سیستم زمان بندی مبتنی بر لیزر آردوینو: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

به عنوان بخشی از آموزش ، من به سیستمی برای اندازه گیری دقیق سرعت یک وسیله نقلیه 10 متری نیاز داشتم. در ابتدا ، من فکر می کردم که یک سیستم آماده ارزان از eBay یا Aliexpress بخرم ، این سیستم ها معمولاً به عنوان دروازه های نور ، دروازه های عکس یا موارد مشابه شناخته می شوند. معلوم شد که سیستم های زمانبندی پیش ساخته دروازه در واقع بسیار گران هستند ، بنابراین تصمیم گرفتم سیستم خود را بسازم.

عملکرد سیستم زمان بندی دروازه نور بسیار ساده است. هر دروازه نوری از یک ماژول لیزر در یک طرف تشکیل شده است ، این یک نقطه لیزری را بر روی یک ماژول مقاومت وابسته به نور (LDR) در طرف دیگر قرار می دهد. با اندازه گیری خروجی LDR ، سیستم می تواند تشخیص دهد که پرتو لیزر شکسته شده است. با استفاده از دو تا از این دروازه ها ، سیستم زمان سنج را با شکستن اولین پرتو شروع می کند و هنگامی که حس می کند که پرتو دوم شکسته است ، تایمر را متوقف می کند. زمان ضبط شده بر روی صفحه LCD نمایش داده می شود.

ایجاد چنین سیستمی با دانش آموزان یک مقدمه عالی برای کد نویسی است ، همچنین یک منبع کلاس درس واقعاً مفید پس از اتمام است. این نوع سیستم برای فعالیت های STEM عالی است و می تواند برای اندازه گیری سرعت حرکت چیزهایی مانند ماشین های لاستیکی ، ماشین های تله موش یا ماشین های دربی چوب کاج در یک فاصله مشخص استفاده شود.

سلب مسئولیت: راه حل ارائه شده در اینجا بهینه نیست. من آگاه هستم که برخی موارد می توانند بسیار بهتر یا کارآمدتر باشند. این پروژه در ابتدا در مهلت بسیار فشرده ای تنظیم شد و برای هدف مورد نظر کاملاً خوب کار کرد. من برنامه ای برای انتشار نسخه 2 و 3 این سیستم با پیشرفت دارم ، لطفاً آخرین مرحله از دستورالعمل را ببینید. پیاده سازی مدار و کد به عهده خود شماست.

تدارکات

• آردوینو R3 (یا برد سازگار) - 4.50 پوند
• پرده بال پر آدافروت - قسمت کوچکی از هر نوع تخته تخته ای نیز خوب است - 1 پوند
• محافظ صفحه کلید LCD - اطمینان حاصل کنید که این دستگاه متناسب با نسخه آردوینو شما ساخته شده است - 5 پوند
• 2 ماژول مقاومت وابسته به نور (LDR) - جستجوی ebay برای "arduino LDR" باید گزینه های زیادی را نشان دهد - هر کدام 2.30 پوند
• 2 عدد ماژول لیزر - جستجوی ebay برای "لیزر آردوینو" باید گزینه های زیادی را نشان دهد. مطمئن شوید که قدرت لیزر بیشتر از 5 مگاوات نباشد. - 2.25 پوند برای سه نفر
• 4 * سه پایه کوچک - هر کدام 3.50 پوند
• مهره 4x 1/4 اینچی - برای جا دادن یک نخ استاندارد سه پایه - 2 پوند
• اکریلیک شفاف برای قاب آردوینو £ 3
• پیچ و مهره M3 - 2 پوند
• مقابله با PCD پلاستیکی - مجموعه هایی از این موارد را می توان در Ebay بسیار ارزان خرید. - 6.80 پوند
• 4 محفظه چاپ سه بعدی - هزینه مواد حدود 5 پوند بود.
• کابل روبان - 5 پوند

هزینه کل حدود 55 پوند بود ، این فرض را بر این می گذارد که به هر دو دستگاه برش لیزری و چاپگر سه بعدی دسترسی داشته باشید. بیشتر هزینه در اینجا برای موارد ، مهره ها و پیچ و مهره ها و غیره است. هزینه واقعی لوازم الکترونیکی فقط 22 پوند است ، بنابراین احتمالاً جایی برای بهینه سازی زیاد در اینجا وجود دارد.

