Jakie jest dobre podejście do wykrywania odległości i prędkości w modelowych kolejach?


14

Z góry muszę przyznać, że mam niewielką praktyczną wiedzę na temat współczesnych mikrokontrolerów i ich oprogramowania - znacznie lepiej znam energetykę i duże silniki (45 lat).

Teraz moje pytanie: staranie się, aby wnuki były zachwycone elektroniką. Uwielbiają modelowe koleje, więc budujemy system monitorowania pociągu krok po kroku.

Aktualny problem: Aby wykryć odległość (opcjonalnie prędkość) lokomotywy od określonej lokalizacji toru, bez bałaganu z mocą toru.

Platforma sterowania: Launchpad Stellaris

Rozważane opcje:
* TSOPxxxx z „głupim” oscylatorem o stałej częstotliwości i diodą LED RF na loco - Jak uzyskać informacje o prędkości?
* TSOPxxxx i emiter przytorowy, odbicie od lokomotywy - może uzyskać prędkość według czasu lotu, może
* 5 woltów czerwonych laserów i wykrywanie przerw przez czerwoną diodę LED jako czujnik (dzieci uwielbiają lasery, więc ...) - brak prędkości detekcja bez wielu urządzeń na lokalizację detekcji
* znaczniki RFID i cewka na torze (zidentyfikuje konkretną lokomotywę, co jest plusem) - brak informacji o prędkości
* Ultradźwiękowe czujniki odległości - Wszechobecne i dobrze obsługiwane przez internautów, ale podejrzewam, że kąt zasięgu jest zbyt szeroki
* Jeden z wielu gotowych modeli kolejowych - niezgodny z celem tego ćwiczenia

Więc które z tych podejść, czy jakiekolwiek inne, przyniosą mi najmniejszy żal po stronie oprogramowania, a jednocześnie zapewnią wystarczającą okazję, aby zaangażować osoby w wieku 8-12 lat w projektowanie elektroniczne z rezultatami, których mogą doświadczyć? Na jakie pułapki trzeba uważać (oprócz rozlanej coli)?

Pociągi są w skali N (skala 1: 160).


Peryferyjne pytanie, ale w jakiej skali są wasze pociągi? Rozmiar może wyeliminować niektóre opcje i dodać inne. (Entuzjasta MRR tutaj).
Anindo Ghosh

Skala N. Racja, nie myślałem o tym. Zaktualizowałem pytanie.
Wygląda na to, że

Możesz także wypróbować radar, jest kilka niezbyt drogich modułów radarowych. conrad.de/ce/de/product/502370
starblue

Odpowiedzi:


2

Inne odpowiedzi zapewniły doskonałe dane wejściowe; Moja odpowiedź koncentruje się wyłącznie na wykrywaniu bliskości (i obecności) modeli pociągów, bez identyfikacji, w skalach, którymi się interesuję, w małych skalach N i T.

Pamiętając o potrzebie prostoty oprogramowania, kombinacja nadajnika podczerwieni z czujnikiem będzie najłatwiejsza. Wspomnienie o urządzeniach TSOP wskazuje, że już oceniasz tę ścieżkę. Zastanów się zamiast tego TSSP4P38, który został zaprojektowany specjalnie do wykrywania zbliżeniowego za pomocą podczerwieni o częstotliwości 38 kHz:
TSSP4P38

Stwierdzenie, co może być dla Ciebie oczywiste: Wykrywanie odległości w czasie lotu fal elektromagnetycznych (IR, radar itp.) Jest niepraktyczne dla twoich celów: Biorąc pod uwagę prędkość światła, rozdzielczość w femtosekundach lub niższa jest potrzebna dla 0 do 10 centymetrowe odległości docelowe, z którymi prawdopodobnie pracujesz (w skali 1: 160 N). Spekuluję, że w ścieżkach tranzytowych w „prawdziwym świecie” wspomnianych w komentarzu odległości mogą być większe.

Mechanizm czujnika odbijającego podczerwień stosowany w modelowych kolejach zwykle wiąże się z intensywnością odbijanego sygnału podczerwieni, który wzrósłby według prawa odwrotności kwadratu przy zbliżaniu się lokomotywy.

Twoje urządzenie musiałoby mieć diodę IR LED, taką jak TSAL6200 i TSSP4P38, umieszczoną na czymś podobnym do schematu na stronie 5 arkusza danych TSSP. Kombinacja byłaby montowana między krawatami na twoim torze, jedna skierowana w każdą stronę. Jeśli zamontujesz go wystarczająco nisko i skierujesz prawie równolegle do ścieżek, odbicia obiektów zewnętrznych zostaną zminimalizowane, a ścieżki będą działały jak migacze.

