Який хороший підхід до виявлення відстані та швидкості на модельних залізницях?

Спереду я повинен визнати незначні знання сучасних мікроконтролерів та їх програмного забезпечення - я знаю енергетику та великі мотори набагато краще (це 45 років).

Тепер моє запитання: Намагаюсь онуків захоплювати електронікою. Вони люблять модельні залізниці, тому ми будуємо систему моніторингу поїздів потроху.

Поточна проблема: Виявити відстань (необов'язково швидкість) паровоза від певного місця колії, не псуючи потужність колії.

Платформа управління: Stellaris Launchpad

Розглянуті параметри:
* TSOPxxxx з "тупою" частотою з генератором частоти частоти та радіочастотним світлодіодом на локо - Як отримати інформацію про швидкість?
* TSOPxxxx та випромінювач на узбіччі, відбиття від локо - може отримати швидкість за часом польоту, можливо
* 5-вольтові лазери червоного кольору та виявлення зламу червоним світлодіодом як датчик (діти люблять лазери, тому ...) - немає швидкості виявлення без декількох пристроїв на місце виявлення
* RFID-теги та котушка на узбіччі (визначатиме конкретний локомотив, який є плюсом) - відсутність інформації про швидкість
* Ультразвукові датчики відстані - всюдисущі та добре підтримувані нетизанами, але занадто широкий кут покриття я підозрюю
* Один із багатьох готових моделей залізничних виробів - протилежний меті цієї вправи

Отже, який із цих підходів чи будь-який інший доставить мені найменшого горя в кінці програмного забезпечення, і все ж матиме достатню можливість залучити 8 - 12-річних дітей до рук в електронному дизайні з результатами, які вони можуть зазнати? На які підводні камені слід стежити (крім розлитої кола)?

Потяги мають N-шкалу (масштаб 1: 160).

Інші відповіді забезпечили відмінні дані щодо вашої потреби; Моя відповідь зосереджена виключно на зондуванні близькості (і наявності) модельних поїздів, без ідентифікації, в масштабах, якими я захоплююсь, крихітними шкалами N і T.

Зважаючи на вашу потребу в простоті програмного забезпечення, комбінація перерізаного інфрачервоного передавача / датчика буде найпростішою. Ваша згадка про пристрої TSOP вказує на те, що ви вже оцінюєте цей шлях. Розглянемо натомість TSSP4P38, який розроблений спеціально для зондування близькості за допомогою ІЧ- обрізаного ІК на 38 КГц:

Визначення того, що вам вже може бути очевидним: Зондування дистанції через час польоту електромагнітних хвиль (ІЧ, радіолокатор тощо) для ваших цілей недоцільно: Враховуючи швидкість світла, роздільна здатність у фемтосекундах або нижче потрібна для 0 до 10 сантиметрові цільові відстані, з якими ви, мабуть, працюєте (1: 160 N шкала). У транзитних шляхах "реального світу", які ви згадуєте в коментарі, відстані можуть бути більшими, я припускаю.

ІЧ-відбиваючий сенсорний механізм, що використовується на модельних залізницях, зазвичай передбачає, натомість, інтенсивність відбитого ІЧ-сигналу, яка збільшуватиметься за законом зворотного квадрата при локомотивному підході.

Ваш пристрій повинен мати інфрачервоний світлодіод, як TSAL6200 та TSSP4P38, розміщений приблизно на схемі на сторінці 5 таблиці TSSP. Комбінація могла б бути встановлена ​​між зав'язками на вашій доріжці, по одній стороною. Якщо встановити його досить низько і вказувати майже паралельно доріжкам, зовнішні відображення об'єкта будуть зведені до мінімуму, доріжки працюватимуть як блимати.

Вихід TSSP - це імпульс тривалості логічного рівня, пропорційний відбитому ІЧ. У міру наближення локомотива послідовні імпульси стають довшими, тому показання щонайменше двох послідовних імпульсів, переважно декількох більше, забезпечуватимуть набір тривалості імпульсу і, відповідно, індикацію швидкості. З даних:

Ширина вихідного імпульсу TSSP4P38 має майже лінійне відношення до відстані випромінювача або відстані відбиваючого об'єкта. TSSP4P38 оптимізований для придушення майже всіх помилкових імпульсів від енергозберігаючих люмінесцентних ламп.

