Capteur de détection de balle airsoft

J'essaie de créer un chronographe / chronomètre airsoft (un appareil qui mesure la vitesse des balles airsoft). L'idée est de mesurer le temps pendant lequel la balle se déplace du point A au point B, puis je peux calculer la vitesse de la balle.

La balle est tirée dans un tuyau en plastique d'un diamètre de 32 mm. J'ai essayé de mettre d'un côté une LED IR et de l'autre côté un phototransistor (BPW 40), à la fois au début et à la fin du tube. Quelque chose comme ça:

Les cercles bleus sont des phototransistors, les cercles rouges sont des LED IR et les cercles blancs sont des balles airsoft.

Lorsque la balle traverse la zone où la balle 2 est dessinée (juste entre la LED IR et le phototransistor), tout fonctionne parfaitement. Mais lorsque la balle passe là où les balles 1 et 3 sont tirées, elle n'est pas détectée. C'est un comportement attendu, mais indésirable.

Ma question est donc: comment puis-je détecter les balles quelle que soit leur position? J'ai pensé à mettre des LED IR et des phototransistors autour du tuyau (pas seulement au même endroit), comme ceci:

mais cette solution n'est pas la moins chère: 5 LED IR + 5 BPW 40 = cca 12 $ fois 2 (parce que j'en ai besoin des deux côtés du tuyau) = 24 $. Existe-t-il une solution moins chère? Le BPW 40 est-il un bon choix pour le phototransistor? Je ne sais pas quelles LED IR j'utilise (et le vendeur du magasin ne sait pas non plus - il m'a dit que ce sont des génériques pour les télécommandes, comme les contrôleurs TV ou DVD).

Le diamètre du tuyau est de 32 mm et il sera long d'environ 14 cm (les capteurs seront distants de 10 cm). Le diamètre de la balle airsoft est de 6 mm.

ÉDITER:

Je vais chercher ma deuxième idée. J'ai encore une question: est-il préférable de disposer les émetteurs IR et les transistors photo de cette façon:

ou de cette façon:

Merci !!

Vous n'avez pas besoin que le BB soit centré entre l'émetteur et le détecteur

Il peut être possible d'utiliser le phototransistor comme capteur analogique plutôt que comme commutateur (c'est ce que je soupçonne que vous faites actuellement). Même si votre article ne bloque pas complètement la lumière, il changera la lumière dans la zone du tuyau occupé.Utilisez votre phototransistor pour créer une tension, amplifiez ou tamponnez si nécessaire et envoyez la sortie à un amplificateur différenciateur . Cela devrait générer une tension non nulle chaque fois que l'intensité lumineuse change. En supposant que votre système est fermé aux deux extrémités (et que votre pistolet airsoft n'a pas de flash de bouche significatif), cela ne devrait se produire que lorsqu'une balle passe dans la zone.

Quelques idées de barrières immatérielles

Considérez également que votre problème est similaire au problème résolu par les barrières immatérielles, mais à plus petite échelle. C'est particulièrement similaire dans votre dernier diagramme, avec plusieurs capteurs. Quelques astuces pourraient être empruntées aux barrières immatérielles:

• Il est plus facile de concevoir et d'assembler des barrières immatérielles rectangulaires que d'autres formes. En supposant que vous avez conçu votre tuyau pour qu'il soit suffisamment grand pour que le flux d'air autour de la balle ne soit pas un problème, vous pouvez placer des boîtes à l'extrémité de votre tuyau contenant des PCB plats pour le montage de vos émetteurs et détecteurs. Ce serait considérablement plus facile et plus robuste que de percer des trous dans votre tuyau et de faire passer des fils partout.

