Neste artigo, veremos como você pode fazer um cronógrafo simples com peças baratas e acessíveis. Fixação necessário para medir a velocidade de uma bala em um rifle. Esses números são necessários para determinar a condição do rifle, porque, com o tempo, algumas partes do pneumático se desgastam e requerem substituição.
Preparamos os materiais e ferramentas necessários:
- Digispark chinês (no momento da compra, custa 80 rublos);
- exibição do tipo de segmento no TM1637 (custando 90 rublos quando comprado);
- LEDs infravermelhos e fototransistores (10 pares) - o custo foi de 110 rublos;
- cem resistores de 220 Ohm custam 70 rublos, mas apenas dois deles serão necessários.
Isso é tudo, esta é a lista completa de itens que você precisará comprar. A propósito, resistores também podem ser encontrados em eletrodomésticos antigos. Você pode apostar mais pelo valor nominal, mas não menos. Como resultado, você pode manter dentro de 350 rublos, mas isso não é muito, pois o cronógrafo de fábrica custará pelo menos 1000 rublos e a montagem é muito pior que a nossa caseiro.
Entre outras coisas, você precisa estocar detalhes como:
- fios;
- um pedaço de tubo com um comprimento mínimo de 10 cm (é adequado um tubo de água de plástico);
- tudo para solda;
- multímetro (opcional).
Os três primeiros detalhes descritos têm suas próprias nuances, portanto, cada um deles deve ser considerado separadamente
Digispark
Este item é uma placa de circuito em miniatura compatível com ArduinoA bordo, ela tem um ATtiny85. Como conectar esse elemento ao IDE do Arduino, você pode ler, também pode baixar drivers para ele lá.
Esta placa possui várias opções, uma utiliza microUSB e a outra está equipada com um conector USB, conectado diretamente na placa. Devido ao fato de o produto caseiro não possuir uma fonte de alimentação individual, o autor escolheu a primeira versão do quadro. Se você instalar uma bateria ou uma bateria em um produto caseiro, isso aumentará muito seu preço e não afetará muito a praticidade. E quase todo mundo tem um cabo para carregar um banco móvel e de energia.
Quanto às características, elas são semelhantes ao ATtiny85, aqui suas capacidades são abundantes. O microcontrolador no cronógrafo apenas interroga os sensores e controla a tela.
Se você nunca conheceu o Digispark, as nuances mais importantes podem ser encontradas na tabela.
É importante considerar o fato de que a numeração dos pinos da função analogRead () possui diferenças. E no terceiro pino está um resistor pull-up com um valor nominal de 1,5 kOhm, pois é usado em USB.
Algumas palavras sobre a tela
Qualquer pessoa pode usar a tela para fabricação caseira, mas o autor optou por uma opção barata. Para tornar o dispositivo ainda mais barato, você pode abandonar completamente a tela. Os dados podem simplesmente ser enviados via cabo para um computador. Será necessário aqui. A tela em questão é uma cópia da tela.
Como a tela fica na frente e atrás pode ser vista na foto.
Como as distâncias entre os números são as mesmas, quando os dois pontos estão desativados, os números são lidos sem problemas. A biblioteca padrão é capaz de exibir números no intervalo de 0 a 9. letras no intervalo a-f, e ainda há a oportunidade de alterar o brilho de toda a tela. Os valores dos dígitos podem ser definidos usando a função de exibição (int 0-3, int 0-15).
Como usar a tela
Se você tentar ir além dos valores de [0, 15], a tela mostrará confusão, que, além de todo o resto, não é estática. Portanto, para exibir caracteres especiais, como graus, menos, etc., é necessário mexer.
O autor queria que a tela exibisse a energia final do voo da bala, que seria calculada dependendo da velocidade da bala e de sua massa. Os valores de acordo com a ideia tiveram que ser exibidos sequencialmente, mas para entender onde deve ser anotado de alguma forma, por exemplo, usando a letra “J”. Em casos extremos, você pode simplesmente usar o cólon, mas o autor não gostou e entrou na biblioteca. Como resultado, com base na função de exibição, foi criada a função setSegments (byte addr, byte data), que acende os segmentos codificados nos dados no número com addr number:
Tais segmentos são codificados de maneira bastante simples, o bit menos significativo de dados é responsável pelo segmento superior e, no sentido horário, o sétimo bit é responsável pelo segmento do meio. O caractere "1" quando codificado se parece com 0b00000110. O oitavo bit mais significativo é responsável pelo cólon, é usado no segundo dígito e em todos os outros é ignorado. Posteriormente, o autor automatizou o processo de obtenção de códigos usando o Excel.
