👩🏼‍🚒 🔌 🥈 Telemetrie für Motorradrennen. Teil 1

Ich stand auf dem Trainingsgelände an der markierten Strecke für Moto-Jhana (eine Art Motorsport, die immer beliebter wird) und beobachtete, wie Rundenzeiten auf einer Stoppuhr in einem Smartphone gemessen werden. Es ist klar, dass so genaue Daten nicht erhalten werden können. Zu Hause gab es mehrere Arduine, ein paar Displays, und anscheinend muss für die Montage der automatischen Telemetrie nur ein Paar geeigneter Sensoren gefunden werden, die funktionieren, wenn das Fahrrad vorbeifährt. So begannen viele schlaflose Nächte mit einem Lötkolben, Vim, Dremel und manchmal sogar einer Mühle.

Mit Blick auf die Zukunft - alles hat geklappt, die Geräte haben in allen drei Phasen der [G] -RSBK-Motogimkhan-Meisterschaft erfolgreich funktioniert und werden während des Trainings aktiv eingesetzt. Als Ergebnis wurden gesammelt:

Regler zur Messung der Ankunftszeit
Sensoren für die Steuerung
Anzeigetafel zur Anzeige der Ergebnisse
Schiedsrichterpanel

sowie noch etwas anderes!

Die Sensoren wurden gekauft und nach einer halben Stunde flackerte der Prototyp bereits mit Zahlen auf dem Display. Es stimmt, ich habe mich leicht geirrt zu glauben, dass ich für alles andere genug für mehrere Abende hatte.

Der Artikel enthält keine Schemata in Fritzing - es gibt viele Anleitungen zum Anschließen von Sensoren und Anzeigen im Netzwerk und es gibt keine Quellen - ~~(jeder Programmierer mit Selbstachtung wird sowieso alles wegwerfen und von Grund auf neu schreiben).~~ Ich denke, jeder kann mit dem Intervall zwischen Signalen von zwei Eingängen umgehen. Es stellte sich als viel interessanter heraus, den Prototyp mit den vorhandenen Mitteln und Werkzeugen zunächst in einem für den Transport geeigneten Schuhkarton zusammenzubauen und später in eine produktionsnahe Form zu bringen.

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Bei Wettbewerben startet das Rennen von einer kegelförmigen Startbox aus und folgt dann der Route. Das Ziel ist auch die kegelförmige Startbox neben dem Start. Es werden zwei Sensoren benötigt - die Startkreuzung und die Zielkreuzung. Bisher wurde beschlossen, die Zeit direkt ab dem Abflug des Teilnehmers von der Box zu überprüfen - auf Signal einer Ampel, und der Sensor kann zur Überprüfung des Fehlstarts verwendet werden.

Ja, die Unterhaltung fügt Paarrennen auf zwei identischen Strecken hinzu, was bedeutet, dass es zwei Ausrüstungssätze geben sollte.

Sensoren

Nachdem ich das Sortiment studiert hatte, fand und kaufte ich optische Barrierekreuzungssensoren, die aus zwei Modulen bestehen - einem Sender und einem Empfänger. Ein breiter Bereich der Versorgungsspannung beträgt 6-36 V, das Signal vom Sensor wird am NPN ausgegeben. Bei Tests im Raum erwiesen sie sich innerhalb von Millisekunden als ausgezeichnet - eine Reichweite von mehreren Metern, eine gute Fokussierung des Strahls und die Reaktionsgeschwindigkeit.

Es ist gut, jetzt müssen Sie entscheiden, wie Sie sie füttern, anhängen und lenken möchten. Alle IT-Mitarbeiter wissen, dass Standards gut sind, daher werde ich mit 12 V betrieben und mit Standard-Fotoracks befestigt und geführt.

Emitter

Durch eine erstaunliche Kombination von Umständen stimmte die Größe des Emitters mit der Größe einer Standardbatterie von 18650 überein. Die Lösung kam zu meiner eigenen Entscheidung - einen autonomen Ladekoffer zu nehmen! Am Ende bohrte ich ein Loch für den Sensorbalken und fügte einem Fotostativ für GoPro eine Halterung mit einem gesägten Oberteil, einer Batterie und einem Miniatur-DC / DC-Aufwärtswandler auf 12 V hinzu. Bonus - eine hellgrüne LED, die ein Stück Silikonschlauch beleuchtet, das das Loch für den Strahl umrahmt und beim Einschalten leuchtet.

