مستشعر النرد بالأشعة تحت الحمراء: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

اسمي كالفن وسأوضح لك كيفية صنع مستشعر النرد بالأشعة تحت الحمراء وشرح كيفية عمله.

أنا حاليًا طالب في جامعة تايلور أدرس هندسة الكمبيوتر وفريقي وقد طُلب مني تصميم وبناء آلية يمكنها فرز أي كائن يمكن احتوائه في مربع بحجم 1 بوصة. كان من الممكن أن نسلك الطريق السهل واخترنا فرز m & m باستخدام مستشعر ألوان بسيط ، لكننا قررنا أن نذهب إلى أبعد من ذلك ونفرز النرد حسب الرقم الموضح. بعد ساعات لا تحصى من محاولة العثور على دليل حول كيفية قراءة وجه النرد ، صادفت هذا الرابط هنا:

makezine.com/2009/09/19/dice-reader-versio…

ومع ذلك ، لم يعطيني هذا الرابط أكثر من مجرد فكرة عن كيفية قراءة وجه النرد ، لذلك باستخدام الفكرة التي تم تقديمها ، ذهبت في طريقي لبناء وتطوير جهاز استشعار يمكن توصيله بـ Arduino بكل سهولة ويمكن قراءة وجه النرد بأكبر قدر ممكن من الدقة ، مما يمنحنا مستشعر النرد بالأشعة تحت الحمراء.

اللوازم

الآن إلى الإمدادات:

سوف تحتاج:

1 × اردوينو أونو

5 × مستقبلات الأشعة تحت الحمراء

5 × بواعث الأشعة تحت الحمراء

www.sparkfun.com/products/241

مقاومات 5 × 270 أوم

مقاومات 5 × 10 كيلو أوم

1 × 74HC595N رقاقة

رؤوس ذكور مختلفة

1 × لوحة النموذج الأولي (إذا كنت لا تحصل على لوحة طحن مخصصة)

الخطوة 1: فهم كيف يعمل

يستخدم هذا المستشعر 5 مواقع نقطية لقراءة وجوه النرد. يستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء للارتداد عن وجه النرد في هذه المواقع ويخبر وحدة التحكم ما إذا كانت بيضاء أو سوداء.

قد تتساءل ، لماذا 5 نقاط فقط إذن؟ ألن تحتاج إلى كل 9 لقراءة النرد بفعالية؟

حسنًا ، نظرًا لتماثل النرد ، فإن استخدام 5 مواقع محددة على النرد يمكن أن يكون كافيًا لمعرفة الفرق بين الأرقام المختلفة على النرد بغض النظر عن الاتجاه (الصورة 1). هذا يجعل مستشعر النرد أكثر كفاءة لأنه يبحث فقط عن ما يحتاجه بالضبط ولا شيء إضافي.

ينتقل الباعث تمامًا أسفل جهاز الاستقبال الموجود على المستشعر في كل موقع من هذه النقاط الخمسة ، ثم يقوم المستشعر بإصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء ثم يقرأ جهاز الاستقبال كمية ضوء الأشعة تحت الحمراء التي ترتد من وجه النرد. (الصورة 3) إذا كانت القيمة المتلقاة أكبر من أرقام المعايرة المحددة ، فسيرى المستشعر تلك البقعة كنقطة ، وإن لم يكن كذلك ، فهي مساحة بيضاء. (الصورة 2)

الخطوة الثانية: التصميم والتخطيط

تتمثل الخطوة الأولى لبناء جهاز استشعار النرد في إنشاء المخططات ، ويمكن أن يكون هذا إما أصعب أو أسهل خطوة في التطوير. تحتاج أولاً إلى برنامج يسمى EAGLE بواسطة Autodesk ، وكان هذا هو البرنامج الذي استخدمته لإنشاء المخططات.

لقد قمت بتضمين نوعين مختلفين من المخططات ، أحدهما يحتوي على شريحة تسجيل التحول للمساعدة في جعل المستشعر أكثر دقة ، والآخر بدون شريحة تسجيل التحول ، ومع ذلك ، لن يعمل هذا التخطيطي مع الكود الذي سأقدمه لاحقًا ، لذلك سيتعين عليك تطوير شيء ما بنفسك.

لقد قمت أيضًا بتضمين تخطيط اللوحة الخاصة بي للمستشعر الذي صممته باستخدام سجل الإزاحة.

لبدء تصميم اللوحة ، لديك 5 أجهزة استقبال للأشعة تحت الحمراء و 5 بواعث للأشعة تحت الحمراء ، وتتطلب أجهزة الاستقبال مقاومًا بقوة 10 كيلو بايت وتتطلب بواعث المقاومة 270 أوم ، لذلك لكل عنصر من هذه العناصر ، يمكنك الانتقال من:

VCC (5V) -> المقاوم -> دبوس قراءة تناظري -> مستقبل الأشعة تحت الحمراء -> GND

VCC (5V) -> المقاوم -> باعث الأشعة تحت الحمراء -> GND

يخرج دبوس القراءة التناظرية بين المقاوم وجهاز استقبال الأشعة تحت الحمراء كفرع آخر ويذهب إلى الدبوس التناظري في Arduino. تحتاج أيضًا إلى التأكد من أن المرسل يذهب مباشرة أسفل جهاز الاستقبال ، لقد ارتكبت هذا الخطأ في المرة الأولى التي قمت فيها بذلك وحصلت على نتائج سيئة للغاية ، لذا تأكد من أن جهاز الاستقبال يذهب إلى القمة.

