Puerta de luz simple, económica y robusta para uso en escuelas.

Yo: entusiasta de la electrónica en la década de 1960, pocas posibilidades de practicar desde entonces.

Proyecto: Las escuelas en el Reino Unido tienen cajones llenos de costosos 'Registradores de datos'. Dispositivos sofisticados y versátiles con muchos complementos para medir y registrar principalmente cosas de física. Rara vez se usa porque los maestros no los usan con la frecuencia suficiente, faltan partes cruciales, no pueden hacer que el software funcione, etc.

Una posible solución: Hardware ultra-simple con software común. El software que estoy probando es el software de edición de audio Audacity o Acoustica. Ambos están disponibles de forma gratuita, miden a más de 10 kHz (lo suficientemente rápido) y resuelven a 16 bits (de nuevo, bastante).

Mi problema actual: quiero disparar un haz angosto de luz LED visible (no láser, las regulaciones son demasiado complejas) a un sensor para producir una señal que pueda alimentarse al conector de micrófono en una PC. El pulso resultante. Estos dispositivos a menudo se usan en pares para iniciar/detener un temporizador para medir la aceleración, etc., pero uno solo podría usarse por reflexión para contar la velocidad de rotación de un ventilador, etc.

Los fotodiodos y fototransistores son desconocidos para mí y he encontrado comentarios aquí (Q22414) como:

Los fotodiodos pueden funcionar con polarización directa o inversa. La polarización directa proporciona la mayor parte de la salida. La polarización inversa da la mayor velocidad. y es más ruidoso. El modo de polarización inversa es el más utilizado.

Estoy pensando que la polarización directa sería mejor para mí, pero ¿dónde encajan los fototransistores? Sospecho que los photodarlingtons son un poco lentos. ¡Ayuda!

Mi circuito ideal no tiene circuitos integrados, un número muy bajo de componentes y es realmente barato. De esa manera, cualquier soldador no calificado tiene la posibilidad de construirlo o repararlo, y si se pierde o se rompe, no es gran cosa.

Gracias

Ups, estoy tratando de responder a los comentarios a continuación, pero hay una longitud de mensaje corta disponible.

Ya tengo un dispositivo funcionando. Una pequeña caja con 3 cables: uno a USB como fuente de alimentación, uno a la entrada de micrófono de la computadora y otro con termistor de cuentas. Dentro de la caja hay un 555 que funciona a aproximadamente 9 kHz con salida a un zener R + 2.2V; esto brinda un voltaje cuadrado estable sin riesgo de freír la entrada del micrófono a la computadora. La salida de eso pasa por otro termistor R + que me da una onda cuadrada con amplitud que varía con la temperatura.

En el programa de edición de audio, esto parece un 'histograma' continuo que sube y baja con la temperatura. Costo total de los componentes alrededor de 5£$Euro, un equivalente está aquí:

http://www.data-harvest.co.uk/catalogue/science/secondary/data-loggers/secondary-science-data-logging/2404PK

http://www.data-harvest.co.uk/catalogue/science/secondary/smartq-sensors/smartqsensors/3100

Mi objetivo probablemente no sea mejorar, solo simplificar. Ya hay 'cajas mágicas' que hacen todo el pensamiento con muchos decimales, pero estas solo enseñan a los niños a usar cajas mágicas, no a entender la ciencia subyacente. Un ejemplo es la curva de enfriamiento de un sólido fundido. El líquido se enfría a un ritmo constante (no lineal), pero en el punto de congelación/fusión, la curva se estabiliza durante un tiempo y luego vuelve a caer al ritmo original. Con mi dispositivo los niños pueden calibrar la amplitud contra un termómetro en diferentes temperaturas del agua y dibujar un gráfico. Esto enseña más sobre el método científico que una caja mágica.

Mi intención es colocar el LED y el fotodiodo/transistor en tubos de delrin negros de unos 4-5 cm de largo, lo que significa que la dirección del haz puede ajustarse para la alineación pero no se ve afectada por la luz ambiental.

Es poco probable que se utilicen varios conjuntos de equipos al mismo tiempo.

Lo que realmente pido es orientación sobre los méritos relativos de los fotodiodos en comparación con los fototransistores. Las hojas de datos significan poco para mí.

Gracias por la entrada a todos.

