에어 소프트 총알 감지 센서

에어 소프트 크로노 그래프 / 크로노 미터 (에어 소프트 총알 속도를 측정하는 장치)를 만들려고합니다. 아이디어는 총알이 지점 A에서 지점 B로 이동하는 시간을 측정 한 다음 총알 속도를 계산할 수 있습니다.

총알은 직경이 32mm 인 플라스틱 파이프로 발사됩니다. 튜브의 시작과 끝에서 한쪽 IR LED와 반대쪽 포토 트랜지스터 (BPW 40)를 배치하려고했습니다. 이 같은:

파란색 원은 광 트랜지스터이고 빨간색 원은 IR LED이며 흰색 원은 에어 소프트 총알입니다.

총알이 IR LED와 포토 트랜지스터 사이에 총알 2가 그려진 영역을 통과하면 모든 것이 완벽하게 작동합니다. 그러나 글 머리 기호 1과 3이 그려지는 곳에서 글 머리 기호가 통과하면 감지되지 않습니다. 그것은 예상되지만 원하지 않는 행동입니다.

그래서 내 질문은 : 위치에 관계없이 총알을 어떻게 감지 할 수 있습니까? IR LED와 광 트랜지스터를 파이프 주위에 배치하는 것에 대해 생각했습니다 (한곳뿐만 아니라).

그러나이 솔루션은 가장 저렴하지 않습니다 : 5 IR LED + 5 BPW 40 = cca $ 12 곱하기 2 (파이프의 양쪽에 필요하기 때문에) = $ 24. 더 저렴한 솔루션이 있습니까? BPW 40은 포토 트랜지스터에 적합합니까? 어떤 IR LED를 사용하고 있는지 알지 못합니다 (그리고 상점의 세일즈맨도 알지 못합니다-TV 나 DVD 컨트롤러와 같은 리모콘의 일반적인 LED라고 말했습니다).

파이프의 직경은 32mm이며 길이는 약 14cm입니다 (센서 간격은 10cm입니다). 장난감 총 탄알의 직경은 6mm입니다.

편집하다:

두 번째 아이디어로 갈 게요. 질문이 하나 더 있습니다. IR 방출기와 광 트랜지스터를 이런 식으로 배열하는 것이 더 낫습니까?

또는 이런 식으로 :

감사 !!

이미 터와 검출기 사이에 BB를 배치 할 필요가 없습니다.

스위치 대신 아날로그 센서로 포토 트랜지스터를 사용하는 것이 가능할 수 있습니다 (이것이 현재하고 있다고 생각되는 것입니다). 항목이 빛을 완전히 차단하지 않더라도 점유 된 파이프 영역의 빛이 변경됩니다. 포토 트랜지스터를 사용하여 전압을 생성하고, 필요한 경우 증폭 또는 버퍼링하고, 차별화 된 증폭기로 출력을 보냅니다 . 이것은 빛의 강도가 변할 때마다 0이 아닌 전압을 생성해야합니다. 시스템이 양쪽 끝에서 닫히고 (총이 총구에 상당한 총구가없는 경우), 총알이 해당 지역을 통과 할 때만 발생합니다.

라이트 커튼의 아이디어

또한 문제가 라이트 커튼으로 해결 된 문제와 비슷하지만 규모가 더 작습니다. 여러 센서가있는 마지막 다이어그램에서 특히 비슷합니다. 라이트 커튼에서 몇 가지 트릭을 빌릴 수 있습니다.

• 직사각형 라이트 커튼을 다른 모양보다 디자인하고 조립하는 것이 더 쉽습니다. 총알 주위의 공기 흐름이 문제가되지 않을 정도로 파이프를 크게 설계했다고 가정하면 이미 터와 검출기를 장착하기 위해 평평한 PCB가 포함 된 파이프 끝에 상자를 넣을 수 있습니다. 이것은 파이프의 구멍을 뚫고 전선을 배선하는 것보다 훨씬 쉽고 강력합니다.