في لوحي المخصص ، أستخدم سجل الإزاحة لتوفير الطاقة لكل من أزواج الباعث والمستقبل واحدًا تلو الآخر لتجنب أي ضوء IR ينزف من بواعث أخرى. يمنحني هذا قراءة أكثر دقة من كل موقع من مواقع النقطة ، إذا اخترت عدم استخدام سجل التحويل ، فسيظل يعمل من أجلك ، وقد يكون أقل دقة قليلاً. في سجل التحويل ، يمكنك ضم المسامير 3-4 و7-8 معًا ، نظرًا لأنه ليس من الضروري تمامًا الاحتفاظ بها كرؤوس. لقد تركتهم كرؤوس ووضعت قفزات على الرؤوس في حال أردت القيام بالتطوير في المستقبل.

بعد أن تقوم بتصميم التخطيطي ، تحتاج إلى عمل تخطيط لوحة التخطيطي الخاص بك. يمكن أن يصبح هذا الجزء صعبًا للغاية لأنه يجب عليك التأكد من عدم تداخل مساراتك والتأكد من أن مساراتك وثقوبك تتوافق مع مواصفات جهازك. يحتوي تخطيط اللوحة التي أرفقتها على الأحجام المحددة للجهاز الذي استخدمته لطحن اللوح الخاص بي. أمضيت بضع ساعات في وضع اللوحة لتكون صغيرة بقدر ما يمكنني صنعها. لا يزال هناك مجال للتحسين في هذا المنتدى ولكنه نجح معي ، لذا تركته كما هو. يوجد إصدار مع GND نحاسي يربط بين جميع العناصر الأرضية ، وإصدار بدون إرفاق.

يمكنك أيضًا استخدام المخطط الخاص بك لبنائه على لوح التجارب أو لوحة النموذج الأولي ، حيث يسهل الحصول عليها وهي خيار أرخص نظرًا لأنه لا يتعين عليك طحن لوحة مخصصة.

بمجرد الانتهاء من تصميم اللوحة ، يمكنك الانتقال إلى الخطوة التالية!

الخطوة الثالثة: بناء المجلس

يعتمد هذا الجزء كليًا على الطريقة التي تريد إنشاء اللوحة بها. لقد أنشأت المستشعر على لوحة نموذج أولي لاختبار ما إذا كان المفهوم يعمل ومدى دقته ، لذلك اتبعت المخطط بدون سجل التحول وأنشأت اللوحة. يجب عليك التأكد من وضع كل شيء حتى لا تتداخل الخطوط ، ولا تقوم بطريق الخطأ بلحام الخطوط التي لا ينبغي توصيلها. عند القيام بذلك على لوحة نموذجية ، يجب أن تكون حذرًا للغاية ، لذا خذ وقتك ولا تتعجل. يجب أيضًا توخي الحذر من الأسلاك المفتوحة لأنها يمكن أن تتحرك وتتسبب في حدوث قصور في النظام.

إذا اخترت طحن اللوح ، فستكون هذه العملية أبسط. أرسل ملف اللوحة إلى الطاحونة بإعدادات الطاحونة المحددة. إذا كنت تفعل ذلك بنفسك ، تأكد قبل أن تخرجه ، تأكد من طحن كل النحاس بشكل صحيح بعمق كافٍ ، اللوحة الأولى التي صنعتها ، لم يتم طحن النحاس بعمق كافٍ واضطررت إلى طحن لوح آخر.

تأكد من أن كل شيء ملحوم باللوحة في التخطيط المطلوب وتأكد من أن تأخذ وقتك ، وإذا كنت تقوم باللحام على PCB ، فتأكد من أنك تقوم باللحام على الجانب الصحيح من اللوحة.

عند ارتداء أجهزة استقبال وبواعث الأشعة تحت الحمراء ، تأكد من أن الباعث أسفل جهاز الاستقبال تمامًا. سيكون عليك اللعب بثني أرجل مكونات الأشعة تحت الحمراء لوضعها في المكان المناسب. احتفظ بنرد في متناول اليد أيضًا للتحقق مما إذا كانت مواقع النقطة هي المكان الذي يجب أن تكون فيه.

بمجرد الانتهاء من لحام كل شيء وإضافته إلى اللوحة ، فأنت تقوم ببرمجة المستشعر.

