חיישן קוביות אינפרא אדום: 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

שמי קלווין ואני אראה לך כיצד להכין חיישן קוביות אינפרא אדום ולהסביר כיצד הוא פועל.

אני כרגע סטודנט באוניברסיטת טיילור הלומד הנדסת מחשבים והצוות שלי והתבקשתי לתכנן ולבנות מנגנון שיכול למיין כל אובייקט שיכול להתאים לריבוע בגודל 1 אינץ '. יכולנו לקחת את המסלול הקל ולבחור למיין תמונות של m & m באמצעות חיישן צבע פשוט, אבל החלטנו ללכת מעל ומעבר ולמיין קוביות לפי המספר המוצג. לאחר אינספור שעות של ניסיון למצוא מדריך כיצד לקרוא את פני הקוביות נתקלתי בקישור הזה כאן:

makezine.com/2009/09/19/dice-reader-versio…

אולם הקישור הזה לא נתן לי הרבה יותר מהרעיון כיצד לקרוא את פני הקוביות, ולכן בעזרת הרעיון שסופק, המשכתי לבנות ולפתח חיישן שניתן לחבר אותו עם ארדואינו בקלות ויכול לקרוא את פני הקוביות בצורה המדויקת ביותר האפשרית, ובכך לתת לנו חיישן קוביות אינפרא אדום זה.

אספקה

עכשיו נעבור לאספקה:

אתה תצטרך:

1 x ארדואינו אונו

5 x מקלטים IR

5 x פולטות IR

www.sparkfun.com/products/241

נגדים 5 x 270 אוהם

נגדים 5 x 10k אוהם

1 x שבב 74HC595N

כותרות גבריות שונות

1 x לוח אב טיפוס (אם אינך מקבל לוח טחון מותאם אישית)

שלב 1: הבנת אופן הפעולה

חיישן זה משתמש ב -5 מיקומי פיפ כדי לקרוא את פני הקוביות. הוא משתמש באור אינפרא אדום כדי להקפיץ את פני הקוביות במקומות פיפ אלה ואומר לבקר אם הוא לבן או שחור.

אתם אולי תוהים, מדוע רק 5 מיקומי פיפ אז? האם לא היית צריך את כל 9 כדי לקרוא את הקוביות ביעילות?

ובכן, בשל הסימטריה של הקוביות, שימוש ב -5 מיקומים ספציפיים בקוביות יכול להספיק כדי להבחין בין המספרים השונים בקוביות ללא קשר לכיוון (תמונה 1). זה הופך את חיישן הקוביות ליעיל יותר מכיוון שהוא מחפש בדיוק את מה שהוא צריך ושום דבר נוסף.

הפולט נכנס בדיוק מתחת למקלט על החיישן בכל אחד מ -5 מיקומי הפיפ, החיישן פולט אז את ה- IR ואז המקלט קורא את כמות אור ה- IR המקפצת בפני הקוביות. (תמונה 3) אם הערך המתקבל הוא גדול יותר ממספרי כיול שצוינו, אז החיישן יראה את הנקודה הזו כנקודה, אם לא אז זה שטח לבן. (תמונה 2)

שלב 2: תכנון ותכנון

הצעד הראשון לבניית חיישן קוביות הוא יצירת הסכימות, זה יכול להיות השלב הקשה ביותר או הקל ביותר בהתפתחות. אתה צריך קודם כל תוכנה בשם EAGLE מאת Autodesk, זו הייתה התוכנה בה השתמשתי ליצירת הסכימות.

כללתי 2 סוגים שונים של סכמות, סכמטי אחד כולל שבב של רישום משמרות שיעזור להפוך את החיישן ליותר מדויק, והשני הוא אחד ללא שבב של רישום משמרות, אולם סכמטי זה לא יעבוד עם הקוד שאספק. בהמשך, כך שתצטרך לפתח משהו בעצמך.

כללתי גם את פריסת הלוח שלי עבור החיישן שעיצבתי עם רשימת המשמרות.

כדי להתחיל לעצב את הלוח, יש לך 5 מקלטים IR ו- 5 פולטות IR, המקלטים דורשים נגד 10k והפולטים דורשים נגד של 270 אוהם, כך שבכל אחד מהאלמנטים האלה אתה יוצא מ:

VCC (5V) -> הנגד -> פין קריאה אנלוגי -> מקלט IR -> GND

VCC (5V) -> הנגד -> פולט IR -> GND

סיכת הקריאה האנלוגית יוצאת בין הנגד למקלט ה- IR כעוד ענף ועוברת לסיכה האנלוגית על הארדואינו. אתה גם צריך לוודא שהפולט נכנס ישירות מתחת למקלט, עשיתי את הטעות הזו בפעם הראשונה שעשיתי את זה וקיבלתי תוצאות גרועות מאוד, אז וודא שהמקלט עובר למעלה.

