni ...

NEpochybuju a tom, že jsem v blondýnách, které studují mixéry na mém blogu vzbudil dojem, že je to "průda" plná problémů a matematiky. Jenom pro rekapitulaci, probírali jsme chaos, který umí mixéry udělat v signálech a taky to, že je problém postavit mixér, který zpracuje stejně dobře silné i slabé signály.

Skončíli jsme u pasivního diodového mixéru, který je považován za "krále mezi směšovači". Taky jej firmy zaměřené na "luxusní zboží" pro radioamatéry vyrábějí a prodávají za ceny, ze kterých by pod vámi klesla židle.

Takže si rozebereme v čem se skrývá zázrak. Všimněte si těch opravdu divně zapojených diod. není to tak složité - pokud je na vstupu Local Oscillator - kladná půlvlna - tato se trafem přenese a otevře diody D1 a D4. Záporná ppůlvlna zase otevře D2 a D3, které jsou zapojeny "do kříže". Na výstup mixéru - se tak dostává střídavě radiová vlna v původní a v převrácené polaritě.

A světe div se ideální výstupní signál z mixéru vypadá jako na obrázku. Doufám, že tam vidíte původní sinusovku, doufám že tam vidíte i přepólování signálem lokálního oscilátoru, a doufám taky, že už chápete proč jsem tvrdil, že mixéry umí signál "rozsekat". Jestli si myslíte, že tento signál má co dělat s nelinearitou diod, kterou jsem popisoval v prvním díle - tak se pletele. Smyslem diod v tomto mixéru je být buď zcela otevřené, nebo zcela zavřené a oblastí jejich vlastní nelinearit projít pokud možno co nejrychleji. Diody fungují jako vypínače a taky v aglosasské literatuře se tomu říká switched mixer - spínaný mixér.

Když se vybere správná dioda 1N4007 třeba, která vydrží až 1000V a správná vysoká amplituda lokálního oscilátoru - zvládá tento mixér bez pottíží signály od mikrovoltů po desítky voltů. Kdyby se v tomto mixéru nebylo nutné otravovat s cívkami - už bych vám psal návod i s DPS. Jenomže otravovat se v robotech s cívkami, které akorát "chytají rušení" od motorů ???

Nicméně, když ideálního směšování se dá dosáhnout prostým spínámím jednoho signálu jiným a ideálně lineární mixér je ten, který si s linearitou "nedělá hlavu" což takhle použít v analogových obvodech CMOS spínače známé z digitální techniky ?

Takže za první války v Jugoslávii tamnější radioamatéři odříznutí od světa hospodářským embargem vymysleli jak stavět směšovače z CMOS spínačů, zejnéma z mého milovaného 74HC4066.

Takže zde na obrázku vidíte orientační schémátko takového dvojitě vyvážešného "digitálního" směšovače. V1 je zdroj signálu, který jde do diferenciální dvojice tranzistorů - kde se původní signál tranzistorem Q1 zesílí a navíc se z tranzistoru Q2 získá i jeho identická kopie v opačné polaritě. Pak vidíme zmatek spínačů 4066. Princip je v tom, že máme původní a invertovaný vstupní signál (RF) a původní a invertovaný signál lokálního oscilátoru (LO) a musíme každý spínat každým - proto potřebujeme 4 spínače - pak dvojice ve stejné fázi sečteme na odporech R10-R13 výslednou dvojici v opačné fázi odečteme operačním zesilovačem, který je jenom naznačen. Díky sčítání a odčítání nám na výstup pronikne jenom "rozsekaná sinusovka" a nepronikne ani původní nerozsekaná, ani signál lokálního oscilátoru.

Asi to vypadá složitě, ale světe div se - radioamatéři takhle vyráběji celé přijímače a dokonce kluci z MLABU takhle postavili přijímač pro amatérský radioteleskop.

Tím, že se nepoužívají cívky a tranzistorů se dneska djí natlačit do čipu miliardy, takže si pište, že cokoliv co má u vás doma něco společného s radiovými vlnami, - mobil, televize, WIFI -je uděláno právě takto.

Samozřejmě vzniká otázka k čemu směšovače ve vašich robotech, kteří nic na radiové frekvenci nepoužívají. Probereme v budoucnnosti, třeba zpracování ultrazvuku směšovačem. Jen tak pro inspiraci a pro poučení uvádím schémátko Japonských studentů, kteří si z 4066 vyrobili odposlouchávací zařízení pro netopýry, kde mixér mixuje signál z ultrazvukového mikrofonu se signálem místního oscilátoru. Rozdílová frekvence je ve slyšitelné oblasti, takže se netopýři dají poslouchat uchem. Povšimněte si jak se to celé podobá mému ukázkovému schémátku, včetně použití digitálních invertorů jako analogových zesilovačů.

