Sensor zur Erfassung von Airsoft-Geschossen

Ich versuche, einen Airsoft-Chronographen / Chronometer herzustellen (ein Gerät, das die Geschwindigkeit von Airsoft-Geschossen misst). Die Idee ist, die Zeit zu messen, in der die Kugel von Punkt A nach Punkt B wandert, und dann die Geschwindigkeit der Kugel zu berechnen.

Die Kugel wird in ein Kunststoffrohr mit einem Durchmesser von 32 mm geschossen. Ich habe versucht, auf der einen Seite eine IR-LED und auf der anderen Seite einen Fototransistor (BPW 40) anzubringen, sowohl am Anfang als auch am Ende der Röhre. Etwas wie das:

Blaue Kreise sind Fototransistoren, rote Kreise sind IR-LEDs und weiße Kreise sind Airsoft-Kugeln.

Wenn die Kugel durch den Bereich läuft, in dem die Kugel 2 gezeichnet ist (genau zwischen der IR-LED und dem Fototransistor), funktioniert alles einwandfrei. Aber wenn die Kugel passiert, wo die Kugeln 1 und 3 gezogen werden, wird sie nicht erkannt. Das ist zu erwarten, aber unerwünschtes Verhalten.

Meine Frage lautet also: Wie kann ich Kugeln unabhängig von ihrer Position erkennen? Ich habe darüber nachgedacht, IR-LEDs und Fototransistoren um das Rohr herum (nicht nur an einer Stelle) anzubringen:

Diese Lösung ist jedoch nicht die günstigste: 5 IR-LEDs + 5 BPW 40 = ca. 12 mal 2 US-Dollar (da ich sie auf beiden Seiten des Rohrs benötige) = 24 US-Dollar. Gibt es eine billigere Lösung? Ist BPW 40 eine gute Wahl für Fototransistoren? Ich weiß nicht, welche IR-LEDs ich verwende (und der Verkäufer im Geschäft weiß es auch nicht - er sagte mir, es handele sich um generische LEDs für Fernbedienungen wie Fernseher oder DVD-Controller).

Das Rohr hat einen Durchmesser von 32 mm und eine Länge von ca. 14 cm (der Abstand zwischen den Sensoren beträgt 10 cm). Der Durchmesser der Airsoft-Kugel beträgt 6 mm.

BEARBEITEN:

Ich werde für meine zweite Idee gehen. Ich habe nur noch eine Frage: Ist es besser, IR-Strahler und Fototransistoren so anzuordnen:

oder so:

Vielen Dank !!

Der BB muss nicht zwischen Sender und Detektor zentriert sein

Möglicherweise kann der Fototransistor als analoger Sensor anstelle eines Schalters verwendet werden (was ich vermute, dass Sie gerade tun). Auch wenn Ihr Objekt das Licht nicht vollständig blockiert, ändert es das Licht im Bereich der belegten Leitung. Verwenden Sie Ihren Fototransistor, um eine Spannung zu erzeugen, zu verstärken oder gegebenenfalls zu puffern, und senden Sie den Ausgang an einen Differenzierverstärker . Dies sollte eine Spannung ungleich Null erzeugen, wenn sich die Lichtintensität ändert. Angenommen, Ihr System ist an beiden Enden geschlossen (und Ihre Airsoft-Waffe hat keinen signifikanten Mündungsblitz), sollte dies nur passieren, wenn eine Kugel den Bereich passiert.

Einige Ideen von Lichtvorhängen

Bedenken Sie auch, dass Ihr Problem dem Problem ähnelt, das durch Lichtvorhänge gelöst wird, jedoch in kleinerem Maßstab. In Ihrem letzten Diagramm ist es mit mehreren Sensoren besonders ähnlich. Ein paar Tricks könnten aus Lichtvorhängen entlehnt werden:

• Rechteckige Lichtvorhänge lassen sich einfacher entwerfen und montieren als andere Formen. Angenommen, Sie haben Ihr Rohr so ​​ausgelegt, dass der Luftstrom um das Geschoss kein Problem darstellt, können Sie Kisten mit flachen Leiterplatten an das Ende Ihres Rohrs anbringen, um Ihre Emitter und Detektoren zu montieren. Dies wäre erheblich einfacher und robuster als das Bohren von Löchern in Ihr Rohr und das Verlegen von Drähten überall.

