Jak mogę zmierzyć RPM frisbee?

Chciałbym zrobić małe urządzenie, które mogę przyczepić do Frisbee, które może mierzyć statystyki takie jak RPM / prędkość Frisbee po rzuceniu. Czy byłoby to realistycznie możliwe?

Myślałem o komunikacji bliskiego pola, aby przenieść dane z Frisbee do smartfona, ale to tylko pomysł. Wydaje się, że trudno byłoby stworzyć coś wystarczająco małego, aby nie wpłynęło to na lot samego Frisbee. Czy ktoś może wymyślić jakieś pomysły na to?

Na szczycie mojej noggin jest pomysł. Zbuduj mały generator tonów i mały głośnik na frisbee z głośnikiem wokół krawędzi (oczywiście zrównoważona masa po drugiej stronie).

Kiedy obracasz frisbee, możesz nagrywać wytwarzany dźwięk i będzie on miał funkcje dopplerowskie w zależności od tego, jak szybko się obraca. Jeśli możesz przeanalizować zarejestrowane dane, powinieneś być w stanie określić prędkość obrotową.

Prędkość obrotowa frisbee wynosi około 10 rps, więc możesz rozpylić farbę czarno-biały wzór na frisbee i nagrać go. Kamera 60 klatek na sekundę (120 pól na sekundę) powinna być w stanie niezawodnie ją uchwycić.

Na noc zamontuj małą superjasną diodę LED i mechanicznie zrównoważoną baterię litową.

Jest artykuł opisujący metodę wykonania właśnie tego tutaj: Pomiary dynamiki lotu na oprzyrządowanym frisbee . Techniki działały dobrze; Użyłbym tego jako punktu wyjścia.

Zasadniczo był to mikrokontroler (BS2IC) i 2-osiowy akcelerometr (ADXL202), zamontowany na środku frisbee za pomocą kleju silikonowego, a następnie zrównoważony bateriami (CR2032), które zostały zamontowane za pomocą taśmy. Sprzęt został specjalnie wybrany ze względu na niskie zużycie energii.

Mały przełącznik został zamontowany w pobliżu krawędzi, aby umożliwić łatwą aktywację w momencie rzucania, ponownie w celu zmniejszenia zużycia energii, a także dlatego, że przestrzeń do rejestrowania danych jest ograniczona:

Moim pomysłem na przeczytanie twojego pytania było zamontowanie 1-osiowego akcelerometru / czujnika ciśnienia w pobliżu krawędzi frisbee i zmierzenie siły odśrodkowej, chociaż montaż w pobliżu krawędzi może utrudnić wyważenie. 2-osiowy akcelerometr nie jest dużym krokiem w górę i kończy się to uzyskaniem o wiele więcej danych.

Możesz użyć niskonapięciowego systemu radiowego bliskiego pola, takiego jak Zigbee (lub Bluetooth; który jest mniej wygodny do początkowej konfiguracji i wymaga co najmniej dodania przycisku lub innej logiki, aby pomóc w parowaniu użytecznym, ale natywnie obsługiwanym przez wiele osób urządzenia, np. smartfon), aby przesyłać strumieniowo dane do pobliskiego urządzenia, lub możesz zapisać dane na mikrokontrolerze i odzyskać je później.

W każdym razie ten papier otrzymał kilka interesujących danych. W szczególności zwróć uwagę na obserwację autora, że ​​bezpośrednie dane można łatwiej wyodrębnić podczas stałych okresów odczytów akcelerometru:

Ten wykres daje ładny widok początkowego wahania, który staje się stały podczas lotu, a także siły odśrodkowej.

Nie wydaje się konieczne nadmierne komplikowanie go za pomocą czujników światła / dźwięku; chociaż jeśli tak, rejestrowałbym / przesyłał surowe dane i wykonywałbym rzeczywiste przetwarzanie na urządzeniu odbierającym, aby ograniczyć zużycie energii i wymagania wydajności mikroprocesora, kosztem zwiększonych wymagań pamięci (do rejestrowania).

