Sistemi i kohës i bazuar në lazer Arduino: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:16

Si pjesë e mësimit tim, më duhej një sistem për të matur me saktësi sa shpejt një automjet model udhëtoi 10 metra. Fillimisht, mendova se do të blija një sistem të lirë të gatshëm nga eBay ose Aliexpress, këto sisteme zakonisht njihen si porta të lehta, porta fotografish ose të ngjashme. Doli se sistemet e parakohshme të kohës së portës së dritës janë në të vërtetë mjaft të shtrenjta, kështu që vendosa të ndërtoj të miat.

Funksionimi i një sistemi të kohës së portës së lehtë është mjaft i thjeshtë. Çdo portë drite përbëhet nga një modul lazer në njërën anë, kjo projekton një vend lazer në një modul rezistence të varur nga drita (LDR) në anën tjetër. Duke matur daljen e LDR, sistemi mund të zbulojë kur rrezja lazer është thyer. Duke përdorur dy nga këto porta, sistemi fillon kohëmatësin kur rrezja e parë është thyer dhe ndalon kohëmatësin kur ndjen se rrezja e dytë është thyer. Koha e regjistruar që rezulton shfaqet në ekranin LCD.

Ndërtimi i një sistemi të tillë me studentët është një hyrje e madhe në kodim, është gjithashtu një burim vërtet i dobishëm në klasë pasi të ketë mbaruar. Ky lloj sistemi është i shkëlqyeshëm për aktivitetet STEM dhe mund të përdoret për të matur se sa shpejt gjëra të tilla si makina me gomë, makina me grackë miu ose makina derbi me dru pishe udhëtojnë një distancë të caktuar.

Përgjegjësia: Zgjidhja e paraqitur këtu nuk është aspak optimale. Unë jam i vetëdijshëm se disa gjëra mund të jenë shumë më mirë ose më efikase. Ky projekt fillimisht u vendos së bashku në një afat shumë të ngushtë dhe funksionoi absolutisht mirë për qëllimin e synuar. Kam plane për të lëshuar një version 2 dhe 3 të këtij sistemi me përmirësime, ju lutemi shihni hapin e fundit të udhëzueshëm. Zbatimi i qarkut dhe kodit është në rrezikun tuaj.

Furnizimet

• Arduino R3 (ose tabelë e pajtueshme) - 4.50
• Protoboard i krahut të pendës Adafruit - Një pjesë e vogël e çdo lloji të bordit është gjithashtu e mirë - 1 £
• Mburoja e tastierës LCD - Sigurohuni që kjo është bërë për t'iu përshtatur versionit të arduino që keni - 5 £
• 2 modul i rezistencës së varur nga drita (LDR) - Kërkimi në ebay për "arduino LDR" duhet të tregojë shumë opsione - 2.30 each secila
• 2 x modul lazer - Kërkimi në ebay për "lazer arduino" duhet të tregojë shumë mundësi. Sigurohuni që fuqia e lazerit të mos jetë më e madhe se 5mW. - 2.25 për tre
• 4 x trekëmbësh i vogël - 3.50 paund secila
• Arrë 4x 1/4 inç - Për të përshtatur një fije standarde të trekëmbëshit - 2 £
• Akrilik i pastër për kutinë Arduino £ 3
• M3 arra dhe bulona - £ 2
• Ngecjet plastike të PCD - Komplete të tilla mund të blihen mjaft lirë në Ebay. - 6.80 £
• 4 rrethime të printuara 3D - Kostoja e materialit ishte rreth 5.
• Kabllo fjongo - 5

Kostoja totale ishte rreth 55 £, kjo supozon qasje në një prestar lazer dhe printer 3D. Shumica e kostos këtu është për kutitë, arrat dhe bulonat, etj. Kostoja aktuale e pajisjeve elektronike është vetëm 22 paund, kështu që ndoshta ka vend për shumë optimizime këtu.

Hapi 1: Programi Adrunio

Ngarko kodin më poshtë në Arduino. Nëse nuk jeni të njohur me mënyrën se si ta bëni këtë, shikoni këtë udhëzues të mrekullueshëm.

Logjika themelore e kodit është si më poshtë:

1. Ndizni modulet lazer dhe kontrolloni se sa çdo LDR mund të "shohë" rrezen e lazerit.
2. Prisni derisa LDR 1 të zbulojë një thyerje në rreze lazer, filloni menjëherë kohëmatësin.
3. Prisni derisa LDR 2 të zbulojë një thyerje në rreze lazer, menjëherë ndaloni kohëmatësin.
4. Trego kohën që rezulton në ekranin LCD në milisekonda.

Kodi është krijuar vetëm për të vendosur një ekzekutim të vetëm, pasi të jetë shënuar koha nga ekrani poshtë, butoni i rivendosjes në mburojë përdoret për të rifilluar programin.

LIDHUR ME KODIN ARDUINO

(FYI: Kodi ruhet në create.arduino.cc dhe unë do të doja të kisha futur kodin këtu, por redaktuesi Instructables nuk lejon që iframe e ngulitur të shfaqet ose të funksionojë si duhet. Nëse dikush në Instructables po e lexon këtë, ju lutemi zbatojeni këtë si një veçori në të ardhmen, faleminderit)

Hapi 2: Shtojca të printimit 3D

Modulet lazer dhe LDR duhet të mbahen në vend për të siguruar që të mos ketë thyerje të rrezeve si rezultat i lëvizjes së moduleve. Shtypni 3D mbylljet më poshtë dhe vidhosni modulet në vend, moduli lazer do të duhet të mbahet në vend me një zinxhir me zinxhir pasi nuk ka vrima përmes bulonave.

