|
Voor nog geen € 4,50 koopt u dit bouwpakketje van een afstandsmeter waarmee u, volgens de fabrikant, afstanden van 25 cm tot 400 cm digitaal meet. Wij bouwden en testten er eentje.
|
Kennismaking met de ST11F02 ultrasone afstandsmeter
Het eindresultaat
Na een uurtje solderen ligt het onderstaand printje op uw hobbytafel. Aan de achterzijde ziet u de twee ultrasone transducers, waarvan de linker een onhoorbaar toontje uitzendt dat even later door de rechter weer wordt opgevangen. Dat 'even later' is een maat voor twee maal de afstand die het geluid heeft afgelegd tussen het printje en bijvoorbeeld een muur. Op deze manier is het mogelijk de afstand tussen het printje en de muur op het viercijferig display te tonen. Dat display heeft een resolutie van één millimeter. Volstrekte onzin, want het toegepaste meetprocédé is absoluut niet in staat afstanden met een dergelijke grote nauwkeurigheid te meten. Aan de voorzijde van het printje zit een printkroonsteentje waarop u de voedingsspanning van 5 Vdc moet aansluiten. Onder het stickertje is een zoemertje verborgen dat, naarmate de gemeten afstand daalt, een steeds irritanter wordend piepje produceert. Rechts ziet u een tweede printkroonsteentje dat verbonden is met de twee aansluitingen van het zoemertje.
De elektronica is opgebouwd rond drie IC'tjes. Het lijkt alsof er maar twee aanwezig zijn, maar boven het zoemertje zit het derde dat de pennetjes aan slechts één zijde heeft (single-in-line) en dus rechtop staand in de print wordt gesoldeerd.
 |
| Het eindresultaat van een uurtje solderen. (© 2024 Jos Verstraten) |
Fabrikant, leveranciers en prijzen
De ontwerper en samensteller van dit kitje is 'WULU-Electronics'. Het pakketje wordt aangeboden onder de benaming 'TJ-56-299 Ultrasonic Distance Meter Kit' of 'ST11F02 Ultrasonic Range Finder'. De prijzen variëren nogal, de goedkoopste aanbieding vonden wij op AliExpress bij de 'ARTOU Store' waar u er slechts € 3,75 voor betaalt, maar wel meer dan één maand op de levering moet wachten.
De levering van het pakket
Alle onderdelen zitten in een klein plastic zakje, inclusief een handleiding. Het display en de twee IC-voetjes zijn in een stukje piepschuim geprikt zodat de pennetjes niet krom kunnen gaan staan. Waarom men niet dezelfde behandeling heeft toegepast op de IC's zélf is een raadsel.
 |
De levering van het bouwpakket. (© 2024 Jos Verstraten) |
De geleverde componenten
In de onderstaande foto zijn alle geleverde componenten verzameld. De twee ronde aluminium onderdelen die lijken op microfoonkapseltjes zijn de twee piëzo-ceramische transducers die verantwoordelijk zijn voor het uitzenden en ontvangen van de onhoorbare signalen met een frequentie van ongeveer 40 kHz. De twee single-in-line blokjes zijn het reeds genoemde derde IC en een weerstandsnetwerkje dat de stroom door de segmenten van de display's begrenst.
 |
| De geleverde componenten. (© 2024 Jos Verstraten) |
De bouwbeschrijving
Die is werkelijk een aanfluiting! Geleverd wordt een vodje papier, formaat A6, met op de ene kant de onderdelenlijst in het Chinees en op de andere kant het schema met een paar regels Chinese tekst.
De printplaat
Het PCB'tje, met als afmetingen 68 mm bij 42 mm, is enkelzijdig en dus niet doorgemetaliseerd. Beide zijden zijn samengebracht in de onderstaande foto. Jammer is dat in de vier bevestigingsgaatjes geen M3 boutjes passen. Voorzichtig uitboren, dus!
 |
| Beide zijden van het printje. (© 2024 Jos Verstraten) |
De elektronica in de ultrasone afstandsmeter
Het werkingsprincipe
Met ultrasoon geluid kunt u kleine afstanden meten volgens het radar-principe. Een ultrasone transducer zendt een paar pulsen uit van een signaal met een frequentie van ongeveer 40 kHz. Dit signaal kaatst terug op een object. Het teruggekaatste signaal wordt opgevangen in een tweede transducer en versterkt. Door de tijd te meten tussen het uitzenden en het ontvangen van de pulsen kunt u de afstand van de transducers tot het object meten.
De snelheid van ultrasoon geluid in de lucht op zeeniveau bedraagt immers bij 0 °C en 0 % relatieve vochtigheid 331,4 meter per seconde of 1193,00 km/h. De afstand is dan gelijk aan de gemeten tijd maal deze snelheid en dat gedeeld door twee. De ultrasone signalen leggen immers twee keer de afstand tussen de transducers en het object af.
De snelheid van ultrasoon geluid in de lucht op zeeniveau bedraagt immers bij 0 °C en 0 % relatieve vochtigheid 331,4 meter per seconde of 1193,00 km/h. De afstand is dan gelijk aan de gemeten tijd maal deze snelheid en dat gedeeld door twee. De ultrasone signalen leggen immers twee keer de afstand tussen de transducers en het object af.
