Czujnik wykrywający pocisk airsoft

Próbuję stworzyć chronograf / chronometr airsoft (urządzenie, które mierzy prędkość pocisku airsoft). Chodzi o to, aby zmierzyć czas, w którym pocisk przemieszcza się z punktu A do punktu B, a następnie mogę obliczyć prędkość pocisku.

Kula zostaje wystrzelona do plastikowej rury o średnicy 32 mm. Próbowałem umieścić na jednej stronie diodę LED IR, a na drugiej fototranzystor (BPW 40), zarówno na początku, jak i na końcu lampy. Coś takiego:

Niebieskie koła to fototranzystory, czerwone koła to diody IR, a białe koła to pociski airsoft.

Kiedy kula przechodzi przez obszar, w którym jest wyciągnięty kula 2 (tuż między diodą IR a fototranzystorem), wszystko działa idealnie. Ale gdy kula mija miejsce, w którym zostały wyciągnięte kule 1 i 3, nie jest wykrywana. Jest to oczekiwane, ale niepożądane zachowanie.

Więc moje pytanie brzmi: w jaki sposób mogę wykryć pociski niezależnie od ich położenia? Pomyślałem o umieszczeniu diod IR i fototranzystorów wokół rury (nie tylko w jednym miejscu), w ten sposób:

ale to rozwiązanie nie jest najtańsze: 5 diod IR + 5 BPW 40 = około 12 $ razy 2 (ponieważ potrzebuję go po obu stronach rury) = 24 $. Czy jest jakieś tańsze rozwiązanie? Czy BPW 40 jest dobrym wyborem dla fototranzystora? Nie wiem, których diod IR używam (a sprzedawca w sklepie też nie wie - powiedział mi, że są to ogólne kontrolery do pilotów, takich jak kontrolery TV lub DVD).

Średnica rury wynosi 32 mm i będzie długa około 14 cm (czujniki będą w odległości 10 cm od siebie). Średnica pocisku airsoft wynosi 6 mm.

EDYTOWAĆ:

Pójdę po mój drugi pomysł. Mam jeszcze jedno pytanie: czy lepiej ustawić emitery IR i tranzystory fotograficzne w ten sposób:

lub w ten sposób:

Dzięki !!

BB nie musi być wyśrodkowany między emiterem a detektorem

Może być możliwe użycie fototranzystora jako czujnika analogowego zamiast przełącznika (podejrzewam, że właśnie to robisz). Nawet jeśli przedmiot nie całkowicie blokuje światło, zmieni światło w obszarze zajmowanej rury. Użyj fototranzystora, aby w razie potrzeby wytworzyć napięcie, wzmocnić lub buforować i wysłać sygnał wyjściowy do wzmacniacza różnicującego . Powinno to generować niezerowe napięcie przy każdej zmianie natężenia światła. Zakładając, że twój system jest zamknięty na obu końcach (i że twoja broń airsoftowa nie ma znaczącego błysku wylotowego), powinno to się zdarzyć tylko wtedy, gdy kula mija ten obszar.

Niektóre pomysły z kurtyn świetlnych

Weź również pod uwagę, że twój problem jest podobny do problemu rozwiązanego przez kurtyny świetlne, ale na mniejszą skalę. Jest to szczególnie podobne na ostatnim schemacie, z wieloma czujnikami. Kilka sztuczek można wypożyczyć z kurtyn świetlnych:

• Łatwiej jest zaprojektować i zamontować prostokątne kurtyny świetlne niż inne kształty. Zakładając, że zaprojektowałeś rurę tak, aby była wystarczająco duża, aby przepływ powietrza wokół pocisku nie stanowił problemu, możesz położyć pudełka na końcu rury zawierające płaskie płytki do montażu emiterów i detektorów. Byłoby to znacznie łatwiejsze i bardziej niezawodne niż wiercenie otworów w rurze i prowadzenie drutów w dowolnym miejscu.

