อะไรคือวิธีที่ดีในการตรวจจับระยะทางและความเร็วของรถไฟจำลอง

ฉันต้องยอมรับความรู้เล็กน้อยเกี่ยวกับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ทันสมัยและซอฟต์แวร์ของพวกเขา - ฉันรู้วิศวกรรมพลังงานและมอเตอร์ขนาดใหญ่ดีกว่ามาก (45 ปี)

ทีนี้คำถามของฉัน: พยายามให้ลูกหลานมีความสุขกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ พวกเขาชอบรถไฟจำลองดังนั้นเราจึงสร้างระบบติดตามรถไฟทีละนิด

ปัญหาปัจจุบัน: เพื่อตรวจจับระยะทาง (ความเร็วเป็นทางเลือก) ของหัวรถจักรจากตำแหน่งแทร็คเฉพาะโดยไม่ยุ่งกับพลังแทร็ก

แพลตฟอร์มควบคุม: Stellaris Launchpad

พิจารณาตัวเลือก:
* TSOPxxxx พร้อม oscillator ความถี่คงที่ "dumb" และ RF LED บน loco - ฉันจะรับข้อมูลความเร็วได้อย่างไร
* TSOPxxxx และอีซีแอลที่ trackside การสะท้อนจาก loco - สามารถรับความเร็วตามเวลาของการบินอาจ
* เลเซอร์สีแดง 5 โวลต์และการตรวจจับการแตกโดย LED สีแดงเป็นเซ็นเซอร์ (เด็ก ๆ ชอบเลเซอร์ดังนั้น ... ) - ความเร็ว การตรวจจับโดยไม่มีอุปกรณ์หลายตัวต่อสถานที่ตรวจจับ
* แท็ก RFID และคอยล์ที่ trackside (จะระบุ loco เฉพาะซึ่งเป็นข้อดี) - ไม่มีข้อมูลความเร็ว
* เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะห่างอัลตราโซนิก - แพร่หลายและรองรับชาวเน็ต แต่กว้างเกินไป
* หนึ่งในผลิตภัณฑ์รถไฟจำลองแบบอ่านหลายรุ่น - ตอบโต้กับวัตถุประสงค์ของแบบฝึกหัดนี้

ดังนั้นวิธีใดเหล่านี้หรือวิธีอื่นใดที่จะให้ความเศร้าแก่ฉันน้อยที่สุดในตอนท้ายของซอฟต์แวร์และจะมีโอกาสมากพอที่จะดึงดูดเด็กอายุ 8 ถึง 12 ปีในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ด้วยผลลัพธ์ที่พวกเขาได้รับ? อะไรคือข้อผิดพลาดที่ต้องระวัง (นอกเหนือจากการรั่วไหลของโคล่า)?

รถไฟเป็นแบบ N-scale (มาตราส่วน 1: 160)

คำตอบอื่น ๆ ได้ให้ความต้องการของคุณอย่างดีเยี่ยม คำตอบของฉันมุ่งเน้นไปที่การตรวจจับความใกล้ชิด (และการปรากฏตัว) ของรถไฟจำลองไม่มีการระบุในระดับที่ฉันให้ความสนใจเครื่องชั่ง N และ T ขนาดเล็ก

โปรดทราบว่าคุณต้องการความเรียบง่ายของซอฟต์แวร์การรวมกันของเครื่องส่งสัญญาณ / เซ็นเซอร์สับแบบอินฟาเรดจะง่ายที่สุด การกล่าวถึงอุปกรณ์ TSOP ของคุณระบุว่าคุณกำลังประเมินเส้นทางนั้นอยู่แล้ว ให้พิจารณาTSSP4P38ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการตรวจจับระยะใกล้โดยใช้การสับ IR ที่ 38 KHz:

การระบุสิ่งที่อาจเห็นได้ชัดสำหรับคุณแล้ว: การตรวจจับระยะทางผ่านช่วงเวลาการบินของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (IR, เรดาร์ ฯลฯ ) ไม่สามารถใช้งานได้ตามวัตถุประสงค์ของคุณ: เนื่องจากความเร็วแสงความละเอียดเป็น femtoseconds หรือต่ำกว่านั้นสำหรับ 0 ถึง 10 ระยะทางเป้าหมายเซนติเมตรคุณอาจทำงานด้วย (ขนาด 1: 160 N-scale) ในเส้นทางการขนส่ง "โลกแห่งความจริง" ที่คุณพูดถึงในความคิดเห็นระยะทางอาจมีขนาดใหญ่กว่าฉันคาดเดา

