Laika noteikšanas sistēma uz Arduino lāzera: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Mācību ietvaros man bija nepieciešama sistēma, lai precīzi izmērītu, cik ātri modeļa transportlīdzeklis nobrauca 10 metrus. Sākotnēji domāju, ka nopirkšu lētu gatavu sistēmu no eBay vai Aliexpress, šīs sistēmas parasti pazīstamas kā gaismas vārti, foto vārti vai tamlīdzīgi. Izrādījās, ka iepriekš uzbūvētās gaismas vārtu laika sistēmas patiesībā ir diezgan dārgas, tāpēc es nolēmu izveidot savu.

Gaismas vārtu laika sistēmas darbība ir diezgan vienkārša. Katrs gaismas vārtsargs vienā pusē sastāv no lāzera moduļa, tas projicē lāzera plankumu uz gaismas atkarīgo rezistoru moduli (LDR) otrā pusē. Mērot LDR izvadi, sistēma var noteikt, kad lāzera stars ir salauzts. Izmantojot divus no šiem vārtiem, sistēma iedarbina taimeri, kad pirmais staru kūlis ir salauzts, un aptur taimeri, kad jūt, ka otrais stars ir salauzts. Iegūtais ierakstītais laiks tiek parādīts LCD ekrānā.

Šādas sistēmas izveidošana ar studentiem ir lielisks ievads kodēšanā, un tas ir arī patiešām noderīgs klases resurss, kad tas ir pabeigts. Šāda veida sistēma ir lieliski piemērota STEM aktivitātēm, un to var izmantot, lai izmērītu, cik ātri noteiktas distances veic tādas lietas kā automašīnas ar gumijas joslām, peļu slazda automašīnas vai priežu koka derbija automašīnas.

Atruna: šeit piedāvātais risinājums ir tālu no optimālā. Es apzinos, ka dažas lietas varētu būt daudz labākas vai efektīvākas. Šis projekts sākotnēji tika sastādīts ļoti saspringtā termiņā un pilnībā darbojās paredzētajam mērķim. Es plānoju izlaist gan šīs sistēmas 2., gan 3. versiju ar uzlabojumiem, lūdzu, skatiet pamācības pēdējo soli. Ķēdes un koda ieviešana ir atkarīga no jūsu riska.

Piegādes

• Arduino R3 (vai saderīga tāfele) - £ 4.50
• Adafruit spalvu spārnu protoboards - ir piemērota arī neliela jebkura veida protoboarda sadaļa - £ 1
• LCD tastatūras vairogs - Pārliecinieties, ka tas ir izgatavots tā, lai tas atbilstu jūsu arduino versijai - £ 5
• 2 x gaismas atkarīgais pretestības (LDR) modulis - meklējot ebay, lai atrastu "arduino LDR", vajadzētu parādīt daudz iespēju - katrs £ 2,30
• 2 x lāzera modulis - meklējot ebay "arduino lāzeru", vajadzētu parādīt daudz iespēju. Pārliecinieties, ka lāzera jauda nav lielāka par 5 mW. - £ 2,25 par trim
• 4 x mazs statīvs - £ 3,50 katrs
• 4x 1/4 collu uzgrieznis - lai ietilptu standarta statīva vītnei - £ 2
• Skaidrs akrils Arduino korpusam 3 £
• M3 uzgriežņi un skrūves - £ 2
• Plastmasas PCD ierobežojumi - Ebay komplektus var iegādāties diezgan lēti. - 6,80 sterliņu mārciņas
• 4 x 3D drukāti korpusi - materiāla izmaksas bija aptuveni £ 5.
• Lentes kabelis - £ 5

Kopējās izmaksas bija aptuveni £ 55, tas nozīmē piekļuvi gan lāzera griezējam, gan 3D printerim. Lielākā daļa izmaksu šeit ir par korpusiem, uzgriežņiem un skrūvēm utt., Faktiskās elektronikas izmaksas ir tikai £ 22, tāpēc šeit, iespējams, ir daudz iespēju optimizēt.

1. darbība. Programmējiet Adrunio

Augšupielādējiet zemāk esošo kodu Arduino. Ja jums nav zināms, kā to izdarīt, izlasiet šo lielisko pamācību.

Koda pamatloģika ir šāda:

1. Ieslēdziet lāzera moduļus un pārbaudiet, vai katrs LDR var "redzēt" lāzera staru.
2. Pagaidiet, līdz LDR 1 nosaka lāzera staru pārtraukumu, nekavējoties iedarbiniet taimeri.
3. Pagaidiet, līdz LDR 2 nosaka lāzera staru pārtraukumu, nekavējoties apturiet taimeri.
4. Parādiet iegūto laiku LCD ekrānā milisekundēs.

Kods ir paredzēts tikai viena skrējiena veikšanai, tiklīdz ekrānā redzamais laiks ir atzīmēts uz vairoga atiestatīšanas pogas, tiek izmantota programmas restartēšanai.

SAITĒ ARDUINO KODU

(FYI: Kods tiek mitināts vietnē create.arduino.cc, un es labprāt to iegultu šeit, bet Instructables redaktors neļauj iegultajam iframe parādīties vai darboties pareizi. Ja kāds no Instructables lasa šo, lūdzu, īstenojiet to kā funkciju nākotnē, paldies)

2. darbība: 3D drukas korpusi

Lāzera un LDR moduļi ir jāuztur vietā, lai nodrošinātu, ka moduļu pārvietošanās rezultātā nenotiek staru pārtraukumi. 3D izdrukājiet zemāk esošos korpusus un pieskrūvējiet moduļus, lāzera modulis būs jānostiprina ar rāvējslēdzēju, jo tam nav cauruma.

