Na frente, devo admitir pouco conhecimento prático dos microcontroladores modernos e de seus softwares - conheço melhor a engenharia de potência e os grandes motores (45 anos disso).
Agora, minha pergunta: tentar deixar os netos entusiasmados com a eletrônica. Eles amam modelos de ferrovias, então estamos construindo um sistema de monitoramento de trem pouco a pouco.
Problema atual: Para detectar a distância (opcionalmente, velocidade) de uma locomotiva de um local específico da esteira, sem mexer na potência da esteira.
Plataforma de controle: Stellaris Launchpad
Opções consideradas:
* TSOPxxxx com oscilador de frequência fixa "burro" e LED RF no local - Como obtenho informações sobre velocidade?
* TSOPxxxx e emissor na pista, reflexo do loco - pode obter velocidade em tempo de voo, talvez
* Lasers vermelhos de 5 volts e detecção de interrupção por LED vermelho como sensor (as crianças adoram os lasers, então ...) - sem velocidade detecção sem vários dispositivos por local de detecção
* etiquetas RFID e uma bobina na pista (identificará o local específico que é um plus) - nenhuma informação de velocidade
* sensores de distância ultrassônicos - onipresentes e bem suportados por internautas, mas um ângulo de cobertura muito amplo
* Um dos muitos produtos ferroviários pré-fabricados - contrariando o objetivo deste exercício
Então, qual dessas abordagens, ou quaisquer outras, me proporcionará menos sofrimento no final do software e, no entanto, envolverá oportunidades suficientes para envolver crianças de 8 a 12 anos no projeto eletrônico com resultados que elas possam experimentar? Quais são as armadilhas a serem observadas (além da cola derramada)?
Os trens são em escala N (escala 1: 160).
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Respostas:
Outras respostas forneceram excelentes contribuições para sua exigência; Minha resposta se concentra puramente na detecção de proximidade (e presença) de trens-modelo, sem identificação, nas escalas pelas quais me interesso, nas minúsculas escalas N e T.
Tendo em mente sua necessidade de simplicidade de software, uma combinação de transmissor / sensor de infravermelho picado será mais fácil. Sua menção aos dispositivos TSOP indica que você já está avaliando esse caminho. Considere, em vez disso, o TSSP4P38, projetado especificamente para detecção de proximidade usando IR cortado de 38 KHz:
Afirmando o que já pode ser óbvio para você: A detecção de distância através do tempo de voo das ondas eletromagnéticas (IR, radar etc.) é impraticável para seus propósitos: Dada a velocidade da luz, é necessária uma resolução em femtossegundos ou menos para 0 a 10 distâncias-alvo em centímetros com as quais você provavelmente está trabalhando (escala 1: 160 N). Nos caminhos de trânsito do "mundo real" mencionados em um comentário, as distâncias podem ser maiores, especulo.
Um mecanismo de sensor reflexivo de IR usado em ferrovias modelo normalmente envolve, em vez disso, a intensidade do sinal de IR refletido, o que aumentaria por lei de quadrado inverso com a abordagem da locomotiva.
Seu dispositivo precisaria ter um LED de IR como o TSAL6200 e o TSSP4P38, alojado em algo como o diagrama na página 5 da folha de dados do TSSP. A combinação seria montada entre laços em sua pista, um voltado para cada lado. Se você montá-lo baixo o suficiente e apontando quase paralelo às faixas, as reflexões externas dos objetos serão minimizadas, as faixas funcionando como pisca-piscas.
A saída do TSSP é um pulso de duração no nível lógico, proporcional ao IR refletido. À medida que uma locomotiva se aproxima, pulsos sucessivos ficam mais longos, de modo que leituras de pelo menos 2 pulsos consecutivos, de preferência vários mais, fornecerão um conjunto de durações de pulso e, assim, uma indicação de velocidade. A partir da folha de dados:
Se você permanecer com os requisitos de precisão praticáveis para o seu dispositivo, é possível "rápido" versus "lento", "aproximando-se" versus "retroceder" e, é claro, a presença de uma locomotiva dentro do alcance do sensor.
Você terá que basear o sistema para dar conta de reflexos estáticos, por exemplo, do cenário. Além disso, a calibração da velocidade real versus comprimentos de pulso consecutivos fornecerá os mapeamentos de faixa "rápida" / "lenta".
A duração do pulso pode ser medida usando uma entrada de timer / contador no seu microcontrolador de sua escolha. Existem vários exemplos na Web para fazer isso no Arduino, mas como você mencionou o uso do Stellaris Launchpad, algumas pesquisas podem ser necessárias.
Esta é uma visão geral de alto nível de uma solução, não hesite em perguntar se aspectos específicos precisam de esclarecimentos. Em suposição, dado o seu histórico declarado, este não será um projeto noturno, mas é possível em uma temporada de férias. Alguns dos produtos ferroviários prontos para o modelo que você mencionou usam esse mecanismo.
Para uma discussão mais geral sobre detecção de distância, observe esta resposta de uma pergunta anterior.
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Se eu estivesse automatizando uma ferrovia modelo, colocaria etiquetas de código de barras na parte inferior dos vagões. Depois, espalhado por toda a pista, eu colocava leitores de código de barras, voltados para cima, entre os trilhos.
Com isso, você pode detectar a posição, velocidade e identidade dos carros. Cada carro teria seu próprio código de barras, não apenas a locomotiva.
O sensor de posição desse método é bastante claro, pois conta quando um trem passa por cima de um sensor. Mas deve funcionar bem para a maioria das coisas. Você sempre pode colocar mais sensores em pontos importantes da pista e menos sensores onde isso não importa muito.
Uma grande vantagem desse método é que o preço por vagão é muito baixo, apenas uma etiqueta que você pode imprimir em sua impressora a laser ou a jato de tinta. A complexidade por vagão é muito baixa. E o peso adicionado a cada carro também é super baixo.
Eu implementaria isso usando um LED IR e um fototransistor como sensor (existem componentes com ambos embutidos) e os conectaria a um microcontrolador. Cada sensor possui seu próprio microcontrolador. Os diferentes sensores podem ser conectados juntos usando uma rede simples (como um barramento RS-485). Com os LEDs infravermelhos, seria difícil ver o sensor a olho nu. O custo total por sensor + MCU pode estar abaixo de US $ 3, sem incluir um pequeno PCB.
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Eu começaria com o método do interruptor óptico ou do refletor em ambos os lados das passagens para sinalizar os trens que se aproximavam e acender um LED vermelho piscando. O rastreamento remoto também pode ser conectado a um mapa de trens com indicadores de trens que cruzam, diretos e velocidade.
O scanner de código de barras é enganosamente simples até que você tenha que lidar com a segurança do raio laser, as taxas de rastreamento de velocidade das etiquetas e o tempo de intervalo de intervalo de computação para calcular a velocidade e validar o conteúdo do código para determinar o íon direto no software.
Divida o projeto em;
O IR pode detectar a interrupção do sinal nos dois lados mais facilmente ou o reflexo do sinal do mesmo lado com uma faixa mais ampla de detecção. A sequência de dois detectores adjacentes indica em que direção e o intervalo de tempo indica a velocidade. Isso pode ser medido com métodos analógicos ou digitais.
Os scanners de código de barras IR dependem do código que passa pelo detector em velocidade constante ou do emissor sendo refletido pelo código de barras a ser detectado pela dispersão da luz ou absorção de carbono preto. Os feixes de laser constantes voltados para cima precisariam ser alterados opticamente para reduzir a potência para um nível seguro ou se espalhar e, em seguida, focados em um caminho curto para reduzir a densidade de potência da luz difusa.
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