telémetro (muy largo alcance), ultrasónico o láser... para arduino?

Como antecedentes para piratear un telémetro LÁSER existente, aquí hay una cuenta extremadamente buena del intento de un hombre de comprender e interconectar en serie un telémetro LÁSER Aparkfun Prexiso : falló pero brinda información extremadamente interesante y probablemente útil de lo que encontró.

Módulo de sonido ultrasónico Sparkfun .
Caro teniendo en cuenta lo que cuesta una medida de grifo LÁSER.

Variantes y especificaciones básicas . Alcance de 25 pies reclamado. Información útil.

Un RADAR Doppler que usa RF que opera a unos pocos cientos de MHz, posiblemente usando un módulo de apertura de puerta Gunn de antaño, puede tener un rango de 'muy grande'. Una vez tuve un radioaltímetro APN1 de un carguero de Bristol (avión) y manejaba 1000 pies con tierra como el 'reflector' (mucha tierra ciertamente) y usaba válvulas termoiónicas de tubo de bellota. Debería poder obtener tanto rango como su corazón pueda desear usando RF.

El APN 1 utilizó un método simple pero útil para NO tener que medir el tiempo de vuelo de forma explícita. La medición del tiempo de vuelo (TOF) es posible, pero a distancias cortas implica tiempos MUY cortos. ¡Un nanosegundo es un pie ligero en términos de tiempo!.
El transmisor APN1 se barrió en frecuencia y la señal reflejada recibida se mezcló con la señal transmitida actual. La señal de retorno estaba en la frecuencia de tx cuando la señal se fue y la frecuencia de tx ha sido barrida a alguna otra frecuencia por el tiempo que la señal regresa. La diferencia de frecuencia, obtenida mezclando tx y señal reflejada, da una medida directa del rango.

Discusión: si bien esto se relaciona con el equipo de RF de la Segunda Guerra Mundial, es directamente aplicable a una versión moderna de corto alcance

Principio básico:

¡Sí, ja!

Podría usar un ángulo que mida dos puntos en el telémetro clásico de línea de base. Esto podría usar un LÁSER para hacer dos puntos que se organizan para que coincidan bajo el control de Arduino. Un enfoque del viejo mundo, pero que es eminentemente factible.
Si usó una línea de base de 1 metro y un rayo salió recto y el otro se movió para conicir y luego midió el ángulo del punto móvil.
A 5 metros, el cambio de ángulo para un aumento de 1 metro es de 78,7 grados a 80,6 grados = + 1,85 grados
10 a 11 metros, cambio de ángulo = 0,516 grados
15 a 16 = 0,238 grados
20 a 21 = + 0,14 grados
25 a 26 ~= 0,1 grados
30 a 31 grados = +0,06 grados

Puede decidir en qué rango el cambio de grados es demasiado difícil de leer con precisión.
Una línea de base más larga disminuye la posición en la tabla. por ejemplo, una línea de base de 2 metros da un resultado efectivo de 30/2 = 15 grados.

Distancia
........ Grados
................ Delta grados
1... 45,0
2... 63,4... 18,4
5... 78,7 .. .2.7
10..84.3 ...0.63
15.. 86.2... 0.27
25.. 87.7... 0.10
30.. 88.1... 0.07

AGREGADO:

Incluí el diagrama del circuito principal APN1 tanto por diversión para mostrar lo que se podía hacer en 1940 con los tubos Acorn PERO en realidad es potencialmente útil para las ideas. El diagrama anterior es legible si lo observa en tamaño completo tal como se suministra. (Haga clic con el botón derecho y luego copie o guarde o abra). Esta es la calidad "tal como se suministra": alguien ha escaneado el original a un gif en 2 colores "blanco y negro".

Copié parte del circuito a continuación y agregué notas. Algo como esto podría hacerse con componentes modernos con "relativa facilidad" [tm].
La magia especial clave la proporciona el modulador: aquí, un capacitor variable accionado por una bobina de voz que escanea el transmisor en un rango de frecuencia. El equivalente moderno es un diodo varaccror: capacitancia variable con voltaje inverso. El oscilador en el centro derecho impulsa este modulador.
El transmisor es un par de tubos de bellota push-pull que impulsan la antena de transmisión en la parte inferior izquierda. Se envía un "olfateo" [término técnico :-) ] de RF desde el TX al RX en la parte superior izquierda. Un detector balanceado: aquí un par de válvulas Acorn V101 y V102, pero hoy en día un mezclador de anillo de diodos Schottky o similar toma el sniff de TX y el eco recibido y los mezcla para proporcionar una señal de diferencia en la salida en la parte superior derecha. Esto luego se amplifica como la señal de rango. Implementar esto con partes de "estado sólido" daría como resultado un resultado simple y posiblemente incluso efectivo. El ancho del haz del transmisor sería una consideración importante. Un oscilador de GHZ más o menos y una antena de lata Pringles larga (o dos) pueden ser suficientes. Los componentes modernos de teléfonos celulares y Wi-Fi están tan fácilmente disponibles (excedentes si es necesario) que el "difícil"

Como Russell sugirió, es posible hacer su propio telémetro láser usando ángulos. Depende de cuánto trabajo valga la pena. Son difíciles de construir y hacer precisos, y al final es posible que desees haber comprado el de Stanley.

Básicamente, haces brillar un rayo láser y luego miras el lugar con una pequeña cámara. Dado que se trata de una aplicación 1D, puede utilizar una matriz CCD lineal, además de una lente para enfocar la imagen y un filtro IR para ayudar a mejorar el contraste.

Comience con el láser encendido y tome una imagen con el CCD. El CCD puede tener 1024 píxeles de ancho. Guárdalos en la memoria del Aduino. Ahora apague el láser y tome otra imagen. A medida que lea los datos de esta imagen, sustráigalos de la imagen almacenada. Si el CCD puede ver el punto del láser, debería quedar una imagen del punto. Calcule dónde está el centro del punto de 0-1023.

Ahora puedes ver el problema. Si su punto está perfectamente enfocado y cubre solo un píxel de la cámara, la mejor precisión que puede obtener es de 1 mm en el rango de 1,023 m. Esto probablemente no sea bueno para una cinta métrica. Tus opciones son:

1. Utilice un CCD de mayor resolución. Creo que vienen en resoluciones de hasta unos 6000 píxeles.
2. Trate de determinar el centro del punto con una precisión de subpíxel.