Wilt u heel nauwkeurig meten, dan moet u rekening houden met de plaatselijke temperatuur en luchtvochtigheid van de lucht. De geluidssnelheid wordt dan gegeven door:
vlucht = 331,4 + [0,606 • t] + [0,0124 • RH]
waarin:
- t de luchttemperatuur is in °C.
- RH de relatieve vochtigheid is in %.
 |
| De principiële werking van de schakeling. (© 2024 Jos Verstraten) |
Het schema van het bouwpakketje
In de onderstaande figuur is het volledig schema van deze afstandsmeter voorgesteld. Hart van de schakeling is een voorgeprogrammeerde microcontroller U1 van het type STC11F02. Deze bestuurt de volledige werkingscyclus. Op INT1 verschijnt het signaal dat wordt uitgezonden. Dit signaal wordt versterkt door U3. Dat is een CMOS-IC van het type 4069. Vier inverters uit dit IC vormen een primitieve brugversterker die via twee scheidingscondensatoren C6 en C11 de zendende transducer T aansturen. In het onderstaand oscillogram ziet u hoe het signaal over deze transducer er uitziet.
 |
Het signaal over de zendende transducer. (© 2024 Jos Verstraten) |
Aan de ontvanger kant wordt gebruik gemaakt van een CX20106A (U2) van Sony. Dit IC is in feite ontwikkeld voor het versterken en decoderen van signalen van infrarode afstandsbedieningen. Maar de werkfrequenties van dit soort apparaten en dit printje zijn vrijwel identiek, dus is deze schakeling ook hier van nut. De CX20106A bevat een voorversterker, een automatische sterkteregeling, een amplitude gelijkrichting en een pulsvormer. De op pen 3 aangesloten elco C9 is de oplaadcondensator van de gelijkrichter. Het uitgangssignaal op pen 7 is een mooie digitale puls die naar INT0 van de microcontroller wordt gestuurd.
De uitgang P37 van de microcontroller stuurt via de transistor Q1 de zoemer LS1. PR1 is een weerstandsnetwerkje waarin acht identieke weerstanden van 470 Ω zitten. Dat zijn de pull-up weerstanden van de P-uitgangen van de microcontroller.
 |
| Het volledig schema van de schakeling. (© 2024 Jos Verstraten) |
De bouw van de schakeling
De onderdelenlijst
Zoals reeds geschreven is de meegeleverde bouwbeschrijving waardeloos. Gelukkig vonden wij ergens op internet een duidelijke onderdelenlijst die u kunt gebruiken voor het vol solderen van het printje. Let er wel op dat de volgorde N.O. in deze lijst niet de meest voor de hand liggende volgorde is voor het solderen van de onderdelen. Werk van laag naar hoog!
 |
| De onderdelenlijst van de schakeling. (© ARTOU Store) |
Opmerkingen over het solderen
Aan de hand van de onderstaande foto zal het vol solderen van het printje wel geen problemen geven.
Tóch een paar opmerkingen:
Tóch een paar opmerkingen:
- Het single-in-line IC CX20106A (U2) moet met de kant waar de componentenopdruk op staat naar achter gericht in de print worden gesoldeerd. Dat is ook de afgeplatte kant van de behuizing.
- Op het weerstandsnetwerk PR1 staat een bolletje, die kant moet links in de print komen.
- Op de onderzijde van de transducers en op de print treft u de letters 'T' en 'R' aan. Blijkbaar zijn beide onderdelen dus niet helemaal identiek.
- De twee transducers worden op de koperzijde gesoldeerd, kort de aansluitpennnetjes niet in!
- Let op de positie van deze transducers. Het pennetje dat is geïsoleerd van de behuizing moet bij beide onderdelen aan de buitenzijde van de print komen.
- Zorg ervoor dat de twee transducers netjes uitgelijnd zijn.
 |
| De volledig gesoldeerde print. (© AliExpress) |
Het testen van de ST11F02 ultrasone afstandsmeter
Hoe verder de afstand, hoe nauwkeuriger
Om de nauwkeurigheid van deze schakeling te controleren hebben wij het printje, gevoed uit een 5 Vdc powerpack, op een statief van één meter hoogte gemonteerd. Natuurlijk zorgden wij voor een volledig horizontale opstelling. Dit statief werd op diverse afstanden loodrecht gericht op een volledig kale muur. Om de afstand te controleren werd gebruik gemaakt van een lintmeter die naast het statief op de grond lag. De resultaten van onze metingen zijn samengevat in de onderstaande tabel.
Duidelijk blijkt dat de fout op de uitlezing kleiner wordt naarmate de gemeten afstand groter is. Bij kleinere afstanden dan een meter is de fout onacceptabel groot. Bij 50 cm meet het apparaatje immers met een afwijking van meer dan 10 %! Bij drie meter is de fout echter gedaald tot 0,6 %.
Het printje is echter wél heel gevoelig voor bewegingen en niet loodrechte metingen. De getallen op het display gaan dan wild te keer en een zinvolle meting is onmogelijk. Afstanden meten die groter zijn dan vier meter bleek ook onhaalbaar, de uitlezing gaf geen zinvolle indicaties.
 |
| De nauwkeurigheid getest. (© 2024 Jos Verstraten) |
Koop uw soldeerbout bij Banggood