• Rozdzielczość można znacznie zwiększyć, skanując emitery i sprawdzając każdy z detektorów. Spowoduje to zmianę wzorca skanowania z rzędu linii (które musiałyby być w odległości <6 mm od siebie) na linie między każdym detektorem a każdym emiterem. Musisz sprawdzić, czy utworzony wzór nie pozostawia otwartych otworów, na przykład bezpośrednio przylegających do emiterów lub detektorów (chociaż można je usunąć po prostu oddalając detektory od emiterów). Pamiętaj, że będziesz musiał skanować dość szybko; czynnikiem ograniczającym są prawdopodobnie twoje fototranzystory z czasem narastania i opadania rzędu 10 mikrosekund. Aby uniknąć wykrycia, obiekt 6 mm musiałby podróżować w:

  $\frac{6~\mathrm{mm}}{10~\mathrm{{\mu}s}} \approx 2000 \mbox{ feet per second}$

  co jest, mam nadzieję, znacznie szybsze niż jest w stanie zrobić Twoja broń airsoftowa.

Jeszcze jeden problem dotyczący Twojego źródła:

Nie wiem, których diod IR używam (a sprzedawca w sklepie też nie wie - powiedział mi, że są to ogólne kontrolery do pilotów, takich jak kontrolery TV lub DVD).

Nie, po prostu nie. Fizyczne sklepy i sprzedawcy są przydatni tylko wtedy, gdy (1) jesteś w niedorzecznym kryzysie czasowym i nie możesz się doczekać następnego dnia na dostawę części lub (2) wnoszą wartość dodaną do produktu. Nie masz presji czasu, a sprzedawca nie ma pojęcia o towarach, więc zdecydowanie sugeruję, abyś zaczął szukać renomowanych dystrybutorów internetowych, takich jak Mouser i Digikey, którzy dostarczą karty danych i oryginalne części.

Co więcej, twoja oferta cenowa w wysokości 12 USD za 5 emiterów podczerwieni (zauważ, że diody LED emitują tylko światło widzialne, więc technicznie niepoprawne jest nazywanie ich diodami IR, nazywanymi „emiterami podczerwieni”), a 5 fototranzystorów jest niedorzeczne. Emitery podczerwieni kosztują około 0,15 USD, a fototranzystory - około 0,30 USD, więc powinieneś spojrzeć na 2,25 USD za 5-częściowy zestaw. Należy również pamiętać, że te oferty cenowe dotyczą niewielkich ilości części przelotowych: Jeśli kupujesz szpule lub korzystasz z tańszych części SMD, ani dioda LED, ani fototranzystor nie powinny przekraczać 0,10 USD.

Edytować

Aby zdecydować między różnymi możliwymi konfiguracjami emiterów i detektorów, narysuj linie widzenia przez każdą parę, którą chcesz sprawdzić, jak pokazano poniżej:

Lewy jest bardziej gęsty w centrum, podczas gdy prawy wykorzystuje znaczną liczbę linii wzroku do sprawdzania ekstremalnych obrzeży. Ponieważ nie pracujesz z aplikacją o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, taką jak kurtyna świetlna, w której nie możesz sobie pozwolić, by od czasu do czasu tęsknić za przedmiotem, i ponieważ twoje obiekty powinny być skoncentrowane w centrum (i dawać błędne wyniki, jeśli uderzą w strony), sugerowałbym lewą.

To powiedziawszy, oba będą trudne do wyprodukowania. Nadal sugeruję użycie prostokątnego układu, jak pokazano tutaj:

Ten schemat opisuje górną płytę główną zawierającą mikrokontroler i złącze zasilania, uziemienia i impulsu, który ma być emitowany po wykryciu obiektu, z kartami-córkami zamontowanymi na złączach kątowych. Powoduje to odstęp 32/5 = 6,4 mm między parami emiter / detektor bez sprawdzania przekątnych, zwiększenie liczby z 5 do 6 lub 8 (co byłoby łatwe) pozwoliłoby na wykonanie prostego skanowania liniowego.

Weź pod uwagę, że obwody dla emitera i detektora są w zasadzie identyczne (oraz o niskiej gęstości / złożoności), prawdopodobnie możesz uczynić wszystkie trzy płytki fizycznie identycznymi i po prostu wypełnić je inaczej, aby zaoszczędzić pieniądze. W przypadku płyty głównej, mikrokontrolera SSOP lub SOIC na górze płyty, uruchom we / wy z obu stron do otworów 0,1 ", aby uzyskać kąt prosty. W przypadku kart potomnych umieść rząd śladów nadajnika / detektora („ są wystarczająco łatwe do znalezienia w mechanicznie identycznych pakietach, takich jak para Kingbright APT2012F3C / AA3021P3S) i rezystory na dole, i poprowadzić połączenia z powrotem do nagłówków. Kilka zworek lutowniczych wystarczyłoby, aby wykonać płytkę dowolnego typu, jak pokazano poniżej schematycznie, lub możesz się wymyślić i zrobić jeden koniec płytki połączeniem dla emiterów, a drugi dla detektorów.

