Sensore per la rilevazione del proiettile softair

Sto cercando di creare un cronografo / cronometro softair (un dispositivo che misura la velocità del proiettile softair). L'idea è di misurare il tempo in cui il proiettile sta viaggiando dal punto A al punto B, e quindi posso calcolare la velocità del proiettile.

Il proiettile viene sparato in un tubo di plastica con un diametro di 32 mm. Ho provato a mettere da un lato il LED IR e dall'altro il fototransistor lato (BPW 40), sia all'inizio che alla fine del tubo. Qualcosa come questo:

I cerchi blu sono fototransistor, i cerchi rossi sono LED IR e i cerchi bianchi sono proiettili softair.

Quando il proiettile attraversa l'area in cui viene proiettato il proiettile 2 (appena tra il LED IR e il fototransistor), tutto funziona perfettamente. Ma quando il proiettile passa dove vengono disegnati i proiettili 1 e 3, non viene rilevato. Ciò è previsto, ma comportamento indesiderato.

Quindi la mia domanda è: come posso rilevare i proiettili indipendentemente dalla sua posizione? Ho pensato di mettere LED IR e fototransistor attorno al tubo (non solo in un punto), in questo modo:

ma questa soluzione non è più economica: 5 LED IR + 5 BPW 40 = cca $ 12 volte 2 (perché ne ho bisogno su entrambi i lati del tubo) = $ 24. C'è qualche soluzione più economica? BPW 40 è una buona scelta per il fototransistor? Non so quali LED IR sto usando (e anche il venditore nel negozio non lo sa - mi ha detto che sono quelli generici per i telecomandi, come il controller TV o DVD).

Il diametro del tubo è di 32 mm e sarà lungo circa 14 cm (i sensori saranno distanti 10 cm). Il diametro del proiettile softair è di 6 mm.

MODIFICARE:

Vado per la mia seconda idea. Ho solo un'altra domanda: è meglio disporre gli emettitori IR e i transistor fotografici in questo modo:

o in questo modo:

Grazie !!

Non è necessario che il BB sia centrato tra l'emettitore e il rivelatore

Potrebbe essere possibile utilizzare il fototransistor come un sensore analogico piuttosto che un interruttore (che è quello che sospetto che tu stia facendo attualmente). Anche se il tuo articolo non blocca completamente la luce, cambierà la luce nell'area del tubo occupato. Usa il tuo fototransistor per creare tensione, amplificare o buffer se necessario, e inviare l'uscita a un amplificatore differenziante . Ciò dovrebbe generare una tensione diversa da zero ogni volta che l'intensità della luce cambia. Supponendo che il tuo sistema sia chiuso ad entrambe le estremità (e che la tua pistola softair non abbia un significativo colpo di museruola), ciò dovrebbe accadere solo quando un proiettile sta attraversando l'area.

Alcune idee da barriere fotoelettriche

Considera anche che il tuo problema è simile al problema risolto dalle barriere fotoelettriche, ma su scala ridotta. È particolarmente simile nel tuo ultimo diagramma, con più sensori. Alcuni trucchi potrebbero essere presi in prestito da barriere fotoelettriche:

• È più facile progettare e assemblare barriere fotoelettriche rettangolari rispetto ad altre forme. Supponendo che tu abbia progettato la tua pipa in modo tale che il flusso d'aria attorno alla pallottola non sia un problema, potresti mettere delle scatole all'estremità della pipa contenenti PCB piatti per montare i tuoi emettitori e rivelatori. Ciò sarebbe considerevolmente più semplice e più robusto dei fori nel tubo e dei conduttori dappertutto.

