Arduino laser-gebaseerde tydstelsel: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

As deel van my onderrig het ek 'n stelsel nodig om akkuraat te meet hoe vinnig 'n modelvoertuig 10 meter afgelê het. Aanvanklik het ek gedink dat ek 'n goedkoop kant-en-klaarstelsel van eBay of Aliexpress sou koop, hierdie stelsels staan algemeen bekend as ligte hekke, fotohekke of soortgelyke. Dit het geblyk dat voorafgeboude lighek-tydstelsels eintlik redelik duur is, so ek het besluit om my eie te bou.

Die werking van 'n ligte hek -tydsberekeningstelsel is redelik eenvoudig. Elke lighek bestaan uit 'n lasermodule aan die een kant, dit projekteer 'n laserpunt op 'n ligafhanklike weerstandsmodule (LDR) aan die ander kant. Deur die uitset van die LDR te meet, kan die stelsel opspoor wanneer die laserstraal gebreek is. Deur twee van hierdie hekke te gebruik, begin die stelsel die timer wanneer die eerste balk gebreek word en stop die timer wanneer dit voel dat die tweede balk gebreek is. Die gevolglike aangetekende tyd word op die LCD -skerm vertoon.

Die bou van 'n stelsel soos hierdie met studente is 'n goeie inleiding tot kodering; dit is ook 'n baie nuttige klaskamerbron sodra dit klaar is. Hierdie tipe stelsel is ideaal vir STEM -aktiwiteite en kan gebruik word om te meet hoe vinnig dinge soos rubbermotors, muisvalmotors of derwood -derbymotors 'n vaste afstand aflê.

Disclaimer: Die oplossing wat hier aangebied word, is ver van optimaal. Ek weet dat sommige dinge baie beter of doeltreffender kan wees. Hierdie projek is aanvanklik op 'n baie streng sperdatum saamgestel en het absoluut goed gewerk vir die bedoelde doel. Ek is van plan om beide 'n weergawe 2 en weergawe 3 van hierdie stelsel met verbeterings vry te stel, sien die laaste stap van die instruksies. Die implementering van die kring en kode is op eie risiko.

Voorrade

• Arduino R3 (of versoenbare bord) - £ 4,50
• Adabruit veervleuel protoboard - 'n Klein gedeelte van enige protoboard is ook goed - £ 1
• LCD -sleutelbordskerm - Maak seker dat dit pas by die weergawe van die arduino wat u het - £ 5
• 2 x Light Dependent Resistor (LDR) module - Op soek na ebay na "arduino LDR" behoort baie opsies te wees - £ 2,30 elk
• 2 x lasermodule - As u op eBay soek na 'arduino laser', moet u baie opsies toon. Maak seker dat die laserkrag nie meer as 5mW is nie. - £ 2,25 vir drie
• 4 x klein driepoot - £ 3,50 elk
• 4x 1/4 duim moer - Vir 'n standaard driepootdraad - £ 2
• Duidelike akriel vir Arduino -koffer £ 3
• M3 moere en boute - £ 2
• Plastiese PCD -afwykings - Kits hiervan kan baie goedkoop op eBay gekoop word. - £ 6,80
• 4 x 3D -gedrukte omhulsels - Materiaalkoste was ongeveer £ 5.
• Lintkabel - £ 5

Die totale koste was ongeveer £ 55, dit veronderstel toegang tot 'n lasersnyer en 'n 3D -drukker. Die meeste koste hier is vir kaste, moere en boute, ens. Die werklike koste van die elektronika beloop slegs £ 22, dus daar is waarskynlik ruimte vir baie optimalisering.

Stap 1: Program Adrunio

Laai die onderstaande kode op na die Arduino. As u nie vertroud is met hoe u dit moet doen nie, kyk dan na hierdie wonderlike instruksies.

Die basiese logika van die kode is soos volg:

1. Skakel lasermodules aan en kyk of elke LDR die laserstraal kan "sien".
2. Wag totdat LDR 1 'n breuk in die laserstraal opspoor, begin die timer onmiddellik.
3. Wag totdat LDR 2 'n breuk in die laserstraal opspoor, stop die timer onmiddellik.
4. Toon die gevolglike tyd op die LCD -skerm in millisekondes.

Die kode is slegs bedoel om 'n enkele keer te laat loop, sodra die tyd vanaf die skerm aangeteken is, word die reset -knoppie op die skerm gebruik om die program weer te begin.

SKAKEL NA ARDUINO KODE

(Ter info: die kode word op create.arduino.cc gehuisves en ek sou die kode graag hier wou ingebed het, maar die Instructables -redakteur laat nie toe dat die ingebedde iframe vertoon of korrek werk nie. As iemand by Instructables dit lees, kan u dit asseblief implementeer dit in die toekoms as 'n funksie, dankie)

Stap 2: Beelde vir 3D -afdrukke

Die laser- en LDR -modules moet op hul plek gehou word om te verseker dat geen straalbreuke plaasvind as gevolg van die bewegings van die modules nie. 3D -druk die onderstaande omhulsels en bout die modules vas, die lasermodule moet met 'n ritssluiting vasgemaak word, aangesien dit geen deurboutgat het nie.

