Ich muss zugeben, dass ich nur wenig praktische Kenntnisse über moderne Mikrocontroller und deren Software habe - ich kenne die Energietechnik und große Motoren viel besser (45 Jahre).
Nun meine Frage: Ich versuche, Enkelkinder für Elektronik zu begeistern. Sie lieben Modelleisenbahnen, deshalb bauen wir Stück für Stück ein Zugüberwachungssystem auf.
Aktuelles Problem: Ermitteln der Entfernung (optional Geschwindigkeit) einer Lokomotive von einem bestimmten Gleisstandort, ohne die Gleisleistung zu beeinträchtigen.
Steuerungsplattform: Stellaris Launchpad
Berücksichtigte Optionen:
* TSOPxxxx mit "dummem" Festfrequenzoszillator und RF-LED an der Lok - Wie erhalte ich Geschwindigkeitsinformationen?
* TSOPxxxx und Sender am Gleis, Reflexion von der Lok - kann Geschwindigkeit durch Flugzeit erhalten, vielleicht
* 5 Volt rote Laser und Brucherkennung durch rote LED als Sensor (die Kinder lieben die Laser, also ...) - keine Geschwindigkeit Erkennung ohne mehrere Geräte pro Erfassungsort
* RFID-Tags und eine Spule am Gleis (identifiziert die spezifische Lok, was ein Plus ist) - keine Geschwindigkeitsangabe
* Ultraschall-Abstandssensoren - Allgegenwärtig und von den Internetnutzern gut unterstützt, aber ein zu weiter Erfassungswinkel, den ich vermute
* Eines von vielen gebrauchsfertigen Eisenbahnmodellen - entgegen dem Zweck dieser Übung
Welcher dieser oder andere Ansätze bereitet mir am Ende der Software den geringsten Kummer und bietet dennoch ausreichend Gelegenheit, 8- bis 12-Jährige in die Hand des elektronischen Designs zu nehmen, um Ergebnisse zu erzielen, die sie erleben können? Was sind die Tücken, auf die zu achten ist (außer verschütteter Cola)?
Die Züge sind im Maßstab N (Maßstab 1: 160).
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Antworten:
Andere Antworten lieferten hervorragende Eingaben für Ihre Anforderungen. Meine Antwort konzentriert sich ausschließlich auf die Erfassung der Nähe (und Anwesenheit) von Modelleisenbahnen, keine Identifizierung, in den Maßstäben, an denen ich interessiert bin, den winzigen N- und T-Maßstäben.
Wenn Sie bedenken, dass die Software einfach sein muss, ist eine Kombination aus Sender und Sensor mit zerhacktem Infrarot am einfachsten. Ihre Erwähnung der TSOP-Geräte zeigt an, dass Sie diesen Pfad bereits evaluieren. Betrachten Sie stattdessen den TSSP4P38, der speziell für die Annäherungserfassung mit 38-kHz-Chopped-IR entwickelt wurde:
Es ist für Ihre Zwecke unpraktisch, anzugeben, was für Sie bereits offensichtlich sein könnte: Die Entfernungsmessung über die Flugzeit elektromagnetischer Wellen (IR, Radar usw.) ist für Ihre Zwecke unpraktisch: Angesichts der Lichtgeschwindigkeit ist für die Werte 0 bis 10 eine Auflösung in Femtosekunden oder weniger erforderlich Zentimeter Zielentfernungen, mit denen Sie wahrscheinlich arbeiten (Maßstab 1: 160 N). In den Transitwegen der "realen Welt", die Sie in einem Kommentar erwähnen, sind die Entfernungen möglicherweise größer, spekuliere ich.
Ein in Modelleisenbahnen verwendeter IR-Reflexionssensormechanismus beinhaltet stattdessen typischerweise die Intensität des reflektierten IR-Signals, die sich nach dem Gesetz der umgekehrten Quadrate mit der Annäherung an eine Lokomotive erhöhen würde.
Ihr Gerät muss über eine IR-LED wie die TSAL6200 und die TSSP4P38 verfügen, die in etwa der Abbildung auf Seite 5 des TSSP-Datenblattes entspricht. Die Kombination würde zwischen Bindungen auf Ihrer Schiene angebracht, eine, die in jede Richtung zeigt. Wenn Sie es niedrig genug montieren und fast parallel zu den Spuren zeigen, werden Reflexionen externer Objekte minimiert, wobei die Spuren als Blinker fungieren.
Das Ausgangssignal des TSSP ist ein Impuls mit Logikpegel, dessen Dauer proportional zum reflektierten IR ist. Wenn sich eine Lok nähert, werden aufeinanderfolgende Impulse länger, so dass Ablesungen von mindestens 2 aufeinanderfolgenden Impulsen, vorzugsweise mehreren mehr, einen Satz von Impulsdauern und dadurch eine Geschwindigkeitsanzeige liefern. Aus dem Datenblatt:
Wenn Sie die praktikablen Präzisionsanforderungen für Ihr Gerät einhalten, sind "schnell" versus "langsam", "annähernd" versus "rückläufig" und natürlich das Vorhandensein einer Lokomotive innerhalb der Sensorreichweite möglich.
