Электронная мишень на Arduino

Эта мишень предназначена для фик­сации и подсчёта числа попаданий в её центр пластмассовой пули. В ка­честве "стрелкового" оружия применён пистолет, стреляющий ими. Алгоритм работы мишени следующий. При попа­дании пули в её центр раздаётся корот­кий звуковой сигнал, зажигается свето­диод красного цвета и одновременно на цифровом индикаторе число попа­даний увеличивается на единицу. Через несколько секунд (время на перезаряд­ку) раздаётся троекратный звуковой сигнал и включается светодиод зелёно­го цвета свечения — сигнал разреше­ния стрельбы.

Схема устройства показана на рис. 1. Его основа — плата Arduino Uno, кото­рая и выполняет все операции. Акус­тический преобразователь В1 выпол­няет поочерёдно две функции — датчика попаданий и акустического сигнали­затора. Число попаданий отображает цифровой семиэлементный светодиод­ный индикатор HL1 (с децимальной точкой). Светодиоды HL1 и HL2 сигна­лизируют о состоянии устройства. Ре­зистором R4 устанавливают чувстви­тельность (порог включения) устройст­ва. Оно должно реагировать на попада­ние в центр мишени и не реагировать в любом другом случае.

Рис. 1

После подачи питающего напряже­ния (оно поступает на плату Arduino Uno) надо кратковременно нажать на кнопку SB1 "Сброс". Цифровой индикатор будет погашен, и станет светить свето­диод HL1, разрешающий стрельбу. На аналоговый вход АО Arduino с делителя R2R3 поступает постоянное напряжение около 2,5 В. На аналогичный вход А1 с движка переменного резистора R4 поступает постоянное пороговое на­пряжение, но отличное от 2,5 В. Экспериментально надо установить такой порог, чтобы устройство реагиро­вало только на попадания в центр мише­ни (т. е. акустический преобразователь). При этом на выводе 12 Arduino Uno про­граммно установлен низкий уровень напряжения, т. е. этот выход соединён с минусовой линией питания. В таком состоянии устройство ждёт выстрела.

При попадании пули в центр мишени в аку­стическом преобразо­вателе В1 возникает короткий импульс на­пряжения, который пре­вышает порог, и реги­стрируется попадание. При этом на выводе 13 низкий уровень сме­няется высоким, поэ­тому светодиод НL1 (зелёного свечения) гаснет и станет светить НL2 (красного свече­ния). Одновременно на выходе 12 формиру­ется пачка прямоуголь­ных импульсов часто­той 1 кГц. При высоком уровне на этом выводе он поступает на нижний по схеме вывод преобразователя В1, а транзистор VT1 открывается и соединяет верхний по схеме вывод преобразователя с мину­совой линией питания. Таким образом, на преобразователь поступает весь им­пульсный сигнал, и поэтому он работа­ет как акустический излучатель.

На индикаторе HG1 появляется циф­ра 1, и далее устройство работает по алгоритму, описание которого приведено выше. С каждым точ­ным попаданием число на индикаторе увеличивается на единицу. Чтобы с помо­щью одного семиэлементно­го индикатора можно было индицировать число попада­ний до 19, после цифры 9 включается децимальная точ­ка, которая индицирует деся­ток. Если на индикаторе HG1 будет 5., это означает, что индицируется число 15. Для сброса показаний и начала нового отсчёта надо кратко­временно нажать на кнопку SB1 "Сброс".

Рис. 2

Все детали размещены на односторонней печатной пла­те из фольгированного стек­лотекстолита, которая вы­полнена в виде платы расши­рения (Shield). На ней для подключения к Arduino Uno установлены штыревые разъ­ёмы (вилки). Это позволяет быстро устанавливать и сни­мать Arduino Uno и использо­вать её в других проектах. Чертёж платы и размещение на ней элементов показаны на рис. 2. Внешний вид смонтированной платы показан на рис 3. Разъёмы установлены со стороны печатных проводников.

Рис. 3

Применены постоянные резисторы Р1-4, С2-23, переменный — СП4-1, СП3-4, светодиоды — любые маломощ­ные соответствующего цвета свечения, индикатор — семиэлементный с деци­мальной точкой и общим катодом, тран­зистор — маломощный, подойдёт лю­бой из серии КТ3102. Кнопка — ТС-0409 или аналогичная с длинными выводами и толкателем, на плате она закреплена с помощью подставки и клея. Разъёмы ХР1, ХР2 — однорядные вилки PLS-10.

В качестве акустического преобра­зователя В1 применена пьезокерами­ческая головка Siemens с маркировкой Н8 от телефонной трубки настольного телефона. Диаметр её корпуса — 48 мм. Перфорированный защитный экран пьезокерамического преобразователя не очень толстый и может деформироваться при попадании пули, поэтому его желательно защитить металличе­ской пластиной, в которой надо сделать акустические отверстия и можно нари­совать центр мишени.

Для корпуса устройства и самой мишени применены подручные мате­риалы. Корпус изготовлен из прозрач­ной коробки от гибких дисков 3,5", мишень — из DVD-диска (рис. 4). Пла­та устройства с помощью клея и стоек закреплена в корпусе с внутренней сто­роны передней панели. В ней сделаны два отверстия: одно — для движка переменного резистора, второе — для толкателя кнопки. Поскольку корпус устройства прозрачный, было решено его покрасить. Предварительно места на передней панели, где расположены индикатор и светодиоды, были защи­щены отрезками липкой ленты. После покраски эти отрезки удаляют.

Рис. 4

Центральное отверстие DVD-диска увеличивают, чтобы в него вошёл акус­тический преобразователь. При этом преобразователь надо изоли­ровать от диска с помощью ре­зиновой демпфирующей про­кладки, чтобы ослабить акусти­ческие колебания, возникаю­щие при попадании пули в диск.

Нестабилизированный ис­точник питания напряжением 7...12 В подключают к гнезду питания платы Arduino Uno. По­этому в боковой стенке корпуса сделано отверстие для штеке­ра блока питания. При желании можно сделать отверстие и для подключения USB-разъёма, тогда в Arduino Uno можно будет загружать код, не выни­мая её из корпуса устройства.

Мишень с концентрически­ми кругами, в центре которой размещён преобразователь  В1, соединена с платой двух­проводным кабелем. В автор­ском варианте (рис. 4) мишень приклеена к корпусу, но её можно размещать и отдельно от устройства. Форма и разме­ры мишени, как, впрочем, и алгоритм работы устройства, могут быть другими, это зави­сит от желания того, кто изго­тавливает устройство. Не из­меняя аппаратную часть, мож­но существенно изменить программу и тем самым алгоритм работы устройства. Например, давать разре­шение на стрельбу на короткое время через случайные промежутки времени или ограничить общее время стрельбы для одного стрелка.

Скачать архив к проекту

Автор: И. НЕЧАЕВ, г. Москва1
Источник: Радио №6/2017

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/35314

Добавить комментарий