בלוח המותאם אישית שלי, אני משתמש במרשם המשמרות כדי לספק כוח לכל אחד מהזוגות הפולטים והמקלטים אחד בכל פעם כדי למנוע כל דימוי אור IR מהפולטים האחרים. זה נותן לי קריאה מדויקת עוד יותר מכל אחד ממיקומי הפיפ, אם בחרת לא להשתמש במרשם המשמרות, זה עדיין יעבוד עבורך, זה יכול להיות מעט פחות מדויק. במרשם המשמרות, אתה יכול לחבר סיכות 3-4 ו-7-8 יחד, כיוון שאין צורך לגמרי בכותרות. השארתי אותם ככותרות והנחתי מגשרים על הכותרות למקרה שארצה לבצע פיתוח בעתיד.

לאחר שתכננת את הסכימה, עליך ליצור פריסת לוח של הסכימה שלך. חלק זה יכול להיות מסובך מאוד מכיוון שאתה צריך לוודא שהשבילים שלך לא חופפים ולוודא שהשבילים והחורים שלך עומדים במפרטי המכונה שלך. לפריסת הלוח שצירפתי היו הגדלים הספציפיים למכונה שבה השתמשתי בכדי לטחון את הלוח שלי. אני מבלה כמה שעות בפריסת הלוח כך שיהיה קטן ככל שיכולתי. עדיין היה מקום לשיפור בלוח הזה אבל זה עבד בשבילי אז השארתי אותו כמו שהוא. יש גרסה עם GND נחושת המחברת את כל האלמנטים הקרקעיים, וגרסה ללא מצורף.

אתה יכול גם להשתמש בסכימה שלך כדי לבנות אותו על קרש לחם או לוח אב טיפוס, מכיוון שקל יותר להגיע אליו וזו אפשרות זולה יותר מכיוון שאינך צריך ללחוץ לוח מותאם אישית.

לאחר שתהיה לך עיצוב הלוח תוכל להמשיך לשלב הבא!

שלב 3: בניית הלוח

חלק זה תלוי לחלוטין באופן בו אתה רוצה שהלוח ייווצר. יצרתי את החיישן בלוח אב טיפוס כדי לבדוק אם הרעיון עובד ועד כמה הוא מדויק, אז עקבתי אחר הסכימה ללא רישום המשמרות ויצרתי את הלוח. עליך להקפיד לפרוס את הכל כך שהקווים לא יחפפו, ושלא תלחם בטעות קווים שאסור לחבר. כאשר אתה עושה את זה על לוח אב טיפוס, אתה צריך להיות זהיר מאוד, אז קח את הזמן ואל תמהר. כמו כן, עליך להיזהר מחוטים פתוחים מכיוון שהם יכולים לזוז ולגרום למכנסיים קצרים במערכת.

אם בחרת לכרסם את הלוח התהליך הזה פשוט יותר. שלח את קובץ הלוח לטוחן עם הגדרות הטוחן הספציפי. אם אתה עושה את זה בעצמך, בצע לפני שאתה מוציא אותו, ודא שכל הנחושת טוחנת כראוי עמוק מספיק, הלוח הראשון שהכנתי, הנחושת לא נטחנה מספיק עמוק והייתי צריך לטחון עוד אחד.

וודא שהכל מולחם ללוח בפריסה הרצויה ודאג לקחת את הזמן שלך, ואם הלחמה על הלוח, וודא שהלחמה בצד הנכון של הלוח.

בעת הצבת מקלטים ופולטים IR וודא כי הפולט נמצא בדיוק מתחת למקלט. יהיה עליך להתכופף עם כיפוף הרגליים של רכיבי ה- IR כדי להביא אותם למקום הנכון. שמור גם קובייה בהישג יד כדי לבדוק אם מיקומי הפיפ נמצאים במקום בו הם צריכים להיות.

לאחר שהכל מולחם והוספת על הלוח אתה עומד לתכנת את החיישן.

שלב 4: תכנות הלוח

זהו החלק המסובך בהפיכת החיישן למדויק ככל האפשר, בתכנות הלוח. למרבה המזל יצרתי ספרייה לשימוש עם החיישן החדש שלך כדי להפוך אותו לתכנות הרבה יותר קל, עם זאת, יהיה עליך לכייל את החיישן בהתאם לתאורה שבה נמצא החיישן הזה.