• Ihre Auflösung kann erheblich gesteigert werden, indem Sie Ihre Emitter scannen und jeden Ihrer Detektoren überprüfen. Dies ändert Ihr Scanmuster von einer Reihe von Linien (die dann <6 mm voneinander entfernt sein müssten) zu Linien zwischen jedem Detektor und jedem Emitter. Sie müssen sicherstellen, dass das erzeugte Muster keine klaffenden Löcher hinterlässt, z. B. direkt neben den Emittern oder Detektoren (diese können jedoch einfach entfernt werden, indem die Detektoren und Emitter weiter voneinander entfernt werden). Beachten Sie, dass Sie ziemlich schnell scannen müssen. Der begrenzende Faktor sind wahrscheinlich Ihre Fototransistoren mit Anstiegs- und Abfallzeiten in der Größenordnung von 10 Mikrosekunden. Um der Erkennung zu entgehen, müsste sich ein 6-mm-Objekt in folgenden Richtungen bewegen:

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

  Das ist hoffentlich bedeutend schneller als Ihre Airsoft-Waffe.

Ein weiteres Problem mit Ihrer Quelle:

Ich weiß nicht, welche IR-LEDs ich verwende (und der Verkäufer im Geschäft weiß es auch nicht - er sagte mir, es handele sich um generische LEDs für Fernbedienungen wie Fernseher oder DVD-Controller).

Nein einfach nein. Ladengeschäfte und echte Verkäufer sind nur dann nützlich, wenn (1) Sie sich in einer lächerlichen Zeit befinden und nicht bis zum nächsten Tag auf den Posteingang Ihrer Teile warten können oder (2) sie dem Produkt einen Mehrwert verleihen. Sie sind nicht unter Zeitdruck und Ihr Verkäufer hat keine Ahnung, was die Waren angeht. Ich rate Ihnen daher dringend, seriöse Online-Händler wie Mouser und Digikey zu konsultieren, die Datenblätter und Originalteile bereitstellen.

Darüber hinaus ist Ihr Preisangebot von 12 US-Dollar für 5 IR-Emitter (beachten Sie, dass LEDs nur sichtbares Licht emittieren, sodass es technisch falsch ist, sie als IR-LEDs zu bezeichnen, sie werden als "Infrarot-Emitter" bezeichnet) und 5 Fototransistoren lächerlich. IR-Strahler kosten jeweils etwa 0,15 USD und Fototransistoren kosten jeweils etwa 0,30 USD. Sie sollten also 2,25 USD für Ihr 5-teiliges Setup in Betracht ziehen. Beachten Sie auch, dass diese Preisangaben für kleine Mengen von Durchgangsbohrungsteilen gelten: Wenn Sie Rollen kaufen oder billigere SMD-Teile verwenden, sollten weder die LED noch der Fototransistor mehr als 0,10 USD betragen.

Bearbeiten

Um zwischen den verschiedenen möglichen Konfigurationen von Emittern und Detektoren zu wählen, ziehen Sie Sichtlinien durch jedes Paar, das Sie überprüfen möchten, wie hier gezeigt:

Das linke ist in der Mitte dichter, während das rechte eine beträchtliche Anzahl seiner Sichtlinien zur Überprüfung der äußersten Peripherie verwendet. Da Sie nicht mit einer sicherheitskritischen Anwendung wie einem Lichtvorhang arbeiten, bei der Sie es sich nicht leisten können, von Zeit zu Zeit ein Objekt auszulassen, und da Ihre Objekte in der Mitte konzentriert sein sollten (und fehlerhafte Ergebnisse liefern, wenn sie auf den Bildschirm treffen) Seiten), würde ich die linke vorschlagen.

Das heißt, beide werden schwierig herzustellen sein. Ich schlage immer noch vor, eine rechteckige Anordnung zu verwenden, wie hier gezeigt:

Dieses Diagramm beschreibt ein oberes Mainboard mit einem Mikrocontroller und einem Anschluss für Strom, Masse und einen Impuls, der ausgegeben wird, wenn ein Objekt erkannt wird, wobei Tochterkarten auf rechtwinkligen Anschlüssen montiert sind. Dies erzeugt einen Abstand von 32/5 = 6,4 mm zwischen Emitter / Detektor-Paaren ohne Überprüfung der Diagonalen. Wenn Sie die Anzahl von 5 auf 6 oder 8 erhöhen (was einfach wäre), können Sie einen einfachen linearen Scan durchführen.

Bedenken Sie, dass die Schaltkreise für den Emitter und den Detektor im Grunde genommen identisch sind (und eine geringe Dichte / Komplexität aufweisen). Sie könnten wahrscheinlich alle drei Platinen physisch identisch machen und sie einfach unterschiedlich bestücken, um Geld zu sparen. Führen Sie für die Hauptplatine, einen SSOP- oder SOIC-Mikrocontroller auf der Oberseite der Platine, die E / A an beiden Seiten in 0,1-Zoll-Löcher für einen rechtwinkligen Header. Sie sind leicht in mechanisch identischen Gehäusen wie dem Kingbright APT2012F3C / AA3021P3S-Paar und Widerständen auf der Unterseite zu finden und führen die Verbindungen zu den Sockeln zurück Schaltplan, oder Sie könnten Lust bekommen und ein Ende der Platine eine Verbindung für Emitter und das andere für Detektoren machen.