Ponownie zdecydowanie sugeruję intensywne myślenie o projektowaniu pod kątem produktywności na tym etapie! Nie chcesz skończyć z wieloma komponentami, których nie można niezawodnie złożyć, szczególnie jeśli masz długie czasy realizacji, jak wskazano. Niewielki wysiłek zainwestowany wcześnie może zaoszczędzić dużo wysiłku później.

Edycja # 2: Schemat proponowanego projektu

Użyłem ATtiny40 w tym projekcie, istnieje wiele kontrolerów, które mogą być użyte. Przepraszam za bałagan w sieciach na zewnątrz, wypróbowuję nowy fajny edytor online (kliknij obraz, aby go otworzyć), który nie ma jeszcze autobusów.

Jedną z metod, która może okazać się tańsza i prostsza, jest użycie lasera. Jak powiedział Kevin, łatwiej jest zrobić kurtynę świetlną w prostokątnej rurze niż w okrągłej. Spraw, aby wnętrze tubki było odblaskowe, albo przez przyklejenie luster w środku, albo przez ich polerowanie. Następnie wyceluj laser przez otwór w rurze, aby odbił się kilka razy przed uderzeniem w fototranzystor. Tak długo, jak nie ma wystarczająco dużych otworów dla piłki, przez którą przechodzi piłka, masz gwarancję, że ją wykryjesz (może potrzebujesz więcej odbić w okrągłej obudowie niż narysowałem).

Inną metodą wykrywania, która jest bliższa temu, czego używasz teraz, jest odwracanie rzeczy. Zamiast diod świecących na fototranzystorach i kuli odcinającej sygnał, dlaczego nie ustawić go tak, aby fototranzystory wykrywały światło odbite od kuli?

Ustaw diody LED w taki sposób, aby na fototranzystorach nie świeciło światło. Spraw, aby diody LED były bardzo jasne. Gdy piłka przechodzi przez diody LED, świeci jasno pod iluminacją, a na fototranzystorach wykrywany jest niewielki sygnał.

Jak dotąd większość detektorów sugerowanych w tym wątku wydaje się działać w domenie cyfrowej, wymagając, aby pocisk przesłaniał wiązkę światła w stopniu wystarczającym do wyzwolenia wyjścia cyfrowego. Ponieważ emiter i detektor mogą być ustawione tak, aby wykryły puls odbitego światła z przechodzącej kuli lub jej cienia. Sugeruję, że fotodetektor powinien działać analogowo, pracując poniżej poziomu nasycenia, a prąd zmienny powinien być podłączony do detektora OOK Op-Amp.

Zaletą stosowania detektora OOK jest filtrowanie szumu tła w celu zapewnienia poziomu odchylenia dla komparatora detektora progowego, co czyni detektor bardzo wrażliwym na niewielkie zmiany sygnału wejściowego. Każda nagła niewielka zmiana poziomu światła powyżej poziomu tła uruchamia wyjście cyfrowe. Dzięki starannemu doborowi stałych czasowych wejściowego filtra górnoprzepustowego i odchylanego filtra dolnoprzepustowego powinno być możliwe dostosowanie ogólnej odpowiedzi detektora do sygnatury zmiany światła związanej z przechodzącym pociskiem, odfiltrowującej większość szumu tła wynikające z powolnych zmian poziomu oświetlenia otoczenia.

Zatem duże wzmocnienie detektora może być następnie wykorzystane do przekształcenia niewielkiej zmiany poziomu światła w wymagany puls cyfrowy. Sugeruję, że pierwszym krokiem w budowie takiego systemu byłoby eksperymentowanie poprzez podłączenie oscyloskopu sprzężonego z prądem przemiennym do fototranzystora podłączonego w konfiguracji popychacza i zbadanie najlepszego ustawienia położenia emitera LED i fotodetektora w rurze, która wytwarza największy sygnał z odbicia lub cienia od przelatującej kuli.

Bez znajomości albedo IR zarówno pocisku, jak i wewnętrznej ściany rurki, nie można zalecić, który układ zapewni najlepsze wyniki. Podejrzewam, że największy stosunek sygnału do szumu można uzyskać po wykryciu rozproszonego błysku światła z przechodzącej kuli, ale wymaga to bardzo niskiej albedo tuby i wysokiej kuli.

