👨🏻‍🎨 😫 🤲🏾 Telemetria para corridas de moto. Parte 1

De pé no campo de treinamento, perto da pista marcada para moto-jhana (um tipo de esporte a motor ganhando popularidade), observei como os tempos das voltas são medidos em um cronômetro em um smartphone. É claro que dados precisos não podem ser obtidos assim. Em casa, havia vários arduins, alguns monitores e, ao que parece, tudo o que é necessário para montar a telemetria automática é encontrar um par de sensores adequados que funcionem quando a bicicleta passa. Assim começaram muitas noites sem dormir com ferro de soldar, vim, dremel e às vezes até moedor.

Olhando para o futuro - tudo acabou, os dispositivos funcionaram com sucesso nas três etapas do campeonato [G] -RSBK de motogimkhan e são usados ativamente durante o treinamento. Coletados como resultado foram:

controlador para medir a hora de chegada
sensores para o controlador
placar para exibir resultados
painel de árbitros

bem como outra coisa!

Os sensores foram comprados e, após meia hora, o protótipo já estava piscando com os números no visor. É verdade que me enganei um pouco ao acreditar que, por tudo o mais, eu tinha o suficiente por várias noites.

O artigo não possui esquemas em Fritzing - existem muitos guias sobre como conectar sensores e monitores na rede e não há fontes - ~~(todo programador que se preze arrisca tudo e escreve do zero de qualquer maneira)~~ Acho que todos podem lidar com o intervalo entre os sinais de duas entradas. Usando os meios e as ferramentas disponíveis, tornou-se uma tarefa muito mais interessante montar o protótipo em uma caixa de sapatos adequada para o transporte e depois trazê-lo para uma forma de quase produção.

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Nas competições, a corrida começa a partir de uma caixa de largada com cone limitado, depois segue a rota, e o final também é para a caixa com limitador de cone localizada ao lado da largada. São necessários dois sensores - o cruzamento inicial e o cruzamento final. Até o momento, foi decidido verificar o horário diretamente da saída do participante da caixa, no futuro - ao sinal de um semáforo, e o sensor pode ser usado para verificar o início falso.

Sim, o entretenimento adiciona raças de pares em duas faixas idênticas, o que significa que deve haver dois conjuntos de equipamentos.

Sensores

Tendo estudado a variedade, encontrei e comprei sensores ópticos de barreira de cruzamento de feixe, constituídos por dois módulos - um transmissor e um receptor. Uma ampla faixa de tensão de alimentação é de 6-36V, o sinal do sensor é de saída NPN. Durante os testes na sala, eles provaram ser excelentes - um alcance de vários metros, boa focagem do feixe e velocidade de resposta - em milissegundos.

É bom, agora você precisa decidir como alimentá-los, anexá-los e direcioná-los. Todos os funcionários de TI sabem que os padrões são bons, por isso poderei usar 12V e prender e guiar com os racks de foto padrão.

Emissores

Por uma incrível combinação de circunstâncias, o tamanho do emissor coincidiu com o tamanho de uma bateria padrão 18650. A solução foi minha própria decisão - levar um estojo de carregamento autônomo! No final, fiz um furo para o feixe do sensor, adicionei uma montagem a um tripé fotográfico para a GoPro com uma tampa serrada, uma bateria e um conversor DC-DC miniatura para 12V. Bônus - um LED verde brilhante que ilumina um pedaço de mangueira de silicone que enquadra o orifício da viga, brilhando quando ligado.

As desvantagens do projeto são a massa, mesmo que você não leve em consideração o aumento seqüencial de dupla voltagem dos conversores DC-DC - embutidos até 5V e soldados até 12V. Em primeiro lugar, é um dispositivo ativo que é instável à umidade e requer carregamento. Em segundo lugar, verificou-se que a carga da fonte de alimentação do emissor não é suficiente e, após um minuto, os componentes eletrônicos do banco de potência são desligados.

Após longos testes e a rejeição de opções absolutamente de muleta, encontrei uma saída - localize e substitua o resistor de derivação para a medição de corrente, para que a placa considere que o dispositivo conectado ainda não foi carregado. A intuição sugeriu que esse resistor fosse o maior da placa:

E não importa que a resistência smd tenha sido bem soldada: nos seguintes casos de carregamento adquiridos, o circuito elétrico e a lógica do trabalho acabaram mudando muito, tornando-se inadequados para os meus propósitos: a energia continuou ligando com o botão e desligou - só se tornou automaticamente para reduzir o consumo atual do dispositivo conectado, adequado apenas para carregar telefones.

No entanto, existem vários bancos de potência com a lógica correta em mãos - o suficiente para criar um protótipo funcional. A não otimização do consumo de energia também não é crítica - a bateria durou dois dias de operação contínua.

Receptores

Conhecendo fornecedores não confiáveis que trocam circuitos, ele concluiu que quanto mais acessível e difundido o componente, melhor. Isso significa que os receptores estarão em outros prédios (inicialmente havia uma idéia de fazer tudo dentro dos bancos de potência e transmitir dados por um canal de rádio para um controlador com uma tela).

Perfil quadrado de alumínio, tomada de telefone 6P4C, suporte para tripé para GoPro, rebites e muito adesivo hot melt:

para formar cubos hot melt com componentes internos, usei um mandril de perfil aparado com spray de silicone - após o endurecimento, a peça é extrudada com uma leve pressão.

