Arduino laserbaseret timingsystem: 6 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Som en del af min undervisning havde jeg brug for et system til nøjagtigt at måle, hvor hurtigt en modelvogn kørte 10 meter. Oprindeligt troede jeg, at jeg ville købe et billigt færdiglavet system fra eBay eller Aliexpress, disse systemer er almindeligt kendt som lysporte, fotoporte eller lignende. Det viste sig dog, at præbyggede lysporttidsystemer faktisk er ret dyre, så jeg besluttede at bygge mine egne.

Betjeningen af et lysport -timing -system er ret enkel. Hver lysport består af et lasermodul på den ene side, dette projekterer et laserpunkt på et lysafhængigt modstandsmodul (LDR) på den anden side. Ved at måle output fra LDR kan systemet registrere, hvornår laserstrålen er brudt. Ved hjælp af to af disse porte starter systemet timeren, når den første stråle er brudt, og stopper timeren, når den mærker, at den anden stråle er brudt. Den resulterende registrerede tid vises på LCD -skærmen.

At opbygge et system som dette med elever er en god introduktion til kodning, det er også en virkelig nyttig klasseværelsesressource, når den er færdig. Denne type system er fantastisk til STEM -aktiviteter og kan bruges til at måle, hvor hurtigt ting som f.eks. Gummibåndsbiler, musefældebiler eller fyrretræsderbybiler kører en bestemt afstand.

Ansvarsfraskrivelse: Den løsning, der præsenteres her, er langt fra optimal. Jeg er klar over, at nogle ting kunne være meget bedre eller mere effektive. Dette projekt blev oprindeligt sat sammen på en meget stram deadline og fungerede helt fint til det tilsigtede formål. Jeg har planer om at frigive både en version 2 og en version 3 af dette system med forbedringer, se det sidste trin i den instruerbare. Implementering af kredsløbet og koden er på egen risiko.

Forbrugsvarer

• Arduino R3 (eller kompatibelt bord) - 4,50 £
• Adafruit fjervinge protoboard - En lille sektion af enhver type protoboard er også fin - £ 1
• LCD -tastaturbeskyttelse - Sørg for, at dette er tilpasset den version af den arduino, du har - £ 5
• 2 x Light Dependent Resistor (LDR) modul - Søgning på ebay efter "arduino LDR" burde vise masser af muligheder - £ 2,30 hver
• 2 x lasermodul - Søgning på ebay efter "arduino laser" burde vise masser af muligheder. Sørg for, at laserens effekt ikke er større end 5mW. - £ 2,25 for tre
• 4 x lille stativ - 3,50 £ pr. Stk
• 4x 1/4 tommer møtrik - Til montering af en standard stativgevind - £ 2
• Klar akryl til Arduino taske £ 3
• M3 møtrikker og bolte - £ 2
• Plastiske PCD -standoffs - Kits af disse kan fås til ganske billige på Ebay. - £ 6,80
• 4 x 3D -trykte kabinetter - Materialeomkostninger var omkring £ 5.
• Båndkabel - £ 5

De samlede omkostninger var omkring £ 55, dette forudsætter adgang til både en laserskærer og 3D -printer. Det meste af omkostningerne her er til sager, møtrikker og bolte osv. De faktiske omkostninger ved elektronikken er kun £ 22, så der er nok plads til en masse optimering her.

Trin 1: Program Adrunio

Upload koden herunder til Arduino. Hvis du ikke er bekendt med, hvordan du gør dette, kan du tjekke denne fantastiske instruerbare.

Kodens grundlogik er som følger:

1. Tænd for lasermoduler, og kontroller, at hver LDR kan "se" laserstrålen.
2. Vent, indtil LDR 1 registrerer et brud i laserstrålen, start straks timeren.
3. Vent, indtil LDR 2 registrerer et brud i laserstrålen, stop øjeblikkeligt timeren.
4. Vis den resulterende tid på LCD -skærmen i millisekunder.

Koden er kun designet til at time en enkelt kørsel, når tiden fra skærmen er noteret, nulstilles knappen på skjoldet til at genstarte programmet.

LINK TIL ARDUINO -KODE

(FYI: Koden er hostet på create.arduino.cc, og jeg vil meget gerne have integreret koden her, men Instructables -editoren tillader ikke, at den integrerede iframe vises eller fungerer korrekt. Hvis nogen på Instructables læser dette, bedes du venligst implementer dette som en funktion i fremtiden, tak)

Trin 2: 3D -udskrivningskabinetter

Laser- og LDR -modulerne skal holdes på plads for at sikre, at der ikke opstår strålebrud som følge af, at modulerne bevæger sig. 3D -print kabinetterne nedenfor og bolt modulerne på plads, lasermodulet skal holdes på plads med en lynlås, da det ikke har noget gennem hullet.

