Quelle est une bonne approche pour détecter la distance et la vitesse dans les chemins de fer modèles?

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D'entrée de jeu, je dois admettre une petite connaissance pratique des microcontrôleurs modernes et de leurs logiciels - je connais mieux l'ingénierie énergétique et les gros moteurs (45 ans).

Maintenant, ma question: essayer d'enthousiasmer les petits-enfants à propos de l'électronique. Ils aiment les chemins de fer miniatures, alors nous construisons un système de surveillance des trains petit à petit.

Problème actuel: Détecter la distance (éventuellement la vitesse) d'une locomotive à partir d'un emplacement de voie spécifique, sans gâcher la puissance de la voie.

Plateforme de contrôle: Stellaris Launchpad

Options envisagées:
* TSOPxxxx avec oscillateur à fréquence fixe "muet" et LED RF sur loco - Comment obtenir des informations sur la vitesse?
* TSOPxxxx et émetteur au bord de la piste, réflexion de la locomotive - peut obtenir la vitesse en fonction du temps de vol, peut-être
* Lasers rouges de 5 volts et détection de rupture par LED rouge comme capteur (les enfants adorent les lasers, donc ...) - pas de vitesse détection sans plusieurs appareils par emplacement de détection
* Étiquettes RFID et une bobine au bord de la piste (identifiera la locomotive spécifique qui est un plus) - aucune information de vitesse
* Capteurs de distance à ultrasons - omniprésents et bien pris en charge par les internautes, mais un angle de couverture trop large, je soupçonne
* L'un des nombreux modèles de chemins de fer prêts à l'emploi - à l'encontre de l'objectif de cet exercice

Alors, laquelle de ces approches, ou toute autre, me donnera le moins de peine du côté logiciel, et impliquera néanmoins suffisamment de possibilités pour engager des enfants de 8 à 12 ans dans la conception électronique avec des résultats qu'ils peuvent expérimenter? Quels sont les pièges à surveiller (à part le cola renversé)?

Les trains sont à l'échelle N (échelle 1: 160).

Apparemment donc
la source
Juste périphérique à la question, mais à quelle échelle sont vos trains? La taille peut éliminer certaines options et en ajouter d'autres. (Passionné de MRR ici).
Anindo Ghosh
Échelle N. Juste point, n'y avait pas pensé. Mis à jour la question.
Apparemment, donc
Vous pouvez également essayer le radar, il existe des modules radar pas trop chers. conrad.de/ce/de/product/502370
starblue

Réponses:

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D'autres réponses ont fourni d'excellentes contributions à votre besoin; Ma réponse se concentre uniquement sur la détection de proximité (et de présence) de trains miniatures, aucune identification, dans les échelles auxquelles je m'intéresse, les minuscules échelles N et T.

En gardant à l'esprit votre besoin de simplicité logicielle, une combinaison émetteur / capteur infrarouge haché sera plus facile. Votre mention des appareils TSOP indique que vous évaluez déjà ce chemin. Considérez plutôt le TSSP4P38 qui est spécialement conçu pour la détection de proximité à l'aide d'IR haché à 38 KHz:
TSSP4P38

Dire ce qui peut déjà être évident pour vous: la détection de distance à travers le temps de vol des ondes électromagnétiques (IR, radar, etc.) n'est pas pratique pour vos besoins: étant donné la vitesse de la lumière, une résolution en femtosecondes ou moins est nécessaire pour le 0 à 10 distances cibles en centimètres avec lesquelles vous travaillez probablement (échelle 1: 160 N). Dans les chemins de transit "du monde réel" que vous mentionnez dans un commentaire, les distances peuvent être plus grandes, je suppose.

Un mécanisme de capteur réfléchissant IR utilisé dans les chemins de fer modèles implique généralement, au lieu de cela, l'intensité du signal IR réfléchi, qui augmenterait par loi du carré inverse avec l'approche de la locomotive.

Votre appareil devrait avoir une LED IR comme le TSAL6200 et le TSSP4P38, logée dans quelque chose comme le schéma de la page 5 de la fiche technique du TSSP. La combinaison serait montée entre les attaches de votre piste, une face à chaque sens. Si vous le montez suffisamment bas et que vous pointez presque parallèlement aux pistes, les réflexions des objets externes seront minimisées, les pistes fonctionnant comme des clignotants.

