Поколение RFID, Arduino головного мозга или как все-таки измерить резонансную частоту контура
Несколько дней назад я делал пост в ru-radio-electr с достаточно четко поставленным вопросом:
Есть катушка подключенная к некой схеме.
Есть вторая катушка, располагаемая в нескольких миллиметрах от первой соосно(или как захочу), к ней в параллель припаян конденсатор.
Пар катушка-конденсатор будет 4 вида. Отличаться видимо будут только емкостью конденсатора.
Задача: схеме нужно однозначно определить наличие второй катушки рядом и определить какая именно это пара катушка-конденсатор из четырех.
Требования - максимальная простота аналоговой части схемы и изготовления катушек. В идеале катушка должна быть готовая покупная, но можно и намотать, если не 1000 витков :)
Изделие штучное.
В схеме будет МК, так что максимум функций можно переложить на него - например генерацию разных частот, измерение чего-то с помощью АЦП и т.п.
Подавляющее большинство комментаторов предложило использовать RFID. С одной стороны это действительно логично - позволит решить задачу. С другой стороны в задаче в общем-то спрашивалось совершенно другое. Я не силен в аналоговой технике, тем более во всяких радиочастотных устройствах, но интуитивно понимал, что должно быть какое-то совершенно простейшее решение на нескольких компонентах. Думаю любой радиолюбитель двадцатилетней давности мне бы сходу с закрытыми глазами нарисовал бы нужную схемку со всеми номиналами.
Тут мне стало интересно во чтобы то ни стало решить задачу без всяких там RFID, готовых контроллеров и т.п. Тем более хотелось сделать устройство прямо вот сейчас из имеющейся рассыпухи, а не ждать пока придет какой-нибудь ридер из Китая или не покупать его тут втридорога.
И решение было найдено, за что хочу поблагодарить в первую очередь dimon_w, который выручает не в первый раз и терпеливо отвечает на все дурацкие вопросы. Также nicka_startcev предложил тот же способ, а real_big_shish сделал уточнения.
Еще хочу поблагодарить товарищей avla, eddy_em, al_fizik, sinclair_sc, negzd, e_pipe и tyx, предложивших другие варианты решения непосредственно по сути вопроса.
Собственно само решение оказалось действительно до безумия простое с точки зрения схемотехники(да и всего прочего):
Дергаем катушку к земле через транзистор коротким импульсом. У меня получилась оптимальная длина импульса 20 мкс. Если рядом с катушкой есть колебательный контур, то в нем и в нашей катушке возникают колебания соответствующие резонансной частоте поднесенного контура и нашей катушки(точнее ее контура с паразитной емкостью). Колебания от катушки задавливается снаббером, остаются колебания вызванные резонансом поднесенного контура. Далее могут быть варианты. Я просто поделил выходной сигнал пополам и защитил вход компаратора диодом на питание. На второй вход компаратора подается питание также поделенное пополам. Таким образом компаратор ловит переходы синусоиды через напряжение питания(именно вокруг него она и затухает), выдавая на выходе прямоугольные сигналы. Частота этих сигналов соответствует частоте поднесенного к катушке колебательного контура. Далее частоту можно измерить с помощью микроконтроллера и определить какой из контуров был поднесен.
Осциллограммы.
Синее - напряжение на базе транзистора, желтое - выход с катушки при поднесенном контуре. Колебания - и есть резонансная частота контура.
Синее - сигнал с катушки после делителя. желтое - выход компаратора.
Самым сложным моментом было подобрать длину импульса и собственно конструкцию катушки. Сначала я сделал по рекомендациям очень маленькую длину импульса - около 500нс. Но ответный сигнал был очень слабый. При увеличении импульса до 20мкс сигнал стал гораздо сильнее и при определенном положении катушек достигал нескольких вольт в амплитуде.
Собственно на фото вся схема + контур.
Контур представляет собой катушку из проволоки диаметром 25мм состоящую из 40 витков и параллельный ей конденсатор 10нФ.
Схема собрана полностью из подручных материалов. Стоимость назвать точно затрудняюсь, но она вряд ли превышает рублей 20-30 в розницу - привет товарищам предлагавшим купить комплект ридера и меток за 700р.
А вообще, когда-то, когда пошла волна ардуинщиков я немного испугался, что электроника станет очень доступной и ценность разработчиков резко упадет. А по факту получилось как-то наоборот. Народ не учится паять схемы, а покупает кучу готовых модулей в Китае и собирает их как LEGO, зачастую не очень понимая, как оно там внутри работает и уж тем более не получая знаний, как это потом повторить, но уже в своем устройстве. Так что эта простота мне кажется мнимой.