Noteikti ievietojiet 1/4 collu uzgriezni katrā korpusā, tas tiks izmantots vēlāk, lai ļautu šiem korpusiem izveidot savienojumu ar statīviem. Abas korpusa puses tiek turētas kopā ar M3 uzgriežņiem un skrūvēm.

3. solis: Lāzera griezuma Arduino korpuss

Zemāk esošos failus ar lāzeru izgrieziet no 4 mm bieza caurspīdīga akrila. Izlīdziniet arduino R3 un protoboardu ar caurumiem uz akrila gabaliem un pieskrūvējiet vietā. Pieskrūvējiet korpusa augšējo daļu pie apakšas, izmantojot PCD atdalītājus kā starplikas.

4. solis: pievienojiet ķēdes vadu

Šajā projektā izmantotais LCD vairogs ir sīki izskaidrots šajā lieliskajā pamācībā. LCD ekrāns un ievades pogas izmanto dažas arduino I/O tapas, tāpēc šī iemesla dēļ visi I/O lāzera moduļiem un LDR izmanto tikai 1., 2., 12. un 13. tapu.

Ir nepieciešams ļoti maz elektroinstalācijas, taču pārliecinieties, ka ķēde ir pievienota, kā parādīts diagrammā. Es lāzera un LDR moduļa vadiem pievienoju dažus JST tipa savienotājus, lai varētu viegli izjaukt un saglabāt visu iestatījumu.

Jā, arduino tapas 1 un 2 tieši baro lāzera moduļus bez rindas rezistora. Tā kā izvēlētie lāzera moduļi ir īpaši izstrādāti lietošanai ar arinoino, tam nevajadzētu būt problēmai. Lāzera moduļu maksimālā jauda ir 5mW, tas nozīmē, ka pie tapas 5V barošanas sprieguma modulim vajadzētu būt aptuveni 1mA, tas ir krietni zem ~ 40mA robežas strāvas padevei arduino I/O tapās.

5. darbība: salieciet un noregulējiet

Visbeidzot, jūs esat gatavs visu salikt.

1. Uzstādiet LDR un lāzera moduļu korpusus uz mazajiem statīviem.
2. Novietojiet lāzera moduļus tā, lai tie spīdētu tieši pie LDR sensora

Šajā posmā jums būs nedaudz jāpielāgo lietas. LDR moduļi izvada ciparu signālu, augstu signālu (5V), kas norāda, ka lāzera stars nav atklāts, zemu zīmi (0V), kas norāda, ka tas var redzēt lāzera staru. Gaismas intensitātes slieksni, pie kura modulis pārslēdzas no 5 V uz 0 V izejas signālu (un otrādi), kontrolē potenciometrs uz LDR plates. Jums būs jāpielāgo jaudas mērītājs tā, lai modulis pārslēgtos starp 0V un 5V izeju, kad to gaidāt.

Vai nu pakāpeniski noregulējiet potenciometru, līdz sistēma darbojas kā paredzēts, vai arī izmantojiet multimetru, lai izmērītu LDR moduļa izeju un noregulētu pēc nepieciešamības.

6. darbība: darbība un turpmākie darbi

Tagad jums jābūt gatavam izmantot sistēmu! Attēli parāda darbības posmus.

1. Nospiediet izvēles pogu, lai inicializētu sistēmu.
2. Izlīdziniet lāzerus tā, lai tie spīdētu tieši uz LDR sensora.
3. Sistēma tagad ir bruņota. Uzstādiet jums modeļa automašīnu.
4. Sistēma sāks laika noteikšanu, tiklīdz pirmais lāzera stars ir salauzts.
5. Sistēma apstāsies, tiklīdz otrais lāzera stars ir salauzts.
6. Pēc tam ekrānā tiek parādīts laiks milisekundēs.
7. Nospiediet atiestatīšanas pogu, lai veiktu citu skrējienu.

Es, iespējams, izveidošu šīs sistēmas versiju 2.0, jo ir daži acīmredzami uzlabojumi, ko varētu veikt:

1. Nav nepieciešams barot lāzera moduļus no Arduino, tos var darbināt ar baterijām un vajadzības gadījumā vienkārši ieslēgt. Kad es izstrādāju sistēmu, lāzera moduļu pievienošana Arduino jaudai šķita vienkāršākais risinājums, praksē tas rada garus kabeļu vadus, kas traucē.
2. LDR korpusos patiešām ir vajadzīgas kondensatora lēcas. Lāzera punkta uzlikšana precīzi līdz (ļoti mazā) LDR sensora centram ir ļoti sarežģīta un dažreiz var ilgt vairākas minūtes, izmantojot kondensatora objektīvu, lietotājam būtu daudz lielāks mērķis, uz kuru mērķēt ar lāzera punktu.

Es arī tagad pat domāju par 3.0 versiju, kas ir pilnībā bezvadu un vienkārši savienojas ar manu klēpjdatoru, izmantojot Bluetooth, tomēr tas ir daudz lielāks projekts citai dienai.

Otrā vieta STEM konkursā