Tahometer za hrček: 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Tinkercad projekti »

Pred približno tremi leti so nečaki dobili prvega hišnega ljubljenčka, hrčka po imenu Nugget. Radovednost glede vadbe Nugget je začela projekt, ki je dolgo trajal Nugget (RIP). V tem navodilu je opisan funkcionalen optični tahometer z vadbenim kolesom. Tahometer kolesa hrčka (HWT) prikazuje največjo hitrost hrčka (RPM) in skupno število vrtljajev. Nuggetova človeška družina je želela nekaj preprostega za namestitev in uporabo, vendar ni želela več časa za otroke. Glede na žvečljiv način interakcije glodalcev s svetom sem mislil, da bi bila samostojna baterija dobra. HWT bo deloval približno 10 dni z doplačilom. Odvisno od premera kolesa lahko posname do 120 vrt / min.

Korak: Seznam delov

Adafruit #2771 Feather 32u4 Basic Proto (z dodatnim ožičenjem- glej 4. korak: Sestavljanje elektronike)

Adafruit #3130 0,54 -palčni alfanumerični zaslon s perjem - rdeč

Adafruit #2886 Komplet glav za perje-12-polni in 16-polni ženski komplet glav

Adafruit #805 Drsno stikalo SPDT prijazno do plošč

Adafruit #3898 litij -ionska polimerna baterija, idealna za perje - 3,7 V 400 mAh

Modul IR senzorja Vishay TSS4038 2,5-5,5v 38kHz

Infrardeči oddajnik Vishay TSAL4400 T-1 kom

Upor, 470, 1/4w

Stikalo, potisni gumb, SPST, trenutno vklopljeno, 0,25 -palčni nosilec na plošči (Jameco P/N 26623 ali enakovredno)

(4) 2,5 mm najlonski strojni vijaki z maticami (ali 4-40 strojni vijak - glejte 6. korak: Sestavite HWT)

Ohišje merilnika vrtljajev koles na hrčku - 3D natisnjeno. (Javna datoteka TinkerCad)

Okvir merilnika vrtljajev kolesa hrčka - 3D -tiskanje. (Javna datoteka TinkerCad)

Ohišje senzorja merilnika vrtljajev kolesa hrčkov - 3D natisnjeno. (Javna datoteka TinkerCad)

Prikažite kontrastni filter. Obstajajo tri možnosti:

1. (54 mm x 34 mm x 3,1 mm) 1/8 "prozorni sivo dimljeni polikarbonat (estreetplastics ali enakovreden).
2. Brez kontrastnega filtra
3. 3D natisnite filter s tanko prosojno PLA in to javno datoteko TinkerCad.

Temna snov: nekaj lepljivega ne-IR odsevnega materiala. Uporabil sem lepljen črni filc iz obrtne trgovine. Creatology Peel and Stick Črna poliestrska klobučevina ali enakovredna. Glejte tudi 7. korak: Umerjanje - Opombe o temnem območju.

Opomba: V razumnem roku lahko nadomestite dele. Adafruit ponavadi podpiram zaradi njihove kakovosti in podpore skupnosti proizvajalcev. Oh in obožujem spajkalne blazinice z zlatim utripom.

2. korak: Teorija delovanja

HWT uporablja infrardečo svetlobo (IR) za štetje vrtljajev vrtljivega kolesca za vadbo. Večina plastičnih koles za vadbo precej dobro, preveč dobro odbija IR svetlobo. Tudi plastična kolesa, ki so prosojna v vidni svetlobi, lahko odražajo dovolj IR, da sprožijo IR senzorje. Uporabnik ustvari temno območje na kolesu s pomočjo črnega lepljenega filca (glejte 7. korak: Umerjanje - Opombe o temnem območju). Ko HWT zazna odsevni do temni prehod, se šteje en obrat.