Есть катушка подключенная к некой схеме.
Есть вторая катушка, располагаемая в нескольких миллиметрах от первой соосно(или как захочу), к ней в параллель припаян конденсатор.
Пар катушка-конденсатор будет 4 вида. Отличаться видимо будут только емкостью конденсатора.
Задача: схеме нужно однозначно определить наличие второй катушки рядом и определить какая именно это пара катушка-конденсатор из четырех.
Требования - максимальная простота аналоговой части схемы и изготовления катушек. В идеале катушка должна быть готовая покупная, но можно и намотать, если не 1000 витков :)
Изделие штучное.
В схеме будет МК, так что максимум функций можно переложить на него - например генерацию разных частот, измерение чего-то с помощью АЦП и т.п.
Подавляющее большинство комментаторов предложило использовать RFID. С одной стороны это действительно логично - позволит решить задачу. С другой стороны в задаче в общем-то спрашивалось совершенно другое. Я не силен в аналоговой технике, тем более во всяких радиочастотных устройствах, но интуитивно понимал, что должно быть какое-то совершенно простейшее решение на нескольких компонентах. Думаю любой радиолюбитель двадцатилетней давности мне бы сходу с закрытыми глазами нарисовал бы нужную схемку со всеми номиналами.
Тут мне стало интересно во чтобы то ни стало решить задачу без всяких там RFID, готовых контроллеров и т.п. Тем более хотелось сделать устройство прямо вот сейчас из имеющейся рассыпухи, а не ждать пока придет какой-нибудь ридер из Китая или не покупать его тут втридорога.
И решение было найдено, за что хочу поблагодарить в первую очередь dimon_w, который выручает не в первый раз и терпеливо отвечает на все дурацкие вопросы. Также nicka_startcev предложил тот же способ, а real_big_shish сделал уточнения.
Еще хочу поблагодарить товарищей avla, eddy_em, al_fizik, sinclair_sc, negzd, e_pipe и tyx, предложивших другие варианты решения непосредственно по сути вопроса.
Собственно само решение оказалось действительно до безумия простое с точки зрения схемотехники(да и всего прочего):
Дергаем катушку к земле через транзистор коротким импульсом. У меня получилась оптимальная длина импульса 20 мкс. Если рядом с катушкой есть колебательный контур, то в нем и в нашей катушке возникают колебания соответствующие резонансной частоте поднесенного контура и нашей катушки(точнее ее контура с паразитной емкостью). Колебания от катушки задавливается снаббером, остаются колебания вызванные резонансом поднесенного контура. Далее могут быть варианты. Я просто поделил выходной сигнал пополам и защитил вход компаратора диодом на питание. На второй вход компаратора подается питание также поделенное пополам. Таким образом компаратор ловит переходы синусоиды через напряжение питания(именно вокруг него она и затухает), выдавая на выходе прямоугольные сигналы. Частота этих сигналов соответствует частоте поднесенного к катушке колебательного контура. Далее частоту можно измерить с помощью микроконтроллера и определить какой из контуров был поднесен.
Осциллограммы.
Синее - напряжение на базе транзистора, желтое - выход с катушки при поднесенном контуре. Колебания - и есть резонансная частота контура.
Синее - сигнал с катушки после делителя. желтое - выход компаратора.
Самым сложным моментом было подобрать длину импульса и собственно конструкцию катушки. Сначала я сделал по рекомендациям очень маленькую длину импульса - около 500нс. Но ответный сигнал был очень слабый. При увеличении импульса до 20мкс сигнал стал гораздо сильнее и при определенном положении катушек достигал нескольких вольт в амплитуде.
Собственно на фото вся схема + контур.
Контур представляет собой катушку из проволоки диаметром 25мм состоящую из 40 витков и параллельный ей конденсатор 10нФ.
Схема собрана полностью из подручных материалов. Стоимость назвать точно затрудняюсь, но она вряд ли превышает рублей 20-30 в розницу - привет товарищам предлагавшим купить комплект ридера и меток за 700р.
А вообще, когда-то, когда пошла волна ардуинщиков я немного испугался, что электроника станет очень доступной и ценность разработчиков резко упадет. А по факту получилось как-то наоборот. Народ не учится паять схемы, а покупает кучу готовых модулей в Китае и собирает их как LEGO, зачастую не очень понимая, как оно там внутри работает и уж тем более не получая знаний, как это потом повторить, но уже в своем устройстве. Так что эта простота мне кажется мнимой.