• 이미 터를 통해 스캔하고 각 검출기를 확인하면 해상도를 크게 높일 수 있습니다. 그러면 스캔 패턴이 한 줄의 행에서 (<6mm 떨어져 있어야 함) 각 감지기와 각 이미 터 사이의 줄로 변경됩니다. 형성된 패턴이 에미 터 또는 검출기에 바로 인접한 것과 같은 간극 구멍을 남기지 않는지 확인해야합니다 (단, 검출기와 에미 터를 더 멀리 간격을 두어 간단히 제거 할 수 있음). 꽤 빨리 스캔해야합니다. 제한 요소는 아마도 10 마이크로 초의 상승 및 하강 시간을 가진 포토 트랜지스터 일 것입니다. 탐지를 피하려면 6mm 물체가 다음 위치로 이동해야합니다.

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

  에어 소프트 건이 할 수있는 것보다 훨씬 빠른 속도를 기대합니다.

소스에 대한 또 다른 문제 :

어떤 IR LED를 사용하고 있는지 알지 못합니다 (그리고 상점의 세일즈맨도 알지 못합니다-TV 나 DVD 컨트롤러와 같은 리모콘의 일반적인 LED라고 말했습니다).

아뇨 실제 매장과 실제 영업 사원은 (1) 말도 안되는 시간에 부품이 우편으로 나올 때까지 기다릴 수 없거나 (2) 제품에 가치를 더할 때만 유용합니다. 시간에 대한 압박을 느끼지 않고 영업 사원은 상품에 대해 실마리가 없으므로, 데이터 시트와 순정 부품을 제공하는 Mouser 및 Digikey와 같은 평판이 좋은 온라인 유통 업체를 찾아 보는 것이 좋습니다.

또한 5 개의 IR 이미 터에 대해 12 달러의 가격 견적 (LED는 가시광 만 방출하므로 IR LED라고하는 것은 기술적으로 부정확하며, "적외선 이미 터"라고 함) 5 개의 포토 트랜지스터는 말도 안됩니다. IR 이미 터는 각각 약 $ 0.15이고, 광 트랜지스터는 각각 $ 0.30이므로 5 피스 구성에 대해 $ 2.25를보아야합니다. 또한 가격 견적은 소량의 스루 홀 부품에 대한 것입니다. 릴을 구매하거나 더 저렴한 SMD 부품을 사용하는 경우 LED 나 포토 트랜지스터가 $ 0.10 이상이면 안됩니다.

편집하다

다양한 이미 터와 검출기 구성을 결정하려면 다음과 같이 확인할 각 쌍을 통해 가시선을 그립니다.

왼쪽은 중앙에서 더 밀도가 높고 오른쪽은 극단적 인 주변을 확인하는 데 상당한 수의 가시선을 사용합니다. 한 번에 한 번도 개체를 놓칠 수없는 라이트 커튼과 같은 안전에 중요한 응용 프로그램을 사용하지 않고 개체가 중앙에 집중되어 있어야합니다. 왼쪽)을 제안합니다.

즉, 둘 다 제조하기 어려울 것입니다. 여기에 표시된 것처럼 여전히 직사각형 배열을 사용하는 것이 좋습니다.

이 다이어그램은 직각 커넥터에 도터 카드가 장착 된 상태에서 물체가 감지 될 때 발생하는 전력, 접지 및 펄스를위한 마이크로 컨트롤러 및 커넥터가 포함 된 메인 보드를 설명합니다. 이렇게하면 대각선을 확인하지 않고 이미 터 / 검출기 쌍 사이에 32/5 = 6.4mm 간격을 만들 수 있습니다. 5에서 6 또는 8로 카운트를 올리면 간단한 선형 스캔이 가능합니다.

이미 터와 검출기의 회로는 기본적으로 동일하고 (낮은 밀도 / 복잡성), 세 보드 모두 물리적으로 동일하게 만들고 단순히 보드를 다르게 채워 돈을 절약 할 수 있습니다. 보드 상단에있는 마더 보드, SSOP 또는 SOIC 마이크로 컨트롤러의 경우 직각 헤더의 경우 0.1 "구멍까지 양쪽에서 I / O를 실행합니다. 도터 카드의 경우 이미 터 / 검출기 발자국을 배치합니다 ( ' Kingbright APT2012F3C / AA3021P3S 쌍과 같은 기계적으로 동일한 패키지와 하단의 저항기를 쉽게 찾을 수있을뿐 아니라 헤더에 연결을 다시 연결할 수 있습니다. 회로도를 보거나 보드의 한쪽 끝을 이미 터에 연결하고 다른 쪽 끝을 검출기에 연결할 수 있습니다.

