Arduino laserski sistem za mjerenje vremena: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Kao deo mog podučavanja, bio mi je potreban sistem za precizno merenje brzine modela vozila koje je prešlo 10 metara. U početku sam mislio da ću kupiti jeftin gotov sistem sa eBay-a ili Aliexpress-a, ovi sistemi su općenito poznati kao svjetlosna vrata, foto vrata ili slično. Ispostavilo se da su unaprijed izgrađeni sistemi za mjerenje svjetlosnih vrata zapravo prilično skupi, pa sam odlučio izgraditi vlastiti.

Rukovanje vremenskim sistemom svjetlosnih vrata je prilično jednostavno. Svaka svjetlosna kapija se sastoji od laserskog modula s jedne strane, koji projektuje lasersku točku na modul otpornika ovisnog o svjetlu (LDR) s druge strane. Mjereći izlaz LDR -a, sistem može otkriti kada je laserski zrak slomljen. Koristeći dvije od ovih kapija, sistem pokreće mjerač vremena kada se prvi snop pokvari i zaustavlja mjerač vremena kada osjeti da je drugi snop slomljen. Rezultat snimljenog vremena prikazuje se na LCD ekranu.

Izgradnja ovakvog sistema sa studentima odličan je uvod u kodiranje, ali je i zaista koristan resurs u učionici kada se završi. Ova vrsta sistema je odlična za STEM aktivnosti i može se koristiti za mjerenje brzine poput stvari poput automobila s gumicom, automobila sa mišolovkom ili auta za borove šume na određenu udaljenost.

Odricanje od odgovornosti: Ovdje predstavljeno rješenje daleko je od optimalnog. Svjestan sam da bi neke stvari mogle biti puno bolje ili efikasnije. Ovaj projekt je 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 sistema s poboljšanjima, pogledajte posljednji korak uputstva. Implementacija kola i koda na vlastitu odgovornost.

Supplies

• 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 - Uvjerite se da je napravljen tako da odgovara verziji arduina koji imate - 5 funti
• 2 x modul od LDR ovisnog o svjetlu - Traženje "arduino LDR" na ebayu trebalo bi pokazati mnogo opcija - 2,30 GBP svaki
• 2 x Laserski modul - Traženje "arduino lasera" na ebay -u trebalo bi pokazati mnogo opcija. Uvjerite se da snaga lasera nije veća od 5mW. - 2,25 funti za troje
• 4 x mali tronožac - 3,50 funti svaki
• 4x 1/4 inčna matica - Za postavljanje standardnog navoja stativa - 2 £
• Prozirni akril za Arduino kućište 3 GBP
• M3 matice i vijci - 2 £
• Plastični PCD zastoji - Ovi kompleti se mogu jeftino kupiti na Ebayu. - 6,80 funti
• 4 x 3D štampana kućišta - Cijena materijala bila je oko 5 GBP.
• Vrpčasti kabel - 5 funti

Ukupni trošak iznosio je oko 55 funti, što podrazumijeva pristup i laserskom rezaču i 3D štampaču. Većina troškova ovdje se odnosi na kućišta, matice i vijke itd. Stvarni trošak elektronike je samo 22 funte, tako da 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 zrak.
2. Sačekajte dok LDR 1 ne otkrije prekid laserskog snopa, odmah pokrenite mjerač vremena.
3. Sačekajte dok LDR 2 ne otkrije prekid laserskog snopa, odmah zaustavite mjerač vremena.
4. Prikažite rezultirajuće vrijeme na LCD ekranu u milisekundama.

Kôd je dizajniran samo za mjerenje jednog pokretanja, nakon što se zabilježi vrijeme s ekrana, tipka za poništavanje na štitu se koristi za ponovno pokretanje programa.

LINK NA ARDUINO KOD

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

Korak 2: Kućišta za 3D štampanje

Laserski i LDR moduli moraju se držati na mjestu kako bi se osiguralo da ne dođe do prekida zraka uslijed pomicanja modula. 3D ispišite donje kućište i pričvrstite module na mjesto, laserski modul će se morati 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 izrezana Arduino futrola

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 štit koji se koristi u ovom projektu detaljno je objašnjen u ovom velikom uputstvu. LCD ekran i tipke 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 osigurajte da je 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 direktno napajaju laserske module bez ugrađenog 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 napajanja 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 LDR i laserskih modula na male stative.
2. Postavite laserske module tako da sjaje direktno na LDR senzor

U ovoj fazi morat ćete malo fino prilagoditi stvari. LDR moduli emituju digitalni signal, visoki signal (5V) koji ukazuje na to da nije otkriven laserski zrak, niži znak (0V) koji ukazuje da može vidjeti laserski zrak. Prag intenziteta svjetlosti pri kojem modul prelazi s izlaznog signala od 5V na 0V (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.

Ili postupno namještajte potenciometar dok sistem ne funkcionira kako se očekuje, ili koristite multimetar za mjerenje izlaza LDR modula i podešavanje prema potrebi.

Korak 6: Rad i dalji rad

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

1. Pritisnite dugme za izbor da biste pokrenuli sistem.
2. Poravnajte lasere tako da sijaju direktno na LDR senzoru.
3. Sistem je sada naoružan. Odredite model automobila.
4. Sustav će početi mjeriti vrijeme kad se prvi laserski snop prekine.
5. Sistem će se zaustaviti kada se drugi laserski snop prekine.
6. Vrijeme u milisekundama tada se prikazuje na ekranu.
7. Pritisnite tipku za resetiranje da biste izmjerili vrijeme drugog trčanja.

Vjerojatno ću stvoriti verziju 2.0 ovog sistema jer postoje neka očigledna poboljšanja koja bi se mogla napraviti:

1. Nema potrebe za napajanjem laserskih modula s Arduina, mogli bi se napajati baterijom i jednostavno uključiti po potrebi. Kad sam dizajnirao sistem, ožičenje laserskih modula na Arduino za napajanje činilo se kao najjednostavnije rješenje, u praksi to rezultira dugim kablovima koji nam ometaju.
2. Kondenzatorska sočiva su zaista potrebna na LDR kućištima. Postavljanje laserske tačke tačno sa centrom (vrlo malog) LDR senzora vrlo je zeznuto i ponekad može potrajati nekoliko minuta, upotrebom kondenzatorskog sočiva korisnik bi imao mnogo veću metu na koju može ciljati laserskom tačkom.

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

Drugoplasirani na STEM takmičenju