Sensor de daus infrarojos: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

El meu nom és Calvin i us mostraré com fer un sensor de daus infrarojos i us explicaré com funciona.

Actualment sóc un estudiant de la Universitat de Taylor que estudia Enginyeria Informàtica i el meu equip i se’m va demanar que dissenyés i construís un mecanisme que permeti classificar qualsevol objecte que pugui cabre en un quadrat d’1 polzada. Podríem haver agafat la ruta fàcil i escollir ordenar els M&M mitjançant un senzill sensor de color, però vam decidir anar més enllà i ordenar els daus pel nombre que es mostra. Després d’innombrables hores intentant trobar una guia sobre com llegir la cara dels daus, em vaig trobar amb aquest enllaç aquí:

makezine.com/2009/09/19/dice-reader-versio…

Aquest enllaç, però, no em va donar molt més que la idea de com llegir la cara dels daus, de manera que, utilitzant la idea que es va proporcionar, vaig continuar el meu camí per construir i desenvolupar un sensor que es pogués connectar amb un Arduino amb facilitat i pot llegir la cara dels daus amb la màxima precisió possible, donant-nos aquest sensor de daus infrarojos.

Subministraments

Passem ara als subministraments:

Necessitarà:

1 x Arduino Uno

5 x receptors IR

5 x Emissors IR

www.sparkfun.com/products/241

Resistències de 5 x 270 ohm

Resistències de 5 x 10k ohm

1 xip 74HC595N

diverses capçaleres masculines

1 x tauler de prototipus (si no obteniu un tauler fresat personalitzat)

Pas 1: entendre com funciona

Aquest sensor utilitza 5 ubicacions de pip per llegir les cares dels daus. Utilitza llum infraroja per rebotar la cara dels daus en aquestes ubicacions de pip i indica al controlador si és blanc o negre.

Potser us pregunteu, per què només hi ha cinc ubicacions de pip? No necessitaríeu els 9 per llegir els daus amb eficàcia?

Doncs bé, a causa de la simetria dels daus, fer servir 5 ubicacions específiques als daus pot ser suficient per diferenciar els diferents números dels daus independentment de l’orientació (imatge 1). Això fa que el sensor de daus sigui més eficient perquè només busca exactament el que necessita i res més.

L'emissor passa exactament per sota del receptor del sensor en cadascuna d'aquestes 5 ubicacions de pip, el sensor emet la llum IR i el receptor llegeix la quantitat de llum IR que rebota de la cara del dau. (imatge 3) Si el valor rebut és superior als números de calibratge especificats, el sensor veurà aquest punt com un punt, si no, és espai blanc. (imatge 2)

Pas 2: disseny i planificació

El primer pas per construir un sensor de daus és crear els esquemes, que poden ser el pas més difícil o el més fàcil del desenvolupament. Primer necessiteu un programari anomenat EAGLE per Autodesk, aquest era el programari que vaig utilitzar per crear els esquemes.

He inclòs 2 tipus diferents d’esquemes, un esquema té un xip de registre de desplaçament per ajudar a fer el sensor més precís i l’altre és un sense xip de registre de desplaçament, però, aquest esquema no funcionarà amb el codi que proporcionaré més endavant, de manera que haurà de desenvolupar alguna cosa pel seu compte.

També he inclòs la disposició de la meva placa per al sensor que he dissenyat amb el registre de canvis.

Per començar a dissenyar la placa, teniu 5 receptors IR i 5 emissors IR, els receptors requereixen una resistència de 10 k i els emissors requereixen una resistència de 270 ohms, de manera que per a cadascun d’aquests elements es passa de:

VCC (5V) -> Resistència -> Pin de lectura analògica -> Receptor IR -> GND

VCC (5V) -> Resistor -> Emissor IR -> GND

El pin de lectura analògic surt entre la resistència i el receptor IR com una altra branca i va al pin analògic de l’Arduino. També heu d’assegurar-vos que l’emissor passa directament per sota del receptor; he comès aquest error la primera vegada que ho he fet i he obtingut uns resultats molt dolents, així que assegureu-vos que el receptor surt a la part superior.

A la meva placa personalitzada, estic fent servir el registre de desplaçament per proporcionar alimentació a cadascun dels parells d’emissors i receptors d’un en un per evitar que es produeixi cap sortida de llum IR dels altres emissors. Això em proporciona una lectura encara més precisa de cadascuna de les ubicacions de pip, si decidiu no utilitzar el registre de desplaçament, encara us funcionarà, és possible que sigui una mica menys precís. Al registre de torns, podeu unir els pins 3-4 i 7-8 junts, ja que no és del tot necessari tenir-los com a capçaleres. Els vaig deixar com a capçaleres i vaig posar ponts a les capçaleres per si volia fer desenvolupament en el futur.

Un cop hàgiu dissenyat l’esquema, haureu de fer un disseny del tauler. Aquesta part pot ser molt complicada perquè heu d'assegurar-vos que els camins no es superposin i assegureu-vos que els camins i els forats compleixin les especificacions de la vostra màquina. El disseny del tauler que adjuntava tenia les mides específiques per a la màquina que he utilitzat per fresar el meu tauler. Passo unes hores disposant el tauler perquè sigui el més petit possible. Encara hi havia marge de millora en aquest tauler, però em va funcionar, així que el vaig deixar tal qual. Hi ha una versió amb un GND de coure que connecta tots els elements de terra i una versió sense adjuntar.

També podeu fer servir el vostre esquema per construir-lo en una taula de protecció o prototip, ja que són molt més fàcils d’aconseguir i és una opció més econòmica, ja que no cal que us feu una placa personalitzada.

