Χρονογράφος αεροβόλο όπλο, χρονοσκόπιο. 3D εκτύπωση: 13 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Γεια σε όλους, σήμερα θα ξαναεπισκεφτούμε ένα projet που έχω κάνει το 2010. Ένας χρονογράφος αεροβόλου όπλου. Αυτή η συσκευή θα σας πει την ταχύτητα ενός βλήματος. Pellet, BB ή ακόμα και μαλακή πλαστική μπάλα BB αέρα.

Το 2010 αγόρασα ένα αεροβόλο τουφέκι για διασκέδαση. Χτυπούσε δοχεία, μπουκάλια, στόχο. Γνωρίζω ότι η ταχύτητα αυτού του όπλου ήταν έως 500 πόδια/δευτ. Γιατί είναι ο νόμος του Καναδά. Διατίθενται ισχυρότερα αεροβόλα τουφέκια, αλλά πρέπει να έχετε άδεια και δεν μπορείτε να τα αγοράσετε στην Walmart.

Τώρα είχα αυτήν την άδεια, θα μπορούσα να αγοράσω άλλη. Αλλά σύντομη ιστορία, το ίδιο όπλο ήταν διαθέσιμο στις ΗΠΑ με ταχύτητα 1000 πόδια/δευτ. ΤΙ!? Το ίδιο όπλο; ναι … Στον Καναδά, το κτύπημα έχει μια τρύπα και το ελατήριο είναι πιο μαλακό.

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να γεμίσετε την τρύπα. Αυτό έκανα με το συγκολλητικό. Το επόμενο πράγμα που πρέπει να κάνετε ήταν να παραγγείλετε ένα ελατήριο αντικατάστασης. Αλλά περιμένετε … ποια είναι η τρέχουσα ταχύτητα του νέου παιχνιδιού μου; Είναι πραγματικά απαραίτητη η άνοιξη; Δεν ξερω και θελω να μαθω. Θέλω να μάθω τώρα αλλά πώς;

Γι 'αυτό έκανα αυτό το έργο. Το μόνο που χρειάστηκα ήταν 2 αισθητήρες, ένα uC και μια οθόνη και ασχολούμαστε.

Την περασμένη εβδομάδα, είδα τον παλιό μου μπλε χρονογράφο σε ένα ράφι και μιλάω στον εαυτό μου: "Γιατί να μην το μοιραστώ αυτό και να κάνω ένα διδακτικό με αυτό;" Και παρεμπιπτόντως, θα μπορούσαμε να αυξήσουμε την ακρίβεια και να προσθέσουμε μια ένδειξη μπαταρίας. Βάλτε 1 κουμπί αντί για 2 για ενεργοποίηση/απενεργοποίηση. Όλη η επιφάνεια στήριξης. Είμαστε τώρα στο 2020!

Ορίστε λοιπόν … ας ξεκινήσουμε!

Βήμα 1: Χαρακτηριστικό

-Ταχύτητα σφαιριδίων

-Ταχύτητα

-20 mhz τρέξιμο, τεράστια ακρίβεια

-Αυτόματη απενεργοποίηση

-Εμφανίζεται η τάση της μπαταρίας

-διατίθεται σχηματικό

-pcb διαθέσιμο

-διαθέσιμη λίστα μερών

-STL διαθέσιμο

-C κωδικός διαθέσιμος

Βήμα 2: Θεωρία λειτουργίας και ακρίβειας

-Έχουμε uC που λειτουργεί στα 20Mhz. Ο ταλαντωτής που χρησιμοποιείται είναι TCX0 +-2,5 ppm

-Έχουμε 2 αισθητήρες σε απόσταση 3 ιντσών ο ένας από τον άλλο.

-Το βλήμα χτύπησε τον πρώτο αισθητήρα. έναρξη καταμέτρησης uC (χρονόμετρο 1)

-Το βλήμα χτύπησε τον δεύτερο αισθητήρα. uC σταματήστε να μετράτε.

-uC ελέγξτε την τιμή του χρονοδιακόπτη1, κάντε τα μαθηματικά και εμφανίστε την ταχύτητα και την ταχύτητα.

