Wie kann ich die Drehzahl eines Frisbee messen?

Ich möchte ein kleines Gerät bauen, das ich auf einen Frisbee kleben kann , der Statistiken wie RPM / Geschwindigkeit des Frisbee messen kann, wenn er geworfen wird. Wäre das realistisch möglich?

Ich habe mich mit Nahfeldkommunikation befasst , um die Daten vom Frisbee auf ein Smartphone zu übertragen, aber das ist nur eine Idee. Es scheint schwierig zu sein, etwas klein genug zu machen, um den Flug des Frisbee selbst nicht zu beeinträchtigen. Kann sich jemand irgendwelche Ideen dafür einfallen lassen?

Hier ist eine Idee. Bauen Sie einen kleinen Tongenerator und einen winzigen Lautsprecher auf den Frisbee, wobei der Lautsprecher um den Rand herum angeordnet ist (ausgeglichene Masse natürlich auf der anderen Seite).

Wenn Sie den Frisbee drehen, können Sie den Ton aufnehmen, der gerade erzeugt wird. Je nachdem, wie schnell er sich dreht, verfügt er über Doppler-Funktionen. Wenn Sie die aufgezeichneten Daten analysieren können, sollten Sie in der Lage sein, die Drehzahl zu bestimmen.

Die Drehzahl eines Frisbee beträgt ungefähr 10 U / s. Sie können also ein Schwarz-Weiß-Muster auf den Frisbee sprühen und es als Video abspielen. Ein 60-fps-Camcorder (120 Halbbilder pro Sekunde) sollte es recht zuverlässig aufnehmen können.

Montieren Sie für die Nachtzeit eine winzige superhelle LED und eine mechanisch ausbalancierte Lithiumzelle.

Es gibt einen Artikel, der eine Methode beschreibt, um genau dies hier zu tun: Flugdynamikmessungen an einem instrumentierten Frisbee . Die Techniken funktionierten gut; Ich würde dies als Ausgangspunkt verwenden.

Im Wesentlichen handelte es sich um einen Mikrocontroller (BS2IC) und einen 2-Achsen-Beschleunigungsmesser (ADXL202), die mit Silikonkleber in der Mitte des Frisbee angebracht und dann durch die mit Klebeband befestigten Batterien (CR2032) ausgeglichen wurden. Die Hardware wurde speziell wegen ihres geringen Stromverbrauchs ausgewählt.

Ein kleiner Schalter wurde in der Nähe der Kante angebracht, um eine einfache Aktivierung in der Nähe des Wurfmoments zu ermöglichen, um den Stromverbrauch zu senken und auch, weil der Platz für die Datenaufzeichnung begrenzt ist:

Meine eigene Idee beim Lesen Ihrer Frage war es, einen 1-Achsen-Beschleunigungsmesser / Drucksensor in der Nähe der Frisbee-Kante anzubringen und die Zentrifugalkraft zu messen, obwohl die Montage in der Nähe der Kante das Auswuchten schwieriger machen kann. Der 2-Achsen-Beschleunigungsmesser ist kein großer Schritt nach oben, und Sie erhalten am Ende viel mehr Daten.

Sie können ein stromsparendes Nahfeld-Funksystem wie ZigBee (oder Bluetooth) verwenden, das für die Ersteinrichtung weniger geeignet ist und mindestens die Hinzufügung einer Taste oder einer anderen Logik erfordert, um das Pairing nutzbar zu machen, von vielen jedoch nativ unterstützt wird Geräte (z. B. Ihr Smartphone), um Daten zu einem nahe gelegenen Gerät zu streamen, oder Sie können Daten auf dem Mikrocontroller protokollieren und später abrufen.

Auf jeden Fall hat das Papier einige interessante Daten. Beachten Sie insbesondere die Beobachtung des Autors, dass direkte Daten während gleichmäßiger Zeiträume mit Beschleunigungsmessern leichter extrahiert werden können:

Diese Grafik gibt einen guten Überblick über das anfängliche Wackeln während des Fluges sowie über die Zentrifugalkraft.

Es scheint nicht wirklich notwendig zu sein, es mit Licht- / Tonsensoren zu komplizieren. In diesem Fall würde ich jedoch Rohdaten protokollieren / übertragen und die eigentliche Verarbeitung auf dem empfangenden Gerät durchführen, um den Stromverbrauch und die Anforderungen an die Mikroprozessorleistung auf Kosten des erhöhten Speicherbedarfs (für die Protokollierung) zu begrenzen.