Sygnał wyjściowy TSSP jest logicznym impulsem o czasie trwania proporcjonalnym do odbitego IR. W miarę zbliżania się lokomotywy kolejne impulsy stają się dłuższe, więc odczyty co najmniej 2 kolejnych impulsów, najlepiej kilku kolejnych, zapewnią zestaw czasów trwania impulsu, a tym samym wskazanie prędkości. Z arkusza danych:

Szerokość impulsu wyjściowego TSSP4P38 ma prawie liniowy związek z odległością emitera lub odległością obiektu odbijającego. TSSP4P38 jest zoptymalizowany do tłumienia prawie wszystkich fałszywych impulsów pochodzących z energooszczędnych świetlówek.

Jeśli pozostaniesz przy praktycznych wymaganiach dotyczących precyzji urządzenia, możliwe jest „szybkie” kontra „wolne”, „zbliżające się” i „cofanie” oraz oczywiście obecność lokomotywy w zasięgu czujnika.

Będziesz musiał bazować na systemie, aby uwzględnić odbicia statyczne, np. Od scenerii. Ponadto, kalibracja rzeczywistej prędkości względem kolejnych długości impulsu zapewni mapowanie zakresu „szybkiego” / „wolnego”.

Czas trwania impulsu można zmierzyć za pomocą wejścia timera / licznika na wybranym mikrokontrolerze. W Internecie jest kilka przykładów robienia tego na Arduino, ale jak wspomniałeś zamiast tego za pomocą Launchpada Stellaris, mogą być potrzebne pewne badania.

Jest to ogólny przegląd rozwiązania, możesz zapytać, czy konkretne aspekty wymagają wyjaśnienia. Domyślając się, biorąc pod uwagę Twoje pochodzenie, nie będzie to projekt na noc, ale można go osiągnąć w okresie wakacyjnym. Niektóre z gotowych modeli kolejowych , o których wspomniałeś, wykorzystują ten mechanizm.


W celu bardziej ogólnej dyskusji na temat odległości należy spojrzeć na odpowiedź z wcześniejszego pytania.


Dzięki za wskazanie tego, co powinno być dla mnie oczywiste, ale nie było tak, że czas lotu EMF jest zbyt krótki dla mojej odległości zainteresowania. +1 za bycie najlepszym i najprostszym jak dotąd dopasowaniem do moich celów, zaakceptuje, jeśli nic lepszego się nie pojawi.
Pozornie So

8

Jeśli I były automatyzację model kolej chciałbym umieścić etykiety z kodem kreskowym na dnie wagonów. Następnie rozłóż na całej ścieżce umieściłem czytniki kodów kreskowych, skierowane do góry między szynami.

Dzięki temu możesz wykryć pozycję, prędkość i tożsamość samochodów. Każdy samochód miałby swój unikalny kod kreskowy, nie tylko lokomotywę.

Wykrywanie pozycji tej metody jest bardzo oczywiste, ponieważ zależy od tego, kiedy pociąg przejeżdża nad czujnikiem. Ale powinno działać dobrze w przypadku większości rzeczy. Zawsze możesz umieścić więcej czujników w ważnych punktach toru i mniej czujników, gdzie nie ma to większego znaczenia.

Ogromną zaletą tej metody jest to, że cena za wagon jest bardzo niska, tylko etykieta, którą można wydrukować na drukarce laserowej lub atramentowej. Złożoność na wagon jest bardzo niska. A waga dodana do każdego samochodu jest również bardzo niska.

Zaimplementowałbym to za pomocą IR LED i fototranzystora jako czujnika (istnieją elementy z obydwoma wbudowanymi), i podłączyłem je do mikrokontrolera. Każdy czujnik ma własny mikrokontroler. Różne czujniki można następnie połączyć razem za pomocą prostej sieci (np. Magistrali RS-485). W przypadku diod IR diody trudno byłoby dostrzec gołym okiem. Całkowity koszt czujnika + MCU może wynosić poniżej 3 USD, nie licząc małej płytki drukowanej.


To ten sam pomysł, o którym od razu pomyślałem, kiedy przeczytałem pytanie. Jedyny nieco trudny problem, jaki widzę, polegałby na tym, że zawieszanie kodów kreskowych na wysokości osi prawdopodobnie wyglądałoby trochę brzydko, ale gdyby były wyższe, należałoby mieć czujniki zaprojektowane do skupiania się na obiektach znajdujących się poza zasięgiem kontaktu , co może być trudniejsze do znalezienia. W celu uzyskania najlepszych rezultatów prawie na pewno pożądane byłoby wybranie określonej stałej wysokości nad ścieżką dla etykiet i zlecenie zamontowania wszystkich etykiet na tej wysokości.
supercat

Ponieważ szukam wykrywania pojedynczej lokalizacji (podejście do stacji), może to być pomysł. Jestem jednak trochę zdezorientowany aspektami wyczuwania prędkości i odległości - jak one działają? Identyfikacja, tak, idealne! Poza tym w żaden sposób nie mogę utrzymać uwagi dzieci na tyle długo, aby zrobić pół tuzina urządzeń - będą to musiały być 2 urządzenia, 1, które dla nich wykonuję i 1, które sami wytwarzają. Jeden do zbliżania się, drugi do opuszczania pociągów. To nie jest poważna kontrola układu, to „brama” do wprowadzenia ich do elektroniki.
Niby So

Jeśli masz różne szerokości pasków na obu końcach kodu kreskowego, możesz określić kierunek. Prędkość można obliczyć na podstawie odległości między paskami.
tcrosley

@ tcrosley Istnieje wiele sposobów kodowania danych, dzięki czemu można określić kierunek i prędkość - wraz z pewnym wykryciem błędu.

