Sistem de sincronizare bazat pe laser Arduino: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Ca parte a predării mele, aveam nevoie de un sistem care să măsoare cu precizie cât de repede a parcurs 10 metri un vehicul model. Inițial, m-am gândit că voi cumpăra un sistem ieftin de la eBay sau Aliexpress, aceste sisteme sunt cunoscute sub numele de porți ușoare, porți foto sau similare. S-a dovedit că sistemele de sincronizare a porților ușoare pre-construite sunt de fapt destul de scumpe, așa că am decis să-mi construiesc propriile.

Funcționarea unui sistem de sincronizare a porților ușoare este destul de simplă. Fiecare poartă de lumină constă dintr-un modul laser pe o parte, aceasta proiectează un spot laser pe un modul de rezistență dependent de lumină (LDR) de cealaltă parte. Măsurând ieșirea LDR, sistemul poate detecta când s-a rupt fasciculul laser. Folosind două dintre aceste porți, sistemul pornește cronometrul atunci când primul fascicul este rupt și oprește cronometrul când simte că cel de-al doilea fascicul a fost rupt. Timpul înregistrat rezultat este afișat pe ecranul LCD.

Construirea unui astfel de sistem cu studenții este o introducere excelentă în codare, este, de asemenea, o resursă foarte utilă la clasă, odată ce este terminată. Acest tip de sistem este excelent pentru activitățile STEM și poate fi utilizat pentru a măsura cât de repede parcurg o distanță stabilită lucrurile precum mașinile cu bandă de cauciuc, mașinile pentru șoareci sau mașinile derby din lemn de pin.

Disclaimer: Soluția prezentată aici este departe de a fi optimă. Sunt conștient că unele lucruri ar putea fi mult mai bune sau mai eficiente. Acest proiect a fost inițial pus la punct într-un termen foarte restrâns și a funcționat absolut bine în scopul dorit. Am planuri de a lansa atât versiunea 2, cât și versiunea 3 a acestui sistem cu îmbunătățiri, vă rugăm să consultați ultimul pas al instructivului. Implementarea circuitului și a codului este pe propriul risc.

Provizii

• Arduino R3 (sau placa compatibilă) - 4,50 GBP
• Protoard pentru aripi cu pene Adafruit - O mică secțiune din orice tip de protoboard este, de asemenea, bună - 1 GBP
• Ecranul tastaturii LCD - Asigurați-vă că acesta este făcut pentru a se potrivi cu versiunea arduino pe care o aveți - 5 GBP
• 2 x modul de rezistență dependentă de lumină (LDR) - Căutarea pe ebay a "arduino LDR" ar trebui să afișeze o mulțime de opțiuni - 2,30 GBP fiecare
• 2 x modul laser - Căutarea pe ebay pentru „laser arduino” ar trebui să afișeze o mulțime de opțiuni. Asigurați-vă că puterea laserului nu este mai mare de 5mW. - 2,25 GBP pentru trei
• 4 x trepied mic - 3,50 GBP fiecare
• Piuliță 4x 1/4 inch - Pentru a se potrivi cu un filet standard de trepied - 2 GBP
• Acrilic transparent pentru carcasa Arduino 3 GBP
• Piulițe și șuruburi M3 - 2 GBP
• Standuri PCD din plastic - Seturile acestora pot fi achiziționate destul de ieftine pe Ebay - 6,80 GBP
• 4 x carcase tipărite 3D - Costul materialului a fost de aproximativ 5 GBP.
• Cablu panglică - 5 GBP

Costul total a fost de aproximativ 55 de lire sterline, presupunând accesul atât la un dispozitiv de tăiere cu laser, cât și la o imprimantă 3D. Cea mai mare parte a costului aici este pentru cutii, piulițe și șuruburi, etc.

Pasul 1: Programează Adrunio

Încărcați codul de mai jos pe Arduino. Dacă nu sunteți familiarizați cu cum să faceți acest lucru, verificați acest lucru minunat.

Logica de bază a codului este următoarea:

1. Porniți modulele laser și verificați dacă fiecare LDR poate „vedea” raza laser.
2. Așteptați până când LDR 1 detectează o pauză a razei laser, porniți imediat cronometrul.
3. Așteptați până când LDR 2 detectează o pauză a razei laser, opriți imediat cronometrul.
4. Afișați timpul rezultat pe ecranul LCD în milisecunde.

Codul este conceput doar pentru a cronometra o singură rularea, după ce a fost notat timpul de pe ecran, butonul de resetare de pe ecran este utilizat pentru a reporni programul.

LINK LA CODUL ARDUINO

(FYI: Codul este găzduit pe create.arduino.cc și mi-ar plăcea să am încorporat codul aici, dar editorul Instructables nu permite iframe-ului încorporat să se afișeze sau să funcționeze corect. Dacă cineva de la Instructables citește acest lucru, vă rugăm să implementați acest lucru ca o caracteristică în viitor, mulțumesc)

Pasul 2: Carcase de imprimare 3D

Modulele laser și LDR trebuie ținute în poziție pentru a se asigura că nu se rupe fasciculul ca urmare a mișcării modulelor. Imprimați 3D carcasele de mai jos și înșurubați modulele în poziție, modulul laser va trebui ținut în poziție cu o cravată cu fermoar, deoarece nu are gaură prin șurub.

