Sensor para detectar bala de airsoft

Estoy tratando de hacer un cronógrafo / cronómetro de airsoft (un dispositivo que mide la velocidad de la bala de airsoft). La idea es medir el tiempo en el que la bala viaja desde el punto A al punto B, y luego puedo calcular la velocidad de la bala.

La bala se dispara en un tubo de plástico con un diámetro de 32 mm. Intenté colocar un LED IR de un lado y un fototransistor del otro lado (BPW 40), tanto al inicio como al final del tubo. Algo como esto:

Los círculos azules son fototransistores, los círculos rojos son LED IR y los círculos blancos son balas de airsoft.

Cuando la bala atraviesa el área donde se dibuja la bala 2 (justo entre el LED IR y el fototransistor), todo funciona perfectamente. Pero cuando la bala pasa donde se dibujan las viñetas 1 y 3, no se detecta. Eso es esperado, pero un comportamiento no deseado.

Entonces mi pregunta es: ¿cómo puedo detectar balas independientemente de su posición? He pensado en colocar LEDs IR y fototransistores alrededor de la tubería (no solo en un lugar), así:

pero esta solución no es más barata: 5 LED IR + 5 BPW 40 = cca $ 12 por 2 (porque lo necesito en ambos lados de la tubería) = $ 24. ¿Hay alguna solución más barata? ¿BPW 40 es una buena opción para el fototransistor? No sé qué LED IR estoy usando (y el vendedor de la tienda tampoco lo sabe: me dijo que estos son genéricos para los controles remotos, como el controlador de TV o DVD).

El diámetro del tubo es de 32 mm y tendrá una longitud de unos 14 cm (los sensores estarán separados por 10 cm). El diámetro de la bala de airsoft es de 6 mm.

EDITAR:

Iré por mi segunda idea. Solo tengo una pregunta más: ¿es mejor organizar los emisores de IR y los transistores de foto de esta manera:

o de esta manera:

Gracias !!

No necesita que el BB esté centrado entre el emisor y el detector

Es posible usar el fototransistor como un sensor analógico en lugar de un interruptor (que es lo que sospecho que está haciendo actualmente). Incluso si su artículo no bloquea completamente la luz, cambiará la luz en el área de la tubería ocupada. Use su fototransistor para crear un voltaje, amplificar o amortiguar si es necesario, y enviar la salida a un amplificador diferenciador . Esto debería generar un voltaje distinto de cero siempre que cambie la intensidad de la luz. Suponiendo que su sistema está cerrado en ambos extremos (y que su pistola de airsoft no tiene un destello de boca significativo), esto solo debería suceder cuando una bala pasa por el área.

Algunas ideas de cortinas de luz

También considere que su problema es similar al problema resuelto por las cortinas de luz, pero en menor escala. Es especialmente similar en su último diagrama, con múltiples sensores. Se pueden tomar algunos trucos de las cortinas de luz:

• Es más fácil diseñar y ensamblar cortinas de luz rectangulares que otras formas. Suponiendo que haya diseñado su tubería para que sea lo suficientemente grande como para que el flujo de aire alrededor de la bala no sea un problema, puede colocar cajas en el extremo de la tubería que contengan PCB planos para montar sus emisores y detectores. Esto sería considerablemente más fácil y más robusto que perforar agujeros en su tubería y tender cables por todo el lugar.

• Su resolución se puede aumentar significativamente escaneando a través de sus emisores y verificando cada uno de sus detectores. Esto cambia su patrón de escaneo de una fila de líneas (que luego necesitarían estar separadas por <6 mm) a líneas entre cada detector y cada emisor. Deberá verificar que el patrón formado no deje agujeros abiertos, como inmediatamente adyacentes a los emisores o detectores (aunque estos se pueden eliminar simplemente separando los detectores y los emisores). Tenga en cuenta que deberá escanear bastante rápido; El factor limitante es probablemente sus fototransistores con tiempos de subida y bajada del orden de 10 microsegundos. Para escapar de la detección, un objeto de 6 mm debería viajar a:

  $\frac{6~\mathrm{mm}}{10~\mathrm{{\mu}s}} \approx 2000 \mbox{ feet per second}$

  que es, espero, significativamente más rápido de lo que es capaz tu arma de airsoft.

Un problema más sobre su fuente:

No sé qué LED IR estoy usando (y el vendedor de la tienda tampoco lo sabe: me dijo que estos son genéricos para los controles remotos, como el controlador de TV o DVD).

No simplemente no. Las tiendas físicas y los vendedores de la vida real solo son útiles cuando (1) está en una situación de tiempo ridículo y no puede esperar hasta el día siguiente para que sus piezas lleguen por correo o (2) agreguen valor al producto. No está presionado por el tiempo, y su vendedor no tiene idea de la mercancía, por lo que le sugiero que comience a buscar distribuidores en línea acreditados como Mouser y Digikey, que le proporcionarán hojas de datos y piezas genuinas.

