Arduino лазерна система за синхронизация: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Като част от моето преподаване се нуждаех от система за точно измерване колко бързо едно превозно средство измина 10 метра. Първоначално мислех, че ще купя евтина готова система от eBay или Aliexpress, тези системи са широко известни като светлинни врати, фотопорти или подобни. Оказа се, че предварително изградените системи за синхронизация на светлинните врати всъщност са доста скъпи, затова реших да построя своя собствена.

Работата на система за синхронизиране на светлинни врати е доста проста. Всяка светлинна порта се състои от лазерен модул от едната страна, който проектира лазерно петно върху светозависим резисторен модул (LDR) от другата страна. Чрез измерване на изхода на LDR системата може да открие кога лазерният лъч е счупен. Използвайки две от тези врати, системата стартира таймера, когато първият лъч е счупен, и спира таймера, когато усети, че вторият лъч е счупен. Полученото записано време се показва на LCD екрана.

Изграждането на система като тази с учениците е чудесно въведение в кодирането, а също така е наистина полезен ресурс в класната стая, след като приключи. Този тип система е чудесна за STEM дейности и може да се използва за измерване на това колко бързо неща като коли с гумена лента, коли с капани за мишки или автомобили от дерби от борова гора изминават определено разстояние.

Отказ от отговорност: Представеното тук решение далеч не е оптимално. Съзнавам, че някои неща могат да бъдат много по -добри или по -ефективни. Този проект първоначално беше съставен в много кратък срок и работеше абсолютно добре за предвидената цел. Имам планове да пусна както версия 2, така и версия 3 на тази система с подобрения, моля вижте последната стъпка от инструкциите. Изпълнението на веригата и кода е на ваш собствен риск.

Консумативи

• Arduino R3 (или съвместима платка) - £ 4,50
• Протоборд с крило от пера от Adafruit - Малка част от всеки тип протоборд също е добре - £ 1
• Щит за LCD клавиатура - Уверете се, че е направен така, че да отговаря на версията на arduino, който имате - £ 5
• 2 x модул за зависим резистор (LDR) - Търсенето в ebay за "arduino LDR" трябва да покаже много опции - 2,30 паунда всеки
• 2 x лазерен модул - Търсенето в ebay за "arduino laser" трябва да покаже много възможности. Уверете се, че мощността на лазера не е по -голяма от 5mW. - £ 2.25 за трима
• 4 x малък триножник - по 3,50 паунда всеки
• 4x 1/4 инчова гайка - За монтаж на стандартна резба на триножник - 2 паунда
• Прозрачен акрил за калъф Arduino £ 3
• M3 гайки и болтове - 2 паунда
• Пластмасови противоречия на PCD - Комплектите от тях могат да бъдат закупени доста евтино на Ebay.- £ 6.80
• 4 x 3D отпечатани кутии - Цената на материала беше около £ 5.
• Лентов кабел - £ 5

Общата цена беше около 55 паунда, това предполага достъп както до лазерна резачка, така и до 3D принтер. Повечето от разходите тук са за калъфи, гайки и болтове и т.н. действителната цена на електрониката е само 22 паунда, така че тук вероятно има място за много оптимизация.

Стъпка 1: Програма Adrunio

Качете кода по -долу в Arduino. Ако не сте запознати с това как да направите това, вижте тази страхотна инструкция.

Основната логика на кода е следната:

1. Включете лазерни модули и проверете дали всеки LDR може да „види“лазерния лъч.
2. Изчакайте, докато LDR 1 установи прекъсване на лазерния лъч, незабавно стартирайте таймера.
3. Изчакайте, докато LDR 2 установи прекъсване на лазерния лъч, незабавно спрете таймера.
4. Показва резултатното време на LCD екрана в милисекунди.

Кодът е проектиран само за измерване на еднократно изпълнение, след като времето от екрана е записано, бутонът за нулиране на щита се използва за рестартиране на програмата.

ВРЪЗКА КЪМ АРДУИНО КОД

(FYI: Кодът се хоства на create.arduino.cc и бих искал да вмъкна кода тук, но редакторът на Instructables не позволява вградената вградена рамка да се показва или работи правилно. Ако някой от Instructables чете това, моля внедрете това като функция в бъдеще, благодаря)

Стъпка 2: Кутии за 3D печат

Лазерните и LDR модулите трябва да се държат на място, за да се гарантира, че няма да възникнат прекъсвания на лъча в резултат на преместването на модулите. 3D отпечатайте корпусите по -долу и закрепете модулите на място, лазерният модул ще трябва да се държи на място с цип, тъй като няма отвор за болт.