Nemám sil pokračovat dále, proto zbývá už jenom tradiční rada pro brunety:

Když vyrazíte v novém outfitu, který jste dostala pod stromeček a ženy se vás budou ptát "za kolik" - je to v pořádku, protože tím míní cenu outfitu. Pokud vám stejnou otázku budou klást muži - je to průšvih, protože si váš outfit vyložili, jakože se živíte prostitucí...

Před 4 lety jsem koupil boty, u kterých výrobce udělal technologickou chybu, spočívající v tom, že vydržely 4 sezóny a ani letos se nerozpadají. To je zjevné ohrožení růstu HDP a je to v příkrém rozporu s obchodní politikou moderních výrobců v moderní době. Když jsem nyní ve vánoční filosofické náladě musím připustit, že ševce, kováře, pekaře, truhláře a další řemeslníky rád používám jako myšlenkový model srovnávající "starou" a "novou" dobu.

Když myslím na boty, nelze prostě pominout mého oblíbeného Nassima Nicholase Taleba, který dělí novověk na dvě období. Mediokristán - před globalizací a Extremistán - nyní. V mediokristkánu platí gaussova křivka, většina lidí osciluje kolem průměrných hodnot, platí pravidla hry, čísla jsou představitelná. V extremistánu je vše naopak - gaussova křivka neplatí, průměrný příjem se skládá z jednoho miliardáře a miliónů hladových chudáků, pravidla neexistují, nebo jsou nepochopitelná, čísla jsou nepřestavitelná, jakože Bill Gates vlastní 62 000 000 000 dolarů.

Takkže když myslím na venovského ševce před příchodem Bati - byl jeden ve svém regionu, věděl kolik lidí nosí boty, kolik jich musí ušít aby doplnil ty, co se rozpadly, věděl kolik přibližne na tom vydělá. A taky věděl, že když bude mimořádně šikovný - navýší své příjmy o pár desítek procent, ale dosáhnout 2x takového zisku už je v konkurenci ševců ze sousedních vesnic nemožné.

Dnes je to opravdu právě naopak - náklady na výrobu bot prostě musíte stlačit téměř k nule a to i za cenu, že vaší dělníci v megatovárně, v Indii hladoví od pondělí do středy, protože jinak vás smete konkurence, jejichž dělníci hladoví až do čtvrtku. Žádná nekvalita není dost nekvalitní, aby se nedaly ušetřit náklady ("katovat kosty") a vyráběla se ještě větší nekvalita. Žádná lež naopak není dosti velká, aby se nedala využít při "budování image značky" protože to je jediný způsob jak prodat mnohem dráže než odpovídá vlastnostem výrobku ...

A předpověditelnost budouchosti ? nenechte se vysmát, až se vám podaří donutit dělníky hladovět až do pátku váš obrat rázem vzroste 100 násobně, na kratičkou dobu, dokud vás nezlikviduje firma s dělnictvem, které hladoví až do soboty a šijí boty z pneumatik.

Výsledek z hlediska spotřebitele je dosti tristní - boty za 499 se rozpadají do měsíce, což není žádnou zárukou, že boty za 4999 vydrží alespoň 10x tolik. Absurditou je, že i za tuto cenu celý řetězec produkující boty tak-tak vyžije, ačkoliv venkovský švec by šitím bot této ceny hladce uživil rodinu. Ono totiž všeobecné lhaní, dodavatelům, prodejcům, zákazníkům, akcionářům, berňáku... vyžaduje spoustu poradců a manažerů, takže na kůži, lepidlo, nitě, dělníky ani daně už penníze nezbývají.

Na druhé straně na co si vlastně stěžuju - pradědeček za těžkou práci v továrně, dostal, císařpánovým zlatem kryté, peníze a za ty koupil skutečné boty, ručně ušité, ševcem ve své vesnici. My - za ISO onanii a produkci zbytečných tabulek v Excelu dostáváme nekrytou měnu, za kterou kupujeme "virtuální" boty. Lze se něčemu vůbec divit ?

Rád bych poskytl nějakou radu, ale těžko radit, co má jedinec podniknout, proti megakorporacemi hnanému "vývoji civilizace". Snad pokud znáte místního ševce, nenechte ho zbankrotovat, protože v "Addiasu mají slevu".

V každém případě alespoň opožděně přeji hezký zbytek vánoc a spokojený nový rok.

Takže abych jenom nechválil probereme dneska problémy (a možnosti) stereofonního ultrazvuku.

Pokud si koupíte SRF04 tak vůbec nemusíte řešit jestli existuje nějaký přeslech mezi reproduktorem a mikrofonem, protože mikrofom je prostě zcela ohlušen, a navíc analogový procesing je v SRF tak mizerný, že je to stejně jedno.