Die Nachteile des Designs sind die Masse, auch wenn Sie den sequentiellen Doppelspannungsanstieg durch DC-DC-Wandler nicht berücksichtigen - eingebaut bis zu 5 V und gelötet bis zu 12 V. Erstens ist es ein aktives Gerät, das gegenüber Feuchtigkeit instabil ist und aufgeladen werden muss. Zweitens stellte sich heraus, dass die Last von der Stromversorgung des Emitters nicht ausreicht und nach einer Minute die Elektronik der Power Bank ausgeschaltet wird.

Nach langen Versuchen und dem Wegfall absoluter Krückenoptionen habe ich einen Ausweg gefunden - den Shunt-Widerstand für die Strommessung zu finden und zu ersetzen, damit die Platine berücksichtigt, dass das angeschlossene Gerät noch nicht aufgeladen ist. Die Intuition schlug vor, dass dieser Widerstand der größte auf der Platine sein sollte:

Und es spielt keine Rolle, dass dann der SMD-Widerstand sauber verlötet wurde: In den folgenden gekauften Ladefällen erwiesen sich der Stromkreis und die Arbeitslogik als sehr verändert und für meine Zwecke ungeeignet: Die Stromversorgung wurde mit der Taste weiter eingeschaltet und ausgeschaltet - sie wurde nur automatisch, um den Stromverbrauch des angeschlossenen Geräts zu reduzieren. Das ist nur zum Aufladen von Telefonen geeignet.

Trotzdem gibt es mehrere Powerbanks mit der richtigen Logik - genug, um einen funktionierenden Prototyp zu erstellen. Die Nichtoptimierung des Energieverbrauchs ist ebenfalls nicht kritisch - die Batterie hielt zwei Tage im Dauerbetrieb.

Empfänger

Er wusste um unzuverlässige Lieferanten, die Schaltkreise wechseln, und kam zu dem Schluss, dass je zugänglicher und verbreiteter die Komponente ist, desto besser. Dies bedeutet, dass sich die Empfänger in anderen Gebäuden befinden (ursprünglich gab es die Idee, alles in Powerbanks zu erledigen und Daten über einen Funkkanal an einen Controller mit Display zu übertragen).

Quadratisches Aluminiumprofil, 6P4C-Telefonbuchse, Stativhalterung für GoPro, Nieten und viel Schmelzkleber:

Zum Formen von Schmelzwürfeln mit Bauteilen im Inneren habe ich einen Dorn aus Profil verwendet, der mit einem Silikonspray beschnitten wurde. Nach dem Aushärten wird das Werkstück mit leichtem Druck extrudiert.

Zur Vereinfachung der Einstellung sind außerdem zwei in Würfel verschmolzene blinkende LEDs an den Sensorausgang angeschlossen. Wenn Sie also auf die Sensoren zielen, können Sie den Status trotz der Anzeige des Controllers sofort sehen.

Mission erfüllt - fast alle Komponenten können im nächsten Baumarkt gekauft werden! Infolgedessen sieht das Starttor mit den auf den einfachsten Stativen installierten Sensoren folgendermaßen aus:

Controller

Die Steuerung ist sehr einfach: Wenn ein Signal vom ersten Sensor empfangen wird, startet der Timer ab dem zweiten, den er stoppt. Die Uhrzeit wird auf dem OLED-Display angezeigt und mit dem Modul nRF24L01 drahtlos gesendet. Die Schaltung ist ebenfalls primitiv - das Display ist über zwei Drähte über I2C, nRF24L01, verbunden - über vier Drähte über SPI plus Masse und Strom. Signalkabel von zwei Sensoren - über Spannungsteiler zu zwei Eingängen mit Unterstützung für Hardware-Interrupts.

Die ersten Rennen sind bereits unterwegs - Sie müssen sich mit dem Prototyp beeilen. Ich nahm die Powerbank, die mir zur Verfügung stand (mit einem Hardware-Netzschalter), an vier Bänken. Der Platz auf einer Batterie wird vom Display auf der Vorderseite und den Telefonbuchsen auf der Rückseite eingenommen:

Die zweite Batterie wird durch eine Arduino Pro Mini-Platine ersetzt, die auf eine LUT-Leiterplatte, ein Funkmodul und eine Reihe von Widerständen gelötet ist. Es gibt einen Mangel an freiem Speicherplatz - von nun an ist zu berücksichtigen, dass die Drähte den meisten Platz einnehmen:

Egal wie beängstigend es aussieht - das Design hat sich als recht funktionierend erwiesen, und nach einem halben Jahr ist die Powerbank-Platine selbst ausgefallen.

