מערכת תזמון מבוססת לייזר Arduino: 6 שלבים (עם תמונות)

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

כחלק מההוראה שלי, הייתי צריך מערכת למדוד במדויק את מהירות נסיעה של דגם 10 מטר. בהתחלה חשבתי שאקנה מערכת מוכנה זולה מאיביי או Aliexpress, מערכות אלו ידועות בדרך כלל בשערים אורים, שערים לצילום וכדומה. התברר שמערכות תזמון שער אור קלות אכן יקרות למדי, אז החלטתי לבנות משלי.

ההפעלה של מערכת תזמון של שער קל היא די פשוטה. כל שער אור מורכב ממודול לייזר בצד אחד, זה מקרין נקודת לייזר על מודול הנגד תלוי (LDR) בצד השני. על ידי מדידת תפוקת ה- LDR, המערכת יכולה לזהות מתי קרן הלייזר נשברה. באמצעות שני שערים אלה המערכת מפעילה את הטיימר כאשר הקורה הראשונה נשברת ועוצרת את הטיימר כאשר היא חשה שהקורה השנייה נשברה. הזמן המתועד המתקבל מוצג על מסך LCD.

בניית מערכת כזו עם סטודנטים היא היכרות מצוינת עם קידוד, היא גם משאב שימושי בכיתה ברגע שהיא מסתיימת. מערכת מסוג זה נהדרת לפעילויות STEM וניתן להשתמש בה כדי למדוד כמה מהר דברים כמו מכוניות גומייה, מכוניות מלכודת עכברים או מכוניות דרבי מעץ אורן עוברות מרחק קבוע.

כתב ויתור: הפתרון המוצג כאן רחוק מלהיות אופטימלי. אני מודע לכך שחלק מהדברים יכולים להיות הרבה יותר טובים או יעילים יותר. פרויקט זה הורכב בתחילה במועד סגור מאוד ועבד מצוין למטרה המיועדת. יש לי תוכניות להוציא גם גרסה 2 וגם גירסה 3 של מערכת זו עם שיפורים, אנא ראה את השלב האחרון של המדריך. יישום המעגל והקוד באחריותכם בלבד.

אספקה

• Arduino R3 (או לוח תואם) - £ 4.50
• Adobruit כנף protoboard - חלק קטן מכל סוג של protoboard הוא גם בסדר - 1 £
• מגן לוח מקשים LCD - וודא שזה עשוי להתאים לגרסת הארדואינו שיש לך - 5 ליש"ט
• 2 x מודול הנגד תלוי תלוי (LDR) - חיפוש ב- ebay אחר "arduino LDR" אמור להראות שפע של אפשרויות - £ 2.30 כל אחד
• מודול לייזר 2 x - חיפוש ב- ebay אחר "לייזר ארדואינו" אמור להראות שפע של אפשרויות. ודא שהספק של הלייזר אינו גדול מ- 5mW. - 2.25 ליש"ט לשלושה
• 4 x חצובה קטנה - 3.50 ליש"ט כל אחד
• אגוז 4x 1/4 אינץ ' - להתאמת חוט חצובה סטנדרטי - £ 2
• אקריליק שקוף למארז Arduino £ 3
• ברגים M3 וברגים - 2 ליש"ט
• עמידות PCD מפלסטיק - ניתן להשיג ערכות כאלה במחיר זול למדי ב- eBay. - 6.80 ליש"ט
• מארזים מודפסים בתלת -ממד - עלות החומר הייתה סביב 5 ליש"ט.
• כבל סרט - 5 פאונד

העלות הכוללת הייתה בסביבות 55 ליש ט, זה מניח גישה הן לחותך לייזר והן למדפסת תלת מימד. רוב העלות כאן היא למארזים, אגוזים וברגים וכו 'העלות בפועל של האלקטרוניקה היא 22 פאונד בלבד כך שכנראה יש כאן מקום לאופטימיזציה רבה.

שלב 1: תכנית Adrunio

העלה את הקוד למטה ל- Arduino. אם אינך מכיר כיצד לעשות זאת, בדוק את ההנחיה הנהדרת הזו.

ההיגיון הבסיסי של הקוד הוא כדלקמן:

1. הפעל מודולי לייזר ובדוק ממה שכל LDR יכול "לראות" את קרן הלייזר.
2. המתן עד ש- LDR 1 יזהה שבירה בקרן הלייזר, הפעל מיד את הטיימר.
3. המתן עד ש- LDR 2 יזהה שבירה בקרן הלייזר, עצור מיד את הטיימר.
4. הצג את הזמן המתקבל על מסך LCD באלפיות השנייה.

הקוד נועד רק להזמן ריצה אחת, לאחר שהזמן מהמסך צוין למטה כפתור האיפוס במגן משמש להפעלה מחדש של התוכנית.

קישור לקוד ארדואינו

(לידיעתך: הקוד מתארח ב- create.arduino.cc ואני אשמח להטמיע את הקוד כאן, אך עורך Instructables אינו מתיר להציג או לפעול כראוי iframe המובנה. אם מישהו ב- Instructables קורא זאת, אנא תיישם זאת כתכונה בעתיד, תודה)

שלב 2: מארזי הדפסה תלת -ממדית

יש להחזיק את מודולי הלייזר וה- LDR במקום על מנת להבטיח כי לא יתרחשו שבירות קרן כתוצאה מהזזת המודולים. הדפס תלת -ממד את המארזים למטה והברג את המודולים במקומם, מודול הלייזר יצטרך להיות מוחזק במקומו עם עניבה עם רוכסן מכיוון שאין לו חור בורג.