HWT uporablja modul IR senzorja Vishay in oddajnik IR LED. V tipični aplikaciji se Vishay TSS4038 IR senzorski modul uporablja za zaznavanje prisotnosti - je nekaj tam (odseva IR) ali česa ni. HWT tukaj ne počne ravno tega. Plastično kolo za vadbo je vedno tam. Senzor zavajamo z dodajanjem temnega območja IR, da bi kolo 'izginilo' v IR svetlobi. Poleg tega HWT uporablja zasnovo modula IR senzorja Vishay TSS4038 za zagotavljanje različne razdalje delovanja. 3. korak: Odsek kode in seznam kod ima več informacij. Osnovno izhodišče je opisano v opombi o uporabi Vishayjevega senzorja TSSP4056 za hitro zaznavanje bližine.

Adafruit Feather ima mikrokrmilnik Atmel MEGA32U4 in območje izdelave prototipov skozi luknje.

V območju izdelave prototipov je spajkana Vishay TSAL4400 IR LED, ki ustvarja izbruhe IR kinogramov 38 kHz (pod nadzorom mikrokrmilnika 32U4).

Na področju izdelave prototipov je spajen tudi modul IR senzorja Vishay TSS4038 za odsevni senzor, svetlobno pregrado in aplikacije za hitro bližino.

Ta senzorski modul IR oddaja signal, če za določen čas prejme IR svetlobo 38kHz.

Mikrokrmilnik 32U4 ustvari 38kHz rafal vsakih 32mS. Hitrost 32 mS določa največji vrtljaj koles, ki ga je mogoče izmeriti. 32U4 nadzoruje tudi modul IR senzorja. Z zadostnim odbojem IR od kolesa hrčka bi moral vsak rafal odzvati modul IR senzorja. Temno območje kolesa ne daje odziva IR senzorja, ki ga opazi 32U4. Ko se hrčkovo kolo premakne, da je dovolj IR odseva, koda 32U4 zazna spremembo in to šteje kot en obrat kolesa (prehod svetlobe v temo = 1 obrat).

Približno vsako minuto 32U4 preveri, ali je število vrtljajev v zadnji minuti preseglo prejšnje najvišje število vrtljajev in po potrebi posodobi to oceno "osebnega najboljšega". K skupnemu številu vrtljajev koles se doda tudi število vrtljajev v zadnji minuti.

Pritiskani gumb se uporablja za prikaz števila vrtljajev (glejte 9. korak: razdelek Normal Mode) in se uporablja za kalibracijo HWT (glejte 7. korak: razdelek Način kalibracije).

Drsno stikalo za vklop / izklop nadzoruje napajanje HWT in ima vlogo pri umerjanju (glejte 7. korak: odsek kalibracije).

Če je premer vadbenega kolesa znan, se celotna razdalja izračuna kot (premer * skupni vrtljaji koles * π).

3. korak: Koda

Predvidevam, da se uporabnik dobro spozna na plošči Arduino IDE in Adafruit Feather 32U4. Uporabil sem standardni Arduino IDE (1.8.13) z knjižnico RocketScream Low Power Library. Kodo sem poskušal podrobno in morda natančno komentirati.

Nisem dokumentiral potez in interakcij Arduino IDE in sistema Adafruit Feather 32U4. Na primer, 32U4 upravlja komunikacijo USB z nalagalnikom Arduino. Pridobivanje gostiteljskega računalnika z Arduino IDE za iskanje povezave USB Feather 32U4 je lahko težavno. Na spletu so teme na forumu, ki podrobno opisujejo težave in popravke.

Zlasti pri knjižnici RocketScream Low Power je delovanje USB Feather 32U4 moteno. Tako bo uporabnik za prenos kode iz Arduino IDE v 32U4 morda moral pritisniti gumb za ponastavitev Feather 32U4, dokler IDE ne najde serijskih vrat USB. To je toliko lažje narediti, preden sestavite HWT.

4. korak: Sestavite elektroniko

1. Sestavite Adafruit #2771

   1. Če želite najnižjo porabo energije, odrežite sled med R7 in rdečo LED. To onemogoči LED perje.
   2. Namestite komplet za glavo Adafruit #2886 na pero #2771 po njihovi vadnici. Upoštevajte, da obstaja več možnosti za sloge glave. Ohišje HWT 3D natisnjeno je velikosti za to glavo.

   3. Optične komponente namestite na pero #2771. Oglejte si slike in shemo.

      • Modul IR senzorja Vishay TSS4038
      • Infrardeči oddajnik Vishay TSAL4400
      • Upor, 470, 1/4w
      • Ohišje senzorja merilnika vrtljajev kolesa hrčkov - 3D natisnjeno. (Javna datoteka TinkerCad)
2. Spajajte stikalo z gumbom zaslona na sklop tiskanega vezja Feather 32U4 (PCBA) po shemi.
3. Sestavite Adafruit #3130 0,54 "štirikotni alfanumerični zaslon s perjem po njihovi vadnici.

4. Sestavite stikalo za vklop / baterijo glede na slike in shemo. Opomba: stikalni vodi blizu stikala morajo biti brez spajkanja, da se stikalo pravilno prilega v ohišje HWT.

   • Baterija Adafruit #3898 LiPo.
   • Drsno stikalo Adafruit #805 SPDT.
   • Priključna žica.

   Opomba: Po želji lahko pošljete žico. Tako sem sestavil HWT za ta Instructable. Drugi prototipi so imeli žice postavljene nekoliko drugače. Dokler je vaše ožičenje v skladu s shemo in senzor Vishay ter ohišje LED izstopata na dnu ohišja HWT, ste dobri.

5. korak: 3D-tiskani deli

Ohišje HWT je sestavljeno iz treh 3D tiskanih kosov:

1. Ohišje merilnika vrtljajev koles na hrčku - (javna datoteka TinkerCad)
2. Okvir merilnika vrtljajev koles na hrčku - (javna datoteka TinkerCad)
3. Ohišje senzorja vrtljajev merilnika koles na hrčku - (javna datoteka TinkerCad)

Ohišje HWT, okvir zaslona HWT in ohišje senzorja HWT so bili ustvarjeni v Tinkercadu in so javne datoteke. Oseba lahko naloži kopije in jih po želji spremeni. Prepričan sem, da je oblikovanje mogoče optimizirati. Ti so natisnjeni na MakerGear M2 z uporabo kontrolnika Simplify3D. Adafruit ima vadnico za 3D natisnjeno torbico za Adafruit Feather. Ugotovil sem, da so te nastavitve 3D tiskalnika dobro izhodišče za tiskalnik M2 MakerGear.

Po potrebi lahko kontrastni zaslon natisnete 3D s tanko prosojno PLA in to javno datoteko TinkerCad.

Korak 6: Sestavite HWT

1. Priključite sklop baterije/stikala na Feather #2771 PCBA. To je zdaj veliko lažje kot pri privijanju peresa #2771 v ohišje HWT.
2. Drsno stikalo namestite na njegovo mesto v ohišju HWT.
3. Ko vstavite Feather PCBA v ohišje, napeljite žice s poti.
4. Ohišje senzorja mora štrleti na zadnji strani ohišja HWT.
5. 2,5 mm matice je težko pritrditi na 2,5 mm vijake. Morda boste želeli uporabiti 4-40 strojnih vijakov, kot je opisano v vadnici Adafruit.
6. Pritisnite #3130 zaslon PCBA v pero #2771 PCBA. Pazite na upognjene ali napačno razporejene zatiče.
7. Stikalo pritrdite na okvir zaslona.
8. Okvir zaslona vstavite v ohišje HWT.

7. korak: Umerjanje

V načinu kalibracije zaslon stalno prikazuje izhod IR senzorja. Umerjanje pomaga pri preverjanju:

1. Hrčje kolo odbija zadostno IR svetlobo.
2. Temno območje absorbira IR svetlobo.
3. Nastavitve dosega so pravilne glede na razdaljo do telovadnega kolesa.

• Za vstop v način umerjanja:

  1. Izklopite HWT s stikalom za vklop / izklop.
  2. Pritisnite in držite gumb za prikaz.
  3. Vklopite HWT s stikalom za vklop / izklop.
  4. HWT vstopi v način umerjanja in prikaže CAL.
  5. Spustite gumb Zaslon. HWT zdaj prikaže črko, ki predstavlja nastavitev območja (L, M ali S) in odčitek senzorja. Upoštevajte, da odčitki senzorja niso dejanska razdalja od kolesa do HWT. Je merilo kakovosti refleksije.

• Kako preveriti IR odseve koles:

  Pri ustreznem odsevu mora biti zaslon senzorja okrog 28. Če je kolo predaleč od HWT, je odboj premalo in zaslon senzorja bo prazen. Če je tako, premaknite kolo bližje HWT. Zavrtite kolo; odčitki bodo med obračanjem kolesa nihali. Razpon od 22 do 29 je normalen. Odčitek senzorja ne sme biti prazen. Črka obsega (L, M ali S) bo vedno prikazana.

• Kako preveriti odziv temnega območja:

  Območje, ki absorbira IR (temno območje), povzroči, da se odčitek senzorja izprazni. Zavrtite kolo, tako da se temno območje prikaže HWT. Zaslon mora biti prazen, kar pomeni, da ni odsevov. Če so prikazane številke, je temno območje preblizu HWT ALI uporabljeni temni material ne absorbira dovolj IR svetlobe.

  Opombe o temnem območju

  Vse, kar absorbira IR svetlobo, bo delovalo, npr. ravna črna barva ali ravno črni trak. Ravna ali mat površina je pomembna! Svetleč črn material je lahko zelo odseven v IR svetlobi. Temno območje je lahko na obodu ali na ravni strani vadbenega kolesa. Katero izbiro boste izbrali, je odvisno od tega, kje namestite HWT.

  Temno območje mora biti dovolj veliko, da bo IR senzor videl le temno območje, ne pa sosednje odsevne plastike. IR oddajnik projicira stožec IR svetlobe. Velikost stožca je sorazmerna z razdaljo med HWT in kolesom. Razmerje ena proti ena deluje. Če je HWT 3 cm od kolesa, mora biti temno območje 2–3 cm čez. Oprostite za cesarske enote.

  Slika prikazuje TSAL4400 IR LED, ki osvetljuje tarčo od 3 cm stran. Posnetek je bil posnet s kamero NOIR Raspberry Pi.

  Namig za izbiro materiala: Ko sem sestavil HWT, sem ga uporabil kot merilnik odseva IR (to je to). Med razvojem sem HWT peljal v trgovine za hišne živali, prodajalne strojne opreme in trgovine s tkaninami. Mnogi predmeti so bili "preizkušeni". Preučil sem plastična kolesa za vadbo, temne materiale in učinke na oddaljenost od materialov. Ob tem sem dobil občutek za zmogljivost in omejitve HWT. To mi je omogočilo, da sem pravilno našel plastično kolo v kletki in izbral pravilno nastavitev območja v načinu kalibracije. Ja, večkrat sem moral razjasniti, kaj počnem, zmedenemu osebju trgovine.

• Kako spremeniti obseg:

  1. V načinu kalibracije je prvi znak prikaza nastavitev obsega (L, M, S):

     • (L) območje = 1,5 do 5"
     • (M) območje edija = 1,3 do 3,5"
     • (S) hort range = 0,5 do 2 "(velika črka S izgleda kot številka 5)

     Opomba: Ti razponi so odvisni od ciljnih materialov in so zelo približni.

  2. Če želite spremeniti obseg, pritisnite gumb Zaslon. Prvi prikazni znak se bo spremenil in prikazal nov obseg.
  3. Če želite ohraniti nov obseg, pritisnite in držite gumb za prikaz 4 sekunde. Ko je dejanje končano, bo na zaslonu dve sekundi prikazan Savd.

  Opomba: HWT si zapomni nastavitve dosega po ponastavitvi, tudi če se baterija izprazni.

• Uspeh? Če se vadbeno kolo odseva (zaslon je približno 28) in temno območje absorbira (prazne zaslone), ste končali. Vklopite HWT, da nadaljujete z običajnim načinom (glejte 9. korak: poglavje Normalni način). V nasprotnem primeru spremenite razdaljo med HWT in kolesom ali spremenite obseg HWT, dokler ne uspete.

Opomba: Kjer je HWT nameščen na kletki in je kalibracija HWT povezana. Kolesa v kletki morda ne boste mogli postaviti, ker to mesto v kletki ni v dosegu HWT. Prav tako sta pomembna izbrana materiala koles in temnega območja (črna klobučevina).

8. korak: Namestitev na Cage

1. Umerite HWT in s postopkom umerjanja obvestite, kam boste postavili vadbeno kolo in kje je HWT nameščen na kletki.
2. HWT lahko pritrdite na stran kletke z montažnimi luknjami v ohišju HWT. Uporabil sem žične vezi za kruh, prevlečene s plastiko. Delujejo tudi žične vezi.
3. Ko je HWT nameščen in je vadbeno kolo nameščeno, preverite, ali vadbeno kolo odbija IR svetlobo in ali temno območje absorbira IR.

4. Po potrebi je spreminjanje obsega opisano v razdelku Umerjanje. V HWT lahko uporabnik izbere vrsto razdalj. Obstajajo tri prekrivajoča se območja:

   • (L) območje = 1,5 do 5"
   • (M) območje edija = 1,3 do 3,5"
   • (S) območje zadrževanja = 0,5 do 2"
5. Ohišje senzorja HWT (IR oddajnik/senzor) ne sme biti zakrito z žico kletke. Morda boste morali rahlo razširiti žico kletke, da bo sklop pobodel skozi žice kletke.
6. Preverite, ali zapisi HWT pravilno beležijo število vrtljajev vadbenega kolesa (glejte 9. korak: Način normalnega delovanja).

9. korak: Običajen način delovanja

1. V normalnem načinu HWT šteje vrtljaje vadbenega kolesa.
2. Za vstop v običajni način vklopite HWT s stikalom za vklop / izklop.

3. Zaslon bo za eno sekundo prikazal nu41, nato pa za eno sekundo prikazal nastavitev območja.

   • Ra = L dolg doseg
   • Ra = M srednje območje
   • Ra = S kratek doseg (veliko slovo S izgleda kot številka 5)
4. Med normalnim delovanjem bo vsako minuto zelo kratko utripal le en segment LED zaslona.
5. Vsako minuto se štetje te minute primerja z največjim številom (osebni rekord hrčka) iz prejšnjih minut. Največje število se po potrebi posodobi. Vsako minuto se štetje doda skupnemu štetju.

6. Pritisnite in spustite gumb za prikaz, da vidite število koles. Na zaslonu se prikaže naslednje:

   • Zdaj = sledi število vrtljajev koles od zadnje minute preverjanja. Opomba: ta številka bo dodana k skupni vrednosti po naslednji enominutni kljukici.
   • Max = sledi največje število vrtljajev. Nuggetov osebni rekord, odkar je bil moč zadnji.
   • Tot = sledi skupno število vrtljajev od zadnjega cikla napajanja.

Kolesarski vklop (drsno stikalo izklopljeno) HWT izniči vsa štetja. Teh številk ni mogoče vrniti.

HWT mora delovati približno deset dni s polnjenjem, nato pa se LiPo celica samodejno izklopi. Da bi se izognili izgubi števila koles za vadbo, napolnite baterijo pred samodejnim izklopom celice LiPo.

10. korak: Opombe celic LiPo:

1. LiPo celice shranjujejo veliko energije z uporabo hlapnih kemikalij. Ker jih mobilni telefoni in prenosni računalniki uporabljajo, z njimi ne bi smeli ravnati previdno in spoštljivo.
2. HWT uporablja polnilno litijevo -polimerno (LiPo) 3,7 -voltno celico. Vrh celic Adafruit LiPo je ovit z jantarno plastiko. To zajema integrirano varnostno vezje polnjenja / praznjenja na majhnem PCBA. Rdeče in črne celice s priključkom JST so dejansko spajkane na PCBA. To je zelo lepa varnostna funkcija z nadzornim vezjem med LiPo in zunanjim svetom.
3. HWT bo izgubil moč, če bo LiPo integrirano varnostno vezje polnjenja / praznjenja ugotovilo, da je LiPo celica prenizka. Število koles za vadbo bo izgubljeno!
4. Če se zdi HWT "mrtev", verjetno potrebuje polnjenje celice. HWT s kablom mikro USB priključite na standardni vir napajanja USB.
5. Pri polnjenju bo v plastičnem ohišju HWT vidna rumena LED.
6. LiPo se bo popolnoma napolnil v približno 4 - 5 urah.
7. Vezje za zaščito celic LiPo ne bo dovolilo, da bi se LiPo preveč napolnil, ampak odklopite kabel mikro-USB, ko ugasne rumena LED.
8. Kot je opisano v dokumentaciji Adafruit #3898, sem prvotno nameraval celico LiPo namestiti med PCB Feather #2771 in PCBA #3130 za prikaz. Ugotovil sem, da je moje ožičenje na prototipnem območju Feather #2771 previsoko, da bi se celica LiPo prilegala, ne da bi vdrla v celico LiPo. To me je naredilo živčnega. Zatekel sem se k temu, da sem baterijo postavil na stran poleg PCBA.
9. Tiste odčitane in črne žice integralnega varnostnega vezja za polnjenje / praznjenje LiPo ne marajo upogibanja. Med razvojem sem pretrgal več kot en niz žic. Za večjo razbremenitev napetosti sem oblikoval in 3D natisnil razbremenitev napetosti. To je sivi blok na vrhu celice LiPo. Ni potreben, tukaj pa je (javna datoteka TinkerCad).

11. korak: Zgodovina razvoja:

V triletnem življenju projekta Nugget je nastalo več različic:

1.x Dokaz koncepta in platforme za zbiranje podatkov.

Opisan je bil Nuggetov obseg zmogljivosti (največ RPM, skupne vrednosti, časi delovanja). Na vrhuncu je Nugget dosegel 100 obratov na minuto in je lahko tekel 0,3 milje na noč. Preglednica podatkovnih izračunov za različna pritrjena kolesa. Priložena je tudi datoteka z dejanskimi zapisi Nugget RPM, shranjenimi na kartici SD.

• Arduino Duemilanove
• Ščit za zapisovanje podatkov kartice SD Adafruit #1141
• Adafruit #714+ #716 LCD ščit
• Odsevni optični senzor OMRON E3F2-R2C4
• AC stenski transformator (Omron potrebuje 12 voltov)

2.x Raziščeni senzorji in strojna oprema.

Vzpostavil je mikrokrmilnik in prikazuje:

• Adafruit #2771 Pero 32U4
• Adafruit #3130 14 -segmentni LED zaslon Featherwing.

Ta kombinacija je bila izbrana za nizko porabo energije (načini spanja 32U4), upravljanje baterije (vgrajen polnilnik LiPo) in stroške (LED so poceni in manj energije kot LCD+osvetlitev ozadja).

• Pregledali so Hall-ove magnetne in diskretne optične senzorje (npr. QRD1114). Domet je bil vedno nezadosten. Zapuščen.
• Adafruit #2821 Perje HUZZAH z ESP8266, ki se je javilo na nadzorni plošči Adafruit IO. Stranka ni želela več časa pred zaslonom. Zapuščen.

3.x Delovanje senzorja:

Ta serija je raziskovala tudi alternativne senzorje, na primer uporabo koračnega motorja kot kodirnika, podobnega temu Instructable. To je izvedljivo, vendar za nizko jakost signala pri nizkih vrtljajih. Malo več dela bi to spremenilo v izvedljivo rešitev, vendar ne gre za preprosto nadgradnjo z obstoječim okoljem hrčka. Zapuščen.

4.1 Strojna/programska rešitev, opisana v tem navodilu.

5.x Več delovanja senzorja:

Pregledan Sharp GP2Y0D810Z0F digitalni senzor razdalje z nosilcem Pololu, medtem ko še vedno uporablja Adafruit #2771 Feather 32U4 in Adafruit #3130 14 -segmentni LED zaslon Featherwing. Delalo dobro. Koda je postala nepomembna. Porabil je več energije kot rešitev Vishay TSSP4038. Zapuščen.

6.x Prihodnost?

• Zamenjajte nekaj pritrdilnih podstavkov za ohišje HWT za perje Adafruit #2771 z montažnimi stebri.
• Stikalo za vklop/izklop zamenjajte s stikalnim stikalom, povezanim s ponastavitvijo perja.
• Mikrokrmilnik ATSAMD21 Cortex M0, kakršen je na Adafruit #2772 Feather M0 Basic Proto, ima številne privlačne lastnosti. To bi natančno pogledal pri drugi reviziji.
• Vishay ima nov modul IR senzorja, TSSP94038. Ima nižje trenutne potrebe in bolj definiran odziv.

Drugouvrščeni na natečaju na baterije