Sistem Waktu Berbasis Laser Arduino: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Sebagai bagian dari pengajaran saya, saya membutuhkan sistem untuk mengukur secara akurat seberapa cepat kendaraan model menempuh jarak 10 meter. Awalnya, saya pikir saya akan membeli sistem siap pakai yang murah dari eBay atau Aliexpress, sistem ini umumnya dikenal sebagai gerbang cahaya, gerbang foto, atau sejenisnya. Ternyata sistem pengaturan waktu gerbang cahaya yang dibuat sebelumnya sebenarnya cukup mahal, jadi saya memutuskan untuk membuatnya sendiri.

Pengoperasian sistem waktu gerbang cahaya cukup sederhana. Setiap gerbang cahaya terdiri dari modul laser di satu sisi, ini memproyeksikan titik laser ke modul resistor bergantung cahaya (LDR) di sisi lain. Dengan mengukur keluaran LDR, sistem dapat mendeteksi ketika sinar laser telah putus. Menggunakan dua gerbang ini, sistem memulai pengatur waktu ketika balok pertama putus dan menghentikan pengatur waktu ketika merasakan balok kedua telah rusak. Hasil rekaman waktu ditampilkan pada layar LCD.

Membangun sistem seperti ini dengan siswa merupakan pengantar yang bagus untuk pengkodean, ini juga merupakan sumber daya kelas yang sangat berguna setelah selesai. Jenis sistem ini sangat bagus untuk aktivitas STEM dan dapat digunakan untuk mengukur seberapa cepat hal-hal seperti mobil karet gelang, mobil perangkap tikus, atau mobil derby kayu pinus menempuh jarak yang ditentukan.

Penafian: Solusi yang disajikan di sini jauh dari optimal. Saya sadar beberapa hal bisa menjadi jauh lebih baik atau lebih efisien. Proyek ini awalnya disatukan pada tenggat waktu yang sangat ketat dan bekerja dengan sangat baik untuk tujuan yang dimaksudkan. Saya memiliki rencana untuk merilis versi 2 dan versi 3 dari sistem ini dengan perbaikan, silakan lihat langkah terakhir dari instruksi. Implementasi sirkuit dan kode adalah risiko Anda sendiri.

Perlengkapan

• Arduino R3 (atau papan yang kompatibel) - £4,50
• Protoboard sayap bulu adafruit - Bagian kecil dari semua jenis protoboard juga bagus - £1
• Pelindung keypad LCD - Pastikan ini dibuat agar sesuai dengan versi arduino yang Anda miliki - £5
• 2 x modul Light Dependent Resistor (LDR) - Mencari ebay untuk "arduino LDR" akan menampilkan banyak opsi - masing-masing £2,30
• 2 x Modul laser - Mencari ebay untuk "laser arduino" akan menunjukkan banyak pilihan. Pastikan kekuatan laser tidak lebih besar dari 5mW. - £2,25 untuk tiga
• 4 x Tripod kecil - masing-masing £3,50
• Mur 4x 1/4 inci - Agar sesuai dengan utas tripod standar - £2
• Akrilik bening untuk kasing Arduino £3
• Mur dan baut M3 - £2
• Kebuntuan PCD plastik - Kit ini bisa didapat dengan cukup murah di Ebay.- £6,80
• Penutup cetak 4 x 3D - Biaya bahan sekitar £5.
• Kabel pita - £5

Total biaya sekitar £55, ini mengasumsikan akses ke pemotong laser dan printer 3D. Sebagian besar biaya di sini adalah untuk kasing, mur dan baut, dll. biaya sebenarnya dari elektronik hanya £22 jadi mungkin ada ruang untuk banyak pengoptimalan di sini.

Langkah 1: Program Adrunio

Unggah kode di bawah ini ke Arduino. Jika Anda tidak terbiasa dengan cara melakukan ini, lihat instruksi yang bagus ini.

Logika dasar dari kode ini adalah sebagai berikut:

1. Nyalakan modul laser dan periksa apakah setiap LDR dapat "melihat" sinar laser.
2. Tunggu hingga LDR 1 mendeteksi adanya gangguan pada sinar laser, segera mulai timer.
3. Tunggu hingga LDR 2 mendeteksi adanya gangguan pada sinar laser, segera hentikan timer.
4. Tampilkan waktu yang dihasilkan pada layar LCD dalam milidetik.

Kode ini hanya dirancang untuk menjalankan satu kali, setelah waktu dari layar telah dicatat tombol reset pada perisai digunakan untuk me-restart program.

LINK KE KODE ARDUINO

(FYI: Kode di-host di create.arduino.cc dan saya ingin menyematkan kode di sini, tetapi editor Instructables tidak mengizinkan iframe yang disematkan untuk ditampilkan atau berfungsi dengan benar. Jika ada orang di Instructables yang membaca ini, silakan menerapkan ini sebagai fitur di masa mendatang, terima kasih)

Langkah 2: Lampiran Cetak 3D

Modul laser dan LDR harus dipegang di tempatnya untuk memastikan tidak ada sinar yang pecah akibat modul bergerak. Cetak 3D enklosur di bawah dan kencangkan modul pada tempatnya, modul laser harus ditahan di tempatnya dengan pengikat ritsleting karena tidak memiliki lubang baut.