مرحله 1: برنامه Adrunio

کد زیر را در آردوینو بارگذاری کنید. اگر با نحوه انجام این کار آشنا نیستید ، این دستورالعمل عالی را بررسی کنید.

منطق اساسی کد به شرح زیر است:

1. ماژول های لیزر را روشن کنید و بررسی کنید که هر LDR می تواند پرتو لیزر را "ببیند".
2. منتظر بمانید تا LDR 1 شکستگی در پرتو لیزر را تشخیص دهد ، بلافاصله تایمر را روشن کنید.
3. صبر کنید تا LDR 2 شکستگی در پرتو لیزر را تشخیص دهد ، بلافاصله تایمر را متوقف کنید.
4. زمان حاصله را بر روی صفحه LCD بر حسب میلی ثانیه نشان دهید.

کد فقط برای زمان بندی یک بار اجرا طراحی شده است ، زمانی که زمان نمایش روی صفحه مشخص شد دکمه تنظیم مجدد روی سپر برای راه اندازی مجدد برنامه استفاده می شود.

پیوند به کد ARDUINO

(FYI: کد در create.arduino.cc میزبانی می شود و من دوست دارم که کد را در اینجا جاسازی کرده باشم ، اما ویرایشگر Instructables اجازه نمی دهد iframe تعبیه شده نمایش داده شود یا به درستی کار کند. اگر کسی در Instructables این مطلب را می خواند ، لطفاً این را بعنوان یک ویژگی در آینده پیاده سازی کنید ، با تشکر)

مرحله 2: محفظه های چاپ سه بعدی

ماژول های لیزر و LDR باید در جای خود نگه داشته شوند تا اطمینان حاصل شود که در اثر حرکت ماژول ها هیچ شکستگی پرتو رخ نمی دهد. محفظه های زیر را به صورت سه بعدی چاپ کنید و ماژول ها را در محل خود پیچ و مهره کنید ، ماژول لیزر باید با یک زیپ محکم نگه داشته شود زیرا هیچ سوراخ پیچ و مهره ای ندارد.

اطمینان حاصل کنید که یک مهره 1/4 اینچی را در داخل هر یک از موارد قرار دهید ، بعداً از آن استفاده می شود تا بتوانید این موارد را به سه پایه متصل کنید. دو نیمه محفظه بهمراه پیچ و مهره M3 نگه داشته می شوند.

مرحله 3: مورد آردوینو با برش لیزری

فایل های زیر را از اکریلیک شفاف با ضخامت 4 میلی متر برش دهید. آردوینو R3 و protoboard را با حفره های روی تکه های اکریلیک کنار هم قرار دهید و در جای خود پیچ و مهره بزنید. قسمت بالای بدنه را با استفاده از استندهای PCD به عنوان جداکننده به پایین بچرخانید.

مرحله 4: سیم را به مدار وصل کنید

سپر LCD مورد استفاده در این پروژه به طور مفصل در این دستورالعمل عالی توضیح داده شده است. صفحه LCD و دکمه های ورودی از برخی از پین های ورودی/خروجی arduino استفاده می کنند ، با این حال ، به همین دلیل تمام ورودی ها برای ماژول های لیزر و LDR فقط از پین 1 ، 2 ، 12 و 13 استفاده می کنند.

سیم کشی بسیار کمی مورد نیاز است ، اما اطمینان حاصل کنید که مدار همانطور که در نمودار نشان داده شده است متصل شده است. من برخی از اتصالات نوع JST را به سیم های ماژول لیزر و LDR اضافه کردم تا بتوانم به راحتی تمام تنظیمات را جدا کرده و ذخیره کنم.

