Sistema ng Timing na nakabatay sa Arduino Laser: 6 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Bilang bahagi ng aking pagtuturo, kailangan ko ng isang sistema upang tumpak na masukat kung gaano kabilis ang paglalakbay ng isang modelo ng sasakyan na 10 metro. Sa una, naisip ko na bibilhin ko ang isang murang handa nang sistema mula sa eBay o Aliexpress, ang mga sistemang ito ay karaniwang kilala bilang mga light gate, photo gate o katulad. Ito ay naka-out na paunang built na mga sistema ng tiyempo ng ilaw na gate ay talagang medyo mahal, kaya't nagpasya akong bumuo ng aking sarili.

Ang pagpapatakbo ng isang light gate timing system ay medyo simple. Ang bawat ilaw na gate ay binubuo ng isang module ng laser sa isang gilid, naglalabas ito ng isang laser spot papunta sa isang light-dependant na resistor module (LDR) sa kabilang panig. Sa pamamagitan ng pagsukat ng output ng LDR, maaaring makita ng system kapag nasira ang laser beam. Gamit ang dalawa sa mga gate na ito sinisimulan ng system ang timer kapag ang unang sinag ay nasira at hihinto ang timer kapag nadama nito na ang pangalawang sinag ay nasira. Ang nagresultang naitala na oras ay ipinapakita sa LCD screen.

Ang pagbuo ng isang sistema tulad nito sa mga mag-aaral ay isang mahusay na pagpapakilala sa pag-coding, ito ay isang talagang kapaki-pakinabang na mapagkukunan sa silid-aralan sa oras na ito ay natapos. Ang uri ng system na ito ay mahusay para sa mga aktibidad ng STEM at maaaring magamit upang masukat kung gaano kabilis ang mga bagay tulad ng mga rubber band car, mousetrap car o pinewood derby car na naglalakbay sa isang itinakdang distansya.

Pagwawaksi: Ang solusyon na ipinakita dito ay malayo sa pinakamainam. May kamalayan ako na ang ilang mga bagay ay maaaring maging mas mahusay o mas mahusay. Ang proyektong ito ay paunang isinama sa isang masikip na deadline at nagtrabaho ganap na pagmultahin para sa hangaring nilayon. Mayroon akong mga plano upang palabasin ang parehong isang bersyon 2 at bersyon 3 ng sistemang ito na may mga pagpapabuti, mangyaring tingnan ang huling hakbang ng itinuro. Ang pagpapatupad ng circuit at code ay nasa iyong sariling peligro.

Mga gamit

• Arduino R3 (o katugmang board) - £ 4.50
• Adafruit feather wing protoboard - Ang isang maliit na seksyon ng anumang uri ng protoboard ay mabuti rin - £ 1
• LCD keypad Shield - Tiyaking ginawa ito upang magkasya sa bersyon ng arduino na mayroon ka - £ 5
• 2 x Light Dependent Resistor (LDR) module - Ang paghahanap sa ebay para sa "arduino LDR" ay dapat magpakita ng maraming mga pagpipilian - £ 2.30 bawat isa
• 2 x Laser module - Ang paghahanap ng ebay para sa "arduino laser" ay dapat magpakita ng maraming mga pagpipilian. Tiyaking ang lakas ng laser ay hindi hihigit sa 5mW. - £ 2.25 para sa tatlo
• 4 x Maliit na tripod - £ 3.50 bawat isa
• 4x 1/4 inch nut - Upang magkasya sa isang karaniwang thread ng tripod - £ 2
• Malinaw na acrylic para sa kaso ng Arduino na £ 3
• M3 nut at bolts - £ 2
• Mga standoff ng plastik na PCD - Ang mga kit ng mga ito ay maaaring magkaroon ng medyo murang sa Ebay.- £ 6.80
• 4 x 3D naka-print na enclosure - Ang gastos sa materyal ay humigit-kumulang na £ 5.
• Ribbon cable - £ 5

Ang kabuuang halaga ay humigit-kumulang na £ 55, ipinapalagay nito ang pag-access sa parehong laser cutter at 3D printer. Karamihan sa gastos dito ay para sa mga kaso, nut at bolts, atbp. Ang aktwal na gastos ng electronics ay £ 22 lamang kaya marahil ay may puwang para sa maraming pag-optimize dito.

