エアソフト弾丸を検出するセンサー

エアソフトクロノグラフ/クロノメーター（エアソフトの弾丸の速度を測定するデバイス）を作成しようとしています。アイデアは、弾丸がポイントAからポイントBに移動する時間を測定し、弾丸の速度を計算することです。

弾丸は直径32mmのプラスチックパイプに撃ち込まれます。チューブの始点と終点の両方に、一方のIR LEDと他方のフォトトランジスタ（BPW 40）を配置しようとしました。このようなもの：

青い丸はフォトトランジスタ、赤い丸はIR LED、白い丸はエアガン弾丸です。

弾丸が弾丸2が描かれた領域（IR LEDとフォトトランジスタのちょうど中間）を通過すると、すべてが完全に機能します。ただし、箇条書き1と3が描かれた場所で箇条書きが通過する場合、検出されません。それは予想されることですが、望ましくない動作です。

私の質問は次のとおりです。弾丸の位置に関係なく弾丸を検出するにはどうすればよいですか。次のように、IR LEDとフォトトランジスタを（1か所だけでなく）パイプの周りに配置することを考えました。

しかし、このソリューションは最も安価ではありません。5つのIR LED + 5 BPW 40 = cca $ 12倍2（パイプの両側に必要なため）= 24ドル。より安価なソリューションはありますか？BPW 40はフォトトランジスタに適していますか？私がどのIR LEDを使用しているかわかりません（そして店のセールスマンも知りません。TVやDVDコントローラーなどのリモートコントローラー用の一般的なものだと彼は言いました）。

パイプの直径は32mmで、約14cm長くなります（センサーは10cm離れます）。airsoftの弾丸の直径は6mmです。

編集：

2番目のアイデアに進みます。もう1つ質問があります。IRエミッタとフォトトランジスタをこのように配置する方が良いでしょうか。

またはこの方法：

ありがとう!!

エミッタと検出器の中央にBBを配置する必要はありません

フォトトランジスタをスイッチではなくアナログセンサーとして使用することが可能かもしれません（これは現在あなたがしていることだと思います）。アイテムがライトを完全にブロックしない場合でも、占有されているパイプの領域のライトを変更します。フォトトランジスタを使用して、必要に応じて電圧を生成し、増幅またはバッファし、出力を微分増幅器に送ります。これにより、光の強度が変化するたびにゼロ以外の電圧が生成されます。システムが両端で閉じられていると仮定すると（そして、エアソフトガンに重大な銃口フラッシュがない場合）、これは弾丸がエリアを通過しているときにのみ発生します。

ライトカーテンのアイデア

また、あなたの問題はライトカーテンによって解決される問題に似ていますが、規模が小さいことを考慮してください。最後の図では特に似ており、複数のセンサーがあります。ライトカーテンからいくつかのトリックを借りることができます。

• 長方形のライトカーテンの設計と組み立ては、他の形状よりも簡単です。弾丸の周りの気流が問題にならないようにパイプを十分に大きく設計したと仮定すると、エミッターと検出器を取り付けるための平らなPCBを含むボックスをパイプの端に置くことができます。これは、パイプに穴を開けたり、ワイヤーをあちこちに走らせたりするよりもかなり簡単で堅牢です。

• エミッターをスキャンし、各検出器をチェックすることにより、解像度を大幅に高めることができます。これにより、スキャンパターンが行の行（6mm未満の間隔が必要）から各検出器と各エミッタ間の行に変更されます。形成されたパターンが、エミッターまたは検出器に直接隣接するなど、ギャップのある穴を残さないことを確認する必要があります（ただし、これらは、検出器とエミッターをさらに離すことで簡単に削除できます）。かなり迅速にスキャンする必要があることに注意してください。制限要因は、おそらく、立ち上がり時間と立ち下がり時間が10マイクロ秒程度のフォトトランジスタです。検出を逃れるには、6mmの物体が次の場所を移動する必要があります。

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

  これは、エアソフトガンが可能な速度よりも大幅に速いことを願っています。

ソースに関するもう1つの問題：

私がどのIR LEDを使用しているかわかりません（そして店のセールスマンも知りません。TVやDVDコントローラーなどのリモートコントローラー用の一般的なものだと彼は言いました）。

いいえ、ただ。物理的な店舗と実際の営業担当者は、（1）途方もない時間の締めくくりで、翌日まで部品が郵送されるのを待つことができない場合、または（2）製品に価値を加える場合にのみ有用です。あなたは時間に追われておらず、あなたの販売員は商品について何も知らないので、データシートと本物の部品を提供するMouserやDigikeyのような評判の良いオンライン販売業者に目を向けることを強くお勧めします。