الخطوة الرابعة: برمجة المجلس

هذا هو الجزء الصعب من جعل المستشعر دقيقًا قدر الإمكان ، وبرمجة اللوحة. لحسن الحظ ، لقد أنشأت مكتبة لتستخدمها مع المستشعر الذي تم إنشاؤه حديثًا لجعل البرمجة أسهل بكثير ، ومع ذلك ، سيتعين عليك معايرة المستشعر اعتمادًا على الإضاءة حيث يوجد هذا المستشعر.

للبدء ، يجب أن يكون لديك Arduino للتفاعل مع هذا المستشعر. يستخدم 5 دبابيس تناظرية و 3 دبابيس رقمية.

لديك القدرة على استخدام المكتبة التي أنشأتها لاختيار دبابيسك التناظرية والرقمية ، لكنني سأشرحها باستخدام المسامير التي قمت بها للتفاعل مع المستشعر. لقد قمت بتمييز الصورة المرتبطة بأرقام الدبوس والمربعات الملونة حول مجموعة المسامير لشرح بسهولة أي مقابس الدبوس في المكان.

على المستشعر ، تنتقل السنون 1-5 الأحمر إلى A0-A4 ، لذا ينتقل الأحمر 1 إلى A0 وهكذا. تتطلب الدبابيس 1-8 White مزيدًا من الشرح.

أبيض 1 - دبوس البيانات ، هذا هو المكان الذي يرسل فيه Arduino البيانات إلى سجل الإزاحة. لقد قمت بتعيين هذا الدبوس على الرقم الرقمي 3 على Arduino

أبيض 2 - Q0 ، عفا عليه الزمن في هذه الحالة ، قمت بتضمينه في حال قررت التوسيع على الإطلاق

الأبيض 3 و 4 - سيتم إقرانهما ، يمكنك إما لحام هذين معًا أو استخدام وصلة عبور كما فعلت.

أبيض 5 - دبوس مزلاج ، دبوس مهم جدًا يمثل الخطوة الأخيرة في العملية لرؤية النقاط تعمل وتغلق. لقد قمت بتعيين هذا الدبوس على رقم 12 على Arduino

White 6 - Clock Pin ، هذا يوفر الساعة من Arduino إلى سجل الإزاحة. لقد قمت بتعيين هذا على الرقم الرقمي 13.

الأبيض 7 و 8 - سيتم إقرانهما ، يمكنك إما لحام هذين معًا أو استخدام وصلة عبور كما فعلت.

بجوار المربع الأبيض ، لديك دبابيس الأرض و VCC. يجب عليك توفير 5 فولت من Arduino أو مصدر آخر لتشغيل هذا المستشعر.

يمكن العثور على أرقام موقع PIP في الكود.

الآن بعد أن قمت بتوصيله ، علينا معايرته. كان هدفي هو إنشاء برنامج نصي يمكنه معايرته من أجلك ، لكن الوقت نفد مني للقيام بذلك. عند المعايرة ، يجب أن تتأكد من أن المستشعر في بيئة إضاءة خاضعة للرقابة تستشعر حساسيته للضوء الخارجي المستنتج. يجب أن تحصل على قيمة من كل موقع نقطة بنقطة سوداء ونقطة بيضاء ومتوسط الفرق. لقد استخدمت جانبين فقط من النرد للمعايرة ، واستخدمت الجانب 1 والجانب 6 والجانب 6 استدارة 90 درجة. بمجرد حصولك على رقم بالأبيض والأسود لكل موقع من مواقع النقطة ، ستحتاج إلى حساب متوسطهما والعثور على منتصف الرقمين. على سبيل المثال ، إذا حصلت على 200 للأبيض من موقع النقطة الأول ، و 300 للقيمة المظلمة لموقع النقطة الأول ، فسيكون رقم المعايرة 250. بمجرد القيام بذلك لجميع مواقع النقاط الخمسة ، يكون المستشعر الخاص بك مناسبًا معايرة ، ثم يمكنك استخدام النرد. للحصول على الوجه الحالي للنرد.

الخطوة 5: التطبيق

لقد نجحت الآن في إنشاء مستشعر النرد! تهانينا! لقد كان هذا طريقًا طويلاً من التجربة والخطأ بالنسبة لي لإنشاء هذا المستشعر ، لذلك فإن هدفي هو مساعدة أي شخص يرغب في إنشاء جهاز استشعار النرد.

لقد قمت بتضمين بعض الأمثلة على المشروع الذي قمنا ببنائه باستخدام هذا المستشعر. في الصورة الأولى ، استخدمنا عجلة مجداف لوضع النرد بشكل صحيح فوق المستشعر في كل مرة. كانت الصورة الثانية هي المنتج النهائي لمشروعنا ، وستدور القاعدة اعتمادًا على وجه النرد ، والصورة الثالثة عبارة عن صندوق عرض صممته وصنعته لعرض هذه المستشعرات.

احتمالية وجود هذا المستشعر لا حصر لها إذا ركزت على ذلك. أتمنى أن تجد هذا البرنامج التعليمي ممتعًا وتعليميًا ، وآمل أن تحاول صنعه بنفسك.

بارك الله!