Además, su cotización de $ 12 por 5 emisores IR (tenga en cuenta que los LED solo emiten luz visible, por lo que es técnicamente incorrecto llamarlos LED IR, se llaman "emisores infrarrojos") y 5 fototransistores es ridículo. Los emisores de IR cuestan alrededor de $ 0.15 cada uno, y los fototransistores cuestan alrededor de $ 0.30 cada uno, por lo que debería buscar $ 2.25 para su configuración de 5 piezas. Tenga en cuenta también que estas cotizaciones de precios son para pequeñas cantidades de piezas de orificio pasante: si está comprando carretes o utilizando piezas SMD más baratas, ni el LED ni el fototransistor deberían ser más de $ 0.10.

Editar

Para decidir entre las diversas configuraciones posibles de emisores y detectores, dibuje líneas de visión a través de cada par que vaya a verificar como se muestra aquí:

El izquierdo es más denso en el centro, mientras que el derecho utiliza un número significativo de sus líneas de visión para verificar la periferia extrema. Dado que no está trabajando con una aplicación crítica para la seguridad, como una cortina de luz donde no puede permitirse perder un objeto de vez en cuando, y dado que sus objetos deben concentrarse en el centro (y dar resultados erróneos si golpean el lados), sugeriría el izquierdo.

Dicho esto, ambos serán difíciles de fabricar. Todavía sugiero usar una disposición rectangular como se muestra aquí:

Este diagrama describe una placa base superior que contiene un microcontrolador y un conector para la alimentación, tierra y un pulso que se emitirá cuando se detecte un objeto, con tarjetas secundarias montadas en conectores de ángulo recto. Esto crea un espacio de 32/5 = 6.4 mm entre los pares de emisor / detector sin verificar las diagonales, aumentando el recuento de 5 a 6 u 8 (lo que sería fácil) le permitiría hacer un escaneo lineal simple.

Considere que los circuitos para el emisor y el detector son básicamente idénticos (y de baja densidad / complejidad), probablemente podría hacer que las tres placas sean físicamente idénticas y simplemente llenarlas de manera diferente para ahorrar dinero. Para la placa base, un microcontrolador SSOP o SOIC en la parte superior de la placa, ejecute E / S por ambos lados a orificios de 0.1 "para un encabezado en ángulo recto. Para las tarjetas secundarias, coloque una fila de huellas de emisor / detector (ellas ' es lo suficientemente fácil de encontrar en paquetes mecánicamente idénticos, como el par Kingbright APT2012F3C / AA3021P3S) y las resistencias en la parte inferior, y ejecutar las conexiones de regreso a los encabezados. esquemático, o podría ser elegante y hacer que un extremo de la placa sea una conexión para emisores y el otro para detectores.

Nuevamente, ¡sugiero que piense mucho sobre el diseño para la fabricación en esta etapa! No desea terminar con un montón de componentes que no puede ensamblar de manera confiable, especialmente si tiene largos plazos de entrega como se indica. Un poco de esfuerzo invertido desde el principio puede ahorrar mucho esfuerzo más adelante.

Edición n. ° 2: Esquema para el diseño propuesto

Utilicé un ATtiny40 en este diseño, hay una variedad de controladores que podrían usarse. Perdón por el desorden de las redes en el exterior, estoy probando un nuevo editor en línea (haga clic en la imagen para abrirlo) que aún no tiene autobuses.

Un método que podría resultar más económico y sencillo es usar un láser. Como dijo Kevin, es más fácil hacer una cortina de luz en un tubo rectangular que en una redonda. Haga que el interior del tubo sea reflectante, ya sea pegando espejos en el interior o superpuliéndolos. Luego apunte un láser a través de un orificio en el tubo para que rebote varias veces antes de golpear el fototransistor. Siempre que no haya agujeros lo suficientemente grandes para que pase la pelota, se garantiza que lo detectará (es posible que necesite más rebotes en la caja circular de los que he dibujado).

Otro método de detección, que está más cerca de lo que está usando ahora es invertir cosas. En lugar de que los LED brillen en los fototransistores y que la bola interrumpa la señal, ¿por qué no organizarla para que los fototransistores detecten la luz reflejada por la bola?

Organice los LED para que no haya luz en los fototransistores. Haz que los LED sean muy brillantes. Cuando la bola pasa los LED, brilla intensamente bajo la iluminación y se detecta una pequeña señal en los fototransistores.

Hasta ahora, la mayoría de los detectores sugeridos en este hilo parecen funcionar en el dominio digital, lo que requiere que la bala obstruya el haz de luz lo suficiente como para activar una salida digital. Dado que el emisor y el detector pueden estar dispuestos para detectar un pulso de luz reflejada de la bala que pasa o su sombra. Sugiero que el fotodetector debe ser analógico en funcionamiento, trabajando por debajo del nivel de saturación y AC acoplado a un detector OOK Op-Amp.