Zwei kleine SMD-ICs, einer ein Beschleunigungsmesser, der andere ein Gyroskop, an gegenüberliegenden Enden einer FPC, mit einem Mikrocontroller, einem EEPROM und einer Knopfzellenbatterie, die im mittleren Teil des Frisbee-Bereichs gleichmäßig verteilt sind. Minimales Gewicht und Luftreibung. Lassen Sie den Mikrocontroller die IC-Ausgabe im EEPROM protokollieren. Die Kombination aus grafischem Beschleunigungsmesser und Gyroskop-Ausgang gibt Ihnen eine Annäherung an Geschwindigkeit und Drehzahl.

FPC wird nicht benötigt; Einige dünne kundenspezifische Leiterplatten mit einem Magnetdraht, der sie verbindet, würden auch funktionieren. Wir sprechen sowieso höchstens Gramm und Unzen.

Für den kabellosen Zugriff wäre ein Mikrocontroller oder ein SoC mit Bluetooth und geringem Energieverbrauch großartig. Schauen Sie sich den Texas Instruments Sensor Tag für einen kompletten Entwicklungs - Kit , das eine BTLE aktiviert ist SoC und I²C - Beschleunigungsmesser und Gyroskope sowie iPhone / Android App Beispiele von einer einzigen angetrieben CR2032 - Knopfzelle Hölle, können Sie den Sensor - Tag nehmen könnten, die roten entfernen Gehäuse, und kleben Sie es auf die Frisbee und der Rest zieht Daten aus der kostenlosen App.

Nur eine Idee rauswerfen, keine Ahnung, wie machbar das ist: MEMS-Gyroskope sind kleine, kostengünstige Sensoren mit geringer Leistung, die Winkelgeschwindigkeiten messen können. Was die Geschwindigkeitsmessung angeht, wenn Sie von linearer und nicht von Winkelgeschwindigkeit ausgehen, kann ich mir nur vorstellen, dass dies nicht sehr komplex ist, wenn Sie ein GPS-Modul wie dieses verwenden . Wenn Sie zwei aufeinanderfolgende Positionen voraussetzen und wissen, wann jede Messung durchgeführt wurde, können Sie die lineare Geschwindigkeit leicht berechnen.

Sie können die Drehzahl mit einem radial ausgerichteten Beschleunigungsmesser messen. Die Beschleunigung von der Mitte des Frisbee nach außen zeigt eine Rotation an (oder der Frisbee ist in einem Winkel, aber Sie können das heraus mitteln). Da Sie den Abstand vom Zentrum zum Beschleunigungsmesser kennen, ist dies eine einfache Berechnung der Rotationsbeschleunigung.

Viele davon sollten sehr leicht und klein gemacht werden können:

Ein Beschleunigungsmesser, der in einem bestimmten Winkel zwischen radial und vertikal zeigt, hat beim Drehen eine unterschiedliche Schwerkraftkomponente. Sogar ein Radialer wird dies haben, außer wenn der Flug genau horizontal ist.

Ein Lichtsensor tut dies in den meisten Fällen auch. Beim Übergang zwischen Bodenmerkmalen oder Boden zu Himmel und zurück werden Helligkeitsänderungen festgestellt, die eine korrelierbare Rotationsgeschwindigkeitskomponente aufweisen.

Eine LED, die radial mit einer Modulationsfrequenz sendet, kann in beträchtlicher Entfernung elektronisch erfasst werden. Sie können nach Modulationen suchen oder sie als Video abspielen und nach der LED-Signatur in Frames suchen (wahrscheinlich schwieriger).

Wenn Sie eine schreibwarenmodulierte Quelle bereitstellen, die sie beleuchtet, können Sie einen Detektor auf dem Frisbee platzieren. Wenn es für eine andere Person akzeptabel ist, beim Verfolgen des Strahls zu helfen, kann dies enger sein und sie kann den Strahl mit den Augen verfolgen. Eine einfache Stelle mit Pfosten und Kreis oder zwei Ringe ermöglichen es wahrscheinlich, einen Strahl von etwa 30 Grad auf dem Frisbee zu halten, wodurch der Signalpegel erheblich erhöht wird.

HF-Störungen sollten realisierbar sein.

Die Luftdruckkräfte variieren wahrscheinlich an einem Punkt in der Peripherie, während sich der Frisbee während des Transports dreht. Ein Drucksensor mit einem Anschluss an der Felge sollte ein sich wiederholendes Muster sehen.

Optisch gesehen ist es am schwierigsten, einen Frisbee im Flug zu treffen. Ansonsten kann man das Ganze optisch machen.

• Da sich das Drehmoment des Frisbee im Flug nicht ändert, können wir davon ausgehen, dass die schnellste Drehung unmittelbar nach dem Starten des Frisbee durch den Benutzer erfolgt. Um den Frisbee ins Visier zu nehmen, können Sie sich auf den Benutzer konzentrieren, der das Spielzeug startet.