O que eventualmente aconteceu pode ser visto na foto
Finalmente, os sensores
Nenhuma informação precisa foi fornecida sobre os sensores, apenas se sabe que eles têm um comprimento de onda de 940 nm. Durante os experimentos, verificou-se que os sensores não são capazes de suportar correntes superiores a 40 mA. Quanto à tensão de alimentação, ela não deve ser superior a 3,3V. Quanto ao fototransistor, possui um corpo levemente transparente e reage à luz.
Prosseguimos para a montagem e configuração do caseiro:
Primeiro passo Assembléia
Tudo é montado de acordo com um esquema muito simples. De todos os pinos, apenas P0, P1 e P2 serão necessários. Os dois primeiros são usados para a exibição e P2 é necessário para os sensores.
Como você pode ver, um resistor é usado para limitar a corrente dos LEDs, mas o segundo puxa P2 para o chão. Devido ao fato de os fototransistores serem conectados em paralelo, quando a bala passa na frente de qualquer acoplador óptico, a tensão no P2 diminui. Para determinar a velocidade de vôo de uma bala, é necessário saber a distância entre os sensores, medir duas oscilações de energia e determinar o tempo durante o qual elas ocorreram.
Devido ao fato de que apenas um pino será usado, não importa de que lado disparar. Fototransistores perceberão uma bala de qualquer maneira.
Todos os detalhes visíveis na foto são coletados. Para coletar tudo, o autor decidiu usar uma tábua de pão. Então toda a estrutura foi coberta com cola quente para maior resistência. Os sensores são colocados no tubo e os fios são soldados a eles.
Para impedir que os diodos pulsassem quando alimentados por um banco de potência, o autor instalou um eletrólito a 100 mKf em paralelo com os LEDs.
Também é importante observar que o pino P2 foi escolhido por uma razão, o fato é que P3 e P4 são usados em USB; portanto, agora com a ajuda do P2, há uma oportunidade de piscar em casa após a montagem.
P2 também é uma entrada analógica, portanto não há necessidade de usar interrupção. Você pode simplesmente medir as leituras entre os valores atuais e os anteriores, se a diferença se tornar maior que um determinado limite, nesse momento o marcador passa perto do acoplador óptico.
Etapa dois Firmware
O Prescaler é um divisor de frequência; em casos padrão em placas como o Arduino, é 128. Este número afeta a frequência com que a ADC é pesquisada. Ou seja, para o padrão 16 MHz, sai 16/128 = 125 kHz. Cada digitalização consiste em 13 operações, para que o pino possa ser pesquisado o máximo possível a uma velocidade de 9600 kHz. Na prática, isso não passa de 7 kHz. Como resultado, o intervalo entre as medições é de 120 μs, o que é demais para o trabalho caseiro. Se a bala voa a uma velocidade de 300 m / s, ela ultrapassará um caminho de 3,6 cm durante esse período, ou seja, o controlador simplesmente não será capaz de percebê-la. Para que tudo funcione corretamente, o intervalo entre as medições deve ser de pelo menos 20 μs. Para isso, o valor do divisor deve ser igual a 16. O autor fez um divisor 8, como fazer isso, pode ser visto abaixo.
O que aconteceu para aprender durante o experimento, pode ser visto na foto
A lógica do firmware possui vários estágios:
- medir a diferença de valores no pino antes e depois;
- se a diferença exceder o limite, o loop apaga-se e a hora atual (micros ()) é lembrada;
- o segundo ciclo funciona de forma semelhante ao primeiro e possui um contador de tempo no ciclo;
- se o contador atingir o valor definido, uma mensagem de erro é enviada e a transição para o estado inicial. Nesse caso, o ciclo não dura para a eternidade se a bala não for capturada repentinamente pelo segundo sensor;
- se o contador não exceder e a diferença de valor for maior que o limite, o tempo atual será medido (micros ());
- Agora, com base na diferença de tempo e distância entre os sensores, você pode calcular a velocidade de vôo da bala e exibir informações na tela. Bem, então tudo começa tudo de novo.
A etapa final. Teste
Se tudo for feito corretamente, o dispositivo funcionará sem problemas. O único problema é a fraca resposta à iluminação fluorescente e LED, com uma frequência de ondulação de 40 kHz. Nesse caso, podem ocorrer erros no dispositivo.
Trabalhos caseiros em três modos:
Depois de ligar, há uma saudação e, em seguida, a tela é preenchida com listras, isso indica que o dispositivo está aguardando uma foto
Se houver erros, a mensagem “Err” será exibida e o modo de espera será ativado.
Bem, então vem a medição de velocidade
Imediatamente após o disparo, o dispositivo mostrará a velocidade da bala (indicada pelo símbolo n) e, em seguida, informações sobre a energia da bala (símbolo J) serão exibidas. Quando um joule é exibido, dois pontos também são exibidos.