La ventaja de usar un detector OOK es que el ruido de fondo se filtra para proporcionar el nivel de polarización para el comparador del detector de umbral, lo que hace que el detector sea muy sensible a pequeños cambios en la señal de entrada. Cualquier pequeño cambio repentino en el nivel de luz por encima del nivel de fondo activa una salida digital. Mediante la selección cuidadosa de las constantes de tiempo del filtro de paso alto de entrada y el filtro de paso bajo de polarización, debería ser posible adaptar la respuesta general del detector a la firma del cambio de luz asociado con el proyectil que pasa, filtrando la mayor parte del ruido de fondo resultante de cambios lentos en el nivel de luz ambiental.

Por lo tanto, la alta ganancia del detector podría utilizarse para convertir un ligero cambio en el nivel de luz en el pulso digital requerido. Sugiero que el primer paso para construir un sistema de este tipo sería experimentar conectando un osciloscopio acoplado a corriente alterna a un fototransistor cableado en una configuración de seguidor e investigar la mejor disposición de posición del LED emisor y el fotodetector en el tubo que produce el mayor señal de reflexión o sombra de la bala que pasa.

Sin conocer el albedo IR tanto del proyectil como de la pared interior del tubo, no es posible recomendar qué disposición producirá los mejores resultados. Sospecho que la mayor relación señal / ruido podría obtenerse al detectar el destello de luz disperso hacia atrás de la bala que pasa, pero esto requiere que el albedo del tubo sea muy bajo y que el de la bala sea alto.

Sugiero que tanto el emisor como el receptor se seleccionen para tener el ángulo de visión más amplio, ya que el objeto es producir un abanico de luz a través del tubo, para maximizar el área de detección. El sentido común indica que cuanto mayor sea la relación de la sección transversal del proyectil a la del tubo, mayor será la relación señal / ruido que producirá la sombra.

La función del tubo es reducir al máximo los efectos de la luz ambiental en el detector. Siempre que domine la luz del emisor de IR, debería ser posible ajustar la salida de los emisores de IR para sesgar el detector en su región lineal de operación más sensible, el punto de mayor pendiente en la curva de respuesta de los detectores.

Se puede obtener una mejora adicional en la velocidad de los detectores, la sensibilidad y el rendimiento de rechazo de ruido al reemplazar el foto transistor simple con un fotodiodo, como un BPX65 y un amplificador operacional de alta velocidad. Hay varios circuitos que utilizan retroalimentación de voltaje para mantener constante el voltaje de polarización de CC a través del fotodiodo. Esto aumenta la velocidad del detector, ya que la fotocorriente no se usa para cargar la capacitancia interna de los diodos. Dichos circuitos son comúnmente utilizados por radioaficionados que están explorando comunicaciones de largo alcance, de línea de visión y ópticas utilizando una modulación de amplitud pequeña de luz LED por una subportadora de baja IF modulada. En este caso, el índice de modulación de AM suele ser inferior al 10%, normalmente del 5%. Sospecho que es similar a la señal de AM que podría producirse por una bala que pasa,

Pensando en la disposición óptica óptima para el detector y el emisor. Creo que el detector y la luz del emisor deberían colimarse para producir un haz paralelo a través del tubo. Esto podría lograrse colocando el detector y el emisor en los puntos focales opuestos, frente a los reflectores parabólicos. Esto debería resultar en un cruce y un haz paralelo de luz IR que cruza la línea central del tubo.

Como no es práctico dar forma al tubo en el perfil parabólico requerido, tal disposición podría producirse insertando dos láminas de plástico gruesas, formadas con un perfil de borde reflector parabólico en las paredes laterales opuestas del tubo, a través de ranuras cortadas en la pared del tubo. El borde en forma parabólica de los insertos está cubierto con cinta reflectante de espejo Fablon. El perfil parabólico requerido podría producirse imprimiendo la curva requerida en papel de impresora láser y transfiriéndola a una hoja de plástico uPVC de media pulgada de grosor como una marca de plantilla para cortar. El grado de mejora que ofrece esta disposición óptica ideal con solo usar el perfil circular del tubo es objeto de experimentación o cálculo detallado.

Quizás múltiples leds apuntando a un fototransmisor podrían ser detectables y reducir la zona muerta.

¡Es hora de hacer algo de ejercicio! También puede valer la pena mirar un descanso en el banco para asegurarse de que siempre esté en el punto óptimo.

Solo para extender el answor allitle. Hay una aplicación para usuarios de Windows Phone Wp7. Wp 7.5 Wp7.8 y Wp8. Esta aplicación se llama CronoPhone (no crono pero sin la "h") es una gran aplicación de airsoft con calculadoras y estu ...

Pero también tiene una guía detallada que describe cómo hacer el hardware del cronógrafo que está tomando. Además, tiene un software en el que utiliza la muestra de micrófono del teléfono para encontrar los picos analógicos de los receptores ... Y luego calcula el MpS de la bala Si quieres FPS usa la calculadora en la aplicación ...

Espero que ayude. Recuerde que se llama CronoPhone (sin la "h" en Chrono) ...