กลไกเซ็นเซอร์สะท้อนแสง IR ที่ใช้ในทางรถไฟจำลองมักจะเกี่ยวข้องกับความเข้มของสัญญาณ IR ที่สะท้อนกลับซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามกฎหมายผกผันสแควร์ด้วยวิธีหัวรถจักร

อุปกรณ์ของคุณจะต้องมี IR LED เช่นTSAL6200และ TSSP4P38 ซึ่งอยู่ในรูปแบบไดอะแกรมในหน้า 5 ของแผ่นข้อมูล TSSP ชุดค่าผสมนี้จะถูกติดตั้งระหว่างความสัมพันธ์บนแทร็กของคุณโดยจะหันเข้าหากัน หากคุณเมานต์ต่ำพอและชี้ไปเกือบขนานกับแทร็กการสะท้อนของวัตถุภายนอกจะลดลงแทร็กที่ทำงานเป็นไฟกระพริบ

เอาต์พุตของ TSSP เป็นพัลส์ระดับตรรกะของระยะเวลาตามสัดส่วนของ IR ที่สะท้อนกลับ เมื่อเข้าใกล้หัวรถจักรจังหวะต่อเนื่องจะนานขึ้นดังนั้นการอ่านอย่างน้อย 2 ครั้งติดต่อกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งอีกหลาย ๆ ชุดจะให้ระยะเวลาการเต้นของชีพจรและความเร็วบ่งชี้ จากแผ่นข้อมูล:

ความกว้างพัลส์เอาต์พุตของ TSSP4P38 มีความสัมพันธ์เชิงเส้นเกือบกับระยะทางของตัวส่งหรือระยะทางของวัตถุสะท้อน TSSP4P38 ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อระงับพัลส์ปลอมเกือบทั้งหมดจากหลอดประหยัดไฟ

หากคุณอยู่กับข้อกำหนดความแม่นยำที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์ของคุณ "เร็ว" กับ "ช้า", "ใกล้เข้ามา" กับ "ถอยห่าง" และแน่นอนว่ามีหัวรถจักรอยู่ภายในช่วงเซ็นเซอร์นั้นเป็นไปได้

คุณจะต้องใช้ระบบพื้นฐานในการสะท้อนแสงแบบคงที่เช่นจากทิวทัศน์ นอกจากนี้การสอบเทียบความเร็วจริงกับความยาวพัลส์แบบต่อเนื่องจะให้การแมปช่วง "เร็ว" / "ช้า"

สามารถวัดระยะเวลาการเต้นของชีพจรโดยใช้ตัวจับเวลา / ตัวนับอินพุตบนไมโครคอนโทรลเลอร์ที่คุณเลือก มีหลายตัวอย่างบนเว็บสำหรับการทำเช่นนี้บน Arduino แต่ตามที่คุณได้กล่าวถึงโดยใช้ Stellaris Launchpad แทนการวิจัยบางอย่างอาจจำเป็นสำหรับมัน

นี่เป็นภาพรวมระดับสูงของโซลูชันโปรดอย่าลังเลที่จะถามว่าลักษณะเฉพาะต้องการความกระจ่าง ด้วยการคาดเดาจากพื้นหลังที่ระบุไว้ของคุณนี่จะไม่ใช่โครงการข้ามคืน แต่สามารถทำได้ในช่วงเทศกาลวันหยุด ผลิตภัณฑ์รถไฟจำลองแบบบางรุ่นที่คุณกล่าวถึงใช้กลไกนี้

สำหรับการสนทนาทางไกลโดยทั่วไปโปรดดูคำตอบนี้จากคำถามก่อนหน้า

ถ้าฉันสร้างทางรถไฟแบบอัตโนมัติฉันจะเอาบาร์โค้ดติดไว้ที่ก้นของรถยนต์รถไฟ จากนั้นแพร่กระจายไปทั่วแทร็คฉันจะวางเครื่องอ่านบาร์โค้ดโดยหันขึ้นจากทางรถไฟ

ด้วยวิธีนี้คุณสามารถตรวจจับตำแหน่งความเร็วและเอกลักษณ์ของรถยนต์ รถแต่ละคันจะมีบาร์โค้ดที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเองไม่เพียง แต่หัวรถจักร