さらに、5つのIRエミッターの価格は12ドルです（LEDは可視光のみを放射するため、IR LEDと呼ぶのは技術的に間違っています。「赤外線エミッター」と呼ばれます）、5つのフォトトランジスターはばかげています。IRエミッターはそれぞれ約0.15ドル、フォトトランジスターはそれぞれ約0.30ドルなので、5ピースのセットアップには2.25ドルが必要です。また、これらの価格は少量のスルーホール部品を対象としていることに注意してください。リールを購入する場合や安価なSMD部品を使用する場合は、LEDもフォトトランジスタも$ 0.10以上であってはなりません。

編集

エミッターと検出器のさまざまな可能な構成を決定するには、以下に示すように、チェックする各ペアに視線を引きます。

左側は中央の密度が高く、右側は極端な周辺の確認にかなりの数の視線を使用しています。ライトカーテンのようなセーフティクリティカルなアプリケーションを使用していないため、オブジェクトをたまに見逃すことはありません。また、オブジェクトを中央に集中させる必要があるため（そして、ヒットした場合に誤った結果を与えるため）側）、私は左側のものをお勧めします。

とはいえ、両方を製造するのは難しいでしょう。ここに示すように、長方形の配置を使用することを引き続きお勧めします。

この図は、マイクロコントローラーと、電源、グランド、およびオブジェクトが検出されたときに発行されるパルス用のコネクターを含む上部メインボードを示しています。ドーターカードは直角コネクターに取り付けられています。これにより、対角線を確認せずにエミッター/検出器のペア間に32/5 = 6.4mmの間隔が作成され、カウントを5から6または8（簡単になります）に増やすと、単純な線形スキャンが可能になります。

エミッターと検出器の回路は基本的に同一（および低密度/複雑度）であると考えてください。おそらく、3つのボードすべてを物理的に同一にして、異なる方法で実装するだけでコストを節約できます。マザーボードの場合、ボードの上部にあるSSOPまたはSOICマイクロコントローラーは、I / Oを両側から0.1 "の穴で直角ヘッダーに実行します。ドーターカードの場合は、エミッター/ディテクターフットプリントの列を配置します。 Kingbright APT2012F3C / AA3021P3Sペアなどの機械的に同一のパッケージと底部の抵抗器を見つけるのに十分簡単で、接続をヘッダーに戻します。または、空想を得て、ボードの一方の端をエミッターの接続、もう一方の端を検出器の接続にすることができます。

繰り返しますが、この段階で製造性を考慮した設計について真剣に考えることを強くお勧めします！特に示されているように長いリードタイムがある場合は、信頼性の高い方法で組み立てることができない大量のコンポーネントになりたくないでしょう。少しの労力を早期に投資することで、後で多くの労力を節約できます。

編集＃2：設計案の概略図

この設計ではATtiny40を使用しましたが、使用できるさまざまなコントローラーがあります。外の周りのネットの混乱で申し訳ありませんが、私はまだバスを持っていないきちんとした新しいオンラインエディタ（画像をクリックして開きます）を試しています。

安くて簡単になるかもしれない1つの方法は、レーザーを使用することです。ケビンが言ったように、丸いチューブよりも長方形のチューブでライトカーテンを作る方が簡単です。鏡の内側を接着するか、鏡を磨いて、チューブの内側を反射させます。次に、チューブの穴からレーザーを向けて、フォトトランジスタに当たる前に何度も跳ね返るようにします。ボールが通過するのに十分な大きさの穴がない限り、あなたはそれを検出することが保証されています（私が描いたよりも多くのバウンスが必要な場合があります）。

現在使用しているものに近い別の検知方法は、物事を反転させることです。LEDがフォトトランジスタを照らし、ボールが信号をカットするのではなく、フォトトランジスタがボールから反射された光を検出するように配置してみませんか？

フォトトランジスタに光が当たらないようにLEDを配置します。LEDを非常に明るくします。ボールがLEDを通過すると、照明の下でボールが明るく光り、フォトトランジスタで小さな信号が検出されます。

これまでのところ、このスレッドで提案されている検出器のほとんどはデジタル領域で動作しているように見えるため、デジタル出力をトリガーするために弾丸が光ビームを十分に遮る必要があります。エミッタと検出器は、通過する弾丸またはその影からの反射光のパルスを検出するように配置できるためです。光検出器は、飽和レベル以下で動作し、OOK Op-Amp検出器に結合されたACで動作するアナログである必要があります。