Pokud máte sterofonní ultrazvuk už to tak jedno není. Pokud by oba mikrofony slyšely totéž - pak se stereofonní ultrazvuk mění v monofonní a nemusíme se párat s druhým kanálem a digitálním zpracováním. Zkušenost mi však ukázala, že mezi kanály (zejména pokud jsou mikrofony připájené na jednu desku) existuje přeslech. Nevím jestli se to dá vysvětlit takto, ale celý systém na mně působil dojmem, že odražené echo rozechvívá nejenom mikrofon ale, i plošný spoj, ve kterém se šíří rychleji než ve vzduchu a tím nám kazí informaci o azimutu. Jako kompenaci jsem lepil mikrofony silikonem a pájel je drátky, což dosti pomohlo, přesto mám v poslední verzi připravené samostatné předzesilovače, které se k robotu přilepí pomocí kousků molitanu.

Druhý problém - snahou výrobců ultrazvukových mikrofonu a reproduktorů je vyrobit je s co nejužším úhlem vyyzařování - protože uživatelé modulů typu SRFxx mají představu "paprsku" který vyzařuje ze SRF. Co monofonnímu ultrazvuku prospívá to stereofonnímu ultrazvuku škodí. U reprodukroů není problém - umístíme je do kruhu a budíme je stejnou fází - tím nám podle Huygensova principu vznikne jeden "virtuální" reproduktor uprostřed kruhu, ale mikrofony ? - pro ty byla nejlepší s úplně kruhová charakteristika citlivosti (stejně citlivě ve všech směrech). Pokud tomu tak není může sonar slušně pracovat jen v oblasti, kde se citlivosti mikrofonů překrývají. Tím se konstruktér dostává do neřešitelného rozporu - pro zvýšení přesnosti měření azimutu by potřeboval mikrofony co nejdál od sebe, tím se mu ale zmenšuje oblast překrytí jejich ciltlovosti.

Mikrofony s kruhovou charakteristikou - jsou běžné v akustickém pásmu, takže už mám doma v šuplíku několik piezo repráčků, které pěkné pískají na 18kHz a zkusím udělat sonar v aktustickém pásmu - je otázka jestli to pak nebude "zvukar" nebo "pískar"

Poslední problém - pokud digitaliujete dva kanály - nemůžete měřit AD převodníkem oba kanály naráz - takže máte signál z jedné strany nepatrně zpožděný. Světe div se, ale je to cítit, - stereofonní ultrazvuk nepatrně "šilhá" - což není nic, co by se nedalo kompenzovat.

No a teď ty možnosti:

Mapování ultrazvukem jsme už probrali, ale celou soustavu dvou repráčků a mikrofonu můžete postavit svisle a sledovat oblast vedle jedoucího robota ve stylu Side scanning sonaru, který se používá k mapování mořského dna. V akustickém pásmu a ve vzduchu to snad ještě nikdo ani nezkoušel, a já sám s timhle počítám jako s variantou pro Robotour, jestli (vysoce pravděpodobně) nebude Trávoměr fungovat podle mých představ. Tak ne abyste mě předběhli !!!

Pokud už musíte nebo chcete používat obyčejný "monofonní sonar" můžete druhý kanál využít, pokud násobíte data z levého kanálu daty z pravého - vznikne tím sonar s extrémně úzkopásmovou charakteristikou - citlivý jenom na předměty, které jsou striktně v ose. Pokud budete vzájemně násobit kanály nepatrně časově posunuté - získáte maximální citlivost v takovém úhlu, který odpovídá zpoždění mezi kanály - to je varianta Phased array radarů, které mají stovky antén, vyzařují i přijímají z takového směru, podle zpoždění signálu mezi anténami, aniž by se radar musel pohnout.

V otázce ultrazvuku by to bylo všechno. Jelikož jsem nezveřejnil polopatistický návod jak si sonar postavit včetně softwaru a nepřinesl to hotové na stříbrném podnose - asi zůstanete u SRF05, ale já považuju svojí povinnost informovat vás o "jiném světě" v oblasti ultrazvuku za (prozatím) splněnou.

Zbývá ještě tradiční rada pro blondýny, které dočetly až sem : Je určitý rozdíl jestli trávíte vánoce v posteli rozžhavená svým miláčkem, nebo horečkou při chřipce. Je však pravda, že obojí bohužel / naštěstí jednou přejde.

Přeji veselé vánoce všem čtenářům.

Minule jsme článek plný matematiky předčasně ukončili konstatováním, že mixéry jsou zákeřné, protože dovnitř jdou jenom dvě sinusovky a ven leze pěkný bordel. Mohli bychom se spokojit s učebnicovým tvrzením, že proto se musí vhodná výstupní frekvence vybrat filtrem na výstupu, ale to je poněkud málo, zejména v době kdy se keramické filtry ideální pro naše použití brzy už nebudou vyrábět.

Takže malá rekapitulace mixéry využívají nelinearity součástek, které popisuje nelineární vztah mezi napětím a proudem tohoto typu

Tím, že se v rovnici vyskytují druhé, třetí, čtvrté mocniny tak se nám kromě násobení jednoho signálu druhým vyskytují i produkty umocňování signálů - neboli násobení signálu sebou samým. To vede k tomu, že do mixéru pustíme dvě frekvence RF a LO a ven nám leze

A tak dále - můžete si vymýšlet ceolčíselné násobky obou frekvencí, a jejich rozdíly a součty až do nekonečna.

