Arduino Lazer Tabanlı Zamanlama Sistemi: 6 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Eğitimimin bir parçası olarak, bir model aracın 10 metreyi ne kadar hızlı kat ettiğini doğru bir şekilde ölçecek bir sisteme ihtiyacım vardı. Başlangıçta, eBay veya Aliexpress'den ucuz bir hazır sistem alacağımı düşündüm, bu sistemler genellikle ışık kapıları, fotoğraf kapıları veya benzeri olarak bilinir. Önceden oluşturulmuş ışık kapısı zamanlama sistemlerinin aslında oldukça pahalı olduğu ortaya çıktı, bu yüzden kendiminkini yapmaya karar verdim.

Bir ışık kapısı zamanlama sisteminin çalışması oldukça basittir. Her ışık kapısı bir tarafta bir lazer modülünden oluşur, bu diğer taraftaki ışığa bağımlı direnç modülüne (LDR) bir lazer noktası yansıtır. LDR'nin çıktısını ölçerek sistem, lazer ışınının ne zaman kırıldığını algılayabilir. Bu kapılardan ikisini kullanarak sistem, ilk ışın kesildiğinde zamanlayıcıyı başlatır ve ikinci ışının koptuğunu algıladığında zamanlayıcıyı durdurur. Elde edilen kayıt süresi LCD ekranda görüntülenir.

Öğrencilerle böyle bir sistem oluşturmak, kodlamaya harika bir giriştir, ayrıca bittiğinde gerçekten yararlı bir sınıf kaynağıdır. Bu tür bir sistem STEM aktiviteleri için harikadır ve lastik bant arabalar, fare kapanı arabalar veya çam ağacı derbi arabaları gibi şeylerin belirli bir mesafeyi ne kadar hızlı kat ettiğini ölçmek için kullanılabilir.

Sorumluluk Reddi: Burada sunulan çözüm optimal olmaktan uzaktır. Bazı şeylerin çok daha iyi veya daha verimli olabileceğinin farkındayım. Bu proje başlangıçta çok kısa bir süre içinde bir araya getirildi ve amaçlanan amaç için kesinlikle iyi çalıştı. Bu sistemin hem sürüm 2 hem de sürüm 3'ünü iyileştirmelerle yayınlamayı planlıyorum, lütfen talimatın son adımına bakın. Devrenin ve kodun uygulanmasının riski size aittir.

Gereçler

• Arduino R3 (veya uyumlu kart) - 4,50 £
• Adafruit tüy kanatlı protokol - Her tür protokol kartının küçük bir bölümü de gayet iyi - £ 1
• LCD tuş takımı kalkanı - Bunun, sahip olduğunuz arduino sürümüne uyacak şekilde yapıldığından emin olun - £ 5
• 2 x Işık Bağımlı Direnç (LDR) modülü - "arduino LDR" için ebay araması birçok seçenek göstermelidir - her biri 2,30 £
• 2 x Lazer modülü - "arduino lazer" için ebay araması birçok seçenek göstermelidir. Lazer gücünün 5mW'den büyük olmadığından emin olun. - üç kişi için 2,25 £
• 4 x Küçük tripod - her biri 3,50 £
• 4x 1/4 inç somun - Standart bir tripod dişi takmak için - £2
• Arduino kasası için şeffaf akrilik £3
• M3 somun ve cıvatalar - £2
• Plastik PCD karşıtlıkları - Bunların kitleri Ebay'de oldukça ucuza bulunabilir. - 6,80 £
• 4 x 3D baskılı muhafazalar - Malzeme maliyeti 5 £ civarındaydı.
• Şerit kablo - £ 5

Toplam maliyet 55 £ civarındaydı, bu hem lazer kesiciye hem de 3D yazıcıya erişimi varsayar. Buradaki maliyetin çoğu kasalar, somunlar ve cıvatalar vb. içindir. Elektroniklerin gerçek maliyeti sadece 22 sterlindir, bu nedenle burada muhtemelen çok fazla optimizasyon için yer vardır.

Adım 1: Adrunio'yu Programlayın

Aşağıdaki kodu Arduino'ya yükleyin. Bunu nasıl yapacağınızı bilmiyorsanız, bu harika talimata bakın.

Kodun temel mantığı şu şekildedir:

1. Lazer modüllerini açın ve her bir LDR'nin lazer ışınını "görebildiğini" kontrol edin.
2. LDR 1 lazer ışınında bir kesinti tespit edene kadar bekleyin, zamanlayıcıyı hemen başlatın.
3. LDR 2, lazer ışınında bir kesinti tespit edene kadar bekleyin, zamanlayıcıyı hemen durdurun.
4. Elde edilen süreyi LCD ekranda milisaniye cinsinden gösterin.

Kod yalnızca tek bir çalıştırmayı zamanlamak için tasarlanmıştır, ekrandaki süre not edildiğinde, kalkandaki sıfırlama düğmesi programı yeniden başlatmak için kullanılır.

ARDUINO KODU İÇİN BAĞLANTI

(Bilginize: Kod create.arduino.cc'de barındırılıyor ve kodu buraya gömmeyi çok isterdim, ancak Instructables düzenleyicisi, gömülü iframe'in doğru şekilde görüntülenmesine veya çalışmasına izin vermiyor. Instructables'taki herhangi biri bunu okuyorsa, lütfen bunu gelecekte bir özellik olarak uygulayın, teşekkürler)

2. Adım: 3B Baskı Muhafazaları

Modüllerin hareket etmesi sonucunda ışın kırılmalarının meydana gelmemesini sağlamak için lazer ve LDR modüllerinin yerinde tutulması gerekir. Aşağıdaki muhafazaları 3D olarak yazdırın ve modülleri yerine vidalayın, lazer modülünün cıvata deliği olmadığı için bir fermuarla yerinde tutulması gerekecektir.