Nochmals, ich empfehle dringend, in dieser Phase intensiv über Design für Herstellbarkeit nachzudenken! Sie möchten nicht mit einer Reihe von Komponenten enden, die Sie nicht zuverlässig zusammenbauen können, insbesondere wenn Sie wie angegeben lange Vorlaufzeiten haben. Ein wenig Aufwand, der früh investiert wird, kann später viel Aufwand sparen.

Edit # 2: Schema für vorgeschlagenes Design

Ich habe einen ATtiny40 in diesem Design verwendet, es gibt eine Vielzahl von Controllern, die verwendet werden könnten. Ich entschuldige mich für das Durcheinander der Netze draußen und probiere einen neuen Online-Editor aus (klicke auf das Bild, um es zu öffnen), der noch keine Busse hat.

Eine Methode, die billiger und einfacher werden könnte, ist die Verwendung eines Lasers. Wie Kevin sagte, ist es einfacher, einen Lichtvorhang in einer rechteckigen Röhre als in einer runden zu machen. Bringen Sie die Innenseiten der Röhre zum Reflektieren, indem Sie die Spiegel innen kleben oder sie super polieren. Richten Sie dann einen Laser durch ein Loch in der Röhre, so dass er mehrmals herumspringt, bevor Sie auf den Fototransistor treffen. Solange es keine Löcher gibt, die groß genug sind, um den Ball durchzulassen, werden Sie ihn garantiert erkennen (Sie benötigen möglicherweise mehr Bounces in der runden Hülle, als ich gezeichnet habe).

Eine andere Erfassungsmethode, die Ihrer derzeitigen Methode näher kommt, ist das Umkehren von Dingen. Anstatt dass die LEDs auf die Fototransistoren leuchten und die Kugel das Signal abschneidet, sollten Sie sie so anordnen, dass die Fototransistoren das von der Kugel reflektierte Licht erfassen.

Ordnen Sie die LEDs so an, dass kein Licht auf die Fototransistoren fällt. Machen Sie die LEDs sehr hell. Wenn der Ball die LEDs passiert, leuchtet er hell unter der Beleuchtung und an den Fototransistoren wird ein kleines Signal erkannt.

Bisher scheinen die meisten der in diesem Thread vorgeschlagenen Detektoren im digitalen Bereich zu arbeiten, sodass die Kugel den Lichtstrahl ausreichend blockieren muss, um eine digitale Ausgabe auszulösen. Da der Emitter und der Detektor angeordnet sein können, um entweder einen Impuls von reflektiertem Licht von der vorbeiziehenden Kugel oder dessen Schatten zu erfassen. Ich schlage vor, dass der Fotodetektor im Betrieb analog ist und unterhalb des Sättigungspegels arbeitet und mit einem OOK-Op-Amp-Detektor wechselstromgekoppelt ist.

Der Vorteil der Verwendung eines OOK-Detektors besteht darin, dass Hintergrundrauschen gefiltert wird, um den Vorspannungspegel für den Schwellenwertdetektorkomparator bereitzustellen, wodurch der Detektor sehr empfindlich auf kleine Änderungen des Eingangssignals reagiert. Jede plötzliche kleine Änderung des Lichtpegels über dem Hintergrundpegel löst einen digitalen Ausgang aus. Durch sorgfältige Auswahl der Zeitkonstanten des Eingangs-Hochpassfilters und des Bias-Tiefpassfilters sollte es möglich sein, die Gesamtreaktion des Detektors auf die Signatur der mit dem vorbeifliegenden Projektil verbundenen Lichtänderung abzustimmen und den größten Teil des Hintergrundrauschens herauszufiltern resultierend aus langsamen Änderungen des Umgebungslichtniveaus.

Die hohe Verstärkung des Detektors könnte dann verwendet werden, um eine geringfügige Änderung des Lichtpegels in den erforderlichen digitalen Impuls umzuwandeln. Ich schlage vor, dass der erste Schritt beim Aufbau eines solchen Systems darin besteht, zu experimentieren, ein wechselstromgekoppeltes Oszilloskop an einen in einer Folgekonfiguration verdrahteten Fototransistor anzuschließen und die beste Positionsanordnung von Emitter-LED und Fotodetektor in der Röhre zu untersuchen, die den erzeugt größtes Signal von entweder Reflexion oder Schatten von der vorbeiziehenden Kugel.

Ohne Kenntnis der IR-Albedo sowohl des Projektils als auch der Innenwand des Rohrs kann nicht empfohlen werden, welche Anordnung die besten Ergebnisse liefert. Ich vermute, dass das größte Signal-Rausch-Verhältnis durch die Detektion des zurückgestreuten Lichtblitzes von der vorbeifliegenden Kugel erzielt werden kann, aber dies erfordert, dass die Albedo der Röhre sehr niedrig und die der Kugel hoch ist.

