モデル鉄道の距離と速度を検出するための良い方法は何ですか？

事前に、最新のマイクロコントローラーとそのソフトウェアについての実践的な知識をほとんど認めない必要があります。パワーエンジニアリングと大きなモーターをはるかによく知っています（その45年）。

さて、私の質問：孫にエレクトロニクスに夢中にさせようとしています。彼らは鉄道模型が大好きなので、少しずつ列車監視システムを構築しています。

現在の問題：トラックのパワーを損なうことなく、特定のトラック位置からの機関車の距離（オプションで速度）を検出する。

制御プラットフォーム：Stellaris Launchpad

考慮されるオプション：
*「ダム」固定周波数発振器とロコのRF LEDを備えたTSOPxxxx-速度情報を取得する方法
*トラックサイドのTSOPxxxxとエミッター、ロコからの反射-飛行時間で速度を得ることができます
* 5ボルトの赤色レーザーとセンサーとしての赤色LEDによる破損検出（子供はレーザーが大好きなので...）-速度なし検出位置ごとに複数のデバイスを使用しない検出
*トラックサイドのRFIDタグとコイル（プラスの特定のロコを識別します）-速度情報なし
*超音波距離センサー-ネチズンによって広くサポートされているが、カバー角が広すぎると思われる
*多くの既成モデル鉄道製品の1つ-この演習の目的に反する

それで、これらのアプローチ、または他のアプローチのどれが私にソフトウェアの終わりで最小の悲しみを与えますが、彼らが経験することができる電子設計の手に8から12歳を従事させる十分な機会を含みますか？（こぼれたコーラ以外に）注意すべき落とし穴は何ですか？

列車はNスケール（1：160スケール）です。

他の答えはあなたの要件に優れた入力を提供しました。私の答えは、純粋にモデルトレインの近接（および存在）センシングに集中しており、私が興味を持っているスケールである小さなNおよびTスケールでの同定はありません。

ソフトウェアのシンプルさの必要性を念頭に置いて、赤外線送信機とセンサーの組み合わせをチョップするのが最も簡単です。TSOPデバイスについての言及は、そのパスを既に評価していることを示しています。代わりに、38 KHzのチョップIRを使用した近接センシング用に特別に設計されたTSSP4P38を検討してください。

すでに明らかなことを述べる：電磁波（IR、レーダーなど）の飛行時間による距離センシングは、目的には実用的ではありません。光の速度を考えると、フェムト秒以下の分解能が0〜10に必要です。おそらく使用しているセンチメートルのターゲット距離（1：160 Nスケール）。コメントであなたが言及した「現実の」通過経路では、距離がより大きくなるかもしれないと推測します。

モデル鉄道で使用されるIR反射センサーメカニズムには、通常、反射IR信号の強度が含まれます。これは、機関車のアプローチで逆二乗則ごとに増加します。

デバイスには、TSAL6200のようなIR LEDが必要です。やで、TSSPデータシートの5ページの図のようなものに収められています。この組み合わせは、トラックのタイの間に取り付けられ、片方が各方向に向かいます。十分に低くマウントし、トラックとほぼ平行に向けると、外部オブジェクトの反射が最小限に抑えられ、トラックがウインカーとして機能します。

TSSPの出力は、反射されたIRに比例した持続時間の論理レベルのパルスです。機関車が近づくと、連続するパルスが長くなるので、少なくとも2つの連続したパルス、好ましくはさらにいくつかのパルスを読み取ると、パルスの持続時間のセットが得られ、それによって速度が示されます。データシートから：

TSSP4P38の出力パルス幅は、エミッターの距離または反射物体の距離とほぼ線形の関係にあります。TSSP4P38は、省エネ蛍光灯からのほぼすべてのスプリアスパルスを抑制するように最適化されています。

