Come posso misurare l'RPM di un frisbee?

Vorrei creare un piccolo dispositivo su cui poter attaccare un Frisbee in grado di misurare statistiche come RPM / velocità del Frisbee quando viene lanciato. Questo sarebbe realisticamente possibile?

Stavo esaminando la comunicazione near-field per trasferire i dati dal Frisbee a uno smartphone, ma è solo un'idea. Sembra che sarebbe difficile realizzare qualcosa di abbastanza piccolo da non influire sul volo del Frisbee stesso. Qualcuno può pensare a qualche idea per questo?

Fuori dalla cima del mio noggin ecco un'idea. Costruisci un piccolo generatore di suoni e un piccolo altoparlante sul frisbee con l'altoparlante attorno al bordo (massa bilanciata sull'altro lato ovviamente).

Quando si gira il frisbee, è possibile registrare il suono emesso e avrà funzionalità Doppler a seconda della velocità con cui gira. Se riesci ad analizzare i dati registrati dovresti essere in grado di dire la velocità di rotazione.

L'RPM di un frisbee è simile a 10rps, quindi puoi spruzzare un motivo in bianco e nero sul frisbee e video. Una videocamera da 60 fps (120 campi al secondo) dovrebbe essere in grado di catturarla in modo abbastanza affidabile.

Per la notte, monta un minuscolo LED super luminoso e una cella al litio meccanicamente bilanciata.

C'è un documento che descrive un metodo per fare proprio questo qui: Misure di dinamica del volo su un frisbee strumentato . Le tecniche hanno funzionato bene; Vorrei usare questo come punto di partenza.

Essenzialmente era un microcontrollore (BS2IC) e un accelerometro a 2 assi (ADXL202), montato al centro del frisbee con colla siliconica, e quindi bilanciato dalle batterie (CR2032) che erano montate con nastro adesivo. L'hardware è stato scelto appositamente per il suo basso consumo energetico.

Un piccolo interruttore è stato montato vicino al bordo per consentire una facile attivazione vicino al momento del lancio, sempre per ridurre il consumo di energia, e anche perché lo spazio per la registrazione dei dati è limitato:

La mia idea personale di leggere la tua domanda era quella di montare un accelerometro / sensore di pressione ad 1 asse vicino al bordo del frisbee e misurare la forza centrifuga, sebbene il montaggio vicino al bordo possa rendere il bilanciamento più impegnativo. L'accelerometro a 2 assi non è un grande passo avanti e alla fine si ottengono molti più dati.

È possibile utilizzare un sistema radio a campo vicino a bassa potenza come Zigbee (o Bluetooth; che è meno conveniente per la configurazione iniziale e richiede almeno l'aggiunta di un pulsante o qualche altra logica per contribuire a rendere accoppiabile utilizzabile ma supportato nativamente da molti dispositivi, ad es. il tuo smartphone) per trasmettere i dati a un dispositivo vicino, oppure potresti registrare i dati sul microcontrollore e recuperarli in seguito.

In ogni caso, quel documento ha ottenuto alcuni dati interessanti. In particolare, si noti l'osservazione dell'autore che i dati diretti possono essere estratti più facilmente durante periodi regolari di letture dell'accelerometro:

Quel grafico offre una buona visione dell'oscillazione iniziale che diventa costante durante il volo, così come la forza centrifuga.

Non sembra davvero necessario complicarlo eccessivamente con sensori di luce / suono; anche se in tal caso, registrerei / trasmettere dati non elaborati ed eseguirò l'elaborazione effettiva sul dispositivo ricevente per limitare i requisiti di consumo energetico e prestazioni del microprocessore, a spese di maggiori requisiti di memoria (per la registrazione).

Due piccoli circuiti integrati SMD, uno un accelerometro, l'altro un giroscopio, alle estremità opposte di un FPC, con un microcontrollore, una EEPROM e una batteria a bottone equamente bilanciate nella parte centrale del frisbee. Peso minimo e attrito dell'aria. Chiedere al microcontrollore di registrare l'output del CI nella EEPROM. La combinazione dell'accelerometro grafico e del giroscopio fornisce un'approssimazione di velocità e giri / min.

FPC non è necessario; funzionerebbero anche alcuni PCB personalizzati sottili con un filo magnetico collegato. Stiamo comunque parlando di grammi e once al massimo.

Per l'accesso wireless, un microcontrollore o un SoC con Bluetooth a bassa energia sarebbe fantastico. Guarda il Tag Sensor Texas Instruments per un kit di sviluppo completo che ha un accelerometro e giroscopi SoC e I²C abilitati BTLE , nonché esempi di app per iPhone / Android basati su una singola cella a bottone CR2032 Hell, puoi prendere il tag del sensore, rimuovere il rosso involucro e registralo al frrisbee e il resto sta estraendo i dati dall'app gratuita.

Basta lanciare un'idea là fuori, non ho idea di quanto sia fattibile: i giroscopi MEMS sono sensori piccoli, economici, a bassa potenza in grado di misurare la velocità angolare. Per quanto riguarda la misurazione della velocità, supponendo che tu intenda la velocità lineare e non angolare, l'unica cosa a cui riesco a pensare che non sia estremamente complessa è l'utilizzo di un modulo GPS come questo . Date due posizioni consecutive e sapendo quando è stata effettuata ciascuna misurazione, è possibile calcolare facilmente la velocità lineare.

È possibile misurare la velocità di rotazione con un accelerometro orientato radialmente. L'accelerazione "verso l'esterno" dal centro del frisbee indica la rotazione (o il frisbee si trova ad angolo, ma è possibile farlo in media). Dato che conosci la distanza dal centro all'accelerometro, è un semplice calcolo dell'accelerazione rotazionale.

