Arduino laserski sustav mjerenja vremena: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Kao dio svog podučavanja trebao mi je sustav za točno mjerenje brzine modela vozila koje je prešlo 10 metara. U početku sam mislio da ću kupiti jeftin gotov sustav s eBaya ili Aliexpressa, ti su sustavi općenito poznati kao svjetlosna vrata, foto vrata ili slično. Ispostavilo se da su unaprijed izgrađeni sustavi za mjerenje vremena svjetlosnih vrata zapravo prilično skupi, pa sam odlučio izgraditi vlastiti.

Rad sustava za mjerenje vremena svjetlosnih vrata prilično je jednostavan. Svaka svjetlosna vrata se sastoje od laserskog modula s jedne strane, koji projektuje lasersku točku na modul otpornika ovisnog o svjetlu (LDR) s druge strane. Mjereći izlaz LDR -a, sustav može otkriti kada je laserska zraka slomljena. Koristeći dva od ovih vrata, sustav pokreće mjerač vremena kada je prva zraka slomljena i zaustavlja mjerač vremena kad osjeti da je druga zraka slomljena. Dobiveno snimljeno vrijeme prikazuje se na LCD zaslonu.

Izgradnja ovakvog sustava s učenicima izvrstan je uvod u kodiranje, a također je i jako koristan resurs u učionici kad se završi. Ova vrsta sustava izvrsna je za STEM aktivnosti i može se koristiti za mjerenje koliko brzo stvari poput automobila s gumicom, automobila s mišolovkom ili auta za derbi od borove šume putuju na određenu udaljenost.

Odricanje od odgovornosti: Ovdje predstavljeno rješenje daleko je od optimalnog. Svjestan sam da bi neke stvari mogle biti puno bolje ili učinkovitije. Ovaj je projekt u početku sastavljen u vrlo kratkom roku i radio je sasvim u redu za predviđenu svrhu. Planiram objaviti i verziju 2 i verziju 3 ovog sustava s poboljšanjima, pogledajte posljednji korak instrukcija. Implementacija sklopa i koda na vlastitu odgovornost.

Pribor

• Arduino R3 (ili kompatibilna ploča) - 4,50 GBP
• Protoboard od krila Adafruit perja - mali dio bilo koje vrste protoboarde je također u redu - 1 £
• Štitnik LCD tipkovnice - Provjerite je li napravljen tako da odgovara verziji arduina koji imate - 5 GBP
• 2 x modul od LDR ovisnog o svjetlu - Pretraživanje "arduino LDR -a" na ebayu trebalo bi pokazati mnogo opcija - 2,30 GBP svaki
• 2 x Laserski modul - Traženje "arduino lasera" na ebayu trebalo bi pokazati mnogo mogućnosti. Uvjerite se da snaga lasera nije veća od 5 mW. - 2,25 funti za troje
• 4 x mali tronožac - svaki po 3,50 kn
• 4x 1/4 inčna matica - Za uklapanje u standardni navoj stativa - 2 GBP
• Prozirni akril za Arduino kućište 3 kn
• M3 matice i vijci - 2 GBP
• Sukobi s plastičnim PCD -om - Ovi se kompleti mogu jeftino kupiti na Ebayu. - 6,80 funti
• 4 x 3D tiskana kućišta - Cijena materijala bila je oko 5 GBP.
• Vrpčasti kabel - 5 kn

Ukupni trošak iznosio je oko 55 GBP, što podrazumijeva pristup i laserskom rezaču i 3D pisaču. Većina troškova ovdje je za kućišta, matice i vijke itd. Stvarni trošak elektronike je samo 22 GBP pa ovdje vjerojatno ima prostora za mnogo optimizacije.

Korak 1: Program Adrunio

Prenesite donji kod na Arduino. Ako niste upoznati kako to učiniti, pogledajte ovu sjajnu uputu.

Osnovna logika koda je sljedeća:

1. Uključite laserske module i provjerite može li svaki LDR "vidjeti" laserski snop.
2. Pričekajte dok LDR 1 ne otkrije prekid laserskog snopa, odmah pokrenite mjerač vremena.
3. Pričekajte dok LDR 2 ne otkrije prekid laserskog snopa, odmah zaustavite mjerač vremena.
4. Prikažite rezultirajuće vrijeme na LCD zaslonu u milisekundama.

Kôd je osmišljen samo za mjerenje jedne vožnje, nakon što se zabilježi vrijeme s ekrana, gumb za resetiranje na štitu se koristi za ponovno pokretanje programa.