• Votre résolution peut être considérablement augmentée en parcourant vos émetteurs et en vérifiant chacun de vos détecteurs. Cela modifie votre modèle de balayage d'une ligne de lignes (qui devrait alors être <6 mm) en lignes entre chaque détecteur et chaque émetteur. Vous devrez vérifier que le motif formé ne laisse pas de trous béants, comme immédiatement à côté des émetteurs ou des détecteurs (bien que ceux-ci puissent être supprimés simplement en espaçant les détecteurs et les émetteurs plus éloignés). Notez que vous devrez numériser assez rapidement; le facteur limitant est probablement vos phototransistors avec des temps de montée et de descente de l'ordre de 10 microsecondes. Pour échapper à la détection, un objet de 6 mm devrait se déplacer à:

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

  ce qui est, je l'espère, beaucoup plus rapide que votre pistolet airsoft est capable de le faire.

Un autre problème concernant votre source:

Je ne sais pas quelles LED IR j'utilise (et le vendeur du magasin ne sait pas non plus - il m'a dit que ce sont des génériques pour les télécommandes, comme les contrôleurs TV ou DVD).

Non, juste non. Les magasins physiques et les vendeurs réels ne sont utiles que lorsque (1) vous êtes sur une période de temps ridicule et ne pouvez pas attendre le lendemain pour que vos pièces soient envoyées par la poste ou (2) elles ajoutent de la valeur au produit. Vous n'êtes pas pressé par le temps, et votre vendeur n'a aucune idée de la marchandise, donc je vous suggère fortement, fortement de commencer à regarder des distributeurs en ligne réputés comme Mouser et Digikey qui fourniront des fiches techniques et des pièces d'origine.

De plus, votre devis de 12 $ pour 5 émetteurs IR (notez que les LED n'émettent que de la lumière visible, il est donc techniquement incorrect de les appeler LED IR, elles sont appelées "émetteurs infrarouges") et 5 phototransistors est ridicule. Les émetteurs IR sont d'environ 0,15 $ chacun et les phototransistors sont d'environ 0,30 $ chacun, vous devriez donc envisager 2,25 $ pour votre configuration en 5 pièces. Notez également que ces devis s'appliquent à de petites quantités de pièces traversantes: si vous achetez des bobines ou utilisez des pièces SMD moins chères, ni la LED ni le phototransistor ne doivent dépasser 0,10 $.

Éditer

Pour choisir entre les différentes configurations possibles d'émetteurs et de détecteurs, tracez des lignes de vue à travers chaque paire que vous allez vérifier comme indiqué ici:

Celle de gauche est plus dense au centre, tandis que la droite utilise un nombre important de ses lignes de visée pour vérifier l'extrême périphérie. Puisque vous ne travaillez pas avec une application critique pour la sécurité comme une barrière immatérielle où vous ne pouvez pas vous permettre de manquer un objet de temps en temps, et puisque vos objets doivent être concentrés au centre (et donner des résultats erronés s'ils frappent le côtés), je suggère celui de gauche.

Cela dit, les deux seront difficiles à fabriquer. Je suggère toujours d'utiliser un arrangement rectangulaire comme indiqué ici:

Ce diagramme décrit une carte mère supérieure contenant un microcontrôleur et un connecteur pour l'alimentation, la masse et une impulsion à émettre lorsqu'un objet est détecté, avec des cartes filles montées sur des connecteurs à angle droit. Cela crée un espacement de 32/5 = 6,4 mm entre les paires émetteur / détecteur sans vérifier les diagonales, augmenter le nombre de 5 à 6 ou 8 (ce qui serait facile) vous permettrait de faire un simple balayage linéaire.

Considérez que les circuits de l'émetteur et du détecteur sont fondamentalement identiques (et de faible densité / complexité), vous pouvez probablement rendre les trois cartes physiquement identiques et les remplir simplement différemment pour économiser de l'argent. Pour la carte mère, un microcontrôleur SSOP ou SOIC sur le dessus de la carte, exécutez les E / S des deux côtés sur des trous de 0,1 "pour un en-tête à angle droit. Pour les cartes filles, placez une rangée d'empreintes d'émetteur / détecteur (elles ' est assez facile à trouver dans des boîtiers identiques sur le plan mécanique, comme la paire Kingbright APT2012F3C / AA3021P3S) et des résistances en bas, et reliez les connexions aux en-têtes. schématique, ou vous pourriez devenir fantaisiste et faire une extrémité de la carte une connexion pour les émetteurs et l'autre pour les détecteurs.