Asigurați-vă că prindeți o piuliță de 1/4 inch în fiecare dintre carcase, aceasta va fi utilizată ulterior pentru a permite acestor carcase să se conecteze la trepiede. Cele două jumătăți ale incintei sunt ținute împreună cu piulițe și șuruburi M3.

Pasul 3: Cutie Arduino cu tăiere cu laser

Tăiați cu laser fișierele de mai jos din acrilic transparent de 4 mm grosime. Aliniați arduino R3 și protoboardul cu găurile de pe piesele acrilice și înșurubați-le în poziție. Înșurubați partea superioară a carcasei în partea de jos folosind separatoarele PCD ca distanțieri.

Pasul 4: conectați circuitul

Scutul LCD utilizat în acest proiect este explicat în detaliu în acest instructabil. Ecranul LCD și butoanele de intrare utilizează unele dintre pinii I / O arduino, totuși, din acest motiv, toate I / O pentru modulele laser și LDR utilizează numai pinii 1, 2, 12 și 13.

Este necesară foarte puțin cablare, dar asigurați-vă că circuitul este conectat așa cum se arată în diagramă. Am adăugat câțiva conectori de tip JST la firele laser și ale modulului LDR pentru a-mi permite să dezasamblu și să stochez cu ușurință întreaga configurare.

Da, pinii arduino 1 și 2 alimentează direct modulele laser fără rezistență în linie. Deoarece modulele laser selectate sunt concepute special pentru utilizarea cu arduino, aceasta nu ar trebui să fie o problemă. Modulele laser consumă o putere maximă de 5mW, ceea ce înseamnă că la tensiunea de alimentare de 5V a pinului, modulul ar trebui să treacă în jur de 1mA, acest lucru este cu mult sub limita de ~ 40mA pentru alimentarea curentă pe pinii I / O arduino.

Pasul 5: Asamblați și reglați

În cele din urmă, sunteți gata să asamblați totul.

1. Montați carcasele modulului LDR și Laser pe trepiedele mici.
2. Poziționați modulele laser pentru a străluci direct la senzorul LDR

În această etapă, va trebui să reglați puțin lucrurile. Modulele LDR emit un semnal digital, un semnal înalt (5V) care indică faptul că nu este detectat niciun fascicul laser, un semn scăzut (0V) care indică faptul că poate vedea fasciculul laser. Pragul de intensitate a luminii la care modulul trece de la un semnal de ieșire de 5V la 0V (și vice versa) este controlat de un potențiometru pe placa LDR. Va trebui să reglați potențiometrul astfel încât modulul să comute între o ieșire de 0V și 5V când vă așteptați.

Fie reglați treptat potențiometrul până când sistemul funcționează așa cum era de așteptat, sau utilizați un multimetru pentru a măsura ieșirea modulului LDR și reglați după cum este necesar.

Pasul 6: Funcționare și lucrări suplimentare

Acum ar trebui să fiți gata să utilizați sistemul! Imaginile arată etapele de funcționare.

1. Apăsați butonul de selectare pentru a inițializa sistemul.
2. Aliniați laserele astfel încât să strălucească direct pe senzorul LDR.
3. Sistemul este acum armat. Setați-vă modelul de mașină care merge.
4. Sistemul va începe sincronizarea după ce primul fascicul laser este rupt.
5. Sistemul se va opri odată ce al doilea fascicul laser este rupt.
6. Timpul în milisecunde este apoi afișat pe ecran.
7. Apăsați butonul de resetare pentru a cronometra o altă rulare.

Probabil că voi crea o versiune 2.0 a acestui sistem, deoarece există unele îmbunătățiri evidente care ar putea fi făcute:

1. Nu este nevoie să alimentați modulele laser de la Arduino, acestea putând fi alimentate cu baterie și pur și simplu pornite atunci când este necesar. Când am proiectat sistemul, cablarea modulelor laser la Arduino pentru energie mi s-a părut cea mai simplă soluție, în practică, acest lucru are ca rezultat rulări lungi de cabluri care împiedică.
2. Lentilele condensatoare sunt cu adevărat necesare pe carcasele LDR. Căptușirea punctului laser exact cu centrul senzorului LDR (foarte mic) este foarte dificilă și uneori poate dura câteva minute, utilizarea unui obiectiv condensator ar oferi utilizatorului o țintă mult mai mare de urmărit cu punctul laser.

Acum mă gândesc chiar și la o versiune 3.0 care este complet wireless și se conectează doar la laptopul meu folosind Bluetooth, totuși acesta este un proiect mult mai mare pentru o altă zi.

Runner Up în concursul STEM