• La risoluzione può essere aumentata in modo significativo scansionando gli emettitori e controllando ciascuno dei rilevatori. Ciò modifica il modello di scansione da una fila di linee (che dovrebbe quindi essere <6 mm di distanza) in linee tra ciascun rivelatore e ciascun emettitore. Dovrai verificare che il modello formato non lasci buchi spalancati, ad esempio immediatamente adiacenti agli emettitori o ai rivelatori (anche se questi possono essere rimossi semplicemente distanziando ulteriormente i rivelatori e gli emettitori). Nota che dovrai scansionare abbastanza rapidamente; il fattore limitante è probabilmente il tuo fototransistor con tempi di salita e discesa dell'ordine di 10 microsecondi. Per sfuggire al rilevamento, un oggetto da 6 mm dovrebbe viaggiare verso:

  $\frac{6~\mathrm{mm}}{10~\mathrm{{\mu}s}} \approx 2000 \mbox{ feet per second}$

  che è, spero, significativamente più veloce di quanto sia capace la tua pistola softair.

Un altro problema sulla tua fonte:

Non so quali LED IR sto usando (e anche il venditore nel negozio non lo sa - mi ha detto che sono quelli generici per i telecomandi, come il controller TV o DVD).

No semplicemente no. I negozi fisici e i venditori nella vita reale sono utili solo quando (1) sei in una ridicola crisi di tempo e non possono aspettare fino al giorno successivo che le tue parti arrivino per posta o (2) aggiungano valore al prodotto. Non hai poco tempo a disposizione e il tuo venditore non ha idea della merce, quindi ti consiglio vivamente di iniziare a guardare distributori online affidabili come Mouser e Digikey che forniranno schede tecniche e parti originali.

Inoltre, il tuo preventivo di $ 12 per 5 emettitori IR (nota che i LED emettono solo luce visibile, quindi tecnicamente non è corretto chiamarli LED IR, sono chiamati "emettitori a infrarossi") e 5 fototransistor sono ridicoli. Gli emettitori IR sono circa $ 0,15 ciascuno e i fototransistor sono circa $ 0,30 ciascuno, quindi dovresti guardare $ 2,25 per la tua configurazione da 5 pezzi. Si noti inoltre che queste quotazioni sono per piccole quantità di parti a foro passante: se si acquistano bobine o si utilizzano parti SMD più economiche, né il LED né il fototransistor dovrebbero essere più di $ 0,10.

modificare

Per decidere tra le varie possibili configurazioni di emettitori e rivelatori, traccia le linee di vista attraverso ciascuna coppia che controllerai come mostrato qui:

Quello di sinistra è più denso al centro, mentre quello di destra utilizza un numero significativo delle sue linee di vista per controllare la periferia estrema. Dal momento che non stai lavorando con un'applicazione critica per la sicurezza come una barriera fotoelettrica in cui non puoi permetterti di perdere un oggetto di tanto in tanto, e dal momento che i tuoi oggetti dovrebbero essere concentrati al centro (e dare risultati errati se colpiscono il lati), suggerirei quello di sinistra.

Detto questo, entrambi saranno difficili da fabbricare. Consiglio ancora di usare una disposizione rettangolare come mostrato qui:

Questo diagramma descrive una scheda madre superiore contenente un microcontrollore e un connettore per l'alimentazione, la terra e un impulso da emettere quando viene rilevato un oggetto, con schede figlia montate su connettori ad angolo retto. Ciò crea una spaziatura 32/5 = 6,4 mm tra le coppie emettitore / rivelatore senza controllare le diagonali, aumentando il conteggio da 5 a 6 o 8 (che sarebbe facile) ti permetterebbe di fare una semplice scansione lineare.

Considera che i circuiti per l'emettitore e il rivelatore sono sostanzialmente identici (e bassa densità / complessità), probabilmente potresti rendere tutte e tre le schede fisicamente identiche e semplicemente popolarle in modo diverso per risparmiare denaro. Per la scheda madre, un microcontrollore SSOP o SOIC sulla parte superiore della scheda, eseguire I / O su entrambi i lati in fori da 0,1 "per un'intestazione ad angolo retto. Per le schede figlie, inserire una fila di impronte di emettitore / rivelatore (loro" è abbastanza facile da trovare in pacchetti meccanicamente identici, come la coppia Kingbright APT2012F3C / AA3021P3S) e resistori sul fondo, ed eseguire i collegamenti alle intestazioni. Alcuni ponticelli per saldatura sarebbero sufficienti per realizzare una scheda di entrambi i tipi, come mostrato di seguito schematico, oppure potresti avere fantasia e rendere un'estremità della scheda una connessione per gli emettitori e l'altra per i rivelatori.