Dwa małe układy scalone SMD, jeden akcelerometr, drugi żyroskop, na przeciwległych końcach FPC, z mikrokontrolerem, EEPROM i baterią pastylkową równo zrównoważoną w środku frisbee. Minimalna waga i tarcie powietrzne. Poproś, aby mikrokontroler zapisał dane wyjściowe układu scalonego do pamięci EEPROM. Kombinacja wykresu akcelerometru i mocy żyroskopu zapewni przybliżoną prędkość i obroty na minutę.

FPC nie jest potrzebne; działałyby również cienkie niestandardowe płytki drukowane z łączącym je przewodem magnetycznym. W każdym razie mówimy w gramach i uncjach.

W przypadku dostępu bezprzewodowego świetny byłby mikrokontroler lub SoC z Bluetooth o niskiej energii. Spójrz na tag Texas Instruments na kompletny zestaw programistyczny z akcelerometrem SoC i I²C z włączonym BTLE i żyroskopami, a także przykłady aplikacji na iPhone'a / Androida zasilanych przez pojedynczą komórkę CR2032 Piekło, możesz wziąć tag czujnika, usunąć czerwony obudowę i przyklej to do frrisbee, a reszta pobiera dane z bezpłatnej aplikacji.

Po prostu rzucamy pomysł, nie mam pojęcia, jak jest to wykonalne: żyroskopy MEMS to małe, opłacalne czujniki o niskiej mocy, zdolne do pomiaru prędkości kątowej. Jeśli chodzi o pomiar prędkości, zakładając, że masz na myśli prędkość liniową, a nie kątową, jedyne, co mogę wymyślić, to niezbyt skomplikowane, to użycie modułu GPS takiego jak ten . Biorąc pod uwagę dwie kolejne pozycje i wiedząc, kiedy wykonano każdy pomiar, możesz łatwo obliczyć prędkość liniową.

Możesz zmierzyć prędkość obrotową za pomocą akcelerometru zorientowanego promieniowo. Przyspieszenie „na zewnątrz” od środka frisbee oznacza obrót (lub frisbee jest pod kątem, ale można to uśrednić). Ponieważ znasz odległość od środka do akcelerometru, jest to proste obliczenie przyspieszenia obrotowego.

Wiele z nich powinno być bardzo lekkich i małych:

Akcelerometr wskazujący pod pewnym kątem między promieniowym i pionowym będzie miał zmienną składową grawitacyjną podczas wirowania. Nawet promieniowy będzie to mieć, chyba że lot jest dokładnie poziomy.

Czujnik światła w większości przypadków zrobi to samo. Podczas przechodzenia między elementami naziemnymi lub z ziemi na niebo iz powrotem zobaczy zmiany jasności, które będą miały korelowalną składową prędkości obrotowej.

Dioda LED transmitująca promieniowo z modulowaną częstotliwością będzie mogła zostać wykryta elektronicznie na znacznej odległości. Możesz poszukać modulacji lub nagrać wideo i poszukać sygnatury LED w ramkach (prawdopodobnie trudniej).

Jeśli podasz źródło modulowane papeterią, które je oświetli, możesz umieścić detektor na Frisbee. Jeśli inna osoba może zaakceptować pomoc w śledzeniu, wiązka może być ciaśniejsza i może zlokalizować oko, aby ją wyśledzić. Prosta strona słupka i koła lub dwa pierścienie prawdopodobnie pozwolą na utrzymanie wiązki powiedzmy 30 stopni na frisbee, znacznie zwiększając poziom sygnału.

RF dfing powinien być opłacalny.

Siły ciśnienia powietrza prawdopodobnie zmieniają się w punkcie na peryferiach, gdy frisbee obraca się podczas transportu. Czujnik ciśnienia z otworem na obręczy powinien zobaczyć powtarzający się wzór.

Najtrudniejsze optycznie jest celowanie w frisbee w locie. Poza tym możesz zrobić wszystko optycznie.

• Ponieważ moment obrotu frisbee nie zmienia się w locie, możemy bezpiecznie założyć, że najszybszy obrót nastąpi tuż po uruchomieniu frisbee przez użytkownika. Aby celować w frisbee, możesz skupić się na użytkowniku, który uruchamia zabawkę.