Kasaların her birinin içine 1/4 inçlik bir somun taktığınızdan emin olun, bu daha sonra bu kasaların tripodlara bağlanmasına izin vermek için kullanılacaktır. Muhafazanın iki yarısı M3 somun ve cıvatalarla bir arada tutulur.

Adım 3: Lazer Kesim Arduino Kılıfı

Aşağıdaki eğeleri 4 mm kalınlığında şeffaf akrilikten lazerle kesin. Arduino R3'ü ve protoboard'u akrilik parçalardaki deliklerle hizalayın ve yerine vidalayın. PCD ayırıcılarını ara parça olarak kullanarak kasanın üst parçasını alta cıvatalayın.

Adım 4: Devreyi Kablolayın

Bu projede kullanılan LCD kalkanı, bu harika talimatta ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. LCD ekran ve giriş düğmeleri arduino'nun bazı G/Ç pinlerini kullanır, ancak bu nedenle lazer modülleri için tüm G/Ç'ler ve LDR'ler yalnızca 1, 2, 12 ve 13 numaralı pinleri kullanır.

Çok az kablolama gereklidir, ancak devrenin şemada gösterildiği gibi bağlandığından emin olun. Tüm kurulumu kolayca söküp saklamama izin vermek için lazer ve LDR modül kablolarına bazı JST tipi konektörler ekledim.

Evet, arduino pin 1 ve 2, hat içi direnç olmadan lazer modüllerine doğrudan güç sağlıyor. Seçilen lazer modülleri arduino ile kullanım için özel olarak tasarlandığından, bu bir sorun olmamalıdır. Lazer modülleri maksimum 5mW güç çeker, bu, pinin 5V besleme voltajında modülün 1mA civarında çekmesi gerektiği anlamına gelir, bu arduino I/O pinlerinde akım beslemesi için ~40mA sınırının oldukça altındadır.

Adım 5: Birleştirin ve Ayarlayın

Sonunda, her şeyi bir araya getirmeye hazırsınız.

1. LDR ve Lazer modül kasalarını küçük tripodlara monte edin.
2. Lazer modüllerini doğrudan LDR sensörüne parlayacak şekilde konumlandırın

Bu aşamada, bazı şeylere biraz ince ayar yapmanız gerekecek. LDR modülleri, lazer ışınının algılanmadığını belirten bir yüksek sinyal (5V), lazer ışınını görebildiğini belirten bir düşük işaret (0V) olan bir dijital sinyal verir. Modülün 5V'dan 0V çıkış sinyaline (ve tam tersi) geçiş yaptığı ışık yoğunluğu eşiği, LDR kartındaki bir potansiyometre ile kontrol edilir. Potansiyometreyi, modülün beklediğiniz zaman 0V ve 5V çıkış arasında geçiş yapması için ayarlamanız gerekecektir.

Sistem beklendiği gibi çalışana kadar potansiyometreyi kademeli olarak ayarlayın veya LDR modülü çıkışını ölçmek ve gerektiği gibi ayarlamak için bir multimetre kullanın.

Adım 6: Çalıştırma ve Daha Fazla Çalışma

Artık sistemi kullanmaya hazır olmalısınız! Resimler operasyon aşamalarını göstermektedir.

1. Sistemi başlatmak için seçme düğmesine basın.
2. Lazerleri, doğrudan LDR sensörü üzerinde parlayacakları şekilde hizalayın.
3. Sistem şimdi silahlı. Model arabayı hazırla.
4. İlk lazer ışını kırıldığında sistem zamanlamaya başlayacaktır.
5. İkinci lazer ışını kırıldığında sistem duracaktır.
6. Milisaniye cinsinden süre daha sonra ekranda görüntülenir.
7. Başka bir çalıştırmayı zamanlamak için sıfırlama düğmesine basın.

Yapılabilecek bazı bariz iyileştirmeler olduğundan, muhtemelen bu sistemin 2.0 sürümünü oluşturacağım:

1. Lazer modüllerini Arduino'dan çalıştırmaya gerek yoktur, pille çalıştırılabilirler ve gerektiğinde kolayca açılabilirler. Sistemi tasarladığımda, lazer modüllerini güç için Arduino'ya bağlamak en basit çözüm gibi görünüyordu, pratikte bu, uzun kablo geçişleriyle sonuçlanıyor.
2. LDR muhafazalarında yoğunlaştırıcı lenslere gerçekten ihtiyaç vardır. Lazer noktasını tam olarak (çok küçük) LDR sensörünün merkeziyle hizalamak çok zordur ve bazen birkaç dakika sürebilir, yoğunlaştırıcı lens kullanmak kullanıcıya lazer noktasıyla hedeflemesi için çok daha büyük bir hedef verir.

Ayrıca şimdi tamamen kablosuz olan ve Bluetooth kullanarak dizüstü bilgisayarıma bağlanan bir sürüm 3.0 bile düşünüyorum, ancak bu başka bir gün için çok daha büyük bir proje.

STEM Yarışmasında İkincilik