Каков хороший подход к определению расстояния и скорости на модельных железных дорогах?

14

Прежде всего, я должен признать, что мало знаком с современными микроконтроллерами и их программным обеспечением - я знаю энергетику и большие двигатели гораздо лучше (45 лет назад).

Теперь мой вопрос: пытаюсь увлечь внуков электроникой. Они любят модельные железные дороги, поэтому мы постепенно строим систему мониторинга поездов.

Текущая проблема: определить расстояние (необязательно, скорость) локомотива от определенного местоположения пути, не влияя на мощность пути.

Платформа управления: Stellaris Launchpad

Рассматриваемые варианты:
* TSOPxxxx с "немым" генератором с фиксированной частотой и светодиодом RF на локомотиве - Как получить информацию о скорости?
* TSOPxxxx и излучатель на дорожке, отражение от локатора - может получить скорость в зависимости от времени полета, может быть
* 5-вольтовые красные лазеры и обнаружение обрыва по красному светодиоду в качестве датчика (дети любят лазеры, так что ...) - нет скорости обнаружение без нескольких устройств в каждом месте обнаружения
* RFID-метки и катушка на дорожке (будет определять конкретный локомотив, который является плюсом) - нет информации о скорости
* Ультразвуковые датчики расстояния - Повсеместно и хорошо поддерживаются сетями пользователей, но я подозреваю, что слишком широкий угол охвата
* Один из многих готовых моделей железнодорожных продуктов - в противовес цели этого упражнения

Итак, какой из этих подходов или какие-либо другие принесут мне наименьшее горе в программном обеспечении, и, тем не менее, предоставят достаточную возможность для того, чтобы привлечь детей от 8 до 12 лет к разработке электронного дизайна с результатами, которые они могут получить? На какие подводные камни стоит обратить внимание (кроме пролитой колы)?

Поезда в масштабе N (1: 160).

Вроде бы так
источник
Просто второстепенный вопрос, но в каком масштабе находятся ваши поезда? Размер может исключить некоторые параметры и добавить другие. (Энтузиаст MRR здесь).
Аниндо Гош
Шкала N Честно говоря, не думал об этом. Обновил вопрос.
Кажется, так
Вы также можете попробовать радар, есть несколько недорогих радарных модулей. conrad.de/ce/de/product/502370
starblue

Ответы:

2

Другие ответы предоставили превосходные входные данные для вашего требования; Мой ответ сосредоточен исключительно на ощущении близости (и присутствия) модельных поездов, а не на идентификации, в масштабах, которые меня интересуют, в крошечных N и T шкалах.

Принимая во внимание вашу потребность в простоте программного обеспечения, комбинация передатчика и датчика с прерывистым инфракрасным излучением будет самой легкой. Ваше упоминание об устройствах TSOP указывает, что вы уже оцениваете этот путь. Вместо этого рассмотрим TSSP4P38, который разработан специально для зондирования близости с использованием прерывистого инфракрасного излучения 38 кГц:
TSSP4P38

Заявление о том, что уже может быть для вас очевидным: измерение расстояния через время прохождения электромагнитных волн (ИК, радар и т. Д.) Нецелесообразно для ваших целей: учитывая скорость света, для значений от 0 до 10 необходимо разрешение в фемтосекундах или ниже. сантиметровые целевые расстояния, с которыми вы, вероятно, работаете (по шкале 1: 160). Я полагаю, что в транзитных путях "реального мира", которые вы упоминаете в комментарии, расстояния могут быть больше.

Механизм ИК отражательного датчика, используемый в модельных железных дорогах, обычно включает в себя интенсивность отраженного ИК сигнала, которая будет увеличиваться по закону обратных квадратов при приближении к локомотиву.

Ваше устройство должно иметь инфракрасный светодиод, такой как TSAL6200 и TSSP4P38, размещенный в чем-то вроде схемы на странице 5 таблицы TSSP. Комбинация будет установлена ​​между галстуками на вашем пути, по одной в каждую сторону. Если вы установите его достаточно низко и направите его почти параллельно дорожкам, отражения от внешних объектов будут сведены к минимуму, и дорожки будут мигать.