Když si to nakreslíme jako spektrum tak to bude to les spektrálních čar - jako na obrázku. Vypadá to jako akademické matematické cvičení, ale pokud jste třeba radioamatér, který poslouchá na frekvenci 10,00 MHZ a máte druhou silnou stanici na frekvenci 10,01 MHZ tak se vám najednou objeví záhadná stanice i na frekvenci 10,02 MHz protože to je 2* 10,01 -10,00 a taky na frekvenci 9,99 MHz protože to je zase 2* 10,00 - 10,01 atd... Radioamatéři to znají a říkají tomu křížové modulace.

Pokud potřebujete pomocí mixování usměrnit signál z ultrazvuku - tak vás nějaké detaily kolem mixérů nemusí zajímat, pokud ovšem těsně vedle frekvence, která vás zajímá nemáte nějakou "křížovku" která je 1000x silnější, což se někdy stává, protože lokální oscilátor má amplitudu ve voltech, ale výstup z čidla může mít amplitudu jen v milivoltech.

Aby se problémy s "bordelem" co leze z mixérů trochu omezily žačaly se dělat tzv. "vyvážené" mixéry. U vyvážených mixérů se na výstup nedostávají původní frekvence RF a LO, protože se během procesu mixování vzájemně odečtou. vyvážené oscilátory jsou buď "jednoduše vyvážené" - na výstup neproniká (většinou mnohem silnější LO) nebo "dvojitě vyvážené" na výstup neproniká ani RF ani LO. To poněkud omezí frekvenční zmatek na výstupu a za určitých okolností to usnadní filtrování výstupního signálu.

Příkladem takového směšovače je Gilbert cell mixer, který jak vidíte je trojice diferenciálních zesilovačů, kde Q1 a Q2 řídí zesílení ostatních čtyř a zároveň se na dvakrát dvojitém diferenciálním zapojení odečítají všechny nežádoucí produkty.

Gilber cell mixer je skvělý pro radioamatéry a taky se prodává jako hotový integrovaný obvod řady NE602, NE612, nebo SA 602, SA612, nebo MC1496.

Přesto má tento mixér problém - má až příliš velké zesílení a snadno se přesytí silným signálem, což vede k tomu že ze sinusovky se stane obdélník se spoustou vyšších harmonických kmitočtů, které se vzájemně násobí a jsme tam kde jsme byli s nevyváženými mixéry.

Proto radioamatéři téměř zbožštili pasivní diodový mixér, terý vypadá jako "divně zapojený" graetzův usměrňovač, navíc plný cívek. Vtip tohoto mixéru je v tom, že nevyužíváme nelinearit diod, ale snažíme se naopak aby byly buď zcela otevřené, nebo zcela zavřené. Tím tento můstek patří do kategorie tzv. Spínaných mixérů, které probereme zase příště.

Dnešní rada pro brunety zní : jste protivná, nevaříte, neperete, neuklízíte, nesexujete a jste bruneta jenom protože se vám ke kadeřnici nechce ? Divíte se, že poslední chlap vám utekl s blondýnou ?

Milé děti !

Je Advent, čas předvánoční. Katolící v tiché kontemplaci zpytují svědomí. Vaši rodiče zpytují peněženku, jestli si zasloužíte nový iPhone od Ježíška, nebo ne. Také náš stát musí uzavřít letošní mimořádně úspěšný rok. Proto počítá a počítá, aby zjistil, že Kožených, Janoušků, Drábků, a jiných kalousků zase přibylo. Stejně tak se rozmnožili i naši etničtí bratři co za dávky v hmotné "nouzi" a dětské přídavky dělají bordel. Dokonce i levičáků, co mají obě ruce levé a od konce puberty marně hledají práci je více než loni. Proto je nutná zvýšená přísnost, zejména při výběru daní.

Proto jsem dostal Předvolání "na Poříčí" na Finanční úřad. Finanční úřad do svých předvolání nikdy nepíše proč si vás zve. To je proto aby i vy jste měli příležitost v tiché kontemplaci zpytovat svědomí a přišli na úřad už patřičně "nahlodaní". Tak jsem se vydal "na Poříčí" do sychravé, nehostinné oblasti v polovině cesty mezi Frýdkem a Místkem, kde chtěl bolševik postavit "nové centrum města".

Dostat se na Poříčí není tak snadné, přestože naproti je nové autobusové nádraží. To je totiž "uprostřed ničeho" a navíc je maličké jako dlaň, delší autobusy je bez couvání ani nemohou projet. Proto ač "centrum" - skoro žádný autobus tam nejede. Ptáte se proč je tak maličké, no to proto, že o komunistickém plánu na "nové centrum Frýdku-Místku" se dozvěděla záhadná Kyperská akciovka bez majitele a skoupila - šikovně a výhodně - všechy pozemky kolem. Zlí jazykové říkají, že tu akciovku vlastní někdo z "Frýdecké opravdu velké koalice ODS - ČSSD - KSČM", která s drobnými obměnami spravuje město už od revoluce, Ale kdo by věřil tak sprostým pomluvám ...

