Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik mit 433MHz Entfernungen messen?


von Jan C. (ycplayer)


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Es ist mal wieder Sonntag. Und hier meine Projekt Idee:

Wie kann man mit den 433Mhz Funksender und Empfänger die Entfernung 
messen?

https://www.amazon.de/Wireless-Sender-Empf%C3%A4nger-Modul-Fernbedienung/dp/B00F6POAEG

In der Grabbelkiste gefunden:
1 x 433MHz Sender  / 1 x 433Mhz Empfänger
2 x Arduino nano
1 X PC
1 X Laptop

Für alle Sicherheitsexperten und Funkwellenschützer:
Ja ich habe Trenn-Trafos, ja ich habe ein Isolationsmessgerät bis 5000V, 
ja ich habe Spektrum-Analyser, ja ich befinde mich in einem faradayschen 
Käfig, habe eine Fluglizenz und darf auch auf Amateurfunkfrequenzen 
funken. Also bitte keine Vorträge über Sicherheit oder Vorschriften oder 
geltendes Recht. Jedem der das folgende Nachbauen möchte: Es ist in 
Deutschland unter den meisten Bedingungen verboten!


Erster Versuchsaufbau:

LAPTOP  – NANO – 433MHz Sender

PC – NANO – 433MHz Empfänger


Wenn ich jetzt Text Zeichen vom Laptop zum PC sende funktioniert alles.

Idee :
Ich verbinde am Anfang beide NANOs per I2C Bus.
Dann beide irgendwie synchronisieren.
Nun beide wieder trennen.
Jetzt ständig  die Signallaufzeiten messen und dadurch die Entfernung 
berechnen.

Ist das machbar?

von Wolfgang (Gast)


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Jan C. schrieb:
> Ist das machbar?

Das kommt auf die Entfernung und die gewünschte Messgeauigkeit an.
Du willst wahrscheinlich nicht jeden der beiden Nanos mit einer Atomuhr 
ausstatten. Besser ist es, wenn du Ping-Zeiten, also 
Summensignallaufzeit für Hin- und Rückweg misst. Wie genau bekommst du 
das hin.

Zum Mond braucht das Signal etwas mehr als eine Sekunde.

von Joachim S. (oyo)


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Was mir da auf Anhieb einfällt:
So ein Nano ist doch mit 16MHz getaktet, oder? Da sich die 
433MHz-Signale mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, käme man ja selbst 
dann, wenn man alle anderen Störfaktoren komplett ausschalten könnte, 
auf eine Genauigkeit von bestenfalls ca. 300.000.000 / 16.000.000 = 
18.75m.

Weil da aber garantiert noch zahllose andere Störfaktoren mit 
hineinspielen, läge man in der Praxis vermutlich eher noch deutlich 
schlechter.

Nimm statt 433MHz eine Frequenz, die sich mit Schallgeschwindigkeit 
ausbreitet, dann ist die durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit bedingte 
Auflösung/Genauigkeit fast 1 Millionen mal höher.
Und stelle den zweiten Nano so ein, dass er einfach nur sofort stumpf 
ein Signal zurücksendet, sobald er das Signal des anderen Nano empfängt. 
Der andere Nano misst dann einfach die Zeit, bis das Signal wieder 
zurückkommt, und teilt die Zeit durch zwei.
Auf die Weise kannst Du dir die Synchronisierung und damit verbundene 
Probleme ersparen. Per I2C zu synchronisieren, wäre eh eine blöde Idee - 
eine simple Verbindung zweier GPIO-Ports wäre da viel sinnvoller.

von Jan C. (ycplayer)


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Danke an  Wolfgang !

Entfernung
Bei Wetterstationen werden 30 - 100 Meter angegeben (die auf 433Mhz 
laufen).

Zwischen 1 und 150 Meter im freien wären super.


Ich habe eben den Sender mit einem DC-DC-UP Converter erweitert und auf 
12V Spannung eingestellt. So habe ich schon die Sendeleistung erhöht und 
kann sie mit einem feinen Poti regeln.

Später möchte ich noch eine Quad Antennen dazu bauen. So schätze ich auf 
max. 300 Meter.


Messgenauigkeit
Wenn die Genauigkeit heute Abend unter einem Meter ist = wie Lottogewinn


Atomuhr
Ich möchte ja am Anfang beide Synchronisieren.  Entweder mit I2C oder 
ich dachte an zwei DCF77


Ping-Zeiten, also Summensignallaufzeit für Hin- und Rückweg


Ja hier hänge ich, wie berechnet man das, diese Laufzeiten ?


Was ich schon habe (Brainstorm):


Gerade die Frequenz gemessen, ziemlich genau: 433,840 MHz


Also Frequenz = 433840000 Hz


Die Ausbreitung von Funkwellen, also die Geschwindigkeit beträgt im 
Vakuum die Lichtgeschwindigkeit c = λ • f = 299792458 m/s


Daraus ergeben sich 0.691020786465 m  Wellenlänge


Im Vakuum!


Wie weit wird das Signal jetzt in normaler Luft abgebremst?
(Sollte ich Sender und Empfänger noch mit einem Temperaturfühler (NTC 
1%) ausstatten?
Oder ist das vernachlässigbar?