Sugeruję, aby zarówno nadajnik, jak i odbiornik miały mieć najszerszy kąt widzenia, celem było wytworzenie wachlarza światła przez rurkę, aby zmaksymalizować obszar wykrywania. Zdrowy rozsądek wskazuje, że im większy stosunek przekroju pocisku do pocisku, tym wyższy stosunek sygnału do szumu wytworzy cień.

Funkcja lampy polega na jak największym ograniczeniu wpływu światła otoczenia na detektor. Pod warunkiem, że światło z emitera IR dominuje, powinno być możliwe dostosowanie mocy wyjściowej emiterów IR w celu odchylenia detektora do jego najbardziej czułego liniowego obszaru działania, punktu o największym nachyleniu na krzywej odpowiedzi detektorów.

Dalszą poprawę szybkości detektorów, czułości i wydajności tłumienia szumów można uzyskać poprzez zastąpienie prostego fototranzystora fotodiodą, taką jak BPX65 i szybki wzmacniacz OP. Istnieje wiele obwodów, które wykorzystują sprzężenie zwrotne napięcia do utrzymania stałego napięcia polaryzacji prądu stałego na całej fotodiodzie. Zwiększa to prędkość detektora, ponieważ fotoprąd nie jest wykorzystywany do ładowania wewnętrznej pojemności diod. Takie obwody są powszechnie stosowane przez radioamatorów, którzy badają dalekie odległości, linię widzenia, komunikację optyczną z wykorzystaniem modulacji światła LED o małej amplitudzie przez podnośną o niskiej modulacji IF. W takim przypadku wskaźnik modulacji AM jest zwykle mniejszy niż 10%, zwykle 5%. Podejrzewam, że jest podobny do sygnału AM, którego można oczekiwać od przelatującej kuli,

Myśląc o optymalnym układzie optycznym detektora i emitera. Uważam, że światło detektora i emitera powinno zostać skolimowane, aby wytworzyć równoległą wiązkę w poprzek lampy. Można to osiągnąć umieszczając detektor i emiter w przeciwnych punktach ogniskowych, naprzeciwko reflektorów parabolicznych. Powinno to skutkować zarówno skrzyżowaniem, jak i równoległą wiązką światła IR przekraczającą linię środkową tuby.

Ponieważ niepraktyczne jest kształtowanie rurki w wymagany profil paraboliczny, taki układ można uzyskać, wstawiając dwa grube arkusze z tworzywa sztucznego, ukształtowane z profilem krawędziowym reflektora parabolicznego do przeciwległych ścian bocznych rurki, poprzez nacięcia wycięte w ścianie rurki. Paraboliczny brzeg wkładek pokryty jest lustrzaną taśmą odblaskową Fablon. Wymagany profil paraboliczny można wytworzyć przez wydrukowanie wymaganej krzywej na papierze do drukarek laserowych i przeniesienie go na arkusz z tworzywa sztucznego PVC o grubości pół cala jako znak szablonu do cięcia. Ile ulepszeń oferuje ten idealny układ optyczny w porównaniu z samym użyciem okrągłego profilu tuby, jest przedmiotem eksperymentu lub szczegółowych obliczeń.

Być może wiele diod LED wskazujących na jeden fototranzystor może być wykrywalnych i zmniejszyć martwą strefę.

Czas na ćwiczenia! Warto również spojrzeć na ławkę, aby upewnić się, że zawsze jesteś w najlepszym miejscu.

Tylko po to, aby przedłużyć odpowiedź na wszystkie pytania. Istnieje aplikacja dla użytkowników Windows Phone Wp7. Wp 7,5 Wp7,8 i Wp8. Ta aplikacja nazywa się CronoPhone (nie chronograf, ale bez „h”). Jest to świetna aplikacja airsoft z kalkulatorami i stuf ...

Ale ma też szczegółowy przewodnik, który opisuje, jak zrobić chronograf, który zabierasz ze sobą. Ponadto ma oprogramowanie, w którym używa próbnika mikrofonu telefonu, aby znaleźć impulsy analogowe z odbiorników ... A następnie oblicza MpS pocisku. Jeśli chcesz FPS, użyj kalkulatora w aplikacji ...

Mam nadzieję, że pomogę. Pamiętaj, że nazywa się CronoPhone (bez „h” w Chrono) ...