Encore une fois, je suggère fortement de réfléchir sérieusement à la conception pour la fabrication à ce stade! Vous ne voulez pas vous retrouver avec un tas de composants que vous ne pouvez pas assembler de manière fiable, surtout si vous avez de longs délais de livraison comme indiqué. Un petit effort investi dès le début peut économiser beaucoup d'efforts plus tard.

Edit # 2: Schéma pour la conception proposée

J'ai utilisé un ATtiny40 dans cette conception, il existe une variété de contrôleurs qui pourraient être utilisés. Désolé pour le désordre des filets à l'extérieur, j'essaie un nouvel éditeur en ligne soigné (cliquez sur l'image pour l'ouvrir) qui n'a pas encore de bus.

Une méthode qui pourrait se révéler plus économique et plus simple consiste à utiliser un laser. Comme l'a dit Kevin, il est plus facile de faire une barrière immatérielle dans un tube rectangulaire que dans un tube rond. Rendre l'intérieur du tube réfléchissant, soit en collant des miroirs à l'intérieur, soit en les polissant super. Visez ensuite un laser à travers un trou dans le tube afin qu'il rebondisse plusieurs fois avant de toucher le phototransistor. Tant qu'il n'y a pas de trous assez grands pour que la balle passe, alors vous êtes assuré de le détecter (vous pourriez avoir besoin de plus de rebonds dans le boîtier circulaire que je n'ai dessiné).

Une autre méthode de détection, plus proche de ce que vous utilisez actuellement, consiste à inverser les choses. Plutôt que les LED qui brillent sur les phototransistors, et la boule coupant le signal, pourquoi ne pas l'arranger pour que les phototransistors détectent la lumière réfléchie par la balle?

Disposez les LED de sorte qu'il n'y ait pas de lumière brillante sur les phototransistors. Rend les LED très lumineuses. Lorsque la balle passe devant les LED, elle brille brillamment sous l'illunination, et un petit signal est détecté au niveau des phototransistors.

Jusqu'à présent, la plupart des détecteurs suggérés dans ce fil semblent fonctionner dans le domaine numérique, nécessitant que la balle obstrue suffisamment le faisceau lumineux pour déclencher une sortie numérique. Étant donné que l'émetteur et le détecteur peuvent être agencés pour détecter une impulsion de lumière réfléchie par la balle qui passe ou son ombre. Je suggère que le photodétecteur soit en mode analogique, fonctionnant en dessous du niveau de saturation et couplé à un détecteur OOK Op-Amp.

L'avantage d'utiliser un détecteur OOK est que le bruit de fond est filtré pour fournir le niveau de polarisation pour le comparateur de détecteur de seuil, ce qui rend le détecteur très sensible aux petites variations du signal d'entrée. Tout petit changement soudain du niveau de lumière au-dessus du niveau de fond déclenche une sortie numérique. En sélectionnant soigneusement les constantes de temps du filtre passe-haut d'entrée et du filtre passe-bas de polarisation, il devrait être possible d'adapter la réponse globale du détecteur à la signature du changement de lumière associé au projectile qui passe, filtrant la plupart du bruit de fond résultant de changements lents dans le niveau de lumière ambiante.

Ainsi, le gain élevé du détecteur pourrait alors être utilisé pour convertir une légère variation du niveau de lumière en l'impulsion numérique requise. Je suggère que la première étape dans la construction d'un tel système serait d'expérimenter en connectant un oscilloscope à couplage alternatif à un photo-transistor câblé dans une configuration de suiveur et d'étudier la meilleure disposition de position de l'émetteur LED et du photo-détecteur dans le tube qui produit le le plus grand signal provenant de la réflexion ou de l'ombre de la balle qui passe.

Sans connaître l'albédo IR du projectile et de la paroi intérieure du tube, il n'est pas possible de recommander la disposition qui produira les meilleurs résultats. Je soupçonne que le plus grand rapport signal / bruit pourrait être obtenu en détectant le flash de lumière diffusé à l'arrière de la balle qui passe, mais cela nécessite que l'albédo du tube soit très faible et celui de la balle soit élevé.