Якщо ви дотримуєтесь практичних вимог щодо точності свого пристрою, "швидкий" проти "повільний", "наближається" проти "відступає" і, звичайно, наявність локомотива в межах датчика, можливо.

Вам доведеться базувати систему для обліку статичних віддзеркалень, наприклад, від декорацій. Крім того, калібрування фактичної швидкості та послідовних довжин імпульсів забезпечить відображення "швидкого" / "повільного" діапазону.

Тривалість імпульсу можна виміряти, використовуючи таймер / лічильник на мікроконтролері за вибором. В Інтернеті є кілька прикладів для того, щоб зробити це на Arduino, але, як ви вже згадували, замість цього використовується Stellaris Launchpad, для цього можуть знадобитися деякі дослідження.

Це огляд рішення на високому рівні, будь ласка, запитайте, чи потребують уточнення конкретні аспекти. Здогадуючись, зважаючи на заявлену історію, це не буде проект, який проводиться протягом ночі, але досяжний у відпускний сезон. Деякі з готових моделей залізничних виробів, які ви згадали, використовують цей механізм.

Для більш загальної дискусії з урахуванням відстані, дивіться цю відповідь з попереднього питання.

Якби я автоматизував модельну залізницю, я поставив би ярлики штрих-коду на днища вагонів поїзда. Тоді поширюючись по всій доріжці, я б розмістив зчитувачі штрих-кодів, звернені вгору між рейками.

За допомогою цього ви можете визначити положення, швидкість та особистість автомобілів. Кожен вагон мав би свій унікальний штрих-код, а не лише паровоз.

Зондування положення цього способу є дуже звичайним, оскільки воно покладається на час, коли поїзд проходить над датчиком. Але це має спрацювати нормально для більшості речей. Ви завжди можете помістити більше датчиків у важливі точки колії і менше датчиків, де це не так важливо.

Величезна перевага цього методу полягає в тому, що ціна на вагон поїзда дуже низька, лише етикетка, яку можна роздрукувати на лазерному або струменевому принтері. Складність на вагон поїзда дуже низька. А вага, додана до кожного автомобіля, також надто низька.

Я би реалізував це, використовуючи ІЧ-світлодіод і Фототранзистор в якості датчика (є компоненти з обома вбудованими) і підключити їх до мікроконтролера. У кожного датчика є свій мікроконтролер. Потім різні датчики можуть бути з'єднані між собою за допомогою простої мережі (наприклад, шини RS-485). За ІЧ-світлодіодів датчик буде важко побачити неозброєним оком. Загальна вартість одного датчика + MCU може бути менше 3 доларів США, не враховуючи невелику плату.

Я б почав з оптичного переривача або рефлекторного методу з обох боків дорожнього переїзду до сигналу, що наближається до поїздів, і вмикає миготливий червоний світлодіод. Віддалене відстеження також може бути підключене до поїздної карти з індикаторами переходу поїздів, прямим та швидкісним.

Сканер штрих-коду оманливо простий, поки вам не доведеться мати справу з безпекою лазерного променя, швидкістю відстеження швидкості міток та обчисленням інтервалу часу проміжку штриха для обчислення швидкості та перевірки вмісту коду для визначення прямого іона в програмному забезпеченні.

Розбивка проекту на;

• функціональне проектування системи
  • входи, процеси, вихідні дані (включають помилкове відхилення тригера)
• дизайн електроніки
  • схематична, BOM, макет
• оптичний дизайн контуру
  • шляхи та діапазон випромінювачів та детекторів, частотна характеристика, відмова від шуму
• будівництво та тестування
  • електропроводка з відключенням живлення від колії, фільтруванням шуму та механічними, електричними деталями

ІЧ може виявити переривання сигналу з будь-якої сторони найлегше або відбиття сигналу з тієї ж сторони з більш широким діапазоном виявлення. Послідовність до двох сусідніх детекторів вказує, який напрямок та часовий інтервал вказують на швидкість. Це можна виміряти або аналоговими, або цифровими методами.

ІЧ-сканери штрих-коду або покладаються на код, що проходить повз детектор з прискореною швидкістю, або випромінювач, який відображається повз штрих-код, який слід виявити розсіюванням світла або поглинанням чорного вуглецю. Стійкі лазерні промені, звернені вгору, повинні бути оптично змінені, щоб знизити потужність до безпечного рівня або розповсюдження, а потім зосередитись на короткій довжині шляху, щоб зменшити щільність потужності бродячого світла.