다시이 단계에서 제조 가능성을위한 디자인에 대해 열심히 생각하는 것이 좋습니다! 특히 지시 된대로 리드 타임이 긴 경우 안정적으로 조립할 수없는 여러 구성 요소로 끝나는 것을 원하지 않습니다. 초기에 약간의 노력을 기울이면 나중에 많은 노력을 절약 할 수 있습니다.

편집 # 2 : 제안 된 설계의 회로도

나는 이 디자인에 ATtiny40 을 사용했으며 , 사용할 수있는 다양한 컨트롤러가 있습니다. 그물 주위가 망가 져서 죄송합니다. 아직 버스가없는 깔끔한 새로운 온라인 편집기 (이미지를 클릭하여 열려면)를 시도하고 있습니다.

더 저렴하고 더 간단한 방법 중 하나는 레이저를 사용하는 것입니다. Kevin이 말했듯이 둥근 튜브보다 직사각형 튜브에 라이트 커튼을 만드는 것이 더 쉽습니다. 내부에 거울을 붙이거나 수퍼 폴리싱하여 튜브 내부를 반사시킵니다. 그런 다음 튜브의 구멍을 통해 레이저를 조준하여 포토 트랜지스터에 닿기 전에 여러 번 튀어 오릅니다. 볼이 통과 할만큼 큰 구멍이 없다면,이를 감지 할 수 있습니다 (원형 케이스에서는 내가 그린 것보다 더 많은 바운스가 필요할 수 있습니다).

현재 사용중인 것에 더 가까운 다른 감지 방법은 물건을 뒤집는 것입니다. 포토 트랜지스터에 LED가 빛나고 볼이 신호를 자르는 대신에 포토 트랜지스터가 볼에서 반사 된 빛을 감지하도록 배열하지 않겠습니까?

포토 트랜지스터에 빛이 비치지 않도록 LED를 배열하십시오. LED를 매우 밝게 만듭니다. 공이 LED를 통과하면 조명 아래에서 공이 밝게 빛나고 광 트랜지스터에서 작은 신호가 감지됩니다.

지금까지이 스레드에서 제안 된 대부분의 검출기는 디지털 영역에서 작동하는 것으로 보이며, 디지털 출력을 트리거하기 위해 광선이 광선을 충분히 차단해야합니다. 이미 터 및 검출기는 통과하는 총알 또는 그 그림자로부터 반사 된 광의 펄스를 검출하도록 배열 될 수 있기 때문이다. 광 검출기는 작동 상태에서 아날로그이어야하며 포화 레벨 이하로 작동하고 OOK Op-Amp 검출기에 AC를 연결해야합니다.

OOK 검출기 사용의 장점은 배경 노이즈가 필터링되어 임계 값 검출기 비교기에 바이어스 레벨을 제공하여 검출기가 입력 신호의 작은 변화에 매우 민감하다는 것입니다. 배경 레벨 위의 급격한 조명 레벨 변화는 디지털 출력을 트리거합니다. 입력 고역 통과 필터 및 바이어스 저역 통과 필터의 시정 수를 신중하게 선택하면 통과하는 발사체와 관련된 빛 변화의 신호에 따라 전체 검출기 응답을 조정하여 대부분의 배경 잡음을 필터링 할 수 있어야합니다 주변 밝기가 느리게 변경되어 발생합니다.

따라서 검출기의 높은 이득은 빛의 약간의 변화를 필요한 디지털 펄스로 변환하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 시스템을 구축하는 첫 번째 단계는 AC 결합 오실로스코프를 팔로어 구성으로 연결된 광 트랜지스터에 연결하여 실험하고 튜브에서 이미 터 LED와 광 검출기의 최상의 위치 배열을 조사하는 것입니다. 통과하는 총알에서 반사 또는 그림자의 가장 큰 신호.

발사체와 튜브의 내벽 모두의 IR 알베도를 알지 못하면 어떤 배열이 최상의 결과를 낼 것인지 권장 할 수 없습니다. 지나가는 탄환에서 빛의 역 산란 플래시를 감지하여 가장 큰 신호대 잡음비를 얻을 수있을 것으로 생각되지만 튜브의 알베도는 매우 낮고 탄환의 알베도는 높아야합니다.