Ancora una volta, suggerisco vivamente di pensare seriamente al design per la producibilità in questa fase! Non vuoi finire con un mucchio di componenti che non puoi assemblare in modo affidabile, specialmente se hai tempi di consegna lunghi come indicato. Un piccolo sforzo investito in anticipo può risparmiare molto sforzo in seguito.

Modifica n. 2: schema per la progettazione proposta

Ho usato un ATtiny40 in questo design, ci sono una varietà di controller che potrebbero essere usati. Scusate il disordine delle reti all'esterno, sto provando un nuovo editor online pulito (fare clic sull'immagine per aprirlo) che non ha ancora autobus.

Un metodo che potrebbe risultare più economico e più semplice consiste nell'utilizzare un laser. Come ha detto Kevin, è più facile realizzare una barriera fotoelettrica in un tubo rettangolare che in uno rotondo. Rendi riflettenti le parti interne del tubo, incollando gli specchi all'interno o super lucidandoli. Quindi puntare un laser attraverso un foro nel tubo in modo che rimbalzi più volte prima di colpire il fototransistor. Finché non ci sono buchi abbastanza grandi per il passaggio della palla, allora sei sicuro di rilevarlo (potresti aver bisogno di più rimbalzi nel caso circolare di quanto io abbia disegnato).

Un altro metodo di rilevamento, che è più vicino a quello che stai usando ora è di invertire le cose. Piuttosto che i LED che brillano sui fototransistor e la sfera che taglia il segnale, perché non disporlo in modo che i fototransistori rilevino la luce riflessa dalla palla?

Disporre i LED in modo che non vi sia luce brillante sui fototransistor. Rendi i LED molto luminosi. Quando la palla passa attraverso i LED, si illumina intensamente sotto l'illuninazione e viene rilevato un piccolo segnale sui fototransistor.

Finora la maggior parte dei rivelatori suggeriti in questo thread sembrano funzionare nel dominio digitale, richiedendo al proiettile di ostruire sufficientemente il raggio luminoso per innescare un'uscita digitale. Poiché l'emettitore e il rivelatore potrebbero essere disposti a rilevare un impulso di luce riflessa dal proiettile di passaggio o la sua ombra. Suggerisco che il rivelatore fotografico debba essere analogico durante il funzionamento, funzionando al di sotto del livello di saturazione e CA accoppiato a un rilevatore Op-Amp OOK.

Il vantaggio dell'utilizzo di un rilevatore OOK è che il rumore di fondo viene filtrato per fornire il livello di polarizzazione per il comparatore del rilevatore di soglia, rendendo il rivelatore molto sensibile alle piccole variazioni del segnale di ingresso. Qualsiasi piccola variazione improvvisa del livello di luce al di sopra del livello di sfondo attiva un'uscita digitale. Con un'attenta selezione delle costanti di tempo del filtro passa-alto di ingresso e del filtro passa-basso di polarizzazione, dovrebbe essere possibile adattare la risposta complessiva del rivelatore alla firma del cambiamento di luce associato al proiettile che passa, filtrando la maggior parte del rumore di fondo derivante da lenti cambiamenti del livello di luce ambientale.

Pertanto, l'alto guadagno del rivelatore potrebbe quindi essere utilizzato per convertire una leggera variazione del livello di luce nell'impulso digitale richiesto. Suggerisco che il primo passo nella costruzione di un tale sistema sarebbe quello di sperimentare collegando un oscilloscopio accoppiato in ca a un foto-transistor cablato in una configurazione follower e studiare la migliore disposizione di posizione del LED dell'emettitore e del fotorilevatore nel tubo che produce il massimo segnale sia dal riflesso che dall'ombra del proiettile di passaggio.

Senza conoscere l'albedo IR sia del proiettile che della parete interna del tubo non è possibile raccomandare quale disposizione produrrà i risultati migliori. Ho il sospetto che il rapporto segnale-rumore più grande potrebbe essere ottenuto dal rilevamento del lampo di luce posteriore sparso dal proiettile di passaggio, ma ciò richiede che l'albedo del tubo sia molto basso e quello del proiettile sia alto.