Ich schlage vor, dass sowohl der Sender als auch der Empfänger so ausgewählt werden, dass sie den breitesten Betrachtungswinkel haben. Das Ziel besteht darin, einen Lichtfächer über die Röhre zu erzeugen, um den Erfassungsbereich zu maximieren. Der gesunde Menschenverstand besagt, dass je größer das Verhältnis des Projektilquerschnitts zum Rohr ist, desto höher ist das Signal-Rausch-Verhältnis, das der Schatten erzeugt.

Die Funktion der Röhre besteht darin, die Auswirkungen des Umgebungslichts auf den Detektor so gering wie möglich zu halten. Unter der Voraussetzung, dass das Licht des IR-Emitters dominiert, sollte es möglich sein, die Ausgabe des IR-Emitters so einzustellen, dass der Detektor in seinen empfindlichsten linearen Betriebsbereich, den Punkt mit der größten Steigung auf der Antwortkurve des Detektors, vorgespannt wird.

Eine weitere Verbesserung der Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Rauschunterdrückungsleistung des Detektors kann erzielt werden, indem der einfache Fototransistor durch eine Fotodiode wie einen BPX65 und einen Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker ersetzt wird. Es gibt eine Reihe von Schaltungen, die eine Spannungsrückkopplung verwenden, um die DC-Vorspannung über der Fotodiode konstant zu halten. Dies erhöht die Detektorgeschwindigkeit, da der Fotostrom nicht zum Laden der internen Kapazität der Dioden verwendet wird. Solche Schaltungen werden üblicherweise von Funkamateuren verwendet, die optische Kommunikation mit großer Reichweite, Sichtlinie und unter Verwendung einer Modulation mit kleiner Amplitude von LED-Licht durch einen mit niedriger ZF modulierten Unterträger erforschen. In diesem Fall beträgt der AM-Modulationsindex üblicherweise weniger als 10%, typischerweise 5%. Ich vermute, dass dies dem AM-Signal ähnlich ist, das von einer vorbeiziehenden Kugel erzeugt werden könnte.

Überlegen Sie sich die optimale optische Anordnung für Detektor und Emitter. Ich glaube, dass der Detektor und das Emitterlicht kollimiert werden sollten, um einen parallelen Strahl durch die Röhre zu erzeugen. Dies kann erreicht werden, indem Detektor und Emitter an den gegenüberliegenden Brennpunkten gegenüberliegender Parabolreflektoren angeordnet werden. Dies sollte dazu führen, dass sowohl ein sich kreuzender als auch ein paralleler IR-Lichtstrahl die Röhrenmittellinie kreuzt.

Da es unpraktisch ist, die Röhre in das erforderliche Parabolprofil zu formen, könnte eine solche Anordnung hergestellt werden, indem zwei dicke Kunststofffolien, die mit einem Parabolreflektorkantenprofil geformt sind, über in die Röhrenwand geschnittene Schlitze in die gegenüberliegenden Seitenwände der Röhre eingeführt werden. Der parabolisch geformte Rand der Einsätze wird mit Fablon-Spiegelreflexstreifen abgedeckt. Das erforderliche Parabolprofil könnte hergestellt werden, indem die erforderliche Kurve auf Laserdruckerpapier gedruckt und diese, beispielsweise eine halbe Zoll dicke Kunststoffplatte aus PVC, als Schablonenmarke zum Schneiden übertragen wird. Wie viel Verbesserung diese ideale optische Anordnung gegenüber der Verwendung des kreisförmigen Profils der Röhre bietet, ist Gegenstand von Experimenten oder detaillierten Berechnungen.

Möglicherweise können mehrere LEDs, die auf einen Fototransistor zeigen, erkannt werden und die Totzone verringern.

Zeit zum Experimentieren! Auch eine Bankruhe, die sicherstellt, dass Sie immer auf dem neusten Stand sind, könnte einen Blick wert sein.

Nur um den Anrufbeantworter zu erweitern. Es gibt eine App für Windows Phone-Benutzer Wp7. Wp 7.5 Wp7.8 und Wp8. Diese App heißt CronoPhone (nicht chrono, aber ohne das "h"). Es ist eine großartige Airsoft-App mit ...

Aber es hat auch eine detaillierte Anleitung, die beschreibt, wie man die Chronographen-Harware herstellt, die man gerade macht. Außerdem hat es eine Software, bei der es den Telefonmikrofon-Sampler verwendet, um die analogen Spitzen von den Empfängern zu finden ... Und dann die MpS berechnet der Kugel. Wenn du FPS möchtest, benutze den Rechner in der App ...

Hoffe ich helfe. Denken Sie daran, es heißt CronoPhone (ohne das "h" in Chrono) ...