Выходной сигнал TSSP представляет собой импульс логического уровня длительностью, пропорциональной отраженному ИК-сигналу. По мере приближения локомотива последовательные импульсы становятся длиннее, поэтому показания по меньшей мере 2 последовательных импульсов, предпочтительно еще нескольких, обеспечат набор длительностей импульсов и, следовательно, индикацию скорости. Из таблицы данных:

Ширина выходного импульса TSSP4P38 имеет почти линейное отношение к расстоянию излучателя или расстоянию отражающего объекта. TSSP4P38 оптимизирован для подавления практически всех паразитных импульсов от энергосберегающих люминесцентных ламп.

Если вы придерживаетесь практически точных требований к точности вашего устройства, выполнимо «быстрое» по сравнению с «медленным», «приближающееся» по сравнению с «отступающим» и, конечно, наличие локомотива в пределах диапазона датчика.

Вам нужно будет настроить систему для учета статических отражений, например, от пейзажа. Кроме того, калибровка фактической скорости в зависимости от длительности последовательных импульсов обеспечит отображение «быстрого» / «медленного» диапазона.

Длительность импульса может быть измерена с помощью входа таймера / счетчика на выбранном вами микроконтроллере. В Интернете есть несколько примеров того, как сделать это на Arduino, но, как вы уже упоминали, вместо этого использовали Launchpad Stellaris, для этого могут потребоваться некоторые исследования.

Это общий обзор решения, пожалуйста, не стесняйтесь спрашивать, нуждаются ли разъяснения по конкретным аспектам. Предположительно, учитывая ваше заявленное прошлое, это не будет ночной проект, но достижимый в праздничный сезон. Некоторые из упомянутых вами готовых моделей железных дорог используют этот механизм.


Для более общей дискуссии по дистанционному зондированию, пожалуйста, посмотрите на этот ответ из предыдущего вопроса.

Аниндо Гош
источник
Спасибо за то, что указали на то, что должно было быть для меня очевидным, но не то, что время полета ЭДС слишком мало для моего интереса. +1 для того, чтобы быть лучшим и самым простым подходом на данный момент для моих целей, примет, если ничего лучше не придет.
Кажется, так
8

Если бы я автоматизировал модельную железную дорогу, я бы поставил этикетки со штрих-кодом на днище вагонов. Затем по всей дорожке я расставлял считыватели штрих-кода между рельсами вверх.

При этом вы можете определить местоположение, скорость и личность автомобилей. У каждого автомобиля будет свой уникальный штрих-код, а не только локомотив.

Определение положения этого метода является очень простым, поскольку оно основывается на том, что поезд проходит через датчик. Но это должно работать нормально для большинства вещей. Вы всегда можете разместить больше датчиков в важных точках трека и меньше датчиков, где это не так важно.

Огромным преимуществом этого метода является то, что цена за вагон очень низкая, только этикетка, которую вы можете распечатать на своем лазерном или струйном принтере. Сложность на вагон очень низкая. И вес, добавленный к каждой машине, также очень низок.

Я бы реализовал это, используя ИК-светодиод и фототранзистор в качестве датчика (есть компоненты с обоими встроенными), и подключил бы их к микроконтроллеру. Каждый датчик имеет свой микроконтроллер. Различные датчики могут быть соединены вместе с помощью простой сети (например, по шине RS-485). С инфракрасными светодиодами датчик будет трудно увидеть невооруженным глазом. Общая стоимость одного датчика + MCU может составлять менее 3 долларов США, не включая небольшую плату.


источник
Это та же идея, о которой я сразу подумал, когда прочитал вопрос. Одна немного хитрая проблема, которую я вижу, заключается в том, что свисание штрих-кодов вниз на высоте оси, вероятно, будет выглядеть немного некрасиво, но если они выше этого уровня, необходимо иметь датчики, предназначенные для фокусирования на объектах, находящихся за пределами контактного расстояния. , который может быть труднее найти. Для достижения наилучших результатов почти наверняка было бы желательно выбрать определенную фиксированную высоту над направляющей для этикеток, и чтобы все этикетки были установлены на этой высоте.
суперкат
Поскольку я ищу единое определение местоположения (подход к станции), это может быть идеей. Тем не менее, я немного озадачен аспектами измерения скорости и расстояния - как они работают? Идентификация, да, отлично! Кроме того, я никак не могу удерживать внимание детей достаточно долго для создания полдюжины устройств - это должно быть 2 устройства, 1, которое я создаю для них, и 1, которое они делают сами. Один для приближения и один для выхода из поезда. Это не серьезное управление компоновкой, это «шлюз» для внедрения их в электронику.
Кажется, так
Если у вас есть разные ширины для полос на любом конце штрих-кода, вы можете определить направление. Скорость можно рассчитать, используя расстояние между полосами.
tcrosley
@tcrosley Существует много способов кодирования данных, чтобы можно было определить направление и скорость, а также обнаружение ошибок.
@supercat Высота метки может быть сложной. Использование лазера вместо светодиода может сделать полезное расстояние довольно приятным, но это должен быть лазер с очень низкой мощностью, и фокусировка будет затруднена.
4