Hakbang 1: Programang Adrunio

I-upload ang code sa ibaba sa Arduino. Kung hindi ka pamilyar sa kung paano ito gawin, tingnan ang mahusay na itinuturo na ito.

Ang pangunahing lohika ng code ay ang mga sumusunod:

1. I-on ang mga module ng laser at suriin kaysa sa bawat LDR na "makikita" ang laser beam.
2. Maghintay hanggang sa makita ng LDR 1 ang pahinga sa laser beam, agad na simulan ang timer.
3. Maghintay hanggang sa ang LDR 2 ay makakita ng pahinga sa laser beam, agad na ihinto ang timer.
4. Ipakita ang nagresultang oras sa LCD screen sa milliseconds.

Ang code ay dinisenyo lamang sa oras ng isang solong pagpapatakbo, sa sandaling ang oras mula sa screen ay nabanggit down na ang pindutan ng pag-reset sa kalasag ay ginagamit upang muling simulan ang programa.

LINK SA ARDUINO CODE

(FYI: Ang code ay naka-host sa create.arduino.cc at nais kong mai-embed ang code dito, ngunit hindi pinapayagan ng editor ng Instructables ang naka-embed na iframe na ipakita o gumana nang tama. Kung ang sinuman sa Instructables ay nagbabasa nito, mangyaring ipatupad ito bilang isang tampok sa hinaharap, salamat)

Hakbang 2: Mga 3D Enclosure na Pag-print

Ang mga module ng laser at LDR ay kailangang gaganapin upang matiyak na walang mga sinag na sinag ang maganap bilang isang resulta ng paggalaw ng mga module. I-print ng 3D ang mga enclosure sa ibaba at i-bolt ang mga module sa lugar, ang module ng laser ay kailangang gaganapin sa isang zip tie dahil wala itong thru bolt hole.

Siguraduhin na bitag ang isang 1/4 pulgadang nut sa loob ng bawat kaso, magagamit ito sa paglaon upang payagan ang mga kasong ito na kumonekta sa mga tripod. Ang dalawang halves ng enclosure ay gaganapin kasama ang M3 nut at bolts.

Hakbang 3: Laser Cut Arduino Case

Gupitin ng laser ang mga file sa ibaba mula sa 4mm makapal na malinaw na acrylic. I-line up ang arduino R3 at protoboard gamit ang mga butas sa mga piraso ng acrylic at i-bolt sa lugar. Bolt ang tuktok na piraso ng kaso sa ibaba gamit ang mga standoff ng PCD bilang mga spacer.

Hakbang 4: Wire the Circuit

Ang LCD kalasag na ginamit sa proyektong ito ay ipinaliwanag nang detalyado sa mahusay na itinuturo na ito. Ang LCD screen at mga pindutan ng pag-input ay gumagamit ng ilan sa mga I / O na pin ng arduino gayunpaman, para sa kadahilanang ito ang lahat ng I / O para sa mga module ng laser at mga pin na ginagamit ng LDR na 1, 2, 12 at 13 lamang.

Napakaliit na mga kable ang kinakailangan, ngunit tiyakin na ang circuit ay konektado tulad ng ipinakita sa diagram. Nagdagdag ako ng ilang mga konektor ng uri ng JST sa mga wire ng module ng laser at LDR upang payagan akong madaling mag-disassemble at maiimbak ang buong pag-set up.

