Arduino laserbasert timing system: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Som en del av undervisningen min trengte jeg et system for å måle nøyaktig hvor raskt en modellbil kjørte 10 meter. I utgangspunktet tenkte jeg at jeg ville kjøpe et billig ferdig system fra eBay eller Aliexpress, disse systemene er ofte kjent som lysporter, fotoporter eller lignende. Det viste seg at forhåndsbygde lysporttidsystemer faktisk er ganske dyre, så jeg bestemte meg for å bygge mitt eget.

Betjeningen av et lysportsystem er ganske enkelt. Hver lysport består av en lasermodul på den ene siden, dette projiserer et laserpunkt på en lysavhengig motstandsmodul (LDR) på den andre siden. Ved å måle utgangen til LDR kan systemet oppdage når laserstrålen er brutt. Ved å bruke to av disse portene starter systemet timeren når den første strålen brytes og stopper timeren når den registrerer at den andre strålen er brutt. Den resulterende registrerte tiden vises på LCD -skjermen.

Å bygge et system som dette med studenter er en flott introduksjon til koding, det er også en veldig nyttig klasseromsressurs når den er ferdig. Denne typen system er flott for STEM -aktiviteter og kan brukes til å måle hvor raskt ting som gummibåndsbiler, musefellebiler eller furu -derbybiler reiser en bestemt avstand.

Ansvarsfraskrivelse: Løsningen som presenteres her er langt fra optimal. Jeg er klar over at noen ting kan være mye bedre eller mer effektive. Dette prosjektet ble opprinnelig satt sammen på en veldig stram tidsfrist og fungerte helt fint til det formålet som var tiltenkt. Jeg har planer om å gi ut både versjon 2 og versjon 3 av dette systemet med forbedringer. Se det siste trinnet i instruksjonsboken. Implementering av kretsen og koden er på egen risiko.

Rekvisita

• Arduino R3 (eller kompatibelt brett) - £ 4,50
• Adafruit fjærvinge protoboard - En liten del av alle typer protoboard er også bra - £ 1
• LCD -tastaturskjerm - Sørg for at denne er laget for å passe til versjonen av arduinoen du har - £ 5
• 2 x Light Dependent Resistor (LDR) -modul - Søk på ebay etter "arduino LDR" burde vise mange alternativer - £ 2,30 hver
• 2 x lasermodul - Søk på ebay etter "arduino laser" burde vise mange alternativer. Sørg for at laserens effekt ikke er større enn 5mW. - 2,25 pund for tre
• 4 x lite stativ - £ 3,50 hver
• 4x 1/4 tommers mutter - For å passe til en standard stativgjenge - £ 2
• Klar akryl for Arduino -veske £ 3
• M3 muttere og bolter - £ 2
• PCD -avstander i plast - Disse settene kan kjøpes ganske billig på Ebay. - 6,80 pund
• 4 x 3D -trykte skap - Materialkostnaden var rundt £ 5.
• Båndkabel - £ 5

Total kostnad var rundt £ 55, dette forutsetter tilgang til både en laserskjærer og 3D -skriver. Mesteparten av kostnaden her er for esker, muttere og bolter, etc. Den faktiske kostnaden for elektronikken er bare £ 22, så det er sannsynligvis plass til mye optimalisering her.

Trinn 1: Program Adrunio

Last opp koden nedenfor til Arduino. Hvis du ikke er kjent med hvordan du gjør dette, kan du sjekke ut denne flotte instruksen.

Den grunnleggende logikken i koden er som følger:

1. Slå på lasermoduler og kontroller at hver LDR kan "se" laserstrålen.
2. Vent til LDR 1 oppdager et brudd i laserstrålen, start timeren umiddelbart.
3. Vent til LDR 2 oppdager et brudd i laserstrålen, stopp timeren umiddelbart.
4. Vis den resulterende tiden på LCD -skjermen i millisekunder.

Koden er bare designet for å ta en enkelt kjøring, når tiden fra skjermen er notert, tilbakestillingsknappen på skjoldet brukes til å starte programmet på nytt.

LINK TIL ARDUINO -KODE

(FYI: Koden er hostet på create.arduino.cc, og jeg vil gjerne ha innebygd koden her, men Instructables -editoren tillater ikke at den innebygde iframe vises eller fungerer som den skal. Hvis noen på Instructables leser dette, vennligst vær så snill. implementer dette som en funksjon i fremtiden, takk)

Trinn 2: 3D -utskriftskapsler

Laser- og LDR -modulene må holdes på plass for å sikre at det ikke oppstår strålebrudd som følge av at modulene beveger seg. 3D -utskrift av kabinettene nedenfor og bolt modulene på plass. Lasermodulen må holdes på plass med glidelås da den ikke har et hull gjennom hullet.