Sigurohuni që të kapni një arrë 1/4 inç brenda secilës prej kasave, kjo do të përdoret më vonë për t'i lejuar këto raste të lidhen me trekëmbëshit. Dy gjysmat e rrethimit mbahen së bashku me arra dhe bulona M3.

Hapi 3: Rasti Arduino i prerë me laser

Prerë me lazer skedarët më poshtë nga akriliku i qartë 4 mm i trashë. Rreshtoni arduino R3 dhe protoboard me vrimat në pjesët akrilike dhe mbërtheni në vend. Mbërtheni pjesën e sipërme të kasës në pjesën e poshtme duke përdorur ngërçet e PCD si ndarës.

Hapi 4: Lidhni qarkun

Mburoja LCD e përdorur në këtë projekt shpjegohet në detaje në këtë udhëzues të mrekullueshëm. Ekrani LCD dhe butonat e hyrjes përdorin disa nga kunjat I/O të arduino megjithatë, për këtë arsye të gjitha I/O për modulet lazer dhe LDR përdorin vetëm kunjat 1, 2, 12 dhe 13.

Nevojiten shumë pak instalime elektrike, por sigurohuni që qarku të jetë i lidhur siç tregohet në diagram. Shtova disa lidhës të tipit JST në telat e modulit lazer dhe LDR për të më lejuar që të çmontoj dhe ruaj me lehtësi të gjithë konfigurimin.

Po, kunjat arduino 1 dhe 2 po fuqizojnë drejtpërdrejt modulet lazer pa rezistencë në linjë. Meqenëse modulet lazer të përzgjedhur janë krijuar posaçërisht për përdorim me arduino, kjo nuk duhet të jetë problem. Modulet lazer tërheqin një fuqi maksimale prej 5mW, kjo do të thotë që në tensionin e furnizimit 5V të kunjit, moduli duhet të tërheqë rreth 1mA, kjo është shumë më poshtë kufirit ~ 40mA për furnizimin aktual në kunjat e daljes/daljes së arduino.

Hapi 5: Mblidhni dhe akordoni

Më në fund, ju jeni gati për të mbledhur gjithçka.

1. Montoni kutitë e modulit LDR dhe Laser në trekëmbëshat e vegjël.
2. Poziciononi modulet Laser që të shkëlqejnë drejtpërdrejt në sensorin LDR

Në këtë fazë, do t'ju duhet të rregulloni pak gjërat. Modulet LDR nxjerrin një sinjal dixhital, një sinjal të lartë (5V) që tregon se nuk është zbuluar asnjë rreze lazer, një shenjë e ulët (0V) që tregon se mund të shohë rreze lazer. Pragu i intensitetit të dritës në të cilin moduli kalon nga një sinjal dalës 5V në një 0V (dhe viza anasjelltas) kontrollohet nga një potenciometër në tabelën LDR. Ju do të duhet të rregulloni matësin e fuqisë në mënyrë që moduli të kalojë midis një dalje 0V dhe 5V kur e prisni.

Ose rregulloni gradualisht potenciometrin derisa sistemi të funksionojë siç pritej, ose përdorni një multimetër për të matur daljen e modulit LDR dhe akordoni sipas kërkesës.

Hapi 6: Operacioni dhe puna e mëtejshme

Tani duhet të jeni gati për të përdorur sistemin! Imazhet tregojnë fazat e funksionimit.

1. Shtypni butonin e përzgjedhjes për të inicializuar sistemin.
2. Rreshtoni lazerët në mënyrë që të shkëlqejnë drejtpërdrejt në sensorin LDR.
3. Sistemi tani është i armatosur. Vendosni modelin e makinës që po shkon.
4. Sistemi do të fillojë kohën pasi të jetë thyer rrezja e parë lazer.
5. Sistemi do të ndalet sapo rrezja e dytë e lazerit të prishet.
6. Koha në milisekonda shfaqet më pas në ekran.
7. Shtypni butonin e rivendosjes për të vendosur një vrapim tjetër.

Unë ndoshta do të krijoj një version 2.0 të këtij sistemi pasi ka disa përmirësime të dukshme që mund të bëhen:

1. Nuk ka nevojë të ndizni modulet e lazerit nga Arduino, ato mund të furnizohen me bateri dhe thjesht të ndizen kur është e nevojshme. Kur projektova sistemin, lidhja e moduleve lazer në Arduino për energji dukej si zgjidhja më e thjeshtë, në praktikë, kjo rezulton në kalime të gjata kabllore që pengojnë.
2. Lentet kondensuese janë vërtet të nevojshme në strehimet LDR. Rreshtimi i pikës së lazerit pikërisht me qendrën e sensorit (shumë të vogël) LDR është shumë i ndërlikuar dhe ndonjëherë mund të zgjasë disa minuta, duke përdorur një lente kondensatori do t'i jepte përdoruesit një objektiv shumë më të madh për të synuar me pikën lazer.

Tani po mendoj edhe për një version 3.0 që është plotësisht pa tel dhe lidhet vetëm me laptopin tim duke përdorur Bluetooth, megjithatë ky është një projekt shumë më i madh për një ditë tjetër.

Vendi i dytë në Konkursin STEM