Un cop tingueu el disseny del tauler, podeu passar al següent pas.

Pas 3: construir el consell

Aquesta part depèn completament de com vulgueu que es creï el tauler. Vaig crear el sensor en un prototip de placa per provar si el concepte funciona i la precisió que té, així que vaig seguir l’esquema sense el registre de desplaçaments i vaig crear la placa. Heu d’assegurar-vos de disposar-ho tot perquè les línies no es superposin i que no soldeu accidentalment les línies que no s’haurien de connectar. Quan ho feu en un tauler prototip, heu de tenir molta cura, així que preneu-vos el temps i no us afanyeu-lo. També heu d’anar amb compte amb els cables oberts perquè es poden moure i causar curts al sistema.

Si opteu per fresar la placa, aquest procés és més senzill. Envieu el fitxer del tauler al molí amb la configuració específica del moliner. Si ho feu vosaltres mateixos, feu-ho abans de treure-lo, assegureu-vos que tot el coure estigui prou profundament mòlt.

Assegureu-vos que tot estigui soldat al tauler en el disseny desitjat i assegureu-vos de prendre el vostre temps i, si soldeu al PCB, assegureu-vos de soldar al costat correcte del tauler.

En posar els receptors i emissors IR, assegureu-vos que l'emissor es troba exactament a sota del receptor. Haureu de jugar doblegant les potes dels components IR per aconseguir-los al lloc adequat. Tingueu també un dau a mà per comprovar si les ubicacions del pip són on han d’estar.

Un cop teniu tot soldat i afegit al tauler, esteu programant el sensor.

Pas 4: Programació del tauler

Aquesta és la part complicada de fer que el sensor sigui el més precís possible, programant la placa. Per sort, he creat una biblioteca per utilitzar-la amb el sensor de nova creació per fer-la molt més fàcil de programar, però, haureu de calibrar el sensor en funció de la il·luminació on es troba aquest sensor.

Per començar, heu de tenir un Arduino per connectar-vos amb aquest sensor. Utilitza 5 pins analògics i 3 pins digitals.

Teniu la possibilitat d’utilitzar la biblioteca que he creat per escollir els vostres propis pins analògics i digitals, però ho explicaré utilitzant els pins que he fet per relacionar-me amb el sensor. He marcat la imatge relacionada amb números de pins i quadres de colors al voltant del conjunt de pins per explicar fàcilment quin pin es connecta a on.

Al sensor, els pins 1-5 vermells passen a A0-A4, de manera que el vermell 1 passa a A0 i així successivament. Els pins 1-8 blancs requereixen una mica més d’explicació.

Blanc 1: pin de dades, aquí és on Arduino envia les dades al registre de desplaçament. He definit aquest pin al pin digital 3 de l'Arduino

Blanc 2 - Q0, obsolet en aquest cas, el vaig incloure per si decidia ampliar-lo

Blanc 3 i 4: es combinaran, podeu soldar aquests dos junts o utilitzar un pont com he fet jo.

Pin blanc de 5 pestells, un pin molt important que és l'últim pas del procés per veure com s'activen i s'apaguen els pinyons. He establert aquest pin al pin 12 de l'Arduino

Blanc 6: pin de rellotge, proporciona el rellotge des de l'Arduino al registre de desplaçament. Ho he establert al pin 13 digital.

Blanc 7 i 8: es combinaran, podeu soldar aquests dos junts o utilitzar un pont com he fet jo.

Just al costat del quadre blanc teniu els pins de terra i VCC. Per alimentar aquest sensor, heu de proporcionar 5v des de l’Arduino o una altra font.

Els números d’ubicació PIP es poden trobar al codi.

Ara que l’heu de connectar, l’hem de calibrar. El meu objectiu era crear un script que el pogués calibrar, però em vaig quedar sense temps per fer-ho. Quan calibreu, heu d’assegurar-vos que el sensor es troba en un entorn d’il·luminació controlada i que és sensible a la llum inferida a l’exterior. Heu d’obtenir un valor de cada ubicació de pip amb un punt negre i un punt blanc i fer la mitjana de la diferència. Només he utilitzat dos costats dels daus per calibrar, he utilitzat el costat 1, el costat 6 i el costat 6 girat de 90 graus. Un cop tingueu un número en blanc i negre per a cada ubicació de pip, haureu de fer-ne una mitjana i trobar la meitat dels dos números. Per exemple, si obtinc 200 per al blanc de la primera ubicació de pip i 300 per al valor fosc de la primera ubicació de pip, el número de calibratge seria 250. Un cop ho feu per a les 5 ubicacions de pip, el sensor estarà correctament. calibrat, podeu utilitzar daus. ReadFace (); per obtenir la cara actual dels daus.

Pas 5: sol·licitud

Ara heu creat amb èxit un sensor de daus. Enhorabona! Aquest ha estat un llarg camí d’assaig i error per crear aquest sensor, de manera que el meu objectiu és ajudar qualsevol persona que vulgui crear un sensor de daus.

He inclòs alguns exemples del projecte que vam construir que utilitzava aquest sensor. La primera imatge, hem utilitzat una roda de paleta per col·locar correctament els daus sobre el sensor cada vegada. La segona imatge va ser el producte final del nostre projecte, i la base girarà en funció de la cara dels daus, i la tercera imatge és una caixa de visualització que vaig dissenyar i construir per mostrar aquests sensors.

La possibilitat d’aquest sensor és infinita si s’hi posa en compte. Espero que aquest tutorial us resulti agradable i educatiu i espero que proveu de fer-ne un.

Déu els beneeixi!