Při čekání na jediný autobus za hodinu mi byla zima, tak jsem na Poříčí došel pěšky a vstoupil do krásné budovy, kde levé křídlo vlastní VZP a pravé křídlo Finanční úřad. Měl jsem jít do kanceláře 259, a v tom byl problém. VZP je totiž světová a má na cedulích 1st. floor, 2nd. floor 3rd. floor. Zatímco Finanční úřad je přece "náš" a má na cedulích Přízemí, první patro, druhé patro. Takže vstoupíte do budovy a zjistíte, že první patro je "2nd. floor". Aby to nebylo tak jednoduché, tak VZP má kanceláře až v 1 patře - tedy v 2nd. floor, ale začíná číslovat od 101. Zatímco finanční úřad naproti přes chodbu se asi nechal popést nápisem "2nd. floor" a poračuje ve stejném číslování jako VZP jenomže od 200 - takže po kanceláři 134, která je poslední vlevo následují schody a pak kancelář 235. Aby to nebylo tak jednoduché tak všude jsou zámky na čip, abyste náhodou úředníky neobtěžovali, a abyste se orientovali tak v 1 patře označeném jako "2nd. floor" je cedule s plánem kanceláří pro třetí patro...

Takže stojím v 1 patře, vlevo seznam kanceláří VZP ve dveřích č. 101-134, vpravo cedule finančního úřadu ze 3 patra s čísly 333 - 370 a mezitím já zcela zmatený vidlák, hledám kancelář 259. Po schodech jde mladý muž z tak nápadnou centrální obezitou a rozsednutým zadkem, že to musí být úředník. Zoufale jej prosím a dostává se mi pohrdavé poznámky "nechte mně já jsem z VZP". Pak se objevuje jiný muž podstatně hubenější, ten je z Finančního úřadu a snaží se mi vysvětlit proč v 1 patře je seznam kanceláří z 2 patra navíc číslovaných jako 3 patro - nechápu, ale jsem neskonale vděčný, že mi čipem otevřel a na konci chodby je vytoužená kancelář 259.

Jiný sympatický mladý muž hledá v počítači, pak v papírech, pak v počítači, pak zase v papírech, proč jsem byl předvolán. Atmosféra by se dala krájet, protože když jste předvolán na finančák aniž byste státu dlužili - je to situace jako z Jamese Bonda. Pak zkoumá mé předvolání a pak si vzpomene "áááá to byla ta domovní daň". - "Ale tu už jsem zaplatil dávno". "Ano, právě proto máme v počítači nulu" - není nad železnou logiku státní správy. Ukazuju složenku a jdu domů - náhradní volno, za které nedostanu zaplaceno sníží můj zdanitelný příjem tak, že stát o moji domovní daň prakticky už přišel. Není nad to když stát pomáhá lidem vydělat si na daně a bojuje o každou korunu hrubého domácího produktu ...

Takže, milé děti, se těšte na Vánoce, a pokud nedostanete iPhone, a vaši rodiče se neživí kradením, úplatky ani daněmi, pak patrně není jejich vina, že na něj nemají. Přeji všem krásné vánoce.

Na robotickém dni roku 2005 jsem se rozhodl, že robotického dne roku 2006 se budu účastnit jako soutěžicí v kategorii Mini-SUMO. To jsou roboti s maximálním půdorysem 10x10cm maximálně 500 gramů těžcí, kteří se vytlačují z kruhové arény. Aréna je černá a má bílý okraj, aby podle barvy pod sebou roboti poznali, že už jsou na kraji.

Sumo zápasy v roce 2005 vypadaly tak že jeden robot se motal na jednom konci hřiště a druhý se motal na druhém a neměli o sobě ani ponětí. Takže jsem hledal způsob jak přesně změřit polohu soupeře. Tehdy se běžně používaly Infračervená čidla, která dají informaci jestli je soupeř vlevo nebo vpravo, ale to se mi zdálo málo. Tak jsem se inspiroval u netopýrů a začal stavět "Stereofonní ultrazvuk"

Pokud se podíváte na mého robota "Helenu" z té doby - bude vám to jasné. Uprosřed je ultrazvukový reproduktor a po stranách dva ultrazvukové mikrofony. Takže ultrazvuk pískne a pokud je protivník více vlevo - odražené ECHO dorazí na levou stranu dříve než na pravou a podle časového rozdílu mezi levým a pravým kanálem poznám nejenom vzdálenost soupeře, ale i směr. Na začátku zápasu se 5 sekund čeká, během těch 5 sekud si moji roboti soupeře zaměřili a pak už "si pro něj jeli" zcela přesně na místo kde byl .... Fungovalo to báječně, ale nakonec jsem se stejným bodovým ziskem jako vítěz skončil 2, protože jsem prohrál vzájemný zápas, protože Pepa Hanzal měl pro Barborku silikovnové pneumatiky, které já jsem ještě neměl. (Přesněji řečeno jsem z furiantství nad "dominancí své technologie" odmítl jeho nabídku si je přímo na místě koupit¨...)