การตรวจจับตำแหน่งของวิธีนี้เป็นสิ่งที่ดีมากเนื่องจากต้องอาศัยเมื่อรถไฟแล่นผ่านเซ็นเซอร์ แต่มันก็ใช้ได้ดีสำหรับทุกสิ่ง คุณสามารถใส่เซ็นเซอร์ได้มากขึ้นในจุดสำคัญในแทร็กและเซ็นเซอร์น้อยลงในจุดที่ไม่สำคัญ

ข้อได้เปรียบอย่างมากของวิธีนี้คือราคาต่อคันรถไฟต่ำมากเพียงฉลากที่คุณสามารถพิมพ์บนเครื่องพิมพ์เลเซอร์หรือเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท ความซับซ้อนของรถต่อรถไฟนั้นต่ำมาก และน้ำหนักที่เพิ่มให้กับรถแต่ละคันก็ต่ำมากเช่นกัน

ฉันจะใช้สิ่งนี้โดยใช้ IR LED และ Phototransistor เป็นเซ็นเซอร์ (มีส่วนประกอบที่มีทั้งสองอย่างในตัว) และเชื่อมต่อสิ่งเหล่านี้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ เซ็นเซอร์แต่ละตัวมีไมโครคอนโทรลเลอร์ของตัวเอง เซ็นเซอร์ที่แตกต่างกันสามารถเชื่อมต่อเข้าด้วยกันโดยใช้เครือข่ายแบบง่าย ๆ (เช่นบัส RS-485) ด้วยหลอด LED IR เซ็นเซอร์จะมองเห็นได้ยากด้วยตาเปล่า ค่าใช้จ่ายทั้งหมดต่อเซ็นเซอร์ + MCU อาจต่ำกว่า US $ 3 ไม่รวม PCB ขนาดเล็ก

ฉันจะเริ่มต้นด้วยวิธีการขัดจังหวะแบบออปติคอลหรือวิธีการสะท้อนแสงที่ด้านข้างของทางแยกถนนทั้งสองเพื่อให้สัญญาณใกล้รถไฟและเปิดไฟ LED สีแดงที่กระพริบ การติดตามระยะไกลสามารถเชื่อมโยงกับแผนที่รถไฟด้วยตัวชี้วัดของการข้ามรถไฟ

เครื่องสแกนบาร์โค้ดนั้นหลอกลวงง่าย ๆ จนกว่าคุณจะต้องจัดการกับความปลอดภัยของลำแสงเลเซอร์อัตราการติดตามความเร็วของฉลากและการคำนวณช่วงเวลาของช่วงว่างของบาร์โค้ดเพื่อคำนวณความเร็วและตรวจสอบเนื้อหาของรหัสเพื่อกำหนดไอออนโดยตรงในซอฟต์แวร์

แบ่งโครงการออกเป็น

• การออกแบบฟังก์ชั่นระบบ
  • อินพุต, กระบวนการ, ouputs (รวมถึงการปฏิเสธทริกเกอร์เท็จ)
• การออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
  • แผนผัง BOM เค้าโครง
• การออกแบบเส้นทางแสง
  • เส้นทางและช่วงของตัวส่งและตัวตรวจจับการตอบสนองความถี่การปฏิเสธเสียง
• การก่อสร้างและการทดสอบ
  • การเดินสายไฟพร้อมรางปิดตัวกรองสัญญาณรบกวนและกลไกรายละเอียดไฟฟ้า

IR สามารถตรวจจับสัญญาณขัดจังหวะทั้งสองข้างได้ง่ายที่สุดหรือการสะท้อนของสัญญาณจากด้านเดียวกันด้วยช่วงการตรวจจับที่กว้างขึ้น เครื่องตรวจจับลำดับสองเครื่องติดกันบอกทิศทางและช่วงเวลาที่บอกถึงความเร็ว สามารถวัดได้ด้วยวิธีอนาล็อกหรือดิจิตอล

เครื่องสแกนบาร์โค้ด IR นั้นใช้รหัสที่ผ่านการตรวจจับด้วยความเร็วที่สม่ำเสมอหรือเครื่องส่งที่สะท้อนผ่านบาร์โค้ดเพื่อตรวจจับโดยการกระเจิงของแสงหรือการดูดซับของคาร์บอนแบล็ก ลำแสงเลเซอร์ที่มั่นคงหันขึ้นจะต้องมีการเปลี่ยนออพติคัลเพื่อลดพลังงานให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยหรือแพร่กระจายแล้วมุ่งเน้นไปที่ความยาวเส้นทางสั้น ๆ เพื่อลดความหนาแน่นพลังงานของแสงจรจัด