Je suggère que l'émetteur et le récepteur soient sélectionnés pour avoir l'angle de vue le plus large, l'objet étant de produire un éventail de lumière à travers le tube, pour maximiser la zone de détection. Le bon sens indique que plus la proportion de la section du projectile à celle du tube est élevée, plus le rapport signal / bruit sera élevé.

La fonction du tube est de réduire autant que possible les effets de la lumière ambiante sur le détecteur. À condition que la lumière de l'émetteur IR domine, il devrait être possible d'ajuster la sortie des émetteurs IR pour polariser le détecteur dans sa région de fonctionnement linéaire la plus sensible, le point de plus grande pente sur la courbe de réponse des détecteurs.

Une amélioration supplémentaire de la vitesse, de la sensibilité et des performances de réjection du bruit des détecteurs peut être obtenue en remplaçant le simple phototransistor par une photodiode, telle qu'un BPX65 et un amplificateur OP à grande vitesse. Il existe un certain nombre de circuits qui utilisent la rétroaction de tension pour maintenir la tension de polarisation CC à travers la photodiode constante. Cela augmente la vitesse du détecteur, car le photo-courant n'est pas utilisé pour charger la capacité interne des diodes. De tels circuits sont couramment utilisés par les radio-amateurs qui explorent la communication optique à longue portée, en ligne de vue, en utilisant une modulation de faible amplitude de la lumière LED par une sous-porteuse modulée en IF bas. Dans ce cas, l'indice de modulation AM est généralement inférieur à 10%, généralement 5%. Je soupçonne que cela est similaire au signal AM qui pourrait être produit par une balle qui passe,

Réflexion sur la disposition optique optimale pour le détecteur et l'émetteur. Je pense que le détecteur et l'émetteur doivent être collimatés pour produire un faisceau parallèle à travers le tube. Ceci pourrait être réalisé en plaçant le détecteur et l'émetteur aux points focaux opposés, des réflecteurs paraboliques face à face. Cela devrait entraîner à la fois un croisement et un faisceau parallèle de lumière infrarouge traversant la ligne médiane du tube.

Comme il n'est pas pratique de façonner le tube dans le profil parabolique requis, un tel agencement pourrait être produit en insérant deux feuilles de plastique épaisses, façonnées avec un profil de bord de réflecteur parabolique dans les parois latérales opposées du tube, via des fentes découpées dans la paroi du tube. Le bord de forme parabolique des inserts est recouvert d'une bande réfléchissante miroir Fablon. Le profil parabolique requis pourrait être produit en imprimant la courbe requise sur du papier d'imprimante laser et en la transférant à une feuille de plastique uPVC d'une épaisseur d'un demi-pouce comme marque de pochoir pour la découpe. L'amélioration que cet arrangement optique idéal offre par rapport à l'utilisation du profil circulaire du tube fait l'objet d'une expérience ou d'un calcul détaillé.

Peut-être que plusieurs leds pointant vers un phototransistor pourraient être détectables et réduire la zone morte.

Il est temps de faire quelques exercices! Un banc de repos pour vous assurer que vous êtes toujours dans le bon endroit pourrait également être utile.

Juste pour étendre le répondeur allitle. Il existe une application pour les utilisateurs de Windows Phone Wp7. Wp 7,5 Wp7,8 et Wp8. Cette application s'appelle CronoPhone (pas chrono mais sans le "h") c'est une excellente application airsoft avec des calculatrices et des ...

Mais il a également un guide détaillé qui décrit comment faire le matériel du chronographe que vous prenez. De plus, il a un logiciel où il utilise l'échantillonneur de microphone du téléphone pour trouver les pointes analogiques des récepteurs ... de la balle. Si vous voulez que FPS utilise le calculateur dans l'application ...

J'espère que j'aide. Rappelez-vous qu'il s'appelle CronoPhone (sans le "h" dans Chrono) ...