Arduino Laser-pohjainen ajoitusjärjestelmä: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Osana opettamistani tarvitsin järjestelmän, joka mittaa tarkasti, kuinka nopeasti malliajoneuvo kulki 10 metriä. Aluksi ajattelin ostaa halvan valmiiden järjestelmien eBaysta tai Aliexpressistä, nämä järjestelmät tunnetaan yleisesti nimellä valoportit, valokuvaportit tai vastaavat. Kävi ilmi, että valmiiksi rakennetut valoporttien ajoitusjärjestelmät ovat itse asiassa melko kalliita, joten päätin rakentaa oman.

Kevyen portin ajoitusjärjestelmän käyttö on melko yksinkertaista. Jokainen valoportti koostuu toisella puolella olevasta lasermoduulista, joka heijastaa laserpisteen valosta riippuvaan vastusmoduuliin (LDR) toisella puolella. Mittaamalla LDR: n lähtö, järjestelmä voi havaita, milloin lasersäde on rikkoutunut. Käyttämällä kahta näistä porteista järjestelmä käynnistää ajastimen, kun ensimmäinen säde on rikki, ja pysäyttää ajastimen, kun se havaitsee, että toinen säde on rikki. Tuloksena oleva tallennettu aika näkyy nestekidenäytössä.

Tällaisen järjestelmän rakentaminen opiskelijoiden kanssa on loistava johdanto koodaukseen, ja se on myös todella hyödyllinen luokkahuoneresurssi sen valmistuttua. Tämäntyyppinen järjestelmä sopii erinomaisesti STEM -aktiviteetteihin, ja sitä voidaan käyttää mittaamaan, kuinka nopeasti asiat, kuten kuminauha -autot, hiirenloukkuautot tai mäntymetsäautot, kulkevat tietyn matkan.

Vastuuvapauslauseke: Tässä esitetty ratkaisu on kaukana optimaalisesta. Tiedän, että jotkut asiat voivat olla paljon parempia tai tehokkaampia. Tämä projekti valmistettiin alun perin erittäin tiukalla määräajalla ja toimi täysin hyvin aiottuun tarkoitukseen. Suunnittelen tämän järjestelmän version 2 ja version 3 julkaisemista parannuksilla, katso ohjeen viimeinen vaihe. Piirin ja koodin käyttöönotto on omalla vastuullasi.

Tarvikkeet

• Arduino R3 (tai yhteensopiva levy) - 4,50 £
• Adafruit -höyhensiipinen protoboard - Pieni osa minkä tahansa tyyppisestä protoboardista sopii myös - 1 £
• LCD -näppäimistön suojus - Varmista, että tämä on tehty sopimaan käyttämäsi arduino -version kanssa - 5 puntaa
• 2 x valosta riippuvaa vastusmoduulia (LDR) - Ebaystä etsimällä "arduino LDR" pitäisi näyttää paljon vaihtoehtoja - 2,30 € / kpl
• 2 x lasermoduuli - Ebaystä hakusanalla "arduino laser" pitäisi näyttää paljon vaihtoehtoja. Varmista, että laserin teho on enintään 5 mW. - 2,25 £ kolmelta
• 4 x pieni jalusta - 3,50 € / kpl
• 4x 1/4 tuuman mutteri - Sopii tavalliseen kolmijalan kierteen - 2 €
• Kirkas akryyli Arduino -kotelolle 3 €
• M3 mutterit ja pultit - 2 €
• Muoviset PCD -erotukset - Näitä sarjoja voi saada melko halvalla Ebayssa. - 6,80 €
• 4 x 3D -painettu kotelo - Materiaalikustannukset olivat noin 5 puntaa.
• Nauhakaapeli - 5 €

Kokonaiskustannukset olivat noin 55 puntaa, mikä edellyttää pääsyä sekä laserleikkuriin että 3D -tulostimeen. Suurin osa kustannuksista koskee koteloita, muttereita ja pultteja jne. Elektroniikan todelliset kustannukset ovat vain 22 puntaa, joten täällä on todennäköisesti paljon optimointia.

Vaihe 1: Ohjelmoi Adrunio

Lataa alla oleva koodi Arduinolle. Jos et tunne tämän tekemistä, tutustu tähän loistavaan ohjeeseen.

Koodin peruslogiikka on seuraava:

1. Kytke lasermoduulit päälle ja tarkista, että jokainen LDR voi "nähdä" lasersäteen.
2. Odota, kunnes LDR 1 havaitsee lasersäteen katkeamisen, käynnistä ajastin välittömästi.
3. Odota, kunnes LDR 2 havaitsee lasersäteen katkeamisen, pysäytä ajastin välittömästi.
4. Näytä tuloksena oleva aika nestekidenäytössä millisekunteina.

Koodi on suunniteltu ajamaan vain yhtä ajoa, kun näytössä näkyvä aika on merkitty muistiin kilven nollauspainikkeella ohjelman käynnistämiseksi uudelleen.

LINKKI ARDUINO -KOODIIN

(Tiedoksi: Koodi on osoitteessa create.arduino.cc ja haluaisin upottaa koodin tänne, mutta Instructables -editori ei salli upotetun iframe -kehyksen näyttämistä tai toimimista oikein. Jos joku Instructables -käyttäjä lukee tätä, Ota tämä ominaisuus käyttöön tulevaisuudessa, kiitos)

Vaihe 2: 3D -tulostuskotelot

Laser- ja LDR -moduulit on pidettävä paikallaan sen varmistamiseksi, etteivät säteet katkea moduulien liikkeen vuoksi. 3D -tulosta alla olevat kotelot ja ruuvaa moduulit paikoilleen. Lasermoduulia on pidettävä paikallaan vetoketjulla, koska siinä ei ole pultinreikää.