Oo, ang mga pin ng arduino na 1 at 2 ay direktang nagpapalakas ng mga module ng laser na walang in-line na risistor. Tulad ng napili ang mga module ng laser ay partikular na idinisenyo para magamit sa arduino, hindi ito dapat maging isang isyu. Ang mga module ng laser ay gumuhit ng isang maximum na lakas na 5mW, nangangahulugan ito na sa boltahe ng supply ng 5V ng pin, ang module ay dapat na gumuhit sa paligid ng 1mA, ito ay mas mababa sa ~ 40mA na limitasyon para sa kasalukuyang supply sa mga arduino I / O pin.

Hakbang 5: Magtipon at Mag-tono

Sa wakas, handa ka na upang tipunin ang lahat.

1. I-mount ang mga kaso ng module ng LDR at Laser sa maliliit na tripod.
2. Iposisyon ang mga module ng Laser upang direktang lumiwanag sa sensor ng LDR

Sa yugtong ito, kakailanganin mong ayusin nang kaunti ang mga bagay. Ang mga module ng LDR ay naglalabas ng isang digital signal, isang mataas na signal (5V) na nagpapahiwatig na walang laser beam ang napansin, isang mababang sign (0V) na nagpapahiwatig na maaari nitong makita ang laser beam. Ang threshold ng intensity ng ilaw kung saan lumilipat ang module mula sa isang 5V hanggang sa isang 0V output signal (at visa versa) ay kinokontrol ng isang potensyomiter sa LDR board. Kakailanganin mong ayusin ang potentionmeter upang ang module ay lumipat sa pagitan ng isang 0V at 5V na output kapag inaasahan mo ito.

Alinman sa unti-unting ayusin ang potensyomiter hanggang sa gumana ang system tulad ng inaasahan, o gumamit ng isang multimeter upang masukat ang output ng LDR module at ibagay ayon sa kinakailangan.

Hakbang 6: Operasyon at Karagdagang Trabaho

Dapat handa ka na ngayong gamitin ang system! Ipinapakita ng mga imahe ang mga yugto ng pagpapatakbo.

1. Pindutin ang select button upang maipasimula ang system.
2. Ihanay ang mga laser upang lumiwanag sila nang direkta sa sensor ng LDR.
3. Ang sistema ay armado na. Itakda sa iyo ang modelo ng pagpunta ng kotse.
4. Magsisimula ang system ng tiyempo sa sandaling nasira ang unang laser beam.
5. Hihinto ang system kapag nasira ang pangalawang laser beam.
6. Ang oras sa milliseconds ay ipapakita sa screen.
7. Pindutin ang pindutan ng pag-reset sa oras ng isa pang pagpapatakbo.

Marahil ay lilikha ako ng isang bersyon 2.0 ng sistemang ito dahil may ilang halatang mga pagpapabuti na maaaring gawin:

1. Hindi na kailangang paganahin ang mga module ng laser mula sa Arduino, maaari silang pinapagana ng baterya at simpleng nakabukas kung kinakailangan. Kapag dinisenyo ko ang system, ang mga kable ng mga module ng laser sa Arduino para sa lakas ay tila ang pinakasimpleng solusyon, sa pagsasagawa, nagreresulta ito sa mahabang mga pagpapatakbo ng cable na nakagagambala.
2. Kailangan talaga ang mga condenser lens sa mga pabahay ng LDR. Ang paglalagay ng laser tuldok up nang eksakto sa gitna ng (napakaliit) na sensor ng LDR ay napaka-nakakalito at kung minsan ay maaaring tumagal ng ilang minuto, ang paggamit ng isang condenser lens ay magbibigay sa gumagamit ng isang mas malaking target na maghangad sa laser tuldok.

Nag-iisip din ako ngayon tungkol sa isang bersyon 3.0 na ganap na wireless at kumokonekta lamang sa aking laptop gamit ang Bluetooth, ito ay isang mas malaking proyekto para sa isa pang araw, gayunpaman.

Runner Up sa Paligsahan ng STEM