Comment puis-je mesurer le nombre de tours par minute d'un frisbee?

J'aimerais créer un petit appareil que je pourrais coller sur un frisbee pouvant mesurer des statistiques telles que le régime / vitesse du frisbee lors du lancement. Cela serait-il réaliste?

Je cherchais une communication en champ proche pour transférer les données du Frisbee dans un smartphone, mais ce n'est qu'une idée. Il semble qu'il serait difficile de faire quelque chose d'assez petit pour ne pas affecter le vol du Frisbee lui-même. Quelqu'un peut-il penser à des idées pour cela?

Voici une idée: Construisez un petit générateur de sons et un petit haut-parleur sur le frisbee en plaçant le haut-parleur sur le bord (masse équilibrée de l'autre côté bien sûr).

Lorsque vous faites tourner le frisbee, vous pouvez enregistrer le son en cours et il aura des fonctions doppler en fonction de la vitesse à laquelle il tourne. Si vous pouvez analyser les données enregistrées, vous devriez être capable de dire la vitesse de rotation.

Le nombre de tours par minute d’un frisbee est d’environ 10 tours, vous pouvez donc peindre un motif en noir et blanc sur le frisbee et le filmer. Un caméscope à 60 ips (120 champs par seconde) devrait pouvoir le capturer de manière assez fiable.

Pour la nuit, montez une minuscule LED super brillante et une pile au lithium équilibrée mécaniquement.

Il y a un article décrivant une méthode pour faire cela, ici: Mesures de la dynamique de vol sur un frisbee instrumenté . Les techniques ont bien fonctionné. Je voudrais utiliser cela comme point de départ.

Il s'agissait essentiellement d'un microcontrôleur (BS2IC) et d'un accéléromètre à 2 axes (ADXL202), montés au centre du disque avec de la colle de silicone, puis équilibrés par les piles (CR2032) montées avec du ruban adhésif. Le matériel a été spécifiquement choisi pour sa faible consommation d’énergie.

Un petit commutateur a été monté près du bord pour permettre une activation facile au moment du lancement, encore une fois pour réduire la consommation d'énergie, et aussi parce que l'espace pour l'enregistrement de données est limité:

En lisant votre question, j’ai eu l’idée de monter un accéléromètre / capteur de pression 1 axe près du bord du disque volant et de mesurer la force centrifuge, bien que monter près du bord puisse rendre l’équilibrage plus difficile. L'accéléromètre à 2 axes n'est pas une grande avancée et vous obtenez beaucoup plus de données.

Vous pouvez utiliser un système radio de champ proche à faible consommation tel que Zigbee (ou Bluetooth; ce système est moins pratique pour la configuration initiale et nécessite au moins l’ajout d’un bouton ou d’une autre logique pour rendre le couplage utilisable, mais pris en charge de manière native par de nombreux utilisateurs. votre smartphone) pour diffuser des données vers un périphérique à proximité ou vous pouvez enregistrer des données sur le microcontrôleur et les récupérer ultérieurement.

En tout cas, ce document a obtenu des données intéressantes. Notez en particulier l'observation de l'auteur selon laquelle les données directes peuvent être plus facilement extraites pendant les périodes stables de lectures par accéléromètre:

Ce graphique donne une bonne idée de l'oscillation initiale qui se stabilise pendant le vol, ainsi que de la force centrifuge.

Il ne semble pas vraiment nécessaire de trop compliquer les choses avec des capteurs de lumière / son; bien que si vous le faisiez, je consignais / transmettais les données brutes et effectuais le traitement réel sur le périphérique récepteur afin de limiter la consommation d'énergie et les performances du microprocesseur, au détriment de la mémoire requise (pour la journalisation).

Deux petits circuits intégrés SMD, l’un avec un accéléromètre, l’autre, un gyroscope, situés aux extrémités opposées d’un FPC, avec un microcontrôleur, une EEPROM et une pile bouton équilibrés au centre du disque. Poids minimal et friction de l'air. Demandez au microcontrôleur de consigner la sortie du CI dans l'EEPROM. La combinaison de la sortie graphique de l'accéléromètre et du gyroscope vous donnera une approximation de la vitesse et du régime.

FPC n'est pas nécessaire; des circuits imprimés personnalisés minces avec un fil magnétique les connectant fonctionneraient également. Nous parlons tout au plus de grammes et d’onces.

Pour un accès sans fil, un microcontrôleur ou un SoC avec Bluetooth à faible consommation d’énergie serait bien. Vous trouverez dans le Texas Instruments Sensor Tag un kit de développement complet comprenant un accéléromètre et des gyroscopes SoC et I²C compatibles BTLE, ainsi que des exemples d'applications iPhone / Android fonctionnant avec une seule pile bouton CR2032 . Vous pouvez également prendre le capteur boîtier, et le coller sur le frrisbee et le reste tire des données à partir de l'application gratuite.

Je ne fais que lancer une idée, sans savoir à quel point cela est réalisable: les gyroscopes MEMS sont de petits capteurs économiques, à faible consommation, capables de mesurer la vitesse angulaire. En ce qui concerne la mesure de la vitesse, en supposant que vous entendez une vitesse linéaire et non angulaire, la seule chose à laquelle je peux penser qui ne soit pas extrêmement complexe consiste à utiliser un module GPS comme celui-ci . Avec deux positions consécutives et en sachant quand chaque mesure a été faite, vous pouvez facilement calculer la vitesse linéaire.

Vous pouvez mesurer la vitesse de rotation avec un accéléromètre orienté radialement. Une accélération 'vers l'extérieur' à partir du centre du frisbee indique une rotation (ou le frisbee étant incliné, mais vous pouvez en faire la moyenne). Puisque vous connaissez la distance entre le centre et l'accéléromètre, il s'agit d'un simple calcul d'accélération en rotation.