כדי להתחיל עליך להיות בעל ארדואינו כדי להתממשק עם חיישן זה. הוא משתמש ב -5 סיכות אנלוגיות ו -3 סיכות דיגיטליות.

יש לך את היכולת להשתמש בספרייה שהכנתי כדי לבחור סיכות אנלוגיות ודיגיטליות משלך, אך אסביר זאת באמצעות הסיכות שעשיתי כדי להתממשק עם החיישן. סימנתי את התמונה המקושרת במספרי סיכות ותיבות צבעוניות סביב קבוצת הסיכות כדי להסביר בקלות איזו סיכה מתחברת לאן.

בחיישן, סיכות 1-5 אדום עוברות ל- A0-A4, כך שאדום 1 עובר ל- A0 וכן הלאה. סיכות 1-8 לבן דורשות קצת יותר הסבר.

לבן 1 - סיכת נתונים, כאן הארדואינו שולח את הנתונים לרשם המשמרות. הגדרתי את הסיכה הזו לפין דיגיטלי 3 בארדואינו

לבן 2 - Q0, מיושן במקרה זה, כללתי אותו במקרה שהחלטתי בכלל להרחיב

לבן 3 & 4 - יהיה משויך, אתה יכול להלחם את שניהם יחד או להשתמש במגשר כמוני.

לבן 5 - סיכת תפס, סיכה חשובה מאוד המהווה את השלב האחרון בתהליך לראות את הפיפס נדלק ונכבה. הגדרתי את הסיכה לסיכה 12 בארדואינו

לבן 6 - סיכת שעון, זה מספק את השעון מהארדואינו לרשם המשמרות. הגדרתי את זה לפין דיגיטלי 13.

לבן 7 & 8 - יהיה משויך, אתה יכול להלחם את שניהם יחד או להשתמש במגשר כמוני.

ממש ליד הקופסה הלבנה יש לך את סיכות הקרקע וה- VCC. עליך לספק 5V מהארדואינו או ממקור אחר כדי להפעיל את החיישן הזה.

מספרי מיקום PIP נמצאים בקוד.

עכשיו כשאתה צריך לחבר אותו, עלינו לכייל אותו. המטרה שלי הייתה ליצור תסריט שיכול לכייל אותו עבורך אבל נגמר לי הזמן לעשות זאת. בעת הכיול עליך לוודא שהחיישן נמצא בסביבת תאורה מבוקרת, ולחוש שהוא רגיש לאור המופנה מבחוץ. עליך לקבל ערך מכל מיקום פיפ עם נקודה שחורה ונקודה לבנה ולהוציא את ההפרש בממוצע. השתמשתי רק בשני צדדים של הקוביות לכיול, השתמשתי בצד 1, בצד 6 ובצד 6 שהסתובבו 90 מעלות. ברגע שיש לך מספר ללבן ולשחור עבור כל מיקום פיפ, עליך למדוד אותם בממוצע ולמצוא את אמצע שני המספרים. כך למשל, אם קיבלתי 200 עבור הלבן ממיקום הפיפ הראשון, ו -300 עבור הערך האפל של מיקום הפיפ הראשון, אז מספר הכיול יהיה 250. ברגע שתעשה זאת עבור כל 5 מיקומי הפיפ, החיישן שלך תקין מכויל, ואז תוכל להשתמש ב- dice. ReadFace (); כדי לקבל את הפנים הנוכחיות של הקוביות.

שלב 5: יישום

יצרת כעת בהצלחה חיישן קוביות! מזל טוב! זו הייתה דרך ארוכה של ניסוי וטעייה בשבילי ליצור חיישן זה, ולכן המטרה שלי היא לעזור לכל מי שרוצה ליצור חיישן קוביות.

צירפתי כמה דוגמאות לפרויקט שבנינו שהשתמש בחיישן זה. בתמונה הראשונה, השתמשנו בהנעה כדי למקם כראוי את החלק העליון של החיישן בכל פעם. התמונה השנייה הייתה התוצר הסופי של הפרויקט שלנו, והבסיס יסתובב בהתאם לפנים הקוביות, והתמונה השלישית היא קופסת תצוגה שעיצבתי ובניתי כדי להציג את החיישנים הללו.

האפשרות לחיישן זה היא אינסופית אם תשקיעו את דעתכם. אני מקווה שתמצא הדרכה מהנה וחינוכית, ואני מקווה שתנסה להכין לעצמך.

השם יברך!