„Arduino“lazerio pagrindo laiko sistema: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Mokydama man reikėjo sistemos, leidžiančios tiksliai išmatuoti, kaip greitai modelio transporto priemonė nuvažiavo 10 metrų. Iš pradžių maniau, kad nusipirksiu pigiai paruoštą sistemą iš „eBay“ar „Aliexpress“, šios sistemos paprastai žinomos kaip šviesos vartai, nuotraukų vartai ar panašiai. Paaiškėjo, kad iš anksto sukurtos šviesos vartų laiko sistemos iš tikrųjų yra gana brangios, todėl nusprendžiau sukurti savo.

Šviesos vartų laiko sistemos veikimas yra gana paprastas. Kiekvieną šviesos vartą sudaro lazerio modulis vienoje pusėje, jis projektuoja lazerio tašką ant šviesos priklausomo rezistoriaus modulio (LDR) kitoje pusėje. Matuojant LDR išėjimą, sistema gali nustatyti, kada lazerio spindulys buvo sulaužytas. Naudodama du iš šių vartų, sistema paleidžia laikmatį, kai pirmoji šviesa sugenda, ir sustabdo laikmatį, kai jaučia, kad antrasis spindulys buvo sugedęs. Gautas įrašytas laikas rodomas LCD ekrane.

Tokios sistemos kūrimas su studentais yra puikus įvadas į kodavimą, taip pat tai yra tikrai naudingas klasės šaltinis, kai jis bus baigtas. Šio tipo sistema puikiai tinka STEM veiklai ir gali būti naudojama norint išmatuoti, kaip greitai tokie dalykai kaip automobiliai su guminėmis juostomis, pelių gaudyklės ar pušies medžio automobiliai nuvažiuoja nustatytą atstumą.

Atsisakymas: čia pateiktas sprendimas toli gražu nėra optimalus. Žinau, kad kai kurie dalykai gali būti daug geresni ar efektyvesni. Šis projektas iš pradžių buvo parengtas per labai trumpą terminą ir puikiai veikė pagal numatytą tikslą. Planuoju išleisti šios sistemos 2 ir 3 versijas su patobulinimais, žr. Paskutinį instrukcijos žingsnį. Grandinės ir kodo įgyvendinimas yra jūsų pačių rizika.

Prekės

• „Arduino R3“(arba suderinama plokštė) - 4,50 svaro
• „Adafruit“plunksnų sparno protoboardas - taip pat tinka nedidelė bet kokio tipo protoboard dalis - 1 svaras
• Skystųjų kristalų klaviatūros skydas - įsitikinkite, kad jis pritaikytas jūsų turimai arduino versijai - 5 svarai
• 2 x nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) modulis - ieškant „arduino LDR“„ebay“turėtų būti parodyta daugybė variantų - kiekvienas £ 2.30
• 2 x lazerio modulis - „ebdu“ieškant „arduino laser“turėtų būti rodoma daugybė galimybių. Įsitikinkite, kad lazerio galia yra ne didesnė kaip 5 mW. - 2,25 svaro už tris
• 4 x mažas trikojis - po 3,50 svaro
• 4x 1/4 colio veržlė - Tinka standartiniam trikojo sriegiui - 2 svarai
• Skaidrus akrilas „Arduino“dėklui 3 £
• M3 veržlės ir varžtai - 2 svarai
• Plastikiniai PCD atotrūkiai - jų rinkinius „Ebay“galima įsigyti gana pigiai. - 6,80 svaro
• 4 x 3D spausdinti gaubtai - medžiagos kaina buvo apie 5 svarus.
• Juostelės kabelis - 5 svarai

Bendra kaina buvo apie 55 svarus, tai reiškia prieigą prie lazerinio pjaustytuvo ir 3D spausdintuvo. Didžioji dalis išlaidų čia yra už dėklus, veržles ir varžtus ir tt, tikroji elektronikos kaina yra tik 22 svarai, todėl tikriausiai čia yra daug galimybių optimizuoti.

1 veiksmas: užprogramuokite „Adrunio“

Įkelkite žemiau esantį kodą į „Arduino“. Jei nežinote, kaip tai padaryti, peržiūrėkite šią puikią instrukciją.

Pagrindinė kodo logika yra tokia:

1. Įjunkite lazerio modulius ir patikrinkite, ar kiekvienas LDR gali „matyti“lazerio spindulį.
2. Palaukite, kol LDR 1 aptiks lazerio spindulio lūžį, nedelsdami paleiskite laikmatį.
3. Palaukite, kol LDR 2 aptiks lazerio spindulio lūžį, nedelsdami sustabdykite laikmatį.
4. Rodykite gautą laiką LCD ekrane milisekundėmis.

Kodas skirtas tik vienam paleidimui, kai ekrane nurodytas laikas buvo pažymėtas skydo atstatymo mygtuku, kad programa būtų paleista iš naujo.

NUORODA Į ARDUINO KODĄ

(FYI: kodas priglobtas svetainėje create.arduino.cc, ir aš norėčiau jį įterpti čia, tačiau „Instructables“redaktorius neleidžia įterptam „iframe“rodyti ar tinkamai veikti. Jei kas nors iš „Instructables“skaito tai, prašome įdiegti tai kaip funkciją ateityje, ačiū)

2 žingsnis: 3D spausdinimo gaubtai

Lazerio ir LDR moduliai turi būti laikomi vietoje, kad būtų užtikrinta, kad dėl modulių judėjimo nesusidarytų spindulys. 3D atspausdinkite toliau pateiktus gaubtus ir užsukite modulius, lazerio modulį reikės pritvirtinti užtrauktuku, nes jame nėra varžto angos.