Beaucoup d’entre elles devraient pouvoir être très légères et petites:

Un accéléromètre qui pointe à un certain angle entre radial et vertical aura une composante de gravité variable lorsqu’il tourne. Même un radial aura ceci sauf lorsque le vol est exactement horizontal.

Dans la plupart des cas, un capteur de lumière fera de même. En se déplaçant entre les caractéristiques du sol ou entre le sol et le ciel, il verra des changements de luminosité et ceux-ci auront une composante de vitesse de rotation corrélable.

Une LED émettant dans le sens radial avec une fréquence de modulation pourra être détectée à une distance substantielle par voie électronique. Vous pouvez rechercher la modulation ou la visionner et rechercher la signature de la LED dans les images (plus difficile peut-être).

Si vous fournissez une source modulée pour la papeterie qui l’illumine, vous pouvez placer un détecteur sur le Frisbee. S'il est acceptable qu'une autre personne aide à suivre le faisceau, elle peut être plus étroite et peut être surveillée à vue. Un simple site de poteaux et de cercles ou deux anneaux permettront probablement de maintenir un rayon de 30 degrés sur le frisbee, augmentant ainsi considérablement le niveau du signal.

Les RF doivent être viables.

Les forces de pression atmosphérique varient probablement en un point périphérique lorsque le frisbee tourne pendant son transit. Un capteur de pression avec un port sur la jante devrait voir un motif répété.

La partie la plus difficile, optiquement, vise un frisbee en vol. En dehors de cela, vous pouvez faire le tout optiquement.

• Comme le moment de rotation du frisbee ne change pas en vol, nous pouvons supposer que la rotation la plus rapide aura lieu juste après que l'utilisateur a lancé le frisbee. Donc, pour cibler le frisbee, vous pouvez vous concentrer sur l'utilisateur qui lance le jouet.

• Faites l'expérience la nuit, avec un frisbee sombre avec une fine bande peinte autour du bord extérieur et une goutte blanche épaisse sur une partie du bord extérieur. Construisez vous-même une lampe stroboscopique (beaucoup de bricolage disponible en ligne, ou en louer une).

• Empruntez le reflex numérique de quelqu'un, mettez-le en mode Bulb (ou obturateur de 30 secondes). Utilisez une faible ISO et une très petite ouverture si vous voulez une profondeur de champ et un gain faible.

• Trouvez un ami avec un bon bras et la volonté de lancer un frisbee cent fois pour des raisons scientifiques.

• Jouez avec les paramètres de fréquence stroboscopiques et les paramètres de l'appareil photo.

• Calculez la fréquence. Rappelez-vous que le théorème de Nyquist fixe à la limite supérieure la fréquence maximale que vous pouvez mesurer.

Un appareil photo avec un frisbee correctement peint est une bonne solution low-tech. Cependant, si vous insistez pour une solution électronique, l’une des rares choses qui fonctionnerait est l’utilisation d’une boussole numérique.

J'ai étudié ce problème parce que je prévois de construire un monocoptère (voir: http://www.youtube.com/watch?v=1n6ZmwzSL0Y ) et j'ai constaté que les gyroscopes ne sont pas assez rapides. pour le faire. Ce n'est pas le problème du taux de données, mais un problème plus fondamental de la vitesse angulaire maximale mesurable par les gyroscopes, comme indiqué dans les fiches techniques. La plupart des gyroscopes (en fait, tous ceux que j'ai examinés) signalent simplement quelque chose comme 0xffff tout le temps lorsqu'ils sont attachés à quelque chose comme un frisbee.

La boussole numérique n’a cependant pas ce problème car elle ne mesure pas la vitesse angulaire mais la position / cap absolu. En fait, les monocoptères à succès comme les modèles MIT et Embry Riddle utilisent une boussole numérique pour l’orientation.

Une autre solution que j'ai envisagée est un détecteur de lumière. Quelque chose comme ça: https://www.sparkfun.com/products/9768 . Il vous suffit ensuite de rechercher le point le plus lumineux et de supposer que c’est le soleil et que la durée entre les points lumineux correspond à la durée d’une seule rotation.

Mettez un capteur de lumière avec un champ de vision étroit + une puce capable de détecter les impulsions lumineuses reçues et leur intervalle. Filtrez la lumière reçue sur une certaine fréquence pour éviter toute détection parasite et adaptez la source de lumière à cette fréquence.

Téléchargez les données du disque.

Recherche de "Frisbee Cam". Ils ont utilisé une palette pour empêcher la caméra de tourner. La même idée pourrait être utilisée pour empêcher un capteur optique de tourner afin qu'il puisse compter les marques qui passent pour mesurer le nombre de tours par minute.

Le gyroscope bluetooth TI cc2541 pourrait être utilisé pour cela. Seulement 25 $ et il ne pèse qu'une once ou deux. http://www.ti.com/tool/cc2541dk-sensor

Vous pouvez utiliser un accéléromètre tel que MMA8451 et y ajouter un module Bluetooth HC06 et un petit microcontrôleur. Le régime est facile à calculer. Vous lisez la force le long de l’axe Z! Maintenant vous avez votre force centrifuge. Cette force augmente simplement proportionnellement à la vitesse de rotation.

J’envisagerais d’opter pour un capteur de lumière derrière une fente en tant qu’élément d’un oscillateur alimenté dans une simple porteuse haute fréquence - vous pouvez recevoir le signal et la variation de la tonalité vous donnerait le nombre de fois par seconde que la lumière la plus brillante passait le fente. Vous pouvez également envisager d’utiliser un lecteur DF ant pour vérifier la position du frisbee, ce qui vous donne une vitesse de rotation et une vitesse absolue.