• Wykonaj eksperyment w nocy z ciemnym frisbee z pomalowanym cienkim paskiem wokół zewnętrznej krawędzi i grubą białą kroplą na jednej części zewnętrznej krawędzi. Zbuduj sobie lampę stroboskopową (wiele DIY można kupić online lub wypożyczyć).

• Pożycz czyjąś lustrzankę cyfrową, ustaw ją w tryb Bulb (lub 30-sekundowa migawka). Użyj niskiej czułości ISO i bardzo małej przysłony, aby uzyskać głębię ostrości i niskie wzmocnienie.

• Znajdź przyjaciela z dobrą ręką i gotowością rzucić frisbee sto razy ze względu na naukę.

• Graj z ustawieniami częstotliwości stroboskopowej i ustawieniami kamery.

• Oblicz częstotliwość. Pamiętaj, że twierdzenie Nyquista określa górną granicę maksymalnej częstotliwości, którą można zmierzyć.

Aparat z prawidłowo pomalowanym frisbee to dobre rozwiązanie o niskiej technologii. Jeśli jednak nalegasz na rozwiązanie elektroniczne, jedną z niewielu rzeczy, które mogłyby zadziałać, jest użycie kompasu cyfrowego.

Przyglądałem się temu problemowi, ponieważ planuję zbudować monokopter (patrz: http://www.youtube.com/watch?v=1n6ZmwzSL0Y ) i stwierdziłem, że żyroskopy nie mają wystarczającej szybkości zrobić to. To nie jest problem szybkości danych, ale bardziej podstawowy z maksymalnej prędkości kątowej mierzonej przez żyroskopy, jak podano w arkuszach danych. Większość żyroskopów (właściwie wszystkie te, na które patrzyłem) po prostu zgłasza coś takiego jak 0xffff przez cały czas, gdy jest podłączona do czegoś takiego jak frisbee.

Kompas cyfrowy nie ma jednak tego problemu, ponieważ nie mierzy prędkości kątowej, ale pozycję bezwzględną / kurs. W rzeczywistości udane monokoptery, takie jak MIT i Embry Riddle, używają kompasu cyfrowego do orientacji.

Innym rozwiązaniem, które rozważałem, jest detektor światła. Coś takiego: https://www.sparkfun.com/products/9768 . Następnie po prostu znajdź najjaśniejszy punkt i załóż, że to słońce i czas, jaki upływa między jasnymi punktami, aby uzyskać czas jednego obrotu.

Umieść czujnik światła o wąskim polu widzenia + chip, który może wykryć otrzymane impulsy światła i ich odstępy. Filtruj odbierane światło dla określonej częstotliwości, aby uniknąć fałszywego wykrywania, i dopasuj źródło światła do tej częstotliwości.

Pobierz dane z płyty.

Wyszukaj „Frisbee Cam”. Użyli łopatki, aby kamera się nie obracała. Ten sam pomysł można zastosować, aby powstrzymać czujnik optyczny przed obracaniem się, aby mógł liczyć znaki przechodzące przez pomiary prędkości obrotowej.

Można do tego wykorzystać żyroskop Bluetooth TI cc2541. Tylko 25 USD i waży tylko uncję lub dwie. http://www.ti.com/tool/cc2541dk-sensor

Możesz użyć akcelerometru takiego jak MMA8451 i dodać do niego moduł Bluetooth HC06 i mały mikrokontroler. RPM można łatwo obliczyć. Odczytujesz siłę wzdłuż osi Z! Teraz masz swoją siłę odśrodkową. Siła ta po prostu rośnie proporcjonalnie do obrotów na minutę.

Zastanowiłbym się nad czujnikiem światła za szczeliną jako częścią oscylatora zasilanego w prosty nośnik RF - możesz odebrać sygnał, a zmiana odcienia dałaby ci liczbę razy na sekundę, że najjaśniejsze światło przechodziło przez otwór. Możesz również rozważyć użycie anty-DF do sprawdzenia pozycji Frisbee, co da ci prędkość obrotową i bezwzględną.