Maak seker dat u 'n 1/4 duim moer in elk van die kaste vasgekeer het; dit sal later gebruik word sodat hierdie kaste met die driepote verbind kan word. Die twee helftes van die omhulsel word met M3 -moere en -boute bymekaar gehou.

Stap 3: Lasergesnyde Arduino -omhulsel

Lasersny die onderstaande lêers uit die 4 mm dik, helder akriel. Rig die arduino R3 en protoboard met die gate op die akrielstukke in en bout vas. Skroef die boonste stuk van die omhulsel aan die onderkant vas met die PCD -afstande as afstandhouers.

Stap 4: Draai die kring

Die LCD -skerm wat in hierdie projek gebruik word, word breedvoerig verduidelik in hierdie wonderlike instruksie. Die LCD -skerm en invoerknoppies gebruik egter sommige van die Arduino se I/O -penne, maar daarom is alle I/O slegs vir die lasermodules en LDR's slegs penne 1, 2, 12 en 13.

Baie min bedrading is nodig, maar sorg dat die stroombaan verbind is soos in die diagram getoon. Ek het 'n paar JST -tipe verbindings by die laser- en LDR -moduledrade gevoeg, sodat ek die hele opstelling maklik kan uitmekaar haal en stoor.

Ja, arduino-penne 1 en 2 dryf die lasermodules direk aan sonder 'n in-line weerstand. Aangesien die geselekteerde lasermodules spesifiek ontwerp is vir gebruik met arduino, behoort dit egter nie 'n probleem te wees nie. Die lasermodules trek 'n maksimum krag van 5mW, dit beteken dat die module by die 5V -voedingspanning van die pen ongeveer 1mA moet trek, wat ver onder die limiet van ~ 40mA vir stroomtoevoer op arduino I/O -penne is.

Stap 5: Monteer en stem af

Uiteindelik is u gereed om alles te monteer.

1. Monteer die LDR- en lasermodulehouers op die klein driepote.
2. Plaas die lasermodules om direk by die LDR -sensor te skyn

Op hierdie stadium moet u dinge 'n bietjie verfyn. Die LDR -modules gee 'n digitale sein uit, 'n hoë sein (5V) wat aandui dat geen laserstraal bespeur word nie, 'n lae teken (0V) wat aandui dat dit die laserstraal kan sien. Die ligintensiteitsdrempel waarop die module oorskakel van 'n 5V na 'n 0V uitsetsein (en omgekeerd) word beheer deur 'n potensiometer op die LDR -bord. U moet die potensiaalmeter aanpas sodat die module wissel tussen 'n 0V en 5V uitset wanneer u dit verwag.

Pas die potensiometer geleidelik aan totdat die stelsel werk soos verwag, of gebruik 'n multimeter om die LDR -module -uitset te meet en af te stem soos benodig.

Stap 6: Bediening en verdere werk

U behoort nou gereed te wees om die stelsel te gebruik! Die beelde toon die stadiums van werking.

1. Druk op die kiesknoppie om die stelsel te initialiseer.
2. Rig die lasers sodat hulle direk op die LDR -sensor skyn.
3. Die stelsel is nou gewapen. Stel u modelmotor aan die gang.
4. Die stelsel begin met tydsberekening sodra die eerste laserstraal gebreek is.
5. Die stelsel sal stop sodra die tweede laserstraal gebreek is.
6. Die tyd in millisekondes word dan op die skerm vertoon.
7. Druk die reset -knoppie om weer 'n keer te hardloop.

Ek sal waarskynlik 'n weergawe 2.0 van hierdie stelsel skep, aangesien daar 'n paar voor die hand liggende verbeterings kan wees:

1. Dit is nie nodig om die lasermodules van die Arduino af te dryf nie; hulle kan op batterye aangeskakel word en eenvoudig aangeskakel word as dit nodig is. Toe ek die stelsel ontwerp het, was die lasdraad van die lasermodules na die Arduino die eenvoudigste oplossing, maar in die praktyk lei dit tot lang kabelbane wat in die pad val.
2. Kondensorlense is regtig nodig op die LDR -behuise. Dit is baie lastig om die laserpunt presies met die middel van die (baie klein) LDR -sensor om te sit, en dit kan soms 'n paar minute neem. As u 'n kondensorlens gebruik, kan die gebruiker 'n baie groter doelwit gee met die laserpunt.

Ek dink ook nou selfs aan 'n weergawe 3.0 wat volledig draadloos is en net via Bluetooth met my skootrekenaar verbind kan word, maar dit is 'n baie groter projek vir 'n ander dag.

Naaswenner in die STEM -kompetisie