Para una puerta de luz, recomendaría un LED IR controlado adecuadamente (un circuito 556 o (un circuito mucho más simple) un microcontrolador) con una lente + un receptor estilo TSOP. (¡O piratear un control remoto IR!) Hacer que un circuito de fotodiodo funcione será mucho más trabajo.
@hypfco Los maestros no carecen de educación, nuestro sistema los somete a demasiado estrés y se espera que los biólogos enseñen física, etc. Simplemente no tienen tiempo para aprender lo que necesitan. Mi objetivo es simplificar tanto como sea posible.
He usado con éxito github.com/dkroeske/emon-server como detector de LED; la sensibilidad se puede ajustar agregando una resistencia variable en serie con la resistencia existente.
Eliminé mi comentario.
Para una resolución de tiempo rápida en distancias cortas (unos pocos cm como máximo, preferiblemente menos), puede usar un LED umodulado. En rangos más largos, debe modular el LED como en los controles remotos IR y usar un receptor que busque la modulación para rechazar la interferencia ambiental. Pero luego debe mirar la respuesta de tiempo del detector de modulación para ver qué efecto tiene en sus mediciones. Tenga en cuenta que el tiempo de respuesta puede diferir según el nivel de la señal... Además, muchos detectores de modulación esperan que la modulación aparezca como pulsos breves y rechazarán su presencia constante.
Me temo que cualquier cosa simple que se le ocurra en el hardware requerirá un software más complicado para convertir los resultados en números utilizables. Tome su medición de temperatura con Audacity. Es fácil ver el cambio de amplitud con el cambio de temperatura. Sin embargo, es mucho más difícil medir una temperatura de esa manera. ¿Cómo haría para crear un gráfico de temperatura a lo largo del tiempo usando su sonda de temperatura y Audacity? Difícil, ya que tiene que calcular el voltaje pico a pico de una señal de audio, luego traducirlo a una temperatura, luego relacionarlo con el tiempo de las muestras.
Creo que es bueno que quieras mejorar las cosas. Solo me temo que en cualquier sistema que se pueda idear, el usuario tiene que entender lo que está pasando. Sin eso, ningún sistema funcionará. Hacer un sistema "a prueba de idiotas" lo lleva de regreso a donde comenzó con dispositivos costosos y de propósito especial que dependen de un software especial que deja de funcionar cuando actualiza el sistema operativo.

Respuestas (2)

Si bien sus "deseos" son encomiables, es posible que deba hacer concesiones por las siguientes razones:

  • Su sistema óptico debe funcionar en un salón de clases, en competencia con las luces de la sala.
  • Idealmente, su emisor de luz (LED) estará visible para que pueda apuntar bien.
  • Si bien el largo alcance puede ser un objetivo, querrá que muchas de estas puertas ópticas funcionen en la misma habitación sin interferencias de otros.
  • El uso de la entrada de sonido de una PC lo limita a 20 - 20kHz.

Wouter van Ooijen tiene una sugerencia que cumple algunos de sus criterios. Un microcontrolador muy simple puede impulsar su diodo emisor de luz a cualquier frecuencia que desee. Algunos LED están empaquetados con lentes moldeados que limitan la directividad al tiempo que aumentan el alcance. Se requiere una batería.
transmisor infrarrojoEl receptor óptico es más difícil. Un gran número de infrarrojosLos receptores ópticos están disponibles para su uso como receptores remotos de TV (o cualquier aparato). Estos están universalmente limitados a longitudes de onda infrarrojas, lo que te obliga a usar un LED infrarrojo que no se puede ver para apuntar. Estos son receptores de tres pines que requieren muy poco más que una batería y un cable de interfaz. Es posible que estos puedan proporcionar una señal a la entrada del micrófono de una PC, detectable por Audacity. Sin embargo, estos chips son internamente complejos y muchos producirán salidas falsas para dos condiciones:

  • Un período sostenido sin señal
  • Un período sostenido de señal completa

Detector óptico de receptor remoto de TVEstos chips están diseñados para detectar breves ráfagas de señal, como los códigos clave transmitidos por un control remoto de TV. Detectan la modulación tone-burst y no proporcionan la portadora:
señal de salida remota típica de TV

Existen muy pocas versiones de receptores ópticos que han simplificado el procesamiento interno de la señal . En lugar de detectar ráfagas de tonos, la señal del fotodetector se proporciona como salida. En lugar de detectar una frecuencia específica (que generalmente se encuentra en algún lugar de la banda entre 30 kHz y 60 kHz) como lo hacen los receptores remotos de TV, las frecuencias de salida son de 20 kHz. - 60 kHz. se proporcionan directamente. Desde 20 kHz. es aceptable para el rango de entrada de la tarjeta de sonido de una PC, este tipo de receptor podría proporcionar una señal bastante aceptable para un micrófono o una entrada de línea. Y Audacity podría reconocer más fácilmente un 20 kHz. señal que los flancos de pulso proporcionados por los receptores remotos de TV más complejos. Audacity ahora debe determinar cuando los 20 kHz. es visible, y cuando no lo es (esta función es interna al receptor más complejo).

Bueno, encontré una respuesta simple. Como siempre, hazle a Google la pregunta correcta y obtendrás la respuesta que necesitas.

Estaba preguntando por Light Gates, pero en los EE. UU. y en otros lugares se llaman Photogates y una búsqueda de 'tarjeta de sonido photogates' me dio muchas respuestas a mis preguntas. En particular, este documento: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1103/1103.1760.pdf que muestra que estaba tratando de reinventar una idea bien probada.

Gracias por tu contribución.

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