Būtinai įkiškite 1/4 colio veržlę į kiekvieną dėklą, jis bus naudojamas vėliau, kad šie dėklai būtų prijungti prie trikojų. Abi gaubto pusės laikomos kartu su M3 veržlėmis ir varžtais.

3 žingsnis: lazeriu supjaustytas „Arduino“dėklas

Žemiau esančius failus lazeriu iškirpkite iš 4 mm storio skaidraus akrilo. Sulygiuokite arduino R3 ir protoboard su akrilo gabalų skylėmis ir prisukite. Prisukite viršutinę korpuso dalį prie apačios, naudodami PCD atramas kaip tarpiklius.

4 žingsnis: prijunkite grandinę

Šiame projekte naudojamas LCD ekranas yra išsamiai aprašytas šioje puikioje instrukcijoje. Skystųjų kristalų ekrane ir įvesties mygtukuose naudojami kai kurie „arduino“įvesties/išvesties kaiščiai, tačiau dėl šios priežasties visi įvesties/išvesties lazerio moduliams ir LDR naudojami tik 1, 2, 12 ir 13 kaiščiai.

Laidų reikia labai mažai, tačiau įsitikinkite, kad grandinė prijungta, kaip parodyta diagramoje. Prie lazerio ir LDR modulio laidų pridėjau keletą JST tipo jungčių, kad galėčiau lengvai išardyti ir išsaugoti visą sąranką.

Taip, 1 ir 2 arduino kaiščiai tiesiogiai maitina lazerinius modulius be tiesioginio rezistoriaus. Kadangi pasirinkti lazerio moduliai yra specialiai sukurti naudoti su „arduino“, tai neturėtų kelti problemų. Lazeriniai moduliai sunaudoja maksimalią 5 mW galią, tai reiškia, kad esant 5 V maitinimo kaiščio įtampai, modulis turėtų pritraukti apie 1 mA, tai yra gerokai žemiau ~ 40 mA ribos srovės tiekimui arduino I/O kaiščiuose.

5 žingsnis: Surinkite ir sureguliuokite

Galiausiai esate pasiruošę viską surinkti.

1. Ant mažų trikojų pritvirtinkite LDR ir lazerio modulių dėklus.
2. Padėkite lazerio modulius taip, kad jie spindėtų tiesiai prie LDR jutiklio

Šiame etape turėsite šiek tiek patikslinti dalykus. LDR moduliai perduoda skaitmeninį signalą, aukštą signalą (5 V), rodantį, kad lazerio spindulys neaptinkamas, žemą ženklą (0 V), rodantį, kad jis gali matyti lazerio spindulį. Šviesos intensyvumo ribą, ties kuria modulis persijungia iš 5 V į 0 V išėjimo signalą (ir atvirkščiai), valdo potenciometras, esantis LDR plokštėje. Turėsite sureguliuoti stiprumo matuoklį, kad modulis persijungtų tarp 0V ir 5V išėjimo, kai tikitės.

Palaipsniui sureguliuokite potenciometrą, kol sistema veiks taip, kaip tikėtasi, arba naudokite multimetrą, kad išmatuotumėte LDR modulio išvestį ir sureguliuotumėte, kaip reikalaujama.

6 žingsnis: valdymas ir tolesnis darbas

Dabar turėtumėte būti pasirengę naudoti sistemą! Nuotraukose parodyti veikimo etapai.

1. Norėdami inicijuoti sistemą, paspauskite pasirinkimo mygtuką.
2. Sureguliuokite lazerius taip, kad jie spindėtų tiesiai ant LDR jutiklio.
3. Dabar sistema yra ginkluota. Nustatykite savo modelio automobilį.
4. Sistema pradės matuoti laiką, kai pirmasis lazerio spindulys bus sulaužytas.
5. Sugedus antrajam lazerio spinduliui, sistema sustos.
6. Tada ekrane rodomas laikas milisekundėmis.
7. Paspauskite iš naujo nustatymo mygtuką, kad nustatytumėte kitą važiavimą.

Tikriausiai sukursiu šios sistemos 2.0 versiją, nes yra keletas akivaizdžių patobulinimų:

1. Nereikia maitinti lazerinių modulių iš „Arduino“, jie gali būti maitinami baterijomis ir prireikus tiesiog įjungiami. Kai aš sukūriau sistemą, lazerio modulių prijungimas prie „Arduino“, kad būtų galima gauti energijos, atrodė paprasčiausias sprendimas, praktiškai tai trukdo ilgiems kabelių laidams.
2. LDR korpusuose tikrai reikalingi kondensatoriniai lęšiai. Lazerio taško išklojimas tiksliai (labai mažo) LDR jutiklio centro link yra labai sudėtingas ir kartais gali užtrukti kelias minutes. Naudojant kondensatoriaus lęšį, vartotojas turėtų daug didesnį taikinį, kurio siektų lazerio tašku.

Aš taip pat dabar galvoju apie 3.0 versiją, kuri yra visiškai belaidė ir tiesiog prijungiama prie nešiojamojo kompiuterio naudojant „Bluetooth“, tačiau tai yra daug didesnis projektas kitai dienai.

II vieta STEM konkurse