Quelle est une bonne approche pour détecter la distance et la vitesse dans les chemins de fer modèles?

D'entrée de jeu, je dois admettre une petite connaissance pratique des microcontrôleurs modernes et de leurs logiciels - je connais mieux l'ingénierie énergétique et les gros moteurs (45 ans).

Maintenant, ma question: essayer d'enthousiasmer les petits-enfants à propos de l'électronique. Ils aiment les chemins de fer miniatures, alors nous construisons un système de surveillance des trains petit à petit.

Problème actuel: Détecter la distance (éventuellement la vitesse) d'une locomotive à partir d'un emplacement de voie spécifique, sans gâcher la puissance de la voie.

Plateforme de contrôle: Stellaris Launchpad

Options envisagées:
* TSOPxxxx avec oscillateur à fréquence fixe "muet" et LED RF sur loco - Comment obtenir des informations sur la vitesse?
* TSOPxxxx et émetteur au bord de la piste, réflexion de la locomotive - peut obtenir la vitesse en fonction du temps de vol, peut-être
* Lasers rouges de 5 volts et détection de rupture par LED rouge comme capteur (les enfants adorent les lasers, donc ...) - pas de vitesse détection sans plusieurs appareils par emplacement de détection
* Étiquettes RFID et une bobine au bord de la piste (identifiera la locomotive spécifique qui est un plus) - aucune information de vitesse
* Capteurs de distance à ultrasons - omniprésents et bien pris en charge par les internautes, mais un angle de couverture trop large, je soupçonne
* L'un des nombreux modèles de chemins de fer prêts à l'emploi - à l'encontre de l'objectif de cet exercice

Alors, laquelle de ces approches, ou toute autre, me donnera le moins de peine du côté logiciel, et impliquera néanmoins suffisamment de possibilités pour engager des enfants de 8 à 12 ans dans la conception électronique avec des résultats qu'ils peuvent expérimenter? Quels sont les pièges à surveiller (à part le cola renversé)?

Les trains sont à l'échelle N (échelle 1: 160).

D'autres réponses ont fourni d'excellentes contributions à votre besoin; Ma réponse se concentre uniquement sur la détection de proximité (et de présence) de trains miniatures, aucune identification, dans les échelles auxquelles je m'intéresse, les minuscules échelles N et T.

En gardant à l'esprit votre besoin de simplicité logicielle, une combinaison émetteur / capteur infrarouge haché sera plus facile. Votre mention des appareils TSOP indique que vous évaluez déjà ce chemin. Considérez plutôt le TSSP4P38 qui est spécialement conçu pour la détection de proximité à l'aide d'IR haché à 38 KHz:

Dire ce qui peut déjà être évident pour vous: la détection de distance à travers le temps de vol des ondes électromagnétiques (IR, radar, etc.) n'est pas pratique pour vos besoins: étant donné la vitesse de la lumière, une résolution en femtosecondes ou moins est nécessaire pour le 0 à 10 distances cibles en centimètres avec lesquelles vous travaillez probablement (échelle 1: 160 N). Dans les chemins de transit "du monde réel" que vous mentionnez dans un commentaire, les distances peuvent être plus grandes, je suppose.

Un mécanisme de capteur réfléchissant IR utilisé dans les chemins de fer modèles implique généralement, au lieu de cela, l'intensité du signal IR réfléchi, qui augmenterait par loi du carré inverse avec l'approche de la locomotive.

Votre appareil devrait avoir une LED IR comme le TSAL6200 et le TSSP4P38, logée dans quelque chose comme le schéma de la page 5 de la fiche technique du TSSP. La combinaison serait montée entre les attaches de votre piste, une face à chaque sens. Si vous le montez suffisamment bas et que vous pointez presque parallèlement aux pistes, les réflexions des objets externes seront minimisées, les pistes fonctionnant comme des clignotants.

La sortie du TSSP est une impulsion de niveau logique d'une durée proportionnelle à l'IR réfléchi. À mesure que la locomotive approche, les impulsions successives s'allongent, de sorte que les lectures d'au moins 2 impulsions consécutives, de préférence plusieurs autres, fourniront un ensemble de durées d'impulsion et donc une indication de vitesse. De la fiche technique:

La largeur d'impulsion de sortie du TSSP4P38 a une relation presque linéaire avec la distance de l'émetteur ou la distance d'un objet réfléchissant. Le TSSP4P38 est optimisé pour supprimer presque toutes les impulsions parasites des lampes fluorescentes à économie d'énergie.

