Sensor para detectar balas de airsoft

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

Puede ser 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, amplifique o amortigüe si es necesario, y envíe 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 esté cerrado en ambos extremos (y que su arma de airsoft no tenga un fogonazo significativo), esto solo debería suceder cuando una bala pasa por el área.

Algunas ideas de cortinas de luz

Considere también que su problema es similar al problema resuelto por las cortinas de luz, pero en una escala más pequeña. Es especialmente similar en su último diagrama, con múltiples sensores. Se podrían tomar prestados 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 su tubería que contengan PCB planas para montar sus emisores y detectores. Esto sería considerablemente más fácil y más robusto que taladrar agujeros en la tubería y tender cables por todas partes.

• Su resolución se puede aumentar significativamente al escanear a través de sus emisores y verificar cada uno de sus detectores. Esto cambia su patrón de escaneo de una fila de líneas (que luego tendrían que estar separadas <6 mm) a líneas entre cada detector y cada emisor. Deberá verificar que el patrón formado no deje agujeros abiertos, como los inmediatamente adyacentes a los emisores o detectores (aunque estos pueden eliminarse simplemente separando más los detectores y 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 de hacer su arma de airsoft.

Una cuestión 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 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) tiene una escasez de tiempo ridícula y no puede esperar hasta el día siguiente para recibir sus piezas por correo o (2) agregan valor al producto. No está presionado por el tiempo y su vendedor no tiene idea de la mercancía, por lo que le sugiero encarecidamente que comience a buscar distribuidores en línea acreditados como Mouser y Digikey, que le proporcionarán hojas de datos y piezas originales.

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 IR cuestan alrededor de $ 0,15 cada uno, y los fototransistores cuestan alrededor de $ 0,30 cada uno, por lo que debería estar buscando $ 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 usando piezas SMD más baratas, ni el LED ni el fototransistor deberían costar 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 va a verificar como se muestra aquí:

El izquierdo es más denso en el centro, mientras que el derecho usa un número significativo de sus líneas de visión para controlar la periferia extrema. Dado que no está trabajando con una aplicación crítica para la seguridad como una cortina de luz en la que no puede permitirse el lujo de 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), yo sugeriría el izquierdo.

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

Este diagrama describe una placa principal superior que contiene un microcontrolador y un conector para alimentación, conexión a tierra y un pulso que se emitirá cuando se detecte un objeto, con tarjetas secundarias montadas en conectores en ángulo recto. Esto crea un espacio de 32/5 = 6,4 mm entre los pares de emisor/detector sin verificar las diagonales, aumentando el conteo 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 poblarlas 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 de ambos lados en orificios de 0,1" para un encabezado de ángulo recto. Para las tarjetas secundarias, coloque una fila de huellas de emisor/detector (que son bastante fáciles de encontrar en paquetes mecánicamente idénticos, como el par Kingbright APT2012F3C/AA3021P3S) y resistencias en la parte inferior, y vuelva a conectar las conexiones a los cabezales. Unos pocos puentes de soldadura serían suficientes para hacer una placa de cualquier tipo, como se muestra a continuación. esquemático, o puede ser elegante y hacer que un extremo de la placa sea una conexión para los emisores y el otro para los detectores.

Una vez más, sugiero encarecidamente pensar mucho en 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.º 2: esquema del diseño propuesto

Usé un ATtiny40 en este diseño, hay una variedad de controladores que podrían usarse. Perdón por el lío de redes en el exterior, estoy probando un nuevo editor en línea (haz clic en la imagen para abrirlo) que aún no tiene buses.

Un método que podría resultar más barato y sencillo es utilizar un láser. Como dijo Kevin, es más fácil hacer una cortina de luz en un tubo rectangular que en uno redondo. Haz que el interior del tubo sea reflectante, ya sea pegando espejos en el interior o superpuliéndolos. Luego apunte un láser a través de un agujero 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, está garantizado que la detectará (es posible que necesite más rebotes en el caso circular de los que he dibujado).

Otro método de detección, que está más cerca de lo que está usando ahora, es invertir las cosas. En lugar de que los LED brillen sobre los fototransistores y la pelota corte la señal, ¿por qué no arreglarlo de manera que los fototransistores detecten la luz reflejada por la pelota?

Coloque los LED de manera que no haya luz que brille sobre los fototransistores. Haz que los LED sean muy brillantes. Cuando la bola pasa por 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 operar 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 por la bala que pasa o su sombra. Sugiero que el fotodetector sea 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 una 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 paso del proyectil, filtrando la mayor parte del ruido de fondo. como resultado de cambios lentos en el nivel de luz ambiental.