بله ، پایه های آردوینو 1 و 2 مستقیماً ماژول های لیزر را بدون مقاومت خطی تغذیه می کنند. از آنجا که ماژول های لیزری انتخاب شده به طور خاص برای استفاده با آردوینو طراحی شده اند ، هر چند نباید مشکلی ایجاد کند. ماژول های لیزر حداکثر توان 5mW را به خود اختصاص می دهند ، این بدان معناست که در ولتاژ تغذیه 5 ولت پین ، ماژول باید حدود 1mA باشد ، این بسیار کمتر از حد 40 میلی آمپر پوند برای منبع تغذیه در پین های ورودی/خروجی آردوینو است.

مرحله 5: مونتاژ و تنظیم کنید

در نهایت ، شما آماده جمع آوری همه چیز هستید.

1. قاب های ماژول LDR و Laser را روی سه پایه های کوچک نصب کنید.
2. ماژول های لیزر را طوری قرار دهید که مستقیماً به حسگر LDR بتابد

در این مرحله ، باید کمی مسائل را تنظیم کنید. ماژول های LDR یک سیگنال دیجیتال ، یک سیگنال بالا (5V) نشان می دهد که هیچ پرتو لیزری تشخیص داده نمی شود ، یک علامت کم (0V) نشان می دهد که می تواند پرتو لیزر را ببیند. آستانه شدت نور که در آن ماژول از سیگنال خروجی 5 ولت به 0 ولت (و ویزا برعکس) تغییر می کند ، توسط پتانسیومتر روی برد LDR کنترل می شود. شما باید پتانسیومتر را طوری تنظیم کنید که ماژول در مواقعی که انتظار دارید بین خروجی 0 ولت و 5 ولت تغییر حالت دهد.

یا به تدریج پتانسیومتر را تا زمان عملکرد سیستم مطابق انتظار تنظیم کنید ، یا از مولتی متر برای اندازه گیری خروجی ماژول LDR و تنظیم در صورت نیاز استفاده کنید.

مرحله 6: عملیات و کار بیشتر

اکنون باید آماده استفاده از سیستم باشید! تصاویر مراحل عملکرد را نشان می دهد.

1. دکمه انتخاب را فشار دهید تا سیستم اولیه شود.
2. لیزرها را طوری تراز کنید که مستقیماً روی سنسور LDR بدرخشند.
3. سیستم در حال حاضر مسلح است. مدل ماشین خود را تنظیم کنید
4. هنگامی که اولین پرتو لیزر شکسته می شود ، سیستم شروع به کار می کند.
5. هنگامی که پرتو لیزر دوم شکسته می شود ، سیستم متوقف می شود.
6. سپس زمان بر حسب میلی ثانیه بر روی صفحه نمایش داده می شود.
7. دکمه تنظیم مجدد را فشار دهید تا زمان اجرای دیگر زمان بندی شود.

من احتمالاً یک نسخه 2.0 از این سیستم ایجاد خواهم کرد زیرا برخی پیشرفت های آشکار وجود دارد:

1. نیازی به تغذیه ماژول های لیزری از آردوینو نیست ، آنها می توانند از باتری تغذیه کرده و در صورت نیاز به سادگی روشن شوند. وقتی سیستم را طراحی کردم ، سیم کشی ماژول های لیزر به Arduino برای قدرت ساده ترین راه حل به نظر می رسید ، در عمل ، این باعث می شود کابل های طولانی مدت مانع شوند.
2. لنزهای کندانسور واقعاً در محفظه های LDR مورد نیاز است. قرار دادن نقطه لیزر دقیقاً با مرکز سنسور LDR (بسیار کوچک) بسیار مشکل است و گاهی اوقات ممکن است چند دقیقه طول بکشد ، استفاده از لنز کندانسور به کاربر هدف بسیار بزرگتری می دهد تا نقطه لیزر را هدف قرار دهد.

من حتی در حال فکر کردن به نسخه 3.0 هستم که کاملاً بی سیم است و فقط با استفاده از بلوتوث به لپ تاپ من متصل می شود ، اما این یک پروژه بسیار بزرگتر برای یک روز دیگر است.

نفر دوم مسابقات STEM