הקפד ללכוד אגוז בגודל 1/4 אינץ 'בתוך כל אחד מהמקרים, זה ישמש מאוחר יותר כדי לאפשר למארזים אלה להתחבר לחצובות. שני חצאי המתחם מוחזקים יחד עם אגוזים וברגים M3.

שלב 3: מארז ארדואינו בחיתוך לייזר

חיתוך לייזר את הקבצים למטה מהאקריליק השקוף בעובי 4 מ מ. קו את ה- Arduino R3 והפרוטובארד עם החורים שעל חתיכות האקריליק והבריחו למקומם. הברג את החלק העליון של המארז לתחתית באמצעות ההפרדות של ה- PCD כמרווחים.

שלב 4: חוט את המעגל

מגן ה- LCD המשמש בפרויקט זה מוסבר בפירוט במדריך הנהדר הזה. מסך ה- LCD וכפתורי הקלט משתמשים בחלק מסיכות הקלט/פלט של הארדואינו, אך מסיבה זו כל הקלט/פלט של מודולי הלייזר וסיכות השימוש ב- LDR 1, 2, 12 ו -13 בלבד.

יש צורך בחיווט קטן מאוד, אך וודא שהמעגל מחובר כפי שמוצג בתרשים. הוספתי כמה מחברים מסוג JST לחוטי מודול הלייזר וה- LDR כדי לאפשר לי לפרק ולאחסן את כל ההתקנה בקלות.

כן, סיכות ארדואינו 1 ו -2 מפעילות ישירות את מודולי הלייזר ללא הנגד בשורה. מכיוון שמודולי הלייזר שנבחרו נועדו במיוחד לשימוש עם ארדואינו, זו לא אמורה להיות בעיה. מודולי הלייזר שואבים הספק מרבי של 5mW, המשמעות היא שבמתח אספקת 5V של הסיכה, המודול צריך לצייר סביב 1mA, זה הרבה מתחת למגבלת ~ 40mA לאספקה הנוכחית על סיכות I/O של arduino.

שלב 5: להרכיב ולכוון

לבסוף, אתה מוכן להרכיב הכל.

1. הרכיבו את מארזי מודולי ה- LDR והלייזר על החצובות הקטנות.
2. מקם את מודולי הלייזר כך שיבריקו ישירות בחיישן LDR

בשלב זה, יהיה עליך לכוונן מעט את הדברים. מודולי ה- LDR מוציאים אות דיגיטלי, אות גבוה (5V) המציין כי לא זוהתה קרן לייזר, סימן נמוך (0V) המציין כי הוא יכול לראות את קרן הלייזר. סף עוצמת האור בו המודול עובר מאות פלט של 5V לאות 0V (ולהיפך) נשלט על ידי פוטנציומטר בלוח ה- LDR. יהיה עליך להתאים את מד הפוטנציאל כך שהמודול יעבור בין פלט 0V ל -5V כאשר אתה מצפה ממנו.

או התאם בהדרגה את הפוטנציומטר עד שהמערכת תתפקד כצפוי, או השתמש במולטימטר למדידת פלט מודול LDR וכוון כנדרש.

שלב 6: תפעול ועבודה נוספת

כעת אתה אמור להיות מוכן להשתמש במערכת! התמונות מציגות את שלבי הפעולה.

1. לחץ על לחצן הבחירה לאתחול המערכת.
2. יישר את הלייזרים כך שיבהיקו ישירות על חיישן LDR.
3. המערכת חמושה כעת. הגדר לך את המכונית הדוגמנית הולכת.
4. המערכת תתחיל את התזמון לאחר ששברת קרן הלייזר הראשונה.
5. המערכת תיעצר ברגע שקרן הלייזר השנייה תישבר.
6. הזמן באלפיות השנייה מוצג לאחר מכן על המסך.
7. לחץ על כפתור האיפוס כדי לבצע ריצה נוספת.

כנראה שאצור גרסה 2.0 של מערכת זו מכיוון שיש כמה שיפורים ברורים שניתן לבצע:

1. אין צורך להפעיל את מודולי הלייזר מהארדואינו, הם יכולים להיות מופעלים באמצעות סוללה ופשוט מופעלים בעת הצורך. כשעיצבתי את המערכת, חיווט מודולי הלייזר לארדואינו לצורך הספק נראה כמו הפתרון הפשוט ביותר, בפועל, הדבר מוביל לריצות כבלים ארוכות שמפריעות.
2. באמת יש צורך בעדשות מעבה על בית LDR. ריפוי נקודת הלייזר במרכזו של חיישן ה- LDR (הקטן מאוד) הוא מסובך מאוד ולעיתים יכול להימשך מספר דקות, שימוש בעדשת מעבה ייתן למשתמש מטרה הרבה יותר גדולה לכוון עם נקודת הלייזר.

אני גם עכשיו אפילו חושב על גרסה 3.0 שהיא אלחוטית לחלוטין ופשוט מתחברת למחשב הנייד שלי באמצעות בלוטות ', אולם זהו פרויקט הרבה יותר גדול ליום אחר.

שני מקום תחרות STEM