Не забравяйте да хванете 1/4 инчова гайка във всеки от кутиите, това ще бъде използвано по -късно, за да се позволи на тези калъфи да се свържат с триножници. Двете половини на корпуса се държат заедно с гайки и болтове М3.

Стъпка 3: Лазерно изрязан калъф Arduino

Лазерно изрежете файловете по-долу от прозрачен акрил с дебелина 4 мм. Подредете arduino R3 и протоборд с дупките на акрилните парчета и ги закрепете на място. Закрепете горната част на кутията към дъното, като използвате стойките от PCD като дистанционни елементи.

Стъпка 4: Свържете веригата

LCD екранът, използван в този проект, е обяснен подробно в тази страхотна инструкция. LCD екранът и бутоните за вход използват някои от I/O пиновете на arduino, поради което всички I/O за лазерните модули и LDR използват само пинове 1, 2, 12 и 13.

Необходимо е много малко окабеляване, но се уверете, че веригата е свързана, както е показано на диаграмата. Добавих някои съединители тип JST към проводниците на лазерния и LDR модула, за да ми позволя лесно да разглобя и съхранявам цялата настройка.

Да, щифтове 1 и 2 на arduino захранват директно лазерните модули без вграден резистор. Тъй като избраните лазерни модули са проектирани специално за използване с arduino, това не би трябвало да е проблем. Лазерните модули извличат максимална мощност от 5mW, това означава, че при 5V захранващо напрежение на щифта, модулът трябва да се изтегля около 1mA, това е доста под границата ~ 40mA за захранване на ток на входно -изходните щифтове arduino.

Стъпка 5: Сглобете и настройте

Накрая сте готови да сглобите всичко.

1. Монтирайте корпусите на LDR и лазерния модул върху малките стативи.
2. Позиционирайте лазерните модули така, че да блестят директно върху LDR сензора

На този етап ще трябва да настроите малко нещата. LDR модулите извеждат цифров сигнал, висок сигнал (5V), показващ, че не е открит лазерен лъч, нисък знак (0V), показващ, че може да види лазерния лъч. Прагът на интензивност на светлината, при който модулът преминава от 5V към 0V изходен сигнал (и обратно), се контролира от потенциометър на LDR платката. Ще трябва да регулирате потенциометъра така, че модулът да превключва между изход 0V и 5V, когато очаквате.

Или постепенно регулирайте потенциометъра, докато системата функционира според очакванията, или използвайте мултицет, за да измерите изхода на LDR модула и да го настроите според нуждите.

Стъпка 6: Експлоатация и по -нататъшна работа

Сега трябва да сте готови да използвате системата! Изображенията показват етапите на работа.

1. Натиснете бутона за избор, за да инициализирате системата.
2. Подравнете лазерите така, че да светят директно върху LDR сензора.
3. Сега системата е въоръжена. Настройте модела си на кола.
4. Системата ще започне да измерва времето, когато първият лазерен лъч се счупи.
5. Системата ще спре, след като вторият лазерен лъч се счупи.
6. След това времето в милисекунди се показва на екрана.
7. Натиснете бутона за нулиране, за да измервате времето за друго изпълнение.

Вероятно ще създам версия 2.0 на тази система, тъй като има някои очевидни подобрения, които могат да бъдат направени:

1. Няма нужда да захранвате лазерните модули от Arduino, те могат да се захранват от батерии и просто да се включват, когато е необходимо. Когато проектирах системата, свързването на лазерните модули към Arduino за захранване изглеждаше като най -простото решение, на практика това води до дълги кабелни пречки, които пречат.
2. Кондензаторните лещи са наистина необходими за корпусите на LDR. Подреждането на лазерната точка точно в центъра на (много малкия) LDR сензор е много сложно и понякога може да отнеме няколко минути, като използването на кондензаторна леща би дало на потребителя много по -голяма цел да се прицели с лазерната точка.

Сега дори мисля за версия 3.0, която е напълно безжична и просто се свързва с лаптопа ми чрез Bluetooth, това обаче е много по -голям проект за друг ден.

Вицешампион в конкурса STEM