Arduino lézer alapú időzítő rendszer: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Tanításom részeként szükségem volt egy olyan rendszerre, amely pontosan meg tudja mérni, milyen gyorsan halad egy modell jármű 10 métert. Kezdetben azt gondoltam, hogy olcsó kész rendszert vásárolok az eBay-től vagy az Aliexpress-től, ezeket a rendszereket közismert néven fénykapu, fotókapu vagy hasonló. Kiderült, hogy az előre megépített fénykapu időzítő rendszerek valójában meglehetősen drágák, ezért úgy döntöttem, hogy sajátot építek.

A fénykapu időzítő rendszer működése meglehetősen egyszerű. Mindegyik fénykapu egy oldalon lézermodulból áll, ez egy lézerfoltot vetít a fényfüggő ellenállási modulra (LDR) a másik oldalon. Az LDR kimenetének mérésével a rendszer felismeri, hogy mikor tört el a lézersugár. E két kapu használatával a rendszer elindítja az időzítőt, amikor az első sugár megszakad, és leállítja az időzítőt, amikor azt érzékeli, hogy a második sugár megtört. A kapott rögzített idő megjelenik az LCD képernyőn.

Egy ilyen rendszer kiépítése a diákokkal nagyszerű bevezetés a kódoláshoz, és egy igazán hasznos tantermi erőforrás is, ha elkészült. Ez a fajta rendszer kiválóan alkalmas a STEM tevékenységekhez, és mérhető vele, hogy milyen gyorsan haladnak meg bizonyos dolgok, például a gumiszalagú autók, az egérfogó autók vagy a fenyőfa -derbi autók.

Jogi nyilatkozat: Az itt bemutatott megoldás messze nem optimális. Tisztában vagyok vele, hogy egyes dolgok sokkal jobbak vagy hatékonyabbak lehetnek. Ezt a projektet kezdetben nagyon szűk határidőn belül állították össze, és tökéletesen működött a tervezett célra. Terveim szerint ennek a rendszernek a 2. és 3. verzióját is kiadom fejlesztésekkel, kérjük, olvassa el az utasítás utolsó lépését. Az áramkör és a kód megvalósítása saját felelősségre történik.

Kellékek

• Arduino R3 (vagy kompatibilis tábla) - £ 4.50
• Adafruit tollszárnyú protoboard - Bármilyen típusú protoboard kis része is megfelelő - 1 font
• LCD billentyűzetpajzs - Győződjön meg arról, hogy ez megfelel az Ön által használt arduino verziójának - £ 5
• 2 db fényfüggő ellenállás (LDR) modul - Ha az "arduino LDR" kifejezésre keres az ebay -en, akkor rengeteg lehetőség jelenik meg - egyenként 2,30 font
• 2 x lézermodul - Az ebay -en az "arduino laser" keresése rengeteg lehetőséget jelenít meg. Győződjön meg arról, hogy a lézer teljesítménye nem haladja meg az 5 mW -ot. - 2,25 font háromért
• 4 x kis állvány - egyenként 3,50 font
• 4x 1/4 hüvelykes anya - Szabványos állványmenethez - 2 font
• Átlátszó akril az Arduino tokhoz £ 3
• M3 anyák és csavarok - 2 font
• Műanyag PCD kiiktatások - Ezekből készült készletek meglehetősen olcsón beszerezhetők az Ebay -en. - £ 6.80
• 4 x 3D nyomtatott ház - Az anyagköltség 5 font körül volt.
• Szalagkábel - 5 font

A teljes költség körülbelül 55 font volt, ez feltételezi a hozzáférést mind a lézervágóhoz, mind a 3D nyomtatóhoz. A költségek nagy része tokokra, anyákra és csavarokra, stb. Vonatkozik.

1. lépés: Programozza az Adrunio programot

Töltse fel az alábbi kódot az Arduino -ba. Ha nem ismeri, hogyan kell ezt megtenni, nézze meg ezt a nagyszerű útmutatót.

A kód alapvető logikája a következő:

1. Kapcsolja be a lézermodulokat, és ellenőrizze, hogy minden LDR "látja" a lézersugarat.
2. Várjon, amíg az LDR 1 törést észlel a lézersugárban, azonnal indítsa el az időzítőt.
3. Várjon, amíg az LDR 2 törést észlel a lézersugárban, azonnal állítsa le az időzítőt.
4. Az eredményt ezredmásodpercben jelenítse meg az LCD -képernyőn.

A kódot csak egyetlen futás időzítésére tervezték, miután a képernyőn megjelenő időt lejegyezték a pajzson lévő reset gomb segítségével a programot újraindítják.

LINK AZ ARDUINO KÓDRA

(FYI: A kód a create.arduino.cc webhelyen található, és szívesen beágyaznám a kódot ide, de az Instructables szerkesztő nem teszi lehetővé a beágyazott iframe megjelenítését vagy megfelelő működését. Ha valaki az Instructables -től olvassa ezt, kérjük kövesse ezt a funkciót a jövőben is)

2. lépés: 3D nyomtatási mellékletek

A lézer- és LDR -modulokat a helyükön kell tartani annak biztosítása érdekében, hogy a modulok elmozdulása miatt ne keletkezzenek nyalábtörések. Nyomtassa ki 3D -ben az alábbi burkolatokat, és csavarja be a modulokat a helyére, a lézermodult cipzárral kell rögzíteni, mivel nincs csavar furat.