Χρησιμοποιώ χρονοδιακόπτη 16 bit1 + τη σημαία υπερχείλισης tov1. Σύνολο 17 bit για 131071 "tic" για πλήρη καταμέτρηση.

1/20 mhz = 50 ns Κάθε τικ είναι 50ns

131071 x 50 ns = 6.55355 ms για να κάνετε 3 ίντσες.

6.55355 ms x 4 = 26.21 ms για να κάνετε 12 ίντσες.

1/26.21 ms = 38.1472637 πόδια/δευτ

Αυτή είναι η πιο αργή ταχύτητα που μπορεί να μετρήσει η συσκευή.

Γιατί 20 mhz; Γιατί δεν χρησιμοποιείτε το εσωτερικό 8 mhz ή ακόμα και ένα cristal;

Η πρώτη μου συσκευή χρησιμοποίησε τον εσωτερικό ταλαντωτή. Δούλευε αλλά αυτό δεν ήταν αρκετά ακριβές. Η παραλλαγή είναι πολύ μεγάλη. Ένα κρυστάλλινο είναι καλύτερο, αλλά η θερμοκρασία είναι διαφορετική συχνότητα. Δεν μπορούμε να κάνουμε μια ακριβή συσκευή μέτρησης με αυτό. Επίσης, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο περισσότερο tic θα μετρηθεί για την ίδια ταχύτητα. Η δειγματοληψία θα είναι καλύτερη για να έχει πολύ καλή ακρίβεια. Επειδή ένα τικ δεν μπορεί να διαιρεθεί, η απώλεια είναι μικρή αν ο κύκλος εργασίας είναι γρήγορος.

Στα 20 MHz έχουμε βήματα των 50 ns. Γνωρίζουμε πόσο ακριβής είναι 50 ns για ένα βλήμα στα 38 ft/s.

38,1472637 ft/s διαιρούμενο με 131071 = 0, 000291042 πόδια

0, 0003880569939956207 πόδια x 12 = 0, 003492512 ίντσες

1/0, 003492512 = 286,37 ". Με άλλα λόγια. Στα 50 ft/s έχουμε ακρίβεια +- 1/286" ή +- 0, 003492512 ίντσες

Αλλά αν ο ταλαντωτής μου είναι ο χειρότερος και λειτουργεί στα 20 mhz +2,5 ppm είναι εντάξει; Ας ανακαλύψουμε…

2,5 ppm των 20 000 000 είναι: (20000000/1000000) x 2,5 = 20000050 Hz

Έτσι το χειρότερο σενάριο έχουμε 50 ακόμη ρολόγια στα 20 mhz. Είναι 50 ρολόγια σε 1 δευτερόλεπτο. Πόσα τικ περισσότερα στο χρονόμετρο1 αν το pellet κάνει την ίδια ταχύτητα (38.1472637 πόδια/δευτ. Ή 6.55ms);

1/20000050 = 49,999875 ns

49,999875 ns x 131071 = 6, 553533616 ms

6, 553533616 ms x 4 = 26.21413446 ms

1/26.21413446 ms = 38.14735907 πόδια/δευτ

Έτσι έχουμε 38.14735907 πόδια/δευτ. Αντί 38.1472637 πόδια/δευτ

Τώρα γνωρίζουμε ότι τα 2,5 ppm δεν επηρεάζουν το αποτέλεσμα.

Εδώ είναι μερικά παραδείγματα διαφορετικής ταχύτητας

Για 1000 πόδια/δευτ

1000 ft/s x 12 είναι 12000 ίντσες/δευτ

1 δευτερόλεπτο για 12000 "πόση ώρα να κάνεις 3"; 3x1/12000 = 250 us δευτερόλεπτα

250 us / 50 ns = 5000 tic.