Si vous restez avec des exigences de précision praticables pour votre appareil, "rapide" contre "lent", "approchant" contre "reculant", et bien sûr la présence d'une locomotive à portée de capteur, sont possibles.

Vous devrez baseline le système pour tenir compte des réflexions statiques, par exemple à partir de paysages. En outre, l'étalonnage de la vitesse réelle par rapport aux longueurs d'impulsion consécutives fournira les mappages de plage "rapide" / "lent".

La durée d'impulsion peut être mesurée à l'aide d'une entrée minuterie / compteur sur le microcontrôleur de votre choix. Il existe plusieurs exemples sur le Web pour le faire sur l'Arduino, mais comme vous l'avez mentionné en utilisant un Launchpad Stellaris à la place, des recherches peuvent être nécessaires.

Il s'agit d'un aperçu de haut niveau d'une solution, n'hésitez pas à demander si des aspects spécifiques doivent être clarifiés. À une supposition, compte tenu de vos antécédents déclarés, ce ne sera pas un projet du jour au lendemain, mais est réalisable pendant la saison des vacances. Certains des modèles de chemins de fer modèles prêts à l' emploi que vous avez mentionnés utilisent ce mécanisme.

Pour une discussion plus générale sur la télédétection, veuillez consulter cette réponse d'une question précédente.

Si je devais automatisant chemin de fer modèle que je mettrais des étiquettes de codes à barres sur les fonds des wagons de train. Puis, réparti sur toute la piste, je plaçais des lecteurs de codes-barres, orientés vers le haut entre les rails.

Avec cela, vous pouvez détecter la position, la vitesse et l'identité des voitures. Chaque voiture aurait son propre code à barres unique, pas seulement la locomotive.

La détection de position de cette méthode est très courante, car elle dépend du moment où un train passe sur un capteur. Mais cela devrait bien fonctionner pour la plupart des choses. Vous pouvez toujours placer plus de capteurs aux points importants de la piste et moins de capteurs là où cela n'a pas tellement d'importance.

Un énorme avantage de cette méthode est que le prix par wagon est très bas, seulement une étiquette que vous pouvez imprimer sur votre imprimante laser ou à jet d'encre. La complexité par wagon est très faible. Et le poids ajouté à chaque voiture est également très faible.

Je voudrais implémenter cela en utilisant une LED IR et un phototransistor comme capteur (il y a des composants avec les deux intégrés) et les connecter à un microcontrôleur. Chaque capteur possède son propre microcontrôleur. Les différents capteurs peuvent ensuite être connectés ensemble à l'aide d'un simple réseau (comme un bus RS-485). Avec les LED IR, le capteur serait difficile à voir à l'œil nu. Le coût total par capteur + MCU pourrait être inférieur à 3 $ US, sans compter un petit PCB.

Je commencerais par l'interrupteur optique ou la méthode du réflecteur de chaque côté des passages à niveau pour signaler les trains en approche et allumer une LED ROUGE clignotante. Le suivi à distance peut également être câblé à une carte de train avec des indicateurs de passage à niveau et direct et de vitesse.

Le scanner de codes à barres est d'une simplicité trompeuse jusqu'à ce que vous ayez à gérer la sécurité du faisceau laser, les taux de suivi de la vitesse des étiquettes et le calcul de l'intervalle de temps entre les barres pour calculer la vitesse et valider le contenu du code pour déterminer l'ion direct dans le logiciel.

Décomposer le projet en;

• conception fonctionnelle du système
  • entrées, processus, sorties (y compris le rejet de faux déclencheurs)
• conception électronique
  • schématique, nomenclature, mise en page
• conception de chemin optique
  • voies et portée de l'émetteur et du détecteur, réponse en fréquence, rejet du bruit
• construction et essais
  • câblage avec mise hors tension de la voie, filtrage du bruit et détails mécaniques et électriques

L'IR peut détecter plus facilement l'interruption du signal de chaque côté ou la réflexion du signal du même côté avec une gamme de détection plus large. La séquence de deux détecteurs adjacents indique dans quelle direction et l'intervalle de temps indique la vitesse. Cela peut être mesuré avec des méthodes analogiques ou numériques.

Les scanners de codes à barres IR reposent soit sur le code passant devant le détecteur à une vitesse constante, soit sur l'émetteur réfléchi devant le code à barres pour être détecté par diffusion de la lumière ou absorption de noir de carbone. Les faisceaux laser stables orientés vers le haut devraient être modifiés optiquement pour abaisser la puissance à un niveau sûr ou se propager, puis focalisés sur une courte distance pour réduire la densité de puissance de la lumière parasite.