이미 터와 리시버 모두 가장 넓은 시야각을 갖도록 선택해야하며, 물체는 튜브를 가로 질러 빛의 팬을 생성하여 감지 영역을 최대화해야합니다. 상식은 발사체 단면과 튜브의 단면의 비율이 클수록 섀도우가 생성되는 신호 대 잡음비가 높음을 나타냅니다.

튜브의 기능은 주변 광이 검출기에 미치는 영향을 최대한 줄이는 것입니다. IR 이미 터로부터의 빛이 지배적이라면, IR 이미 터 출력을 조정하여 검출기를 가장 민감한 선형 작동 영역, 검출기 응답 곡선에서 가장 큰 기울기 지점으로 편향시킬 수 있습니다.

간단한 광 트랜지스터를 BPX65 및 고속 OP-Amp와 같은 광 다이오드로 대체함으로써 검출기 속도, 감도 및 노이즈 제거 성능의 추가 개선이 달성 될 수있다. 포토 다이오드 양단의 DC 바이어스 전압을 일정하게 유지하기 위해 전압 피드백을 사용하는 많은 회로가 있습니다. 광전류가 다이오드 내부 커패시턴스를 충전하는 데 사용되지 않기 때문에 검출기 속도가 증가합니다. 이러한 회로는 일반적으로 낮은 IF 변조, 서브 캐리어에 의해 LED 광의 작은 진폭 변조를 사용하여 장거리, 가시선, 광 통신을 탐색하는 무선 아마추어에 의해 사용됩니다. 이 경우 AM 변조 지수는 일반적으로 10 % 미만, 일반적으로 5 %입니다. 이것은 필자가 지나가는 총알에 의해 생성 될 것으로 예상되는 AM 신호와 유사하다고 생각합니다.

검출기와 이미 터에 대한 최적의 광학 배열을 생각하십시오. 튜브를 가로 질러 평행 빔을 생성하기 위해 검출기와 이미 터 라이트를 시준해야한다고 생각합니다. 이것은 포물면 반사기를 향한 검출기와 이미 터를 반대 초점에 배치함으로써 달성 될 수있다. 이로 인해 튜브 중심선을 가로 지르는 IR 광선의 교차 및 평행 광선이 모두 발생합니다.

튜브를 필요한 포물선 프로파일로 성형하는 것은 실용적이지 않기 때문에, 이러한 배열은 포물선 반사기 에지 프로파일을 갖는 두 개의 두꺼운 플라스틱 시트를 튜브 벽으로 절단 된 슬릿을 통해 튜브의 반대쪽 측벽에 삽입하여 제조 될 수있다. 인서트의 포물선 모양 모서리가 Fablon 미러 반사 테이프로 덮여 있습니다. 필요한 포물선 프로파일은 레이저 프린터 용지에 필요한 곡선을 인쇄하고이를 절단 용 스텐실 마크로 1/2 인치 두께의 uPVC 플라스틱 시트로 옮김으로써 생성 될 수 있습니다. 튜브의 원형 프로파일을 사용하는 것보다이 이상적인 광학 배열이 제공하는 개선의 정도는 실험이나 자세한 계산의 대상입니다.

아마도 하나의 포토 트랜지스터를 가리키는 여러 개의 LED가 감지되어 데드 존을 줄일 수 있습니다.

exerimenting 할 시간! 또한 항상 스위트 스폿에 있도록 벤치 레스트를 볼 가치가 있습니다.

걱정되는 allitle을 확장하기 위해. Windows Phone 사용자 Wp7 용 앱이 있습니다. Wp 7.5 Wp7.8 및 Wp8. 이 응용 프로그램은 크로노 폰 (크로노가 아니라 "h"가없는)이라고합니다. 계산기와 stuf가있는 훌륭한 장난감 총 앱입니다 ...

그러나 또한 크로노 그래프를 당신이 가지고있는 하드웨어를 만드는 방법을 설명하는 자세한 안내서를 가지고있다. 총알의. FPS가 앱에서 계산기를 사용하도록하려면 ...

희망이 있습니다. 크로노 폰 (Crono에서는 "h"가 없음)이라고합니다.