Molti di questi dovrebbero essere in grado di essere resi molto leggeri e piccoli:

Un accelerometro che punta ad un angolo tra radiale e verticale avrà una componente di gravità variabile mentre gira. Anche uno radiale avrà questo, tranne quando il volo è esattamente orizzontale.

Nella maggior parte dei casi, un sensore di luce farà lo stesso. Mentre transita tra le caratteristiche del terreno o da terra a cielo e viceversa vedrà cambiamenti di luminosità e questi avranno una componente di velocità di rotazione correlabile.

Un LED che trasmette radialmente con una frequenza di modulazione su di esso sarà in grado di essere rilevato a distanza sostanziale elettronicamente. Puoi cercare la modulazione o registrarla e cercare la firma LED nei frame (probabilmente più difficile).

Se si fornisce una sorgente modulata di cancelleria che la illumina, è possibile posizionare un rilevatore sul Frisbee. Se è accettabile per un'altra persona aiutare con il tracciamento, il raggio può essere più stretto e possono essere localizzati ad occhio per seguirlo. Un semplice sito di posta e cerchio o due anelli probabilmente consentiranno di tenere un raggio di 30 gradi sul frisbee aumentando così notevolmente il livello del segnale.

RF dfing dovrebbe essere praticabile.

Le forze di pressione dell'aria probabilmente variano in un punto sulla periferia mentre il frisbee gira mentre è in transito. Un sensore di pressione con una porta sul cerchione dovrebbe vedere uno schema ripetuto.

La parte più difficile, otticamente, è quella di prendere di mira un frisbee in volo. A parte questo, puoi fare tutto otticamente.

• Poiché il momento di rotazione del frisbee non cambia durante il volo, possiamo tranquillamente presumere che la rotazione più rapida avverrà subito dopo che l'utente ha lanciato il frisbee. Quindi, per colpire il frisbee puoi concentrarti sull'utente mentre lancia il giocattolo.

• Esegui l'esperimento di notte, con un frisbee scuro con una sottile striscia dipinta attorno al bordo esterno e una spessa macchia bianca su una parte del bordo esterno. Costruisci una lampada stroboscopica (molti oggetti fai-da-te disponibili online o noleggiane uno).

• Prendi in prestito la DSLR di qualcuno, impostala sulla modalità Bulb (o otturatore di 30 secondi). Usa un ISO basso e un'apertura molto piccola per ottenere profondità di campo e basso guadagno.

• Trova un amico con un buon braccio e la volontà di lanciare un frisbee cento volte per il bene della scienza.

• Gioca con le impostazioni della frequenza strobo e le impostazioni della videocamera.

• Calcola la frequenza Ricorda che il teorema di Nyquist pone un limite superiore alla frequenza massima che puoi misurare.

Una fotocamera con un frisbee adeguatamente dipinto è una buona soluzione a bassa tecnologia. Tuttavia, se insisti su una soluzione elettronica, una delle poche cose che funzionerebbe è l'uso di una bussola digitale.

Ho esaminato questo problema perché sto progettando di costruire un monocopter (vedi: http://www.youtube.com/watch?v=1n6ZmwzSL0Y ) e ho scoperto che i giroscopi non hanno un tasso abbastanza veloce per farlo. Non è il problema della velocità dei dati, ma una più elementare della massima velocità angolare misurabile dai giroscopi, come indicato nelle schede tecniche. La maggior parte dei giroscopi (in effetti, tutti quelli che ho visto) riporteranno semplicemente qualcosa come 0xffff quando sono collegati a qualcosa come un frisbee.

La bussola digitale tuttavia non ha questo problema perché non misura la velocità angolare ma la posizione / direzione assoluta. In effetti, i monocopter di successo come quelli del MIT e di Embry Riddle usano la bussola digitale per l'orientamento.

Un'altra soluzione che ho considerato è un rilevatore di luce. Qualcosa del genere: https://www.sparkfun.com/products/9768 . Quindi cerca semplicemente il punto più luminoso e supponi che sia il sole e il tempo la durata tra i punti luminosi per ottenere il tempo di una singola rotazione.

Metti un sensore di luce con un campo visivo ristretto + chip in grado di rilevare gli impulsi di luce ricevuti e il loro intervallo. Filtrare la luce ricevuta per una certa frequenza per evitare il rilevamento spurio e far corrispondere la sorgente luminosa a quella frequenza.

Scarica i dati dal disco.

Cerca "Cam Frisbee". Hanno usato una paletta per impedire alla telecamera di ruotare. La stessa idea potrebbe essere usata per impedire a un senor ottico di girare in modo che possa contare i segni che passano per misurare il numero di giri.

Il giroscopio bluetooth TI cc2541 potrebbe essere utilizzato per questo. Solo $ 25 e pesa solo un'oncia o due. http://www.ti.com/tool/cc2541dk-sensor

È possibile utilizzare un accelerometro come MMA8451 e aggiungere un modulo Bluetooth HC06 e un piccolo microcontrollore. L'RPM è facile da calcolare .. Hai letto la forza lungo l'asse Z! Ora hai la tua forza centrifuga. Questa forza sta semplicemente aumentando in proporzione all'RPM.

Vorrei prendere in considerazione un sensore di luce dietro una fessura come parte di un oscillatore alimentato in un semplice vettore RF: potresti ricevere il segnale e la variazione del tono ti darebbe il numero di volte al secondo in cui la luce più luminosa ha superato il fessura. Puoi anche prendere in considerazione l'uso di un'antenna DF per verificare la posizione del Frisbee che ti dà la velocità di rotazione e assoluta.