Το χρονόμετρο 1 θα είναι 5000

uC κάντε τα μαθηματικά και εμφανίζεται 1000 ft/s. Μέχρι εδώ καλά

Για 900 πόδια/δευτ

Τα 900 ft/s είναι 10800 /s

3x1/10800 = 277,77 us

277, 77 ns / 50 ns = 5555, 5555 tic

Ο χρονοδιακόπτης 1 θα είναι 5555

uC κάνουν τα μαθηματικά και 900, 09 θα εμφανίζονται αντί για 900

Γιατί ? επειδή ο χρονοδιακόπτης 1 είναι στο 5555 και 0, 5555 χάνεται. Το τικ στο χρονόμετρο δεν μπορεί να διαιρεθεί.

Έχουμε ένα σφάλμα για 0, 09 στα 900 ft/s

0, 09/900x100 = 0, μόνο σφάλμα 01%

Για 1500 ft/s1500 ft/s είναι 18000 /s 3x1/10800 = 166,66 εμάς

166,66 us / 50 ns = 3333,333 tic Timer 1 θα είναι 3333

uC κάνε τα μαθηματικά και 1500.15 θα εμφανιστεί αντί για 1500 είναι.15/1500x100 = 0, 01%

Για 9000 πόδια/δευτ

9000 x 12 = 180000 ίντσες / δευτ

3x1/180000 = 27.7777 εμάς

27,77 us / 50 ns = 555, 555

Ο χρονοδιακόπτης1 θα είναι στο 555 και το 4/(1/555x50ns) θα εμφανίζεται 9009, το 00 θα εμφανίζεται

Εδώ το σφάλμα είναι 9 πόδια/δευτ. Σε 9000 = 0, 1%

Όπως μπορείτε να δείτε, το % σφάλμα αυξάνεται όταν η ταχύτητα είναι μεγαλύτερη. Αλλά μείνετε <0,1%

Αυτά τα αποτελέσματα είναι πολύ καλά.

Αλλά η ακρίβεια δεν είναι γραμμική. Στα 10000 πόδια/δευτ. Είναι 0, 1 %. Καλό νέο είναι ότι δεν δοκιμάζουμε ποτέ ένα σφαιρίδιο 10, 000 ft/s.

Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να θυμάστε. Όταν συμβαίνει διακοπή, το uC ολοκληρώνει πάντα την τελευταία εντολή πριν εισάγετε τη διακοπή. Αυτό είναι φυσιολογικό και όλα τα uC το κάνουν. Εάν κωδικοποιείτε arduino, σε C ή ακόμα και σε assembler. Τις περισσότερες φορές θα περιμένετε σε έναν βρόχο για πάντα… για να περιμένετε. Το πρόβλημα είναι ότι σε ένα βρόχο περνάμε 2 κύκλους. Κανονικά αυτό δεν είναι σημαντικό. Στην περίπτωσή μας όμως. ΝΑΙ, κάθε τικ είναι σημαντικό. Ας δούμε έναν άπειρο βρόχο:

συμβολομεταφράστης:

βρόχος:

βρόχος rjmp

Στο Γ:

ενώ (1) {}

Στην πραγματικότητα, ο μεταγλωττιστής C χρησιμοποιεί οδηγίες rjmp. Το RJMP είναι 2 κύκλων.

Αυτό σημαίνει ότι εάν η διακοπή συμβεί στον πρώτο κύκλο, χάνουμε έναν κύκλο (τικ) (50ns).

Ο τρόπος μου για να το διορθώσω είναι να προσθέσω πολλές οδηγίες nop στον βρόχο. Το NOP είναι 1 κύκλος.

βρόχος:

οχι

οχι

οχι

οχι

οχι

βρόχος rjmp

Εάν η διακοπή συμβεί με μια μηδενική οδηγία. Είμαστε εντάξει. Αν συμβεί στον δεύτερο κύκλο οδηγιών rjmp είμαστε εντάξει. Αλλά αν συμβεί στον πρώτο κύκλο διδασκαλίας rjmp, θα χάσουμε ένα τικ. Ναι είναι μόλις 50 ns, αλλά όπως μπορείτε να δείτε παραπάνω, 50 ns σε 3 ίντσες δεν είναι τίποτα. Δεν μπορούμε να το διορθώσουμε με λογισμικό επειδή δεν γνωρίζουμε πότε ακριβώς συμβαίνει η διακοπή. Αυτός είναι ο λόγος που στον κώδικα θα δείτε πολλές οδηγίες nop. Τώρα είμαι πολύ σίγουρος ότι η διακοπή θα πέσει σε μια μηδενική οδηγία. Εάν προσθέσω 2000 nop, έχω 0, 05% να πέσει στην εντολή rjmp.

Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να θυμάστε. Όταν συμβεί διακοπή. Ο μεταγλωττιστής κάνει πολλά push and pull. Αλλά είναι πάντα ο ίδιος αριθμός. Έτσι, τώρα μπορούμε να κάνουμε μια διόρθωση λογισμικού.

Καταλήγοντας σε αυτό:

Η ακρίβεια για ένα μέσο σφαιρίδιο 1000 ft/s είναι 0, 01%

100 φορές πιο ακριβές από το άλλο 1% στην αγορά. Η συχνότητα είναι υψηλότερη και με το TCXO, πιο ακριβής

Για παράδειγμα, 1% των 1000 ft/s είναι περισσότερο ή λιγότερο 10 ft/s. Είναι τεράστια η διαφορά.

Βήμα 3: Σχηματικό και Λίστα μερών

Εδώ εφάρμοσα το κύκλωμα ενεργοποίησης/απενεργοποίησης ενός κουμπιού μου. (δείτε την τελευταία μου οδηγία) Αυτό το κύκλωμα είναι πολύ βολικό και λειτουργεί πολύ καλά.

Χρησιμοποιώ atmega328p. Αυτό είναι προγραμματισμένο σε C.

Η οθόνη είναι συμβατή με LCD 2 γραμμών HD44780. Χρησιμοποιείται η λειτουργία 4 bit.

Ένας ρυθμιστής 3.3v χρησιμοποιείται για την παροχή τάσης στο TCXO 20mhz.

Το D1 είναι για LCD οπίσθιο φωτισμό. Προαιρετικός. Η μπαταρία θα διαρκέσει περισσότερο εάν δεν εγκαταστήσετε το D1.

Όλες οι αντιστάσεις και τα καπάκια είναι πακέτο 0805

C1.1uf 25v

C2 1uf 16v

C3 2.2uf 10v

C4.1uf

C5.1uf

C6.1uf

C7 1uf

C8.1uf

C9.1uf

C10.1uf

D1 1n4148 SM SOT123

D2 5.1v SOT123

IC1 ATMEGA328p

IC2 MIC5225-5.0YM5-TR TPS70950DBVT SOT23-DBV

OSC1 TXETDCSANF-20.000000

R1 1Μ

R2 1Μ

R4 2,2κ

R5 160

R6 160

R7 1Μ

R8 1Μ

U1 MIC5317-3.3 MIC5317 SOT23-5

U2 DMG6601LVT DMG6601LVT SOT23-6

Οθόνη LCD 2 γραμμών HD44780. Δεν χρειάζεται να αγοράσετε τη μονάδα i2c.

Αισθητήρες:

2x πομπός OP140A

2x Δέκτης OPL530

Κωδικοποιητής: PEC11R-4215K-S0024 *Μην ξεχάσετε να προσθέσετε 4x 10k αντιστάσεις και 2x.01uf για να κάνετε το φίλτρο κωδικοποιητή. δείτε την παρακάτω εικόνα

Βήμα 4: Αρχείο Gerber PCB

Εδώ είναι αρχεία gerber

Βήμα 5: Κολλήστε το PC σας

Με σχηματική βοήθεια, κολλήστε όλα τα εξαρτήματά σας στο pcb. Κάθε μέρος ή γραμμένο σε pcb, r1, r2… και ούτω καθεξής.

Δεν έχω εγκαταστήσει το D1. Αυτό είναι για το οπίσθιο φως LCD. Είναι όμορφο αλλά η διάρκεια ζωής της μπαταρίας επηρεάζεται. Οπότε επιλέγω να κρατήσω το φωτιστικό οθόνης LCD απενεργοποιημένο.

Βήμα 6: Προγραμματισμός του Atