Arduino laserski časovni sistem: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Kot del svojega poučevanja sem potreboval sistem za natančno merjenje, kako hitro je modelno vozilo prepotovalo 10 metrov. Sprva sem mislil, da bom kupil poceni že pripravljen sistem na eBayu ali Aliexpressu, ti sistemi so splošno znani kot svetlobna vrata, foto vrata ali podobno. Izkazalo se je, da so vnaprej izdelani časovni sistemi za svetlobna vrata pravzaprav precej dragi, zato sem se odločil zgraditi svojega.

Delovanje časovnega sistema svetlobnih vrat je precej preprosto. Vsaka svetlobna vrata so na eni strani sestavljena iz laserskega modula, ki na drugi strani projicira lasersko točko na svetlobno odvisen uporniški modul (LDR). Z merjenjem izhoda LDR lahko sistem zazna, kdaj je laserski žarek zlomljen. Z dvema od teh vrat sistem zažene časovnik, ko je prvi žarek pokvarjen, in zaustavi časovnik, ko zazna, da je drugi žarek zlomljen. Nastali posneti čas se prikaže na LCD zaslonu.

Vzpostavitev takšnega sistema s študenti je odličen uvod v kodiranje, hkrati pa je tudi zelo koristen vir v učilnici, ko je končan. Ta vrsta sistema je odlična za dejavnosti STEM in se lahko uporablja za merjenje, kako hitro stvari, kot so avtomobili z gumijastimi pasovi, avtomobili z mišimi pasti ali avtomobili iz borovega lesa, prevozijo določeno razdaljo.

Izjava o omejitvi odgovornosti: Tu predstavljena rešitev še zdaleč ni optimalna. Zavedam se, da bi bile nekatere stvari lahko veliko boljše ali učinkovitejše. Ta projekt je bil sprva sestavljen v zelo kratkem roku in je popolnoma deloval za predvideni namen. Imam načrte za izdajo različice 2 in različice 3 tega sistema z izboljšavami, glejte zadnji korak navodil. Izvajanje vezja in kode je na lastno odgovornost.

Zaloge

• Arduino R3 (ali združljiva plošča) - 4,50 £
• Protoboard iz krila iz perja Adafruit - majhen del katere koli vrste protoboard -a je prav tako v redu - 1 £
• Ščit za tipkovnico LCD - Poskrbite, da bo ustrezal različici arduina, ki ga imate - 5 funtov
• 2 x modul, odvisen od svetlobnega upora (LDR) - Iskanje "arduino LDR" na ebayu bi moralo prikazati veliko možnosti - 2,30 £ vsak
• 2 x laserski modul - Iskanje "arduino laserja" na ebayu bi moralo pokazati veliko možnosti. Prepričajte se, da moč laserja ne presega 5 mW. - 2,25 £ za tri
• 4 x majhen stativ - vsak po 3,50 £
• 4x 1/4 palčna matica - za namestitev standardnega navoja stojala - 2 £
• Prozoren akril za ohišje Arduino 3 €
• Matice in vijaki M3 - 2 £
• Plastični PCD izhodi - Komplete teh lahko na Ebayu kupite precej poceni. - 6,80 £
• 4 x 3D tiskani ohišji - Stroški materiala so bili okoli 5 funtov.
• Tračni kabel - 5 €

Skupni stroški so bili okoli 55 funtov, kar predvideva dostop do laserskega rezalnika in 3D tiskalnika. Večina stroškov tukaj velja za ohišja, matice in vijake itd. Dejanski stroški elektronike znašajo le 22 funtov, zato je tukaj verjetno veliko optimizacije.

1. korak: Program Adrunio

Naložite spodnjo kodo v Arduino. Če niste seznanjeni s tem, kako to storiti, si oglejte to odlično navodilo.

Osnovna logika kode je naslednja:

1. Vklopite laserske module in preverite, ali lahko vsak LDR "vidi" laserski žarek.
2. Počakajte, da LDR 1 zazna prekinitev laserskega žarka, takoj zaženite časovnik.
3. Počakajte, da LDR 2 zazna prekinitev laserskega žarka, takoj ustavite časovnik.
4. Nastali čas prikažite na LCD zaslonu v milisekundah.

Koda je zasnovana le za merjenje enega samega teka, potem ko je čas na zaslonu zapisan, se gumb za ponastavitev na ščitu uporabi za ponovni zagon programa.

POVEZAVA KODE ARDUINO

(Opomba: Koda gostuje na create.arduino.cc in rad bi vdelal kodo sem, vendar urejevalnik Instructables ne dovoljuje, da bi se vdelani okvir iframe prikazoval ali deloval pravilno. Če kdo v Instructables to bere, prosim uvedite to kot funkcijo v prihodnje, hvala)

Korak: Ohišja za 3D tiskanje

Laserski in LDR moduli morajo biti nameščeni na mestu, da se prepreči prelom žarka zaradi premikanja modulov. 3D natisnite spodnja ohišja in pritrdite module na svoje mesto, laserski modul bo treba držati na mestu z zadrgo, saj nima luknje za vijak.

V vsakem ohišju obvezno vtaknite 1/4 palčno matico, ki bo uporabljena pozneje, da se ti ohišji priklopijo na stojala. Dve polovici ohišja se držita skupaj z maticami in vijaki M3.

Korak: Ohišje Arduino z laserskim rezanjem

Spodnje datoteke lasersko izrežite iz 4 mm debelega prozornega akrila. Arduino R3 in protoboard poravnajte z luknjami na akrilnih kosih in jih pritrdite na svoje mesto. Zgornji del ohišja privijte na dno z uporabo stojala PCD kot distančnikov.

4. korak: Ožičite vezje

LCD zaslon, uporabljen v tem projektu, je podrobno razložen v tem odličnem navodilu. LCD zaslon in vhodni gumbi uporabljajo nekatere arduino vhodno/izhodne zatiče, zato vsi V/I za laserske module in LDR uporabljajo samo nožice 1, 2, 12 in 13.

Potrebno je zelo malo ožičenja, vendar zagotovite, da je vezje priključeno, kot je prikazano na diagramu. Žicam laserja in LDR modula sem dodal nekaj priključkov tipa JST, ki mi omogočajo enostavno razstavljanje in shranjevanje celotne nastavitve.

Da, nožica 1 in 2 arduino neposredno napajata laserske module brez vmesnega upora. Ker so izbrani laserski moduli zasnovani posebej za uporabo z arduinom, to ne bi smelo biti problem. Laserski moduli črpajo največjo moč 5 mW, kar pomeni, da bi moral pri 5V napajalni napetosti zatiča modul vleči okoli 1mA, kar je precej pod mejo ~ 40mA za napajanje toka na arduino V/I zatičih.

5. korak: Sestavite in uglasite

Končno ste pripravljeni sestaviti vse.

1. Ohišja modulov LDR in Laser namestite na majhne stojala.
2. Laserske module postavite tako, da svetijo neposredno na senzorju LDR

Na tej stopnji boste morali stvari nekoliko prilagoditi. Moduli LDR oddajajo digitalni signal, visok signal (5V), ki označuje, da laserski žarek ni zaznan, nizki znak (0V), ki kaže, da lahko vidi laserski žarek. Prag jakosti svetlobe, pri katerem modul preklopi iz izhodnega signala 5V na 0V (in obratno), nadzoruje potenciometer na plošči LDR. Potentmeter morate prilagoditi tako, da modul preklopi med 0V in 5V izhodom, ko to pričakujete.

Postopno prilagajajte potenciometer, dokler sistem ne deluje, kot je bilo pričakovano, ali uporabite multimeter za merjenje izhoda modula LDR in ga po potrebi nastavite.

6. korak: delovanje in nadaljnje delo

Zdaj bi morali biti pripravljeni za uporabo sistema! Slike prikazujejo stopnje delovanja.

1. Pritisnite gumb za izbiro, da inicializirate sistem.
2. Poravnajte laserje tako, da svetijo neposredno na senzorju LDR.
3. Sistem je zdaj oborožen. Nastavite model avtomobila.
4. Ko se prvi laserski žarek zlomi, bo sistem začel meriti čas.
5. Ko se drugi laserski žarek zlomi, se bo sistem ustavil.
6. Čas v milisekundah se nato prikaže na zaslonu.
7. Pritisnite gumb za ponastavitev, da preklopite na drugo vožnjo.

Verjetno bom ustvaril različico 2.0 tega sistema, saj bi bilo mogoče narediti očitne izboljšave:

1. Laserskih modulov iz Arduina ni treba napajati, lahko se napajajo iz baterije in jih po potrebi preprosto vklopijo. Ko sem zasnoval sistem, se mi je zdelo, da je ožičenje laserskih modulov na Arduino za napajanje najpreprostejša rešitev, v praksi pa to povzroči dolge kabelske poti, ki ovirajo.
2. Kondenzatorske leče so res potrebne na ohišjih LDR. Poravnava laserske pike točno s središčem (zelo majhnega) senzorja LDR je zelo težavna in včasih lahko traja nekaj minut, uporaba kondenzatorske leče pa bi uporabniku omogočila veliko večjo tarčo, s katero bi lahko ciljal z lasersko piko.

Zdaj tudi razmišljam o različici 3.0, ki je popolnoma brezžična in se prek prenosnega računalnika poveže samo prek Bluetootha, vendar je to veliko večji projekt za še en dan.

Podprvak na tekmovanju STEM