Pastikan untuk menjebak mur 1/4 inci di dalam masing-masing kasing, ini akan digunakan nanti untuk memungkinkan kasing ini terhubung ke tripod. Kedua bagian selungkup disatukan dengan mur dan baut M3.

Langkah 3: Potong Laser Arduino Case

Potong laser file di bawah ini dari akrilik bening setebal 4mm. Sejajarkan arduino R3 dan protoboard dengan lubang pada potongan akrilik dan kencangkan pada tempatnya. Pasang bagian atas casing ke bawah menggunakan standoff PCD sebagai spacer.

Langkah 4: Kawat Sirkuit

Pelindung LCD yang digunakan dalam proyek ini dijelaskan secara rinci dalam instruksi yang bagus ini. Layar LCD dan tombol input menggunakan beberapa pin I/O arduino namun, untuk alasan ini semua I/O untuk modul laser dan LDR hanya menggunakan pin 1, 2, 12 dan 13.

Sangat sedikit kabel yang dibutuhkan, tetapi pastikan sirkuit terhubung seperti yang ditunjukkan pada diagram. Saya menambahkan beberapa konektor tipe JST ke kabel modul laser dan LDR agar saya dapat dengan mudah membongkar dan menyimpan seluruh pengaturan.

Ya, pin arduino 1 dan 2 secara langsung memberi daya pada modul laser tanpa resistor in-line. Karena modul laser yang dipilih dirancang khusus untuk digunakan dengan arduino, ini seharusnya tidak menjadi masalah. Modul laser menarik daya maksimum 5mW, ini berarti bahwa pada tegangan suplai 5V pin, modul harus menarik sekitar 1mA, ini jauh di bawah batas ~40mA untuk suplai arus pada pin I/O arduino.

Langkah 5: Merakit dan Menyetel

Akhirnya, Anda siap untuk merakit semuanya.

1. Pasang casing modul LDR dan Laser pada tripod kecil.
2. Posisikan modul Laser untuk bersinar langsung di sensor LDR

Pada tahap ini, Anda perlu sedikit menyempurnakan hal-hal. Modul LDR mengeluarkan sinyal digital, sinyal tinggi (5V) yang menunjukkan bahwa tidak ada sinar laser yang terdeteksi, tanda rendah (0V) yang menunjukkan bahwa ia dapat melihat sinar laser. Ambang intensitas cahaya di mana modul beralih dari sinyal output 5V ke 0V (dan sebaliknya) dikendalikan oleh potensiometer pada papan LDR. Anda perlu menyesuaikan potensiometer sehingga modul beralih antara output 0V dan 5V saat Anda mengharapkannya.

Sesuaikan potensiometer secara bertahap hingga sistem berfungsi seperti yang diharapkan, atau gunakan multimeter untuk mengukur output modul LDR dan menyetel sesuai kebutuhan.

Langkah 6: Operasi dan Pekerjaan Lebih Lanjut

Anda sekarang harus siap untuk menggunakan sistem! Gambar menunjukkan tahapan operasi.

1. Tekan tombol pilih untuk menginisialisasi sistem.
2. Sejajarkan laser sehingga bersinar langsung pada sensor LDR.
3. Sistem sekarang dipersenjatai. Membuat Anda model mobil pergi.
4. Sistem akan memulai pengaturan waktu setelah sinar laser pertama rusak.
5. Sistem akan berhenti setelah sinar laser kedua rusak.
6. Waktu dalam milidetik kemudian ditampilkan di layar.
7. Tekan tombol reset untuk mengatur waktu lari lagi.

Saya mungkin akan membuat versi 2.0 dari sistem ini karena ada beberapa perbaikan nyata yang dapat dilakukan:

1. Tidak perlu menyalakan modul laser dari Arduino, mereka bisa bertenaga baterai dan cukup dinyalakan saat dibutuhkan. Ketika saya merancang sistem, memasang kabel modul laser ke Arduino untuk daya sepertinya solusi paling sederhana, dalam praktiknya, ini menghasilkan kabel panjang yang menghalangi.
2. Lensa kondensor sangat dibutuhkan pada housing LDR. Menyejajarkan titik laser tepat dengan bagian tengah sensor LDR (sangat kecil) sangat rumit dan terkadang dapat memakan waktu beberapa menit, menggunakan lensa kondensor akan memberi pengguna target yang jauh lebih besar untuk dibidik dengan titik laser.

Saya juga sekarang bahkan memikirkan versi 3.0 yang sepenuhnya nirkabel dan hanya terhubung ke laptop saya menggunakan Bluetooth, ini adalah proyek yang jauh lebih besar untuk hari lain.

Runner Up dalam Kontes STEM