Je zajímavé, že špatné zkušenosti s čidly typu SRFxx jsou natolik zažité, že když jsem předem oznámil, že pracuju na této technologii - dostalo se mi jasné rady "neplýtvej časem, je to nemožné". Zejména zaznívala námitka, že nebudu schopen měřit soupeře, kteří jsou blízko, což se ukázalo jako nesmysl, protože nakonec jsem měřil překážky až do 5 cm před robotem. Abych se vyhnul problémům s usměrňováním odraženého signálu diodami. (usměrňování milivoltových signálů je vždycky velice bolestivá záležitost) tak jsem vymyslel "přímou digitalizaci" UZ signálu, kterou jsem vysvětloval minule. Problém byl v tom, že při 2 kanálech musely mé AD převodníky pracovat na frekvenci 320 kHz a to už na ATmegu8 na 16 MHZ je celkem dost. Zajímavé, je že jsem každý vzorek musel zpracovat během 50 Strojových cyklů (16 MHz / 320 kHz = 50) což se samo o sobě zdálo nemožné, ale v Assembleru to celkem šlo.

Jak tedy systém fuguje ? Myslím, že je to jasné. Po identifikaci soupeře v pravém i levém kanále získám vzdálenosti - vlevo DM+DL a vpravo DM+DR- pak průměr je úměrný vzdálenosti a rozdíl je úmerný azimutu. Viz středoškolská matematika, Pythahorova věta atd. Tohle platí v případě, že máme v "zorném poli" jenom jednu překážku. Pokud máme v zorném poli více překážek vypadají signály z čidel třeba takto.

Pak můžeme prostor kolem robota rozdělit na síť souřadnic a pro každý bod v této síti můžeme násobit dané vzdálenosti odpovídající signály z levého a pravého mikrofonu a můžeme sestavovat "mapy ultrazvukové odrazivosti", které v simulaci v Excelu vypadají třeba nějak takto.

Robot je pochopitelně uprostřed levé přední strany. To že jsou ultrazvuková echa rozmazaná v čase se projeví tím, že překážky jsou poněkud roztahané do šířky (určení azimutu je náročnější než určení vzdálenosti). I tohle se dá udělat s jednoduchoučkým hardwarem z minula (pochopitelně doplněným o druhý přijímací kanál).

Stačí jenom signál plný informací neznehodnotit v zesilovačích a nakonec neposlat do ubohého komparátoru. Na druhé straně když chcete dělat ultrazuvk takto - je to mnoho programování a přemýšlení a není to nic pro nevzdělance, který se cítí jako "veliký hacker" protože umí třemi drátky připojit "SRF05 k Arduínu".

Zbývá už jenom tradiční rada pro blondýny, co dočetly až sem : Pamatujte, že jehlové kozačky se na náledí nehodí. Pokud však upadnete šikovně a s nohama ve vzduchu "tomu správnému" ukážete, co máte pod sukní - neznám lepší způsob jak si ještě před vánocemi rychle opatřit chlapa.

Nadpis vypadá jako reklama na obchod s kuchyňským vybavením, ale už minule jsem psal proč nemám rád české slovo směšovač.

Když nahlédnete do učebnice elektroniky najdete v kapitole mixérů veledůležitě a velesložitě vypadající pojmy, jako HETERODYN, SUPERHETERODYN, LOKÁLNÍ OSCILÁTOR. MEZIFREKVENCE. To každého dokonale zastraší, proto začnu z jiné strany.

Představte si, že zajdete do místního ghetta a naším přepracovaným, utiskovaným spoluobčanům tam šlohnede 2 z velepočetných satelitních antén. Ani nebudete potřebovat celou anténu, ale bude vám stačit satelitní konvertor - alias LNB. To je anglicky Low noise downconverter, neboli směšovač 11 GHz satelitního signálu na 1 GHZ signál, který se koaxem dá rozumně pustit do satelitního přijímače.

K čemu vám budou 2 LNB ? LNB se dá použít i jako Up converter a tedy vysílač. Takže si představte tu idylku - ze zvukové karty notebooku vám vede modulační signál do LNB, které vysílá na 10 GHz, odraz přijímá druhé LNB, konvertuje jej zpět na akustickou frekvenci, která vede zpátky do notebooku.

Co se s takovou sestavou dá dělat - cokoliv - měřit rychost robota pomocí Dopplerova posuvu, měřit vzdálenosti překážek Dopplerovským radarem, mapovat okolí, prostě cokoliv co se dá udělat (dobře postaveným) ultrazvukem, nebo SICKem ale za hubičku (jestli utečete našim etnickým bratřím).