Zum bequemen Debuggen und Aktualisieren der Firmware wurde der serielle USB-Adapteranschluss FT232RL herausgebracht und mit dem seriellen Anschluss des Arduino Pro Mini verbunden. Um die Batterien gleichzeitig über denselben Anschluss aufzuladen, habe ich einen kleinen Trick angewendet: Sie müssen das FTDI-Modul über den VCC-Ausgang des internen Stromkreises des Geräts mit Strom versorgen und den + 5-V-Pin von MiniUSB zum Eingang zum Laden der Power Bank umleiten. Zu diesem Zweck reicht es aus, den Nullwiderstand am Adapter zu verringern und einen Stromabgriff über das obere Kontaktfeld vorzunehmen:

Die naheliegende Möglichkeit besteht darin, nur GND, RX und TX anzuschließen. Das Modul wird über den RX-Pin mit Strom versorgt.

Zweiter Controller

Probefahrten auf der Straße wurden abgehalten, Zeit wird berücksichtigt, die Sensoren registrieren stabil die Kreuzung - Hurra! Und dann - die Konkurrenz auf der Nase, buchstäblich in zwei Wochen. Dies bedeutet, dass die Zeit knapp wird: Sie müssen einen zweiten Satz Sensoren nach einem bereits bewährten Design und einen zweiten Controller zusammenbauen.

Und deshalb liebe ich Arduino - für einen schnellen Start und die Arbeit mit einer großen Menge Eisen, ohne Datenblätter zu lesen.
Der zweite Fall und das schicke, aber teure OLED-Display plus Batterien haben keine Zeit, Post zu bringen. Ich nahm, was zur Hand war: eine Box für kleine Dinge, eine Telefonbuchse, vier Widerstände, einen Arduino Nano, nRF24L01, ein Display, einen Stabilisator KR142EN5A (es gibt immer 12 V Strom auf der Strecke). Buchstäblich drei Lötpunkte, alles andere befindet sich auf Steckbrettdrähten, und eine Stunde später ist der zweite Satz fertig!

Bei Lieferung - die Justiz! Box für Funkgeräte, Arduino Uno, nRF24L01 und ein Paar Displays mit acht Sieben-Segment-Anzeigen. Alles wieder mit Steckbrettdrähten verbunden. In diesem Fall bohrte ich ein Loch für einen USB-Anschluss für die Stromversorgung über eine externe Powerbank oder einen Laptop, Displays - Heißschmelzkleber auf einer transparenten Abdeckung. Das Empfangen eines Pakets über ein Funkmodul und das Anzeigen auf einem von zwei Displays ist keine sehr schwierige Aufgabe. Der Code wurde schnell geschrieben. Das Ergebnis ist eine Jury, die Informationen von Controllern dupliziert, und ein zweiter Satz Telemetrie:

Wettbewerb

Vor dem Wettbewerb habe ich alle Geräte noch einmal überprüft, und das aus gutem Grund: In einem der Controller war Quarz auf Standard 16 MHz und im zweiten auf 16,384 MHz! Unnötig zu erwähnen, dass sie die Zeit anders betrachteten.

Ich lud die Batterien auf und überprüfte die Verbindung - die Funkmodule zeigten sich hervorragend und sendeten Daten von mehreren zehn Metern mit einer Antenne, die auf einer Leiterplatte verdrahtet war. Alle Geräte zusammen sehen schon beeindruckender aus:

Zum Glück war der Renntag warm und trocken - die Ausrüstung wird überleben. Während die Strecke markiert wird, arrangiere ich die Ausrüstung:

Die ersten Rennen beginnen und - Prost, alles funktioniert klar! Es gibt keine Fehlalarme, die Zeit ist sicher verkürzt. Mädchen am Start helfen Athleten, das Fahrrad in das Starttor zu stellen und das Ergebnis im Ziel aufzuzeichnen. Die tragbare Jury hilft ziemlich viel - bei Sonnenlicht sind die LED-Anzeigen des auf dem Asphalt liegenden Controllers fast unsichtbar.

Die Idee hat sich ausgezahlt: Es wurden fast hundert parallele Rennen durchgeführt (und dies sind zweihundert aufgezeichnete Zeiten), es gab keine Ausfälle, und der Unterschied zwischen den ersten beiden Plätzen in der Klasse der Straßenmotorräder betrug 0,1 Sekunden, was manuell schwer zu messen ist. Also ist entschieden: Das Projekt soll sein!

Telemetrie für Motorradrennen. Teil 1 - Prototyp