デバイスの実用的な精度要件にとどまる場合、「高速」と「低速」、「接近」と「後退」、そしてもちろんセンサー範囲内の機関車の存在が実現可能です。

風景などからの静的な反射を考慮して、システムのベースラインを設定する必要があります。また、実際の速度と連続パルス長のキャリブレーションにより、「高速」/「低速」の範囲マッピングが提供されます。

パルス幅は、選択したマイクロコントローラーのタイマー/カウンター入力を使用して測定できます。Arduinoでこれを行うためのいくつかの例がWebにありますが、代わりにStellaris Launchpadを使用することについて述べたように、いくつかの研究が必要になる場合があります。

これはソリューションの高レベルの概要です。特定の側面を明確にする必要があるかどうかお気軽にお問い合わせください。推測では、あなたの述べられた背景を考えると、これは一晩のプロジェクトではありませんが、ホリデーシーズン内に達成可能です。あなたが言及した既製のモデル鉄道製品のいくつかは、このメカニズムを使用しています。

より一般的な距離検知の議論については、以前の質問のこの回答をご覧ください。

場合、私は鉄道模型の自動化された私は、鉄道車両の底部にバーコードラベルを置きます。次に、レール全体にバーコードリーダーを置いて、レール全体に広げます。

これにより、車の位置、速度、およびアイデンティティを検出できます。各車には、機関車だけでなく、独自のバーコードがあります。

この方法の位置検知は、列車がセンサーを通過するときに依存するため、非常にコースです。ただし、ほとんどの場合は正常に機能するはずです。トラック内の重要なポイントには常により多くのセンサーを配置し、それほど重要ではないセンサーはより少なく配置できます。

この方法の大きな利点は、列車1台あたりの価格が非常に低く、レーザーまたはインクジェットプリンターで印刷できるラベルのみであることです。電車ごとの複雑さは非常に低いです。そして、各車に追加される重量も同様に超軽量です。

センサーとしてIR LEDとフォトトランジスタを使用してこれを実装し（これらの両方が組み込まれたコンポーネントがあります）、これらをマイクロコントローラーに接続します。各センサーには独自のマイクロコントローラーがあります。その後、シンプルなネットワーク（RS-485バスなど）を使用して、さまざまなセンサーを接続できます。IR LEDの場合、センサーを肉眼で見るのは困難です。センサー+ MCUあたりの総コストは、小さなPCBを含まずに3米ドル未満になる可能性があります。

道路の交差点の両側にある光遮断器または反射器方式から始めて、接近する列車に信号を送り、点滅する赤色LEDを点灯させます。リモートトラッキングは、列車の通過、直行、および速度のインジケータを備えたトレインマップに接続することもできます。

バーコードスキャナーは、レーザービームの安全性、ラベルスピードトラッキングレート、バーギャップインターバル時間の計算で速度を計算し、コードの内容を検証してソフトウェアで直接イオンを決定するまで、一見シンプルです。

プロジェクトを内訳します。

• システム機能設計
  • 入力、プロセス、出力（誤トリガー拒否を含む）
• エレクトロニクス設計
  • 回路図、BOM、レイアウト
• 光路設計
  • エミッタと検出器のパスと範囲、周波数応答、ノイズ除去
• 構築とテスト
  • 電源をオフにした配線、ノイズフィルタリング、機械的、電気的詳細

IRは、どちらかの側の信号の中断を最も簡単に検出するか、より広い検出範囲で同じ側からの信号の反射を検出できます。2つの隣接する検出器へのシーケンスにより、方向と時間間隔が速度を示します。これは、アナログ方式またはデジタル方式で測定できます。

IRバーコードスキャナーは、一定の速度で検出器を通過するコード、または光の散乱またはブラックカーボンの吸収によって検出されるバーコードを通過するエミッターに依存します。安定したレーザービームを上向きにして、光学レベルを変更して出力を安全なレベルまたは拡散に下げ、迷光の出力密度を下げるために短い光路長に焦点を合わせる必要があります。