Suggerisco che sia l'emettitore che il ricevitore debbano essere selezionati per avere l'angolo di visione più ampio, con l'obiettivo di produrre una ventola di luce attraverso il tubo, per massimizzare l'area di rilevamento. Il senso comune indica che maggiore è il rapporto tra la sezione trasversale del proiettile e quella del tubo, maggiore è il rapporto segnale-rumore prodotto dall'ombra.

La funzione del tubo è di ridurre il più possibile gli effetti della luce ambientale sul rivelatore. A condizione che domini la luce dell'emettitore IR, dovrebbe essere possibile regolare l'uscita degli emettitori IR per deviare il rivelatore nella sua regione lineare più sensibile, il punto di massima pendenza sulla curva di risposta dei rivelatori.

Un ulteriore miglioramento della velocità dei rivelatori, della sensibilità e delle prestazioni di reiezione del rumore può essere ottenuto sostituendo il semplice foto-transistor con un foto-diodo, come un BPX65 e un OP-Amp ad alta velocità. Esistono numerosi circuiti che utilizzano il feedback di tensione per mantenere costante la tensione di polarizzazione CC attraverso il foto diodo. Ciò aumenta la velocità del rivelatore, poiché la fotocorrente non viene utilizzata per caricare la capacità interna dei diodi. Tali circuiti sono comunemente usati dai radioamatori che stanno esplorando lunghe distanze, linee visive, comunicazioni ottiche usando una modulazione di piccola ampiezza della luce LED da parte di un sottoportante modulato IF basso. In questo caso l'indice di modulazione AM è generalmente inferiore al 10%, in genere 5%. Questo, sospetto, è simile al segnale AM ​​che potrebbe essere prodotto da un proiettile di passaggio,

Pensando alla disposizione ottica ottimale per il rivelatore e l'emettitore. Credo che la luce del rivelatore e dell'emettitore debba essere collimata per produrre un raggio parallelo attraverso il tubo. Ciò potrebbe essere ottenuto posizionando il rivelatore e l'emettitore nei punti focali opposti, di fronte ai riflettori parabolici. Ciò dovrebbe comportare un incrocio e un raggio parallelo di luce IR che attraversa la linea centrale del tubo.

Poiché non è pratico modellare il tubo nel profilo parabolico richiesto, una simile disposizione potrebbe essere prodotta inserendo due fogli di plastica spessa, sagomati con un profilo del bordo del riflettore parabolico nelle pareti laterali opposte del tubo, tramite fessure tagliate nella parete del tubo. Il bordo a forma parabolica degli inserti è coperto con nastro riflettente specchiante Fablon. Il profilo parabolico richiesto potrebbe essere prodotto stampando la curva richiesta su carta per stampante laser e trasferendo questo per dire foglio di plastica uPVC spesso mezzo pollice come segno di stampino per il taglio. Quanto di miglioramento questa disposizione ottica ideale oltre all'uso del profilo circolare del tubo è oggetto di esperimento o calcolo dettagliato.

Forse più led che puntano su un fototransister potrebbero essere rilevabili e ridurre la zona morta.

È ora di fare uno sforzo! Anche una panca per assicurarti di essere sempre nel punto giusto potrebbe valere la pena di guardare.

Solo per estendere l'allitle di risposta. Esiste un'app per utenti Windows Phone Wp7. Wp 7,5 Wp7,8 e Wp8. Questa app si chiama CronoPhone (non cronografo ma senza la "h") è un'ottima app softair con calcolatori e ...

Ma ha anche una guida dettagliata che descrive come rendere il cronografo harware di cui ti stai occupando. In aggiunta ha un software in cui usa il campionatore del microfono del telefono per trovare i picchi analogici dai reciver ... E quindi calcola il MpS del proiettile. Se vuoi FPS, usa il calcolatore nell'app ...

Spero di aiutare. Ricorda che si chiama CronoPhone (senza la "h" in Chrono) ...