@supercat Wysokość etykiety może być trudna. Zastosowanie lasera zamiast diody LED może sprawić, że użytkowa odległość będzie całkiem przyjemna, ale musiałby to być laser o bardzo niskiej mocy, a ogniskowanie byłoby trudne.

4

Zacznę od metody przerywacza optycznego lub odbłyśnika po obu stronach przejazdów drogowych, aby zasygnalizować zbliżanie się do pociągów i włączyć migającą CZERWONĄ diodę LED. Zdalne śledzenie może być również połączone z mapą pociągu ze wskaźnikami przejazdu pociągu oraz bezpośredniej i prędkości.

Skaner kodów kreskowych jest zwodniczo prosty, dopóki nie będziesz musiał poradzić sobie z bezpieczeństwem wiązki laserowej, szybkościami śledzenia prędkości etykiet i obliczaniem odstępu czasu między pasami, aby obliczyć prędkość i sprawdzić zawartość kodu w celu ustalenia bezpośredniego jonu w oprogramowaniu.

Podział projektu na;

  • projekt funkcjonalny systemu
    • dane wejściowe, procesy, wyjścia (w tym fałszywe odrzucenie wyzwalacza)
  • projektowanie elektroniki
    • schemat, zestawienie komponentów, układ
  • projekt ścieżki optycznej
    • ścieżki i zasięg emiterów i detektorów, pasmo przenoszenia, tłumienie szumów
  • konstrukcja i testy
    • okablowanie z wyłączeniem zasilania z toru, filtrowanie szumów i mechaniczne, elektryczne szczegóły

IR może wykryć przerwanie sygnału najłatwiej po obu stronach lub odbicie sygnału z tej samej strony dzięki szerszemu zakresowi wykrywania. Sekwencja z dwoma sąsiadującymi detektorami informuje, w którym kierunku i odstępie czasu wskazuje prędkość. Można to zmierzyć metodami analogowymi lub cyfrowymi.

Skanery kodów kreskowych na podczerwień polegają na kodzie przechodzącym obok detektora ze stałą prędkością lub odbijaniu emitera przez kod kreskowy w celu wykrycia przez rozproszenie światła lub pochłanianie czarnego węgla. Stałe wiązki laserowe skierowane w górę musiałyby zostać optycznie zmienione, aby obniżyć moc do bezpiecznego poziomu lub rozprzestrzenić się, a następnie skupić się na krótkiej ścieżce, aby zmniejszyć gęstość mocy światła rozproszonego.


Wykrywanie kodów kreskowych może być prawdopodobnie uproszczone, jeśli projektuje się format kodu kreskowego wokół aplikacji. Jeśli ktoś stosuje parę czujników obok siebie (jeden bliżej każdej szyny) i projektuje format kodu kreskowego, tak aby jedna strona była sekwencją stałych podziałek czarno-białych pasków, podczas gdy druga strona zawiera rzeczywiste dane, powinna łatwo ustalić, która strona jest stroną o stałym skoku; jeśli wszystkie kody kreskowe używają tego samego skoku, to natychmiast powiedziałoby, jak szybko jedzie pociąg i w którą stronę skierowany jest samochód. Ponadto pozwoliłoby na dekodowanie, nawet jeśli pociąg zmienia prędkość.
supercat

dobry pomysł zegar i dane
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Prawdopodobnie można by obliczyć kierunek i prędkość za pomocą tylko jednego czujnika, gdyby czujniki kodów kreskowych były zamontowane bliżej szyny północnej, każdy samochód miał dwa kody kreskowe i wystarczająca nadmiarowość w formacie kodu kreskowego (np. Użyj kodu Manchester i zapewnij podstawowe dane ma dobrą kombinację „1” i „0”. Następnie można tak ułożyć rzeczy, aby każdy kod kreskowy miał wschód i zachód (te definicje są poprawne, gdy kod kreskowy znajduje się bliżej północnej szyny).
supercat

Hej, robi się bardzo interesująco! Dzięki, przydatne spostrzeżenia na temat skanera kodów kreskowych (w komentarzach) i @Richman, zaczynam lubić pomysł na podczerwień, to jest to, co robimy w prawdziwym życiu: nadajnik i odbiornik w jednym pakiecie, osadzonym w transporcie ścieżka lub, w tym przypadku, między powiązaniami toru. Rozwiązanie z kodem kreskowym nie wygląda teraz tak atrakcyjnie, ponieważ oprogramowanie stanie się moim problemem, a ja nie mówię o nim zbyt dobrze, że tak powiem!
Pozornie Więc
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.