Ügyeljen arra, hogy mindegyik tokba zárjon egy 1/4 hüvelykes anyát, ezt később fogják használni, hogy ezek az esetek csatlakozzanak az állványokhoz. A szekrény két felét M3 anyákkal és csavarokkal tartják össze.

3. lépés: Lézerrel vágott Arduino tok

Lézerrel vágja le az alábbi fájlokat a 4 mm vastag átlátszó akrilból. Állítsa be az arduino R3 -at és a protoboardot az akrildarabok lyukaival, és csavarja be a helyére. Csavarja le a tok felső részét az aljára, és használja a PCD állványokat távtartóként.

4. lépés: Csatlakoztassa az áramkört

Az ebben a projektben használt LCD pajzsot részletesen ismerteti ez a nagyszerű utasítás. Az LCD képernyő és a beviteli gombok azonban az arduino néhány I/O érintkezőjét használják, ezért a lézermodulok és az LDR összes I/O kimenete csak az 1, 2, 12 és 13 érintkezőket használja.

Nagyon kevés vezetékre van szükség, de győződjön meg arról, hogy az áramkör az ábrán látható módon van csatlakoztatva. Hozzáadtam néhány JST típusú csatlakozót a lézer és az LDR modul vezetékeihez, hogy könnyen szétszedjem és tároljam a teljes beállítást.

Igen, az 1. és 2. arduino csap közvetlenül táplálja a lézermodulokat, nincs soros ellenállás. Mivel a kiválasztott lézermodulokat kifejezetten az arduino -val való használatra tervezték, ez nem jelenthet problémát. A lézermodulok maximális teljesítménye 5 mW, ez azt jelenti, hogy a csap 5 V -os tápfeszültségénél a modulnak 1 mA körül kell húznia, ez jóval az arduino I/O érintkezők áramellátásának ~ 40 mA korlátozása alatt van.

5. lépés: Összeszerelés és hangolás

Végül készen áll mindent összeszerelni.

1. Szerelje fel az LDR és a lézer modultokokat a kis állványokra.
2. Helyezze a lézermodulokat úgy, hogy közvetlenül az LDR érzékelőre ragyogjanak

Ebben a szakaszban kicsit finomítania kell a dolgokat. Az LDR modulok digitális jelet bocsátanak ki, magas jel (5V), amely azt jelzi, hogy nem észlel lézersugarat, alacsony jel (0V) azt jelzi, hogy látja a lézersugarat. A fényintenzitás küszöbértékét, amelynél a modul 5V -ról 0V kimeneti jelre vált (és fordítva), az LDR -kártyán található potenciométer szabályozza. Be kell állítania a potenciométert úgy, hogy a modul 0V és 5V kimenet között váltson, amikor elvárja.

Vagy fokozatosan állítsa be a potenciométert, amíg a rendszer a várt módon nem működik, vagy használjon multimétert az LDR modul kimenetének méréséhez és igény szerinti beállításához.

6. lépés: Üzemeltetés és további munka

Most készen kell állnia a rendszer használatára! A képek a működés szakaszát mutatják.

1. Nyomja meg a kiválasztó gombot a rendszer inicializálásához.
2. Igazítsa a lézereket úgy, hogy azok közvetlenül az LDR érzékelőre ragyogjanak.
3. A rendszer most élesített. Állítsa be a modell autót.
4. A rendszer az első lézersugár megszakadása után kezdi el az időzítést.
5. A rendszer leáll, amint a második lézersugár megszakad.
6. Ezután a képernyőn megjelenik az idő ezredmásodpercben.
7. Nyomja meg a reset gombot egy másik futás időzítéséhez.

Valószínűleg létrehozom a rendszer 2.0 -s verzióját, mivel vannak nyilvánvaló javítások:

1. Nincs szükség a lézer modulok áramellátására az Arduino -ról, elemmel működhetnek, és szükség esetén egyszerűen bekapcsolhatók. Amikor megterveztem a rendszert, a lézermodulok bekapcsolása az Arduino -hoz az áramellátás érdekében a legegyszerűbb megoldásnak tűnt, a gyakorlatban ez hosszú kábelezéseket eredményez.
2. A kondenzátor lencsékre valóban szükség van az LDR házakon. A lézerpont pontosan a (nagyon kicsi) LDR -érzékelő középpontjával való felvonása nagyon bonyolult, és néha több percig is eltarthat. A kondenzátor lencse használata sokkal nagyobb célt jelentene a felhasználó számára, hogy lézerponttal célozzon.

Most még a 3.0 -ás verzióra is gondolok, amely teljesen vezeték nélküli, és csak Bluetooth -on keresztül csatlakozik a laptopomhoz, de ez egy sokkal nagyobb projekt egy másik napra.

Második hely a STEM versenyen