Proto mixování signálů, které je dnes velmi moderní a prakticky jediná stále ještě (částečně) analogová operace - je z hlediska elektroniky pro mobilní roboty - dřímající a nevyužitý poklad.

Jak už jsem psal minule ačkoliv směšování naznačuje součet - je to ve skutečnosti NÁSOBENÍ dvou signálů. Jenomže najít mezi součástkami nějakou, která nám vynásobí dva signály - není tak snadné, takže velice často postupujeme tak že dva signály sečteme a pak je vedeme do nějaké nelineární součástky - jako je třeba dioda - a ta nám na "koleně své charakteristiky" signály vynásobí. Přesně tak jak to vidíte na schémátku vlevo nahoře.

Než budeme postupovat dále musím vysvětlit zkratky RF - Radio frequency - vstupní signál. LO - Local Oscillator - signál, kterým vstupní signál násobíme. IF - intermediate frequency - to je ta "mezifrekvence" neboli pro nás výstupní signál.

Takže jak to funguje - vztah mezi napětím a proudem na diodě je exponenciální. Exponenciální křivku můžeme pomocí mocninné řady napsat jako součet mocnin. Neboli je-li na diode proud I bude napětí

koeficienty aa1, a2, a3, a4, ax - jsou typické pro danou funkci a vlastně nás nemusí zajímat, pro nás je podstatné že U je úměrné I² Takže jako na schémátku proud vytvoříme součtem signálu RF a LO. Pak bude napětí na výstupu

Jednoduché jako facka na hodině matematiky.

Mimochodem vidíte tam to násobení signálů - 2 * RF * LO - Protože každá polovodičová součástka má nějakou nelinearitu, tak jsem vám takových mixérů namaloval hned několik - vpravo nahoře to samé s tranzistorem. Pokud potřebukete RF zesílit, ale LO je dosti silné (častá situace v rádiu) tak použijete zapojení vlevo dole, pokud máte RF i LO dosti silné pak je nejlepší zapojení vpravo dole. Všechno je jenom naznačené, bez konkrétních hodnot součástek.

Dobrali jsme se k násobení signálu, ale učebnice na průmyslovce pořád otravují s nějakými součtovými a rozdílovými frekvencemi - a k těm se přes daší dva vzorečky (za které se omlouvám) dobereme nyní. Takže představme si že RF a LO jsou sinusové signály pak platí, že

Vidíte tam to RF - LO a RF + LO ? Kdybych si to takhle mohl přečíst už v roce 1982 necítil bych se 30 let jako trotl než jsem si to odvodil sám ...

Když ještě dosadíme do "rovnice mixéru" dostaneme

Jinými slovy do směšovače jdou dvě sinusovky sinusovky.... a ven leze bordel ....

Klidně bych ještě pokračoval, ale výjimečně mám pocit, že tentokrát čtenářové jsou u konce svých sil, takže si dáme radu pro brunety a pokračujeme příště : Když už máte mnou doporučovaný "převlek za blondýnu" - do postele - zkuste jej někdy v upravené verzi vzít i mezi lidi - uvidíte, že se k vám úplně jiný typ lidí bude chovat úplně jínak. V žádném případě to ale neneberte tak, že vás nabádám abyste v převleku za blondýnu zahnula svému miláčkovi !!!.

Přibližně před rokem jsem ohlásil, že z neškodného plkání se stává blog o robotech a zejména o jejich elektronické části, protože schopnost postavit elektroniku pro robota se vytrácí ...

Za celý rok se z nepatrné návštěvnosti (měně než 10 lidí za týden) stal pravidelný proud čtenářů, kterých sice není tolik jako na "růžový blogísek" nějaké pubošky, ale i tak najde - li se každý den nejnéně 40 odvážlivců ochotných ponořit se do výplodů mého mozku - nezdá se mi to tak málo.

Kromě počtu odvážlivců zaznamenává počítadlo i stránky odkud tito přišli. Často to bývají vyhledvavače a často se dá vyčíst i otázka zapsaná do okénka. Takže jsem si začal nejkurióznější otázky zapisovat a zde je přehled :

"Jak jezdit na technický benzín"

"Schéma s 2 diodami 1 trazistorem a 1 kondenzátorem" - co má to "schema" dělat ?

"Vtipy o pesimistech"

"Vypité mozky"

"Pentachromatické vidění" -

"Elektro orgasmus schema zapojení" !!!!!!!! ;-)))

"máme tři stejné kondenzátory" a co ?

"Artróza a invalidní důchod"

"Snímání tmy s NE555"

"Dolní propust jen cívka"

"Gumový fetiš"

"Zapojení LEDek jen tak s vypínačem"

"Krystal v mozku" - v mém nebo ve vašem ?