Sørg for å fange en 1/4 tommers mutter inne i hvert etui, dette vil bli brukt senere for å la disse sakene koble seg til stativene. De to halvdelene av kabinettet holdes sammen med M3 muttere og bolter.

Trinn 3: Laserskåret Arduino -veske

Laserskjær filene nedenfor fra den 4 mm tykke klare akrylen. Sett arduino R3 og protoboard på linje med hullene på akrylbitene og skru dem på plass. Bolt den øverste delen av saken til bunnen ved hjelp av PCD -avstandene som avstandsstykker.

Trinn 4: Koble til kretsen

LCD -skjermen som ble brukt i dette prosjektet er forklart i detalj i denne flotte instruksjonsboken. LCD -skjermen og inngangsknappene bruker imidlertid noen av arduinoens I/O -pinner, men derfor er det bare I/O for lasermodulene og LDR -pinnene 1, 2, 12 og 13.

Svært lite ledninger er nødvendig, men sørg for at kretsen er tilkoblet som vist på diagrammet. Jeg la til noen kontakter av JST -typen til laser- og LDR -modultrådene, slik at jeg enkelt kan demontere og lagre hele oppsettet.

Ja, arduino-pinner 1 og 2 driver lasermodulene direkte uten in-line motstand. Siden de valgte lasermodulene er designet spesielt for bruk med arduino, bør dette ikke være et problem. Lasermodulene trekker en maksimal effekt på 5mW, dette betyr at modulen ved 5V forsyningsspenning bør trekke rundt 1mA, dette er godt under ~ 40mA grensen for strømforsyning på arduino I/O -pinner.

Trinn 5: Monter og still inn

Til slutt er du klar til å sette sammen alt.

1. Monter LDR- og lasermodulhusene på de små stativene.
2. Plasser lasermodulene for å skinne direkte mot LDR -sensoren

På dette stadiet må du finjustere ting litt. LDR -modulene sender ut et digitalt signal, et høyt signal (5V) som indikerer at ingen laserstråle oppdages, et lavt tegn (0V) som indikerer at den kan se laserstrålen. Terskelen for lysintensitet der modulen bytter fra et 5V til et 0V utgangssignal (og omvendt) styres av et potensiometer på LDR -kortet. Du må justere potensialmåleren slik at modulen bytter mellom en 0V og 5V utgang når du forventer det.

Du kan enten gradvis justere potensiometeret til systemet fungerer som forventet, eller bruk et multimeter for å måle LDR -modulens utgang og stille inn etter behov.

Trinn 6: Drift og videre arbeid

Du bør nå være klar til å bruke systemet! Bildene viser operasjonsstadiene.

1. Trykk på velgeknappen for å initialisere systemet.
2. Juster laserne slik at de skinner direkte på LDR -sensoren.
3. Systemet er nå bevæpnet. Sett modellbilen i gang.
4. Systemet starter timingen når den første laserstrålen er ødelagt.
5. Systemet vil stoppe når den andre laserstrålen er ødelagt.
6. Tiden i millisekunder vises deretter på skjermen.
7. Trykk på tilbakestillingsknappen for å starte en ny løpetur.

Jeg vil sannsynligvis lage en versjon 2.0 av dette systemet, da det er noen åpenbare forbedringer som kan gjøres:

1. Det er ikke nødvendig å drive lasermodulene fra Arduino, de kan være batteridrevne og ganske enkelt slått på når det trengs. Da jeg designet systemet, virket det å koble lasermodulene til Arduino for strøm som den enkleste løsningen, i praksis resulterer dette i lange kabelløp som kommer i veien.
2. Kondensatorlinser er virkelig nødvendig på LDR -husene. Det er veldig vanskelig å fôre laserprikken nøyaktig med midten av den (veldig lille) LDR -sensoren, og det kan noen ganger ta flere minutter. Hvis du bruker en kondensatorlins, vil brukeren gi et mye større mål å målrette mot med laserprikken.

Jeg tenker også nå på en versjon 3.0 som er helt trådløs og bare kobles til den bærbare datamaskinen min ved hjelp av Bluetooth, men dette er et mye større prosjekt for en annen dag.

Andreplass i STEM -konkurransen