• Machen Sie das Experiment nachts mit einem dunklen Frisbee mit einem dünnen Streifen um den äußeren Rand und einem dicken weißen Klecks an einem Teil des äußeren Randes. Bauen Sie sich eine Blitzlampe (viele DIY online verfügbar oder mieten Sie eine).

• Leihen Sie sich eine DSLR aus, und stellen Sie den Lampenmodus (oder den 30-Sekunden-Verschluss) ein. Verwenden Sie einen niedrigen ISO-Wert und eine sehr kleine Blende, wenn Sie Tiefenschärfe und geringe Verstärkung wünschen.

• Finde einen Freund mit einem guten Arm und der Bereitschaft, hundertmal einen Frisbee zu werfen, um der Wissenschaft willen.

• Spielen Sie mit den Blitzfrequenzeinstellungen und den Kameraeinstellungen.

• Berechnen Sie die Frequenz. Denken Sie daran, dass der Nyquist-Satz die maximale Frequenz, die Sie messen können, nach oben begrenzt.

Eine Kamera mit einem richtig bemalten Frisbee ist eine gute Low-Tech-Lösung. Wenn Sie jedoch auf einer elektronischen Lösung bestehen, ist eines der wenigen Dinge, die funktionieren würden, die Verwendung eines digitalen Kompasses.

Ich habe mich mit diesem Problem befasst, weil ich vorhabe, einen Monocopter zu bauen (siehe: http://www.youtube.com/watch?v=1n6ZmwzSL0Y ), und ich habe festgestellt, dass Gyros nicht schnell genug sind es zu tun. Es ist nicht das Problem der Datenrate, sondern eine grundlegendere der maximalen Winkelgeschwindigkeit, die von den Gyros gemessen werden kann, wie in den Datenblättern angegeben. Die meisten Gyros (in der Tat alle, die ich angeschaut habe) melden einfach die ganze Zeit so etwas wie 0xffff, wenn sie an so etwas wie ein Frisbee angehängt sind.

Digitaler Kompass hat dieses Problem jedoch nicht, da er nicht die Winkelgeschwindigkeit misst, sondern die absolute Position / Richtung. Tatsächlich verwenden die erfolgreichen Monokopter wie MIT und Embry Riddle den digitalen Kompass zur Orientierung.

Eine andere Lösung, die ich in Betracht gezogen habe, ist ein Lichtdetektor. In etwa so: https://www.sparkfun.com/products/9768 . Suchen Sie dann einfach nach dem hellsten Punkt und nehmen Sie an, dass es die Sonne ist und legen Sie die Zeitspanne zwischen den hellen Punkten fest, um die Zeit einer einzelnen Umdrehung zu erhalten.

Setzen Sie einen Lichtsensor mit einem engen Sichtfeld + Chip ein, der die empfangenen Lichtimpulse und deren Intervall erfassen kann. Filtern Sie das empfangene Licht auf eine bestimmte Frequenz, um eine falsche Erkennung zu vermeiden, und stellen Sie sicher, dass die Lichtquelle mit dieser Frequenz übereinstimmt.

Laden Sie die Daten von der Disc herunter.

Nach "Frisbee Cam" suchen ... Sie verwendeten eine Schaufel, um die Kamera am Drehen zu hindern. Dieselbe Idee könnte verwendet werden, um zu verhindern, dass sich ein optischer Sensor dreht, so dass Markierungen gezählt werden können, die vorbeigehen, um die Drehzahl zu messen.

Hierzu könnte das Bluetooth-Gyroskop TI cc2541 verwendet werden. Nur 25 $ und es wiegt nur ein oder zwei Unzen. http://www.ti.com/tool/cc2541dk-sensor

Sie können einen Beschleunigungsmesser wie den MMA8451 verwenden und ein HC06-Bluetooth-Modul und einen kleinen Mikrocontroller hinzufügen. Die Drehzahl ist einfach zu berechnen. Sie lesen die Kraft entlang der Z-Achse aus! Jetzt haben Sie Ihre Fliehkraft. Diese Kraft nimmt einfach proportional zur Drehzahl zu.

Ich würde in Betracht ziehen, einen Lichtsensor hinter einem Schlitz als Teil eines Oszillators zu verwenden, der in einen einfachen HF-Träger eingespeist wird. Sie könnten das Signal empfangen und die Variation des Tons würde Ihnen die Anzahl der Durchgänge des hellsten Lichts pro Sekunde anzeigen Slot. Sie können auch ein DF-Antitool verwenden, um die Position für den Frisbee zu überprüfen und die Rotations- und Absolutgeschwindigkeit zu ermitteln.