Sørg for at fange en 1/4 tommer møtrik inde i hver af sagerne, dette vil blive brugt senere til at tillade disse sager at forbinde til stativerne. De to halvdele af kabinettet holdes sammen med M3 møtrikker og bolte.

Trin 3: Laserskåret Arduino -etui

Laserskær filerne herunder fra den 4 mm tykke klare akryl. Stil arduino R3 og protoboard op med hullerne på akrylstykkerne, og bolt dem på plads. Bolt det øverste stykke af sagen til bunden ved hjælp af PCD -standoffs som afstandsstykker.

Trin 4: Tilslut kredsløbet

LCD -skjoldet, der blev brugt i dette projekt, forklares detaljeret i denne store instruktive. LCD -skærmen og inputknapperne bruger nogle af arduinoens I/O -ben, men derfor er alle I/O kun for lasermodulerne og LDR's ben 1, 2, 12 og 13.

Der er brug for meget få ledninger, men sørg for, at kredsløbet er tilsluttet som vist i diagrammet. Jeg tilføjede nogle JST -stik til laser- og LDR -modultrådene, så jeg let kunne demontere og gemme hele opsætningen.

Ja, arduino ben 1 og 2 driver lasermodulerne direkte uden nogen in-line modstand. Da de valgte lasermoduler er designet specielt til brug med arduino, burde dette dog ikke være et problem. Lasermodulerne tegner en maksimal effekt på 5mW, det betyder, at modulet ved 5V -forsyningsspændingen skal trække omkring 1mA, dette er langt under ~ 40mA -grænsen for strømforsyning på arduino I/O -ben.

Trin 5: Saml og indstil

Endelig er du klar til at samle alt.

1. Monter LDR- og lasermodulkasserne på de små stativer.
2. Placer lasermodulerne for at skinne direkte ved LDR -sensoren

På dette tidspunkt skal du finjustere tingene lidt. LDR -modulerne udsender et digitalt signal, et højt signal (5V), der angiver, at der ikke registreres nogen laserstråle, et lavt tegn (0V), der angiver, at det kan se laserstrålen. Lysintensitetsgrænsen, hvor modulet skifter fra et 5V til et 0V udgangssignal (og omvendt) styres af et potentiometer på LDR -kortet. Du bliver nødt til at justere potentiometeret, så modulet skifter mellem en 0V og 5V udgang, når du forventer det.

Eller gradvis juster potentiometeret, indtil systemet fungerer som forventet, eller brug et multimeter til at måle LDR -modulets output og indstille efter behov.

Trin 6: Betjening og videre arbejde

Du skal nu være klar til at bruge systemet! Billederne viser driftsfasen.

1. Tryk på vælg -knappen for at initialisere systemet.
2. Juster laserne, så de skinner direkte på LDR -sensoren.
3. Systemet er nu bevæbnet. Sæt din modelbil i gang.
4. Systemet starter timingen, når den første laserstråle er brudt.
5. Systemet stopper, når den anden laserstråle er brudt.
6. Tiden i millisekunder vises derefter på skærmen.
7. Tryk på reset -knappen for at afslutte en anden kørsel.

Jeg vil sandsynligvis oprette en version 2.0 af dette system, da der er nogle åbenlyse forbedringer, der kan foretages:

1. Det er ikke nødvendigt at drive lasermodulerne fra Arduino, de kan være batteridrevne og simpelthen tændt, når det er nødvendigt. Da jeg designede systemet, ledning af lasermodulerne til Arduino til strøm syntes at være den enkleste løsning, i praksis resulterer dette i lange kabelføringer, der kommer i vejen.
2. Kondensatorlinser er virkelig nødvendige på LDR -husene. Foring af laserprikken præcist med midten af den (meget lille) LDR -sensor er meget vanskelig og kan nogle gange tage flere minutter. Brug af en kondensatorlins ville give brugeren et meget større mål at sigte mod med laserprikken.

Jeg tænker også nu endda på en version 3.0, der er fuldt trådløs og bare forbinder til min bærbare computer ved hjælp af Bluetooth, dette er dog et meget større projekt til en anden dag.

Nummer to i STEM -konkurrencen