Por lo tanto, la alta ganancia del detector podría usarse 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 de CA 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 la reflexión o la 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 retrodispersado de la bala que pasa, pero esto requiere que el albedo del tubo sea muy bajo y el de la bala sea alto.

Sugiero que tanto el emisor como el receptor se seleccionen para tener el ángulo de visión más amplio, siendo el objetivo 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 entre la sección transversal del proyectil y 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 sobre 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 del detector.

Se puede obtener una mejora adicional en la velocidad, la sensibilidad y el rendimiento del rechazo de ruido de los detectores reemplazando el fototransistor simple con un fotodiodo, como un BPX65 y un OP-Amp de alta velocidad. Hay una serie de circuitos que usan 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 la comunicación óptica de largo alcance, de línea de visión, utilizando una modulación de pequeña amplitud de la luz LED por una subportadora modulada de IF baja. En este caso, el índice de modulación de AM suele ser inferior al 10 %, normalmente del 5 %. Sospecho que esto es similar a la señal de AM que se podría esperar que sea producida por una bala que pasa,

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

Dado que no es práctico moldear el tubo con el perfil parabólico requerido, tal disposición podría producirse insertando dos láminas de plástico gruesas, conformadas con un perfil de borde de reflector parabólico en las paredes laterales opuestas del tubo, a través de hendiduras cortadas en la pared del tubo. El borde en forma de parabólica de las inserciones se cubre con cinta reflectante de espejo Fablon. El perfil parabólico requerido podría producirse imprimiendo la curva requerida en papel de impresora láser y transfiriendo esto a una lámina de plástico uPVC de, digamos, media pulgada de espesor como una marca de plantilla para cortar. Cuánta mejora ofrece esta disposición óptica ideal sobre el simple uso del perfil circular del tubo es el tema de experimentación o cálculo detallado.

Solo para extender un poco la respuesta. 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 excelente aplicación de airsoft con calculadoras y otras cosas...

Pero también tiene una guía detallada que describe cómo hacer el hardware del cronógrafo del que estás hablando. Además, tiene un software en el que usa la muestra del 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 app...

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

Tal vez varios LED que apuntan a un fototransistor podrían detectarse y reducir la zona muerta.

¡Hora de hacer un poco de experimentación! También podría valer la pena mirar un banco de descanso para asegurarse de que siempre esté en el punto óptimo.

Un enfoque más fácil es usar su teléfono inteligente *: coloque una regla debajo del cañón de la pistola, coloque el teléfono a unos 15-20 cm de distancia para que la trayectoria del proyectil + el cañón + la regla estén en la imagen y comience a disparar. Luego, solo necesita descomponer el video grabado por cuadro y puede calcular fácilmente la velocidad algo precisa del proyectil. Solo asegúrese de que el teléfono inteligente pueda grabar en al menos 60 fps (más fps, mejor).

• teléfono inteligente, cámara de acción, buena DSLR: todo funciona

Si bien hay actividad en esta pregunta, también propondré una posible solución alternativa más simple: esto requiere un objetivo especial, por lo que solo será útil si desea usar esto en un entorno de prueba, y no "en batalla". Históricamente, la velocidad de la bala se ha calculado utilizando un péndulo balístico o un par de discos giratorios (no creo que esto tenga un nombre "oficial").

El péndulo balístico consiste en un péndulo de masa conocida, con una cara de madera. El arma se dispara contra el péndulo y el proyectil queda atrapado en la madera, transfiriendo su impulso al péndulo. Midiendo el ángulo que alcanza el péndulo (es decir, con un potenciómetro) y con la masa del proyectil, se puede medir fácilmente la velocidad del proyectil.

El método del disco utiliza 2 discos de papel unidos al mismo eje en un espacio conocido, girando a una velocidad conocida. El proyectil se dispara a través de los discos y, midiendo el ángulo entre los dos orificios de bala y la velocidad de rotación de todo el conjunto, se puede encontrar el tiempo necesario para recorrer el espacio entre los discos y, por lo tanto, la velocidad.

Por supuesto, esto no proporcionará resultados con una precisión tan alta como los láseres o las compuertas de luz, pero dada la gran cantidad de variables que pueden afectar la velocidad del proyectil, particularmente las BB, como las diferencias de fabricación, el desgaste del cañón, la fuerza del propulsor, etc. suficientemente bueno.