OOK検出器を使用する利点は、バックグラウンドノイズがフィルター処理され、しきい値検出器コンパレーターのバイアスレベルが提供されるため、検出器が入力信号の小さな変化に非常に敏感になることです。背景レベルを超える光レベルの突然の小さな変化は、デジタル出力をトリガーします。入力ハイパスフィルターとバイアスローパスフィルターの時定数を慎重に選択することにより、通過する発射体に関連する光の変化の特徴に対する検出器の全体的な応答を調整し、バックグラウンドノイズのほとんどを除去することができるはずです。周囲光レベルのゆっくりした変化に起因します。

したがって、検出器の高ゲインを使用して、光レベルのわずかな変化を必要なデジタルパルスに変換できます。このようなシステムを構築するための最初のステップは、AC結合オシロスコープをフォロワー構成で配線されたフォトトランジスタに接続して実験し、発光ダイオードとフォトディテクタの最適な配置を調査することです。通過する弾丸の反射または影からの最大の信号。

発射体とチューブの内壁の両方のIRアルベドを知らなければ、どの配置が最良の結果を生み出すかを推奨することはできません。私は、通過する弾丸からの後方散乱光のフラッシュを検出することで、最大の信号対雑音比が得られると思われますが、これには、管のアルベドが非常に低く、弾丸のアルベドが高いことが必要です。

投光器と受光器の両方を選択して、視角が最も広くなるようにすることをお勧めします。オブジェクトは、チューブ全体に光の扇を作り、検出領域を最大化します。常識では、発射体の断面積と管の断面積の比が大きいほど、影が生成する信号対雑音比が高くなることを示しています。

チューブの機能は、周囲光が検出器に与える影響を可能な限り減らすことです。IRエミッターからの光が支配的であれば、IRエミッターの出力を調整して、検出器をその最も感度の高い線形動作領域（検出器応答曲線の最大勾配点）にバイアスすることが可能です。

シンプルなフォトトランジスタをBPX65や高速OP-Ampなどのフォトダイオードに置き換えることで、検出器の速度、感度、ノイズ除去性能をさらに向上させることができます。電圧フィードバックを使用して、フォトダイオードのDCバイアス電圧を一定に保つ回路がいくつかあります。これにより、光電流がダイオードの内部容量の充電に使用されないため、検出器の速度が向上します。このような回路は、低IF変調サブキャリアによるLED光の小振幅変調を使用した、長距離の見通し線、光通信を検討している無線アマチュアが一般的に使用しています。この場合、AM変調指数は通常10％未満、通常は5％です。これは、通過する弾丸によって生成されると予想されるAM信号に似ていますが、

検出器とエミッターの最適な光学配置について考えます。チューブ全体に平行ビームを生成するには、検出器とエミッターの光をコリメートする必要があると思います。これは、対向する放物面反射器の反対側の焦点に検出器とエミッターを配置することで実現できます。これにより、チューブの中心線を横切るIR光の交差ビームと平行ビームの両方が生じるはずです。

チューブを必要な放物線状に成形することは非実用的であるため、放物線状のリフレクターのエッジプロファイルを成形した2枚の厚いプラスチックシートを、チューブの壁に切り込みを入れたスリットを介してチューブの反対側の側壁に挿入することで、このような配置を作成できます。インサートの放物線状のエッジは、Fablonミラー反射テープで覆われています。必要な放物線プロファイルは、必要な曲線をレーザープリンター用紙に印刷し、これを切断用のステンシルマークとして厚さ0.5インチのuPVCプラスチックシートに転写することで作成できます。チューブの円形プロファイルを使用するだけで、この理想的な光学配置がどれだけ改善されるかは、実験または詳細な計算の対象となります。

おそらく、1つのフォトトランジスタを指す複数のLEDが検出可能であり、デッドゾーンが減少する可能性があります。

いくつかの実験をする時間です！また、常にスイートスポットにいることを確認するためのベンチレストも一見の価値があります。

answor allitleを拡張するだけです。Windows PhoneユーザーWp7用のアプリがあります。Wp 7.5 Wp7.8およびWp8。このアプリはCronoPhone（クロノではなく、「h」なし）と呼ばれ、計算機とスタッフを備えた素晴らしいエアソフトアプリです。

しかし、それはまた、あなたが取っているクロノグラフハーウェアを作る方法を説明する詳細なガイドを持っています..さらに、それは受信機からアナログスパイクを見つけるために電話マイクサンプラーを使用するソフトウェアを持っています...そして、MpSを計算します弾丸の。FPSでアプリの計算機を使用するには...

お役に立てば幸いです。RenoberそれはCronoPhoneと呼ばれます（クロノの「h」なし）...