Sie müssen das System neu ausrichten, um statische Reflexionen, z. B. von Landschaften, zu berücksichtigen. Die Kalibrierung der tatsächlichen Geschwindigkeit in Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden Impulslängen liefert auch die "schnellen" / "langsamen" Bereichszuordnungen.
Die Impulsdauer kann über einen Timer / Zähler-Eingang an einem Mikrocontroller Ihrer Wahl gemessen werden. Es gibt mehrere Beispiele im Web, um dies auf dem Arduino zu tun, aber wie Sie bereits erwähnt haben, müssen Sie stattdessen ein Stellaris-Launchpad verwenden.
Dies ist ein allgemeiner Überblick über eine Lösung. Sie können sich gerne erkundigen, ob bestimmte Aspekte geklärt werden müssen. Vermutlich ist dies vor dem Hintergrund Ihrer Angaben kein Übernachtungsprojekt, sondern kann in der Ferienzeit durchgeführt werden. Einige der von Ihnen erwähnten vorgefertigten Modelleisenbahnprodukte verwenden diesen Mechanismus.
Sehen Sie sich für eine allgemeinere Abstandserkennungsdiskussion diese Antwort aus einer früheren Frage an.
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Wenn ich eine Modelleisenbahn automatisieren würde, würde ich Barcode-Etiketten auf die Böden der Waggons kleben. Dann breitete ich über die gesamte Strecke Strichcodeleser aus und legte sie nach oben zwischen die Schienen.
Damit können Sie die Position, Geschwindigkeit und Identität der Autos erkennen. Jedes Auto hätte einen eigenen Barcode, nicht nur die Lokomotive.
Die Positionserfassung dieser Methode ist sehr selbstverständlich, da sie darauf beruht, dass ein Zug über einen Sensor fährt. Aber es sollte für die meisten Dinge gut funktionieren. Sie können immer mehr Sensoren an wichtigen Punkten in der Spur platzieren und weniger Sensoren, wo es nicht so wichtig ist.
Ein großer Vorteil dieser Methode ist, dass der Preis pro Waggon sehr niedrig ist, nur ein Etikett, das Sie auf Ihrem Laser- oder Tintenstrahldrucker ausdrucken können. Die Komplexität pro Waggon ist sehr gering. Und das Gewicht, das zu jedem Auto hinzugefügt wird, ist auch super niedrig.
Ich würde dies implementieren, indem ich eine IR-LED und einen Fototransistor als Sensor verwende (es gibt Komponenten, bei denen beide eingebaut sind) und diese an einen Mikrocontroller anschließe. Jeder Sensor hat einen eigenen Mikrocontroller. Die verschiedenen Sensoren können dann über ein einfaches Netzwerk (wie ein RS-485-Bus) miteinander verbunden werden. Bei IR-LEDs ist der Sensor mit bloßem Auge schwer zu erkennen. Die Gesamtkosten pro Sensor + MCU könnten unter 3 US-Dollar liegen, ohne eine kleine Leiterplatte.
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Ich würde mit der optischen Unterbrecher- oder Reflektormethode auf beiden Seiten von Straßenkreuzungen beginnen, um sich nähernde Züge zu signalisieren und eine blinkende ROTE LED einzuschalten. Die Fernverfolgung kann auch mit einer Zugkarte verbunden werden, die Indikatoren für die Zugkreuzung sowie für die direkte und die Geschwindigkeit enthält.
Der Barcode-Scanner ist täuschend einfach, bis Sie sich mit der Laserstrahlsicherheit, der Geschwindigkeit der Etikettenverfolgung und der Berechnung der Strichlückenintervallzeit befassen müssen, um die Geschwindigkeit zu berechnen und den Code-Inhalt zu validieren, um die Direktionen in der Software zu bestimmen.
Unterteilen Sie das Projekt in;
IR kann am einfachsten eine Signalunterbrechung auf beiden Seiten oder eine Signalreflexion auf derselben Seite mit einem größeren Erfassungsbereich erkennen. Die Sequenz zu zwei benachbarten Detektoren zeigt an, welche Richtung und welches Zeitintervall die Geschwindigkeit angibt. Dies kann entweder mit analogen oder digitalen Methoden gemessen werden.
Bei IR-Barcodescannern wird entweder der Code mit konstanter Geschwindigkeit am Detektor vorbeigeführt oder der Emitter wird am Barcode vorbei reflektiert, um durch Lichtstreuung oder Absorption von schwarzem Kohlenstoff erkannt zu werden. Nach oben gerichtete stabile Laserstrahlen müssten optisch geändert werden, um die Leistung auf ein sicheres Niveau zu senken oder zu verteilen, und dann auf eine kurze Weglänge fokussiert werden, um die Leistungsdichte des Streulichts zu verringern.
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