Além disso, por conveniência, dois LEDs intermitentes fundidos em cubos são conectados à saída do sensor: assim, ao direcionar os sensores, você pode ver imediatamente o status, apesar da tela do controlador.

Missão cumprida - quase todos os componentes podem ser comprados na loja de ferragens mais próxima! Como resultado, o portão de partida com sensores instalados nos tripés mais simples é assim:

Controlador

O controlador é muito simples - quando um sinal é recebido do primeiro sensor, o timer inicia, a partir do segundo em que ele pára. A hora é exibida no visor OLED e enviada pelo ar usando o módulo nRF24L01. O circuito também é primitivo - o monitor é conectado por dois fios via I2C, nRF24L01 - por quatro fios via SPI, mais terra e energia. Fios de sinal de dois sensores - através de divisores de tensão para duas entradas com suporte para interrupções de hardware.

As primeiras corridas já estão a caminho - você precisa se apressar com o protótipo. Peguei o banco de potência que estava à mão (com um botão de energia do hardware) em quatro bancos. O local da bateria será ocupado pelo visor na frente e as tomadas telefônicas no verso:

A segunda bateria é substituída por uma Arduino Pro Mini PCB, soldada em uma placa de circuito fabricada pela LUT, em um módulo de rádio e em vários resistores. Há uma escassez de espaço livre - daqui em diante vale a pena considerar que os fios ocupam mais espaço:

por mais assustador que pareça - o design acabou funcionando bastante e, depois de meio ano, o próprio conselho do banco de potência falhou.

Para facilitar a depuração e atualização do firmware, a porta do adaptador serial USB do FT232RL foi trazida e conectada à porta serial do Arduino Pro Mini. Para carregar as baterias pelo mesmo conector ao mesmo tempo, apliquei um pequeno truque: você precisa alimentar o módulo FTDI através da saída VCC do circuito interno do dispositivo e redirecionar o pino de + 5V do MiniUSB para a entrada para carregar o banco de potência. Para fazer isso, basta eliminar a resistência zero do adaptador e fazer um toque de energia no painel de contato superior:

A maneira óbvia é conectar apenas GND, RX e TX não funcionará: o módulo receberá energia através do pino RX.

Segundo controlador

Foram realizados passeios experimentais na rua, o tempo é considerado, os sensores registram de forma estável o cruzamento - viva! E então - a competição no nariz, literalmente, em duas semanas. Isso significa que o tempo está se esgotando: você precisa montar um segundo conjunto de sensores de acordo com um projeto já comprovado e um segundo controlador.

E é por isso que eu amo o Arduino - para começar rapidamente e trabalhar com uma enorme quantidade de ferro sem ler as folhas de dados.
O segundo gabinete e o elegante, mas caro display OLED, além de baterias, não terão tempo para trazer correspondência. Peguei o que estava à mão: uma caixa para coisas pequenas, uma tomada de telefone, quatro resistores, um Arduino Nano, nRF24L01, alguns monitores, um estabilizador KR142EN5A (sempre há energia de 12V na pista). Literalmente três pontos de solda, todo o resto está em fios de tábua de pão e uma hora depois o segundo conjunto está pronto!

Na entrega - o painel judicial! Caixa para equipamento de rádio, Arduino Uno, nRF24L01 e um par de displays com oito indicadores de sete segmentos. Conectou tudo de novo com fios da tábua de pão No caso, perfurei um orifício para uma porta USB para ligar a partir de um banco de energia externo ou laptop, monitores - adesivo hot melt anexado a uma tampa transparente. Receber um pacote através de um módulo de rádio e exibi-lo em um dos dois monitores não é uma tarefa muito difícil, o código foi escrito rapidamente. O resultado é um painel de juízes duplicando informações dos controladores e um segundo conjunto de telemetria:

Concorrência

Antes da competição, verifiquei todos os dispositivos novamente, e por boas razões: em um dos controladores o quartzo estava no padrão de 16 MHz e no segundo - 16.384 MHz! Escusado será dizer que eles consideraram o tempo de maneira diferente.

Carreguei as baterias e verifiquei a conexão - os módulos de rádio se mostraram excelentes, transmitindo dados dezenas de metros com uma antena conectada a uma placa de circuito impresso. Todos os dispositivos juntos já parecem mais impressionantes:

para dar sorte, o dia da corrida acabou quente e seco - o equipamento sobreviverá. Enquanto a pista está sendo marcada, estou organizando o equipamento:

As primeiras corridas começam e - vivas, tudo funciona claramente! Não há falsos positivos, o tempo é cortado com certeza. As meninas no início ajudam os atletas a colocar a bicicleta no portão de largada e registrar o resultado no final. O painel portátil de juízes ajuda bastante - sob a luz do sol, os indicadores LED do controlador no asfalto são quase invisíveis.

A ideia valeu a pena: quase cem corridas paralelas foram realizadas (e isso são duzentas vezes registradas), não houve falhas e a diferença entre os dois primeiros lugares na classe de motocicletas de estrada foi de 0,1 segundos, o que é difícil de medir manualmente. Então está decidido: o projeto deve ser!

Telemetria para corridas de moto. Parte 1 - Protótipo