Muista sulkea 1/4 tuuman mutteri jokaisen kotelon sisään, tätä käytetään myöhemmin, jotta nämä kotelot voivat muodostaa yhteyden kolmijalkoihin. Kotelon kaksi puoliskoa pidetään yhdessä M3 -muttereiden ja -pulttien kanssa.

Vaihe 3: Laserleikattu Arduino -kotelo

Leikkaa alla olevat viilaukset laserilla 4 mm paksuisesta kirkkaasta akryylistä. Kohdista arduino R3 ja protoboard akryylikappaleiden reikien kanssa ja ruuvaa paikalleen. Ruuvaa kotelon yläosa pohjaan käyttämällä PCD -suojalevyjä välikappaleina.

Vaihe 4: Johdota piiri

Tässä projektissa käytetty LCD -suoja on selitetty yksityiskohtaisesti tässä suuressa ohjeessa. Nestekidenäyttö ja syöttöpainikkeet käyttävät joitain arduinon I/O -nastoja, mutta tästä syystä kaikki lasermoduulien ja LDR: n I/O -liittimet käyttävät vain nastoja 1, 2, 12 ja 13.

Johdotusta tarvitaan hyvin vähän, mutta varmista, että piiri on kytketty kaavion mukaisesti. Lisäsin joitakin JST -tyyppisiä liittimiä laser- ja LDR -moduulijohtoihin, jotta voin helposti purkaa ja tallentaa koko kokoonpanon.

Kyllä, arduino-nastat 1 ja 2 saavat suoraan virtaa lasermoduuleista ilman sisäänrakennettua vastusta. Koska valitut lasermoduulit on suunniteltu erityisesti käytettäväksi arduinon kanssa, tämän ei pitäisi olla ongelma. Lasermoduulien enimmäisteho on 5 mW, mikä tarkoittaa, että nastan 5 V: n syöttöjännitteellä moduulin tulee vetää noin 1 mA, mikä on selvästi alle ~ 40 mA: n rajan virtalähteelle arduino I/O -nastoissa.

Vaihe 5: Kokoa ja viritä

Lopuksi olet valmis kokoamaan kaiken.

1. Kiinnitä LDR- ja lasermoduulikotelot pienille jalustoille.
2. Aseta lasermoduulit loistamaan suoraan LDR -anturiin

Tässä vaiheessa sinun täytyy hienosäätää asioita hieman. LDR -moduulit antavat digitaalisen signaalin, korkea signaali (5V), joka osoittaa, että lasersädettä ei havaita, matala merkki (0V) osoittaa, että se voi nähdä lasersäteen. Valovoimakynnystä, jolla moduuli vaihtaa 5 V: sta 0 V: n lähtösignaaliin (ja päinvastoin), ohjataan LDR -kortin potentiometrillä. Sinun on säädettävä potentiometriä niin, että moduuli vaihtaa 0 V: n ja 5 V: n lähdön välillä odotetusti.

Säädä potentiometriä vähitellen, kunnes järjestelmä toimii odotetulla tavalla, tai käytä yleismittaria LDR -moduulin lähdön mittaamiseen ja virittämiseen tarpeen mukaan.

Vaihe 6: Käyttö ja jatkotyöt

Sinun pitäisi nyt olla valmis järjestelmän käyttöön! Kuvat näyttävät toimintavaiheet.

1. Alusta järjestelmä painamalla valintapainiketta.
2. Kohdista laserit siten, että ne loistavat suoraan LDR -anturiin.
3. Järjestelmä on nyt viritetty. Laita malliauto liikkeelle.
4. Järjestelmä aloittaa ajoituksen, kun ensimmäinen lasersäde on rikki.
5. Järjestelmä pysähtyy, kun toinen lasersäde on rikki.
6. Aika näytetään millisekunteina näytöllä.
7. Paina nollauspainiketta, jos haluat ajoittaa toisen ajon.

Luon luultavasti tämän järjestelmän version 2.0, koska joitakin ilmeisiä parannuksia voidaan tehdä:

1. Arduinon lasermoduuleihin ei tarvitse syöttää virtaa, ne voivat olla paristokäyttöisiä ja kytkeä päälle vain tarvittaessa. Kun suunnittelin järjestelmän, lasermoduulien kytkeminen Arduinoon virran saamiseksi näytti yksinkertaisimmalta ratkaisulta, käytännössä tämä johtaa pitkiin kaapeliverkkoihin, jotka estävät.
2. Lauhdutinlinssejä tarvitaan todella LDR -koteloissa. Laserpisteen asettaminen täsmälleen (hyvin pienen) LDR -anturin keskelle on erittäin hankalaa ja voi joskus kestää useita minuutteja. Kondensaattorilinssin käyttäminen antaisi käyttäjälle paljon suuremman tavoitteen laserpisteen avulla.

Olen myös nyt jopa ajatellut versiota 3.0, joka on täysin langaton ja liitetään vain kannettavaan tietokoneeseen Bluetoothin kautta, tämä on kuitenkin paljon suurempi projekti toiselle päivälle.

Toinen sija STEM -kilpailussa