La sortie du TSSP est une impulsion de niveau logique d'une durée proportionnelle à l'IR réfléchi. À mesure que la locomotive approche, les impulsions successives s'allongent, de sorte que les lectures d'au moins 2 impulsions consécutives, de préférence plusieurs autres, fourniront un ensemble de durées d'impulsion et donc une indication de vitesse. De la fiche technique:

La largeur d'impulsion de sortie du TSSP4P38 a une relation presque linéaire avec la distance de l'émetteur ou la distance d'un objet réfléchissant. Le TSSP4P38 est optimisé pour supprimer presque toutes les impulsions parasites des lampes fluorescentes à économie d'énergie.

Si vous restez avec des exigences de précision praticables pour votre appareil, "rapide" contre "lent", "approchant" contre "reculant", et bien sûr la présence d'une locomotive à portée de capteur, sont possibles.

Vous devrez baseline le système pour tenir compte des réflexions statiques, par exemple à partir de paysages. En outre, l'étalonnage de la vitesse réelle par rapport aux longueurs d'impulsion consécutives fournira les mappages de plage "rapide" / "lent".

La durée d'impulsion peut être mesurée à l'aide d'une entrée minuterie / compteur sur le microcontrôleur de votre choix. Il existe plusieurs exemples sur le Web pour le faire sur l'Arduino, mais comme vous l'avez mentionné en utilisant un Launchpad Stellaris à la place, des recherches peuvent être nécessaires.

Il s'agit d'un aperçu de haut niveau d'une solution, n'hésitez pas à demander si des aspects spécifiques doivent être clarifiés. À une supposition, compte tenu de vos antécédents déclarés, ce ne sera pas un projet du jour au lendemain, mais est réalisable pendant la saison des vacances. Certains des modèles de chemins de fer modèles prêts à l' emploi que vous avez mentionnés utilisent ce mécanisme.


Pour une discussion plus générale sur la télédétection, veuillez consulter cette réponse d'une question précédente.

Anindo Ghosh
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Merci d'avoir souligné ce qui aurait dû être évident pour moi mais qui ne l'était pas, le temps de vol EMF est trop court pour ma distance d'intérêt. +1 pour être le meilleur et le plus simple à ce jour pour mes besoins, acceptera si rien de mieux ne se présente.
Apparemment, donc
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Si je devais automatisant chemin de fer modèle que je mettrais des étiquettes de codes à barres sur les fonds des wagons de train. Puis, réparti sur toute la piste, je plaçais des lecteurs de codes-barres, orientés vers le haut entre les rails.

Avec cela, vous pouvez détecter la position, la vitesse et l'identité des voitures. Chaque voiture aurait son propre code à barres unique, pas seulement la locomotive.

La détection de position de cette méthode est très courante, car elle dépend du moment où un train passe sur un capteur. Mais cela devrait bien fonctionner pour la plupart des choses. Vous pouvez toujours placer plus de capteurs aux points importants de la piste et moins de capteurs là où cela n'a pas tellement d'importance.

Un énorme avantage de cette méthode est que le prix par wagon est très bas, seulement une étiquette que vous pouvez imprimer sur votre imprimante laser ou à jet d'encre. La complexité par wagon est très faible. Et le poids ajouté à chaque voiture est également très faible.

Je voudrais implémenter cela en utilisant une LED IR et un phototransistor comme capteur (il y a des composants avec les deux intégrés) et les connecter à un microcontrôleur. Chaque capteur possède son propre microcontrôleur. Les différents capteurs peuvent ensuite être connectés ensemble à l'aide d'un simple réseau (comme un bus RS-485). Avec les LED IR, le capteur serait difficile à voir à l'œil nu. Le coût total par capteur + MCU pourrait être inférieur à 3 $ US, sans compter un petit PCB.