VEZA NA ARDUINO KOD

(Napomena: Kôd se nalazi na stranici create.arduino.cc i volio bih da sam kôd ugradio ovdje, ali urednik Instructables ne dopušta da se ugrađeni iframe prikazuje ili radi ispravno. Ako itko u Instructables ovo čita, molimo vas implementirajte ovo kao značajku u budućnosti, hvala)

Korak 2: Ogradi za 3D ispis

Laserski i LDR moduli moraju se držati na mjestu kako bi se osiguralo da ne dođe do prekida zraka zbog pomicanja modula. 3D ispišite donje kućište i pričvrstite module na mjesto. Laserski modul morat će se držati na mjestu sa zatvaračem jer nema rupu za vijak.

U svakom kućištu obavezno zarobite maticu od 1/4 inča, to će se kasnije koristiti za omogućavanje spajanja ovih kućišta na stative. Dvije polovice kućišta drže se zajedno s M3 maticama i vijcima.

Korak 3: Laserski izrezano kućište Arduino

Lasersko izrežite datoteke ispod od prozirnog akrila debljine 4 mm. Poravnajte arduino R3 i protoboard s rupama na akrilnim komadima i pričvrstite ih vijcima. Pričvrstite gornji dio kućišta na dno koristeći PCD nosače kao odstojnike.

Korak 4: Ožičite krug

LCD zaslon koji se koristi u ovom projektu detaljno je objašnjen u ovom velikom uputstvu. LCD zaslon i gumbi za unos koriste neke arduino I/O pinove, pa iz tog razloga svi I/O za laserske module i LDR -ove koriste samo pinove 1, 2, 12 i 13.

Potrebno je vrlo malo ožičenja, ali provjerite je li krug spojen kako je prikazano na dijagramu. Dodao sam neke konektore tipa JST na žice laserskog i LDR modula kako bih mogao jednostavno rastaviti i pohraniti cijelu postavku.

Da, arduino pinovi 1 i 2 izravno napajaju laserske module bez linijskog otpornika. Budući da su odabrani laserski moduli dizajnirani posebno za upotrebu s arduinom, to ipak ne bi trebao predstavljati problem. Laserski moduli crpe maksimalnu snagu od 5 mW, što znači da bi pri naponu napona od 5 V, modul trebao vući oko 1 mA, što je znatno ispod granice od ~ 40 mA za napajanje strujom na arduino I/O pinovima.

Korak 5: Sastavite i podesite

Konačno, spremni ste za sastavljanje svega.

1. Postavite kućišta modula LDR i Laser na male stative.
2. Postavite laserske module tako da sjaje izravno na LDR senzor

U ovoj fazi morat ćete malo fino prilagoditi stvari. LDR moduli emitiraju digitalni signal, visoki signal (5V) koji ukazuje da se laserska zraka ne detektira, niski znak (0V) koji pokazuje da može vidjeti laserski zrak. Prag intenziteta svjetlosti pri kojem modul prelazi s izlaznog signala od 5 V na 0 V (i obrnuto) kontrolira se potenciometrom na LDR ploči. Morat ćete podesiti mjerač napona tako da modul prelazi s 0V na 5V izlaz kada to očekujete.

Postupno namjestite potenciometar dok sustav ne funkcionira kako se očekuje ili upotrijebite multimetar za mjerenje izlaza LDR modula i podešavanje prema potrebi.

Korak 6: Rad i daljnji rad

Sada biste trebali biti spremni za korištenje sustava! Slike prikazuju faze rada.

1. Pritisnite gumb za odabir da biste pokrenuli sustav.
2. Poravnajte lasere tako da sjaje izravno na LDR senzor.
3. Sustav je sada naoružan. Postavite svoj model automobila.
4. Sustav će početi mjeriti vrijeme kad se prvi laserski snop prekine.
5. Sustav će se zaustaviti kada se prekine druga laserska zraka.
6. Vrijeme u milisekundama tada se prikazuje na ekranu.
7. Pritisnite gumb za resetiranje da biste izmjerili vrijeme ponovnog pokretanja.

Vjerojatno ću stvoriti verziju 2.0 ovog sustava jer se mogu napraviti neka očita poboljšanja:

1. Nema potrebe za napajanjem laserskih modula s Arduina, mogli bi se napajati baterijom i jednostavno uključiti po potrebi. Kad sam projektirao sustav, ožičenje laserskih modula na Arduino za napajanje činilo se najjednostavnijim rješenjem, u praksi to rezultira dugim kabelskim vodovima koji im smetaju.
2. Kondenzatorske leće doista su potrebne na LDR kućištima. Postavljanje laserske točke točno sa središtem (vrlo malog) LDR senzora vrlo je zeznuto i ponekad može potrajati nekoliko minuta, upotreba kondenzatorske leće dala bi korisniku mnogo veću metu za ciljanje laserskom točkom.

Također sada razmišljam o verziji 3.0 koja je potpuno bežična i samo se povezuje s mojim prijenosnim računalom putem Bluetootha, međutim, ovo je mnogo veći projekt za još jedan dan.

Drugoplasirani na STEM natjecanju