Irgendwie hänge ich. Ich vermute ich brauche eine sehr genaue 
Zeitmessung.


Wie rechne ich jetzt?


Die NANO Frequenzen?
NANO hat Timer Register, einer davon beeinflusst millis();
Dazu später mehr…


Wie berechne ich Ping-Zeiten, also Summensignallaufzeit für Hin- und 
Rückweg?



Brauche ich bidirektional – also Sender und Empfänger am PC und am 
Laptop?
Oder reicht eine anfängliche Synchronisation?




Danke an  Joachim S. (oyo) !

Ich habe gestern mit Ultraschall rumgespielt und war begeistert wie 
genau die messen. Und dachte das muss doch auch mit 433Mhz gehen. Aber 
klar verrechnet, 18 Meter ist zu ungenau damit es Spass macht. Wollte 
die Sende und Empfangsleistung erhöhen (wie oben beschrieben mit DC up 
12V und guter Antenne) und dann die Signallaufzeiten messen.



So ein Nano ist doch mit 16MHz getaktet, also weit weniger als 
16.000.000


hmm?

von Jan C. (ycplayer)


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Das Ultraschall Messmodul HC-SR04 arbeitet mit 40kHz

GPS
Quelle: https://www.itwissen.info/GPS-Frequenz-GPS-frequency.html

--
Das Global Positioning System (GPS) arbeitet mit drei verschiedenen 
Frequenzen: den Trägerfrequenzen für die GPS-Signale und der von den 
Atomfrequenznormalen abgeleiteten Frequenz von 10,23 MHz, von der alle 
internen Frequenzen abgeleitet werden.


Es gibt zwei GPS-Trägerfrequenzen von 1.575,42 MHz und 1.227,6 MHz, 
beide liegen im L-Band und werden mit L1-Band und L2-Band bezeichnet.
--


Also Entfernungsmessung geht mit Ultraschall 40KHz und mit GPS, 
dazwischen liegt 433Mhz, das muss doch gehen?

von Wolfgang (Gast)


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Jan C. schrieb:
> Ich möchte ja am Anfang beide Synchronisieren.  Entweder mit I2C oder
> ich dachte an zwei DCF77

Mit DCF77 liegst du eher bei Millisekunden. Ein Fehler von 1ms 
entspricht einer Lichtstrecke von 300km.

von pegel (Gast)


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Die Jugend hat schon erfogreich für dich in dieser Richtung geforscht.

https://www.instructables.com/id/Distance-measurement-with-radio-waves/

Messung auf +-5m.

von Jan C. (ycplayer)


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Danke !


Funk Frequenz 433840000

Arduino Frequenz 16000000

PWM max Frequenz 62500

Lichtgeschwindigkeit 299792458

Ein Fehler von 1ms entspricht einer Lichtstrecke von 300km.

Ich bin in meinem Kopf gleich bei Quantenverschränkung.

Also 299792458 / 62500 = 4796 Meter

Ein NANO ist vielleicht nicht geeignet, aber ich gebe noch nicht auf.

Was ist mit einem PWM Burst. Ein definiertes Signal.

Was ändert sich bei Entfernungsänderung?

Die Laufzeit des Signals und die Signalstärke.

Kann man die Signalstärke messen?

Was passiert wenn ich den Empfänger auf einen analog in setze? Hmm

Über null muss ja rauschen sein, oder?

Wenn Signal kommt geht das Signal impulsweise auf null.

Wenn man jetzt das Analogsignal auswertet…

Ich probiere es später mal aus.

von Harald W. (wilhelms)


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Jan C. schrieb:

> Wie kann man mit den 433Mhz Funksender und Empfänger die Entfernung
> messen?

Ganz einfach. Der Sender sendet seinen GPS-Standort. Der Empfänger
vergleicht diesen mit seinem eigenen GPS-Standort, der Rest ist
angewandte Trigometrie.

von STK500-Besitzer (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Ganz einfach. Der Sender sendet seinen GPS-Standort. Der Empfänger
> vergleicht diesen mit seinem eigenen GPS-Standort, der Rest ist
> angewandte Trigometrie.

Würde wohl als "differntial GPS" durchgehen, aber auch erst ab 10m 
solala funktionieren

von Harald W. (wilhelms)


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STK500-Besitzer schrieb:

> Würde wohl als "differntial GPS" durchgehen, aber auch erst ab 10m
> solala funktionieren

Unter 10m würde ich ein Maßband verwenden.

von Personaler (Gast)


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Jan C. schrieb:
> Dann beide irgendwie synchronisieren.

Ein nano kann nicht mal ohne zusätzliche Verrenkungen die Uhrzeit 
halten.
Zähle mal 30min und vergleiche mit einer realen Uhr und staune über die 
Abweichungen.

Wenn du das Synchronisationsproblem gelöst hast kannste weiter an deinem 
eigenltichen Problem arbeiten.

von mukel (Gast)


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Hi,

du hast oben geschrieben, du hast eine Fluglizenz. Dann baue das System 
doch wie ein DME auf, dass du dann ja sicherlich kennst.

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