"Mozek blondyny"

"Sukně Agáty Hanychové"

"Bulhaři jsou cikáni"

"Barva pubického ochlupení"

"Je bez nohy" - kdo ?

Výsledkem tohodle průzkumu je zjištění, že Google a jeho tvůrci to nemají vůbec lehké, a že k vyhledávání na internetu nelze přistupovat ve stylu - "na blbou otázku blbá odpověď" protože to by byla smrt vyhledávačů. Vztah lidí a Googlu je patrně velmi intimní a prostě se nestydí ty kraviny tam psát a to je vlastně dobře. Přesto je mi líto, že se nedá vyhledávajících zeptat jestli nakonec našli "zapojení LEDky jen tak s vypínačem", nebo "Krystal v mozku". Přesto doufám, že všichni si na mém blogu aspoň trochu početli a doufám, že mi "moji čtenářové" zachovají přízeň.

P.S. Schéma na "elektrický orgasmus" klidně zveřejním - nestyďte se ho poslat ;-))

Minule jsem strhal oblíbené moduly SRFxx, tak musím předvést, že to umím lépe.

Vzhledem, k tomu, že se neodvažuju ani naznačit jaký mikrokontrolér by měl kdo používat tak jsem v náznaku nakreslil jenom analogovou část jednoduchoučkého sonaru.

Jak vidíte je třeba jeden (digitální) pin mikrokontroléru pro kmitání reproduktorem a jeden kanál AD převodníku pro digitalizaci odraženého echa.

Výstup označený jako INPUT jde do systému invertorů, které invertují signál a pak "můstkovým způsobem" v protifázi budí ultrazvukový reproduktor - tím dosáhnete toho, že při napájení 5V je na ultrazvukovém reproduktoru signál s amplitudou 2x větší tedy 10V, což je jednodušší alternativa MAX232 se SRF04. Tam dosahuje amplituda až 20 V, ale protože naše zpracování odraženého echa je lepší nepotřebujeme repráčkem tolik "hulákat".

Smysl kondenzátoru C4 je vytvořit překážku pro stejnosměrný proud a zabránit tak zkratu na výstupu 74HC04 když se zrovna nepíská. Ultrazvukové reprodukotry jsou piezo typu a chovají se sice jako kondenzátor, ale nikdy nevíme, kdy někoho napadne připojit k výsupu obyčejný repráček ...

Vstup a celé vstupní zesílení je primitivně jednoduché - střídavý signál jde bez jakéhokoliv usměrňování a dalšího zmršování rovnou do procesoru, kde se zpracovává digitálně. Povšimněte si "ochranného odporu" R1 a zejména kondenzátorů C2 a C3 - ty pustí jenom střídavý signál - vstupní offsety zesilovačů se tudíž dále nezesilují a neškodí. R3 a R4 nám střidavý signál umísítí "doprostřed" rozahu AD převodníku - do procesoru tedy půjde střídavý signál ne od -2,5 do +2,5V ale od 0 do 5V. C1 nám potlačuje šum odporového děliče.

Do procesoru nám tedy jde přímo střídavý signál. Jak se s ním dále pracuje ?

Jenom naznačím - pokud ultrazvuk píská na 40 kHZ musíme odraz digitalizovat na 4x větší frekvenci tedy 160 kHz. To pro dnešní mikrokontroléry není žádný problém. Na každou periodu signálu tedy máme 4 vzorky, které si označíme A, B, C, D, Vždy dvě dvojice od sebe odečteme asi takto

Tím jsme dostali dva signály I - neboli In phase komponentu a Q - neboli Quadrature komponentu. Detaily třeba ZDE. Zároveň jsme se zbavili stejnosměrného offsetu (ať už nechtěného, nebo uměle zavedného), protože DC komponenta je v A, B, C i D stejná.

Pokud nás zajímá amplituda signálu tu teoreticky správně vypočteme jako

Umocňování a odmocnňování je pro procesor těžký záhul, takže si pomůžeme přibližnou hodnotou amplitudy, vypočtenou pomocí absolutní hodnoty.

A máme amplitudu, se kterou můžeme dále pracovat dle vlastní fantazie - v mých sonarech jsem vždy amplitudu aktuální porovnával s tzv. Exponenciálním klouzavým průměrem amplitud minulých a tím jsem eliminoval převážnou většinu falešných odrazů. Detaily i s nákresem ZDE.

Takže jsme jednodušším zapojením dostali informaci nejenom o velikosti odrazu (a můžeme malé odrazy ignorovat, nebo porovnat s minulým měřením), ale i o fázi, o využití fáze se pobavíme v díle č. 4. Takže těšte se pardálové.

Zbývá už jenom tradiční rada pro blondýny, co dočetly až sem : Když přijdete domů a miláčkovi stojí na stole flaška - nepodléhejte panice "lahváč" má velmi zajímavou ultrazvukovou odrazivost, takže pořád je naděje, že jeho alkoholismus znovu nevypuknul.