Я бы начал с метода оптического прерывателя или отражателя по обе стороны пересечения дорог, чтобы сигнализировать о приближающихся поездах и включить мигающий КРАСНЫЙ светодиод. Дистанционное отслеживание также может быть связано с картой поездов с индикаторами пересечения поездов и направления и скорости.

Сканер штрих-кода обманчиво прост до тех пор, пока вам не придется иметь дело с безопасностью лазерного луча, скоростями отслеживания скорости меток и временем интервала между вычислениями штрих-кодов, чтобы вычислить скорость и проверить содержание кода, чтобы определить прямое попадание в программное обеспечение.

Разбивка проекта на;

  • функциональный дизайн системы
    • входы, процессы, выходы (включая ложное отклонение триггера)
  • дизайн электроники
    • схема, спецификация, макет
  • дизайн оптического пути
    • пути и диапазон излучателя и детектора, частотная характеристика, подавление шума
  • строительство и тестирование
    • электропроводка с отключенной трассой, шумовая фильтрация и механика, электрические детали

ИК может обнаружить прерывание сигнала на любой стороне легче или отражение сигнала на той же стороне с более широким диапазоном обнаружения. Последовательность к двум соседним детекторам указывает, какое направление и временной интервал указывают скорость. Это может быть измерено с помощью аналоговых или цифровых методов.

Инфракрасные сканеры штрих-кода либо используют код, проходящий мимо детектора с постоянной скоростью, либо излучатель, отражаемый за штрих-кодом, который обнаруживается путем рассеяния света или поглощения черного углерода. Постоянные лазерные лучи, обращенные вверх, необходимо будет оптически изменить, чтобы снизить мощность до безопасного уровня или распространить их, а затем сфокусировать на короткую длину пути, чтобы уменьшить плотность мощности рассеянного света.

Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
источник
Считывание штрих-кода, вероятно, можно было бы упростить, если проектировать формат штрих-кода вокруг приложения. Если один использует пару датчиков рядом (по одному ближе к каждой шине) и проектирует формат штрих-кода таким образом, чтобы одна сторона представляла собой последовательность черно-белых полос с фиксированным шагом, тогда как другая сторона содержит фактические данные, она должна легко определить, какая сторона является стороной с фиксированным шагом; если бы все штрих-коды использовали один и тот же шаг, это мгновенно указывало бы, насколько быстро движется поезд и в какую сторону направлен автомобиль. Кроме того, это позволило бы декодировать, даже если поезд меняет скорость.
суперкат
Хорошая идея часов и данных
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
Вероятно, можно было бы определить направление и скорость, используя только один датчик, если бы датчики штрих-кода были установлены ближе к северной рейке, у каждого вагона было два штрих-кода и было достаточно избыточности в формате штрих-кода (например, используйте манчестерское кодирование и обеспечьте базовые данные). имеет хорошее сочетание «1» и «0». Затем можно расположить все так, чтобы каждый штрих-код имел восточную и западную стороны (эти определения правильны, когда штрих-код находится ближе к северной направляющей).
supercat
Эй, это становится очень интересным! Спасибо, полезная информация о сканере штрих-кода (в комментариях) и @Richman, мне начинает нравиться идея IR, это то, что мы делаем в реальной жизни: передатчик и приемник в одном пакете, встроенный в транзит путь, или в этом случае, между связями дорожки. Решение для штрих-кодов сейчас не выглядит таким привлекательным, потому что программное обеспечение станет моей проблемой, и я, так сказать, не слишком хорошо говорю о программном обеспечении!
Кажется, так