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C'est la même idée à laquelle j'ai immédiatement pensé en lisant la question. Le seul problème légèrement délicat que je vois serait que le fait d'avoir les codes-barres suspendus à la hauteur de l'essieu serait probablement un peu moche, mais s'ils sont plus élevés, il faudrait des capteurs conçus pour se concentrer sur les objets au-delà de la distance de contact. , qui peut être plus difficile à trouver. Pour de meilleurs résultats, il serait presque certainement souhaitable de décider d'une certaine hauteur fixe au-dessus de la piste pour les étiquettes, et de faire monter toutes les étiquettes à cette hauteur.
supercat
Étant donné que je recherche une détection de position unique (approche par station), cela pourrait être une idée. Cependant, je suis un peu confus quant aux aspects de la détection de la vitesse et de la distance - comment fonctionnent-ils? Identification, oui, parfait! De plus, je ne peux pas retenir l'attention des enfants assez longtemps pour fabriquer une demi-douzaine d'appareils - il faudra que ce soit 2 appareils, 1 que je fabrique pour eux et 1 qu'ils fabriquent eux-mêmes. Un pour approcher et un pour quitter les trains. Ce n'est pas un contrôle de mise en page sérieux, c'est une "passerelle" pour les faire entrer dans l'électronique.
Apparemment, donc
Si vous avez des largeurs différentes pour les bandes à chaque extrémité du code à barres, vous pouvez déterminer la direction. La vitesse peut être calculée en utilisant la distance entre les rayures.
tcrosley
@tcrosley Il existe de nombreuses façons de coder les données afin que la direction et la vitesse puissent être déterminées, ainsi qu'une détection des erreurs.
@supercat La hauteur de l'étiquette peut être délicate. L'utilisation d'un laser au lieu d'une LED pourrait rendre la distance utilisable assez agréable, mais ce devrait être un laser de très faible puissance et la mise au point serait difficile.
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Je commencerais par l'interrupteur optique ou la méthode du réflecteur de chaque côté des passages à niveau pour signaler les trains en approche et allumer une LED ROUGE clignotante. Le suivi à distance peut également être câblé à une carte de train avec des indicateurs de passage à niveau et direct et de vitesse.

Le scanner de codes à barres est d'une simplicité trompeuse jusqu'à ce que vous ayez à gérer la sécurité du faisceau laser, les taux de suivi de la vitesse des étiquettes et le calcul de l'intervalle de temps entre les barres pour calculer la vitesse et valider le contenu du code pour déterminer l'ion direct dans le logiciel.

Décomposer le projet en;

  • conception fonctionnelle du système
    • entrées, processus, sorties (y compris le rejet de faux déclencheurs)
  • conception électronique
    • schématique, nomenclature, mise en page
  • conception de chemin optique
    • voies et portée de l'émetteur et du détecteur, réponse en fréquence, rejet du bruit
  • construction et essais
    • câblage avec mise hors tension de la voie, filtrage du bruit et détails mécaniques et électriques

L'IR peut détecter plus facilement l'interruption du signal de chaque côté ou la réflexion du signal du même côté avec une gamme de détection plus large. La séquence de deux détecteurs adjacents indique dans quelle direction et l'intervalle de temps indique la vitesse. Cela peut être mesuré avec des méthodes analogiques ou numériques.

Les scanners de codes à barres IR reposent soit sur le code passant devant le détecteur à une vitesse constante, soit sur l'émetteur réfléchi devant le code à barres pour être détecté par diffusion de la lumière ou absorption de noir de carbone. Les faisceaux laser stables orientés vers le haut devraient être modifiés optiquement pour abaisser la puissance à un niveau sûr ou se propager, puis focalisés sur une courte distance pour réduire la densité de puissance de la lumière parasite.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
la source
La détection de codes-barres pourrait probablement être simplifiée si l'on conçoit le format de code-barres autour de l'application. Si l'un utilise une paire de capteurs côte à côte (un plus près de chaque rail) et conçoit le format de code-barres de sorte qu'un côté soit une séquence à pas fixe de barres noires et blanches, tandis que l'autre contient les données réelles, il doit être facile à identifier de quel côté est le côté à pas fixe; si tous les codes-barres utilisent le même pas, cela indiquerait instantanément la vitesse du train et la direction de la voiture. De plus, cela permettrait un décodage même si le train change de vitesse.
supercat
horloge et données de bonne idée
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
On pourrait probablement déterminer la direction et la vitesse en utilisant un seul capteur si les capteurs de codes-barres étaient montés plus près du rail nord, chaque voiture avait deux codes-barres et il y avait suffisamment de redondance dans le format de code-barres (par exemple, utilisez le codage Manchester et assurez-vous les données sous-jacentes a un bon mélange de "1" et de "0". On pourrait alors arranger les choses pour que chaque code-barres ait une extrémité est et ouest (ces définitions étant correctes lorsque le code-barres est plus proche du rail nord).
supercat
Hé, ça devient très intéressant! Merci, des informations utiles sur le scanner de code à barres (dans les commentaires), et @Richman, je commence à aimer l'idée IR, c'est ce que nous faisons beaucoup dans la vie réelle: émetteur et récepteur dans un seul paquet, intégré dans le transit chemin, ou dans ce cas, entre les liens de la piste. La solution de code à barres n'est pas si attrayante maintenant parce que le logiciel va devenir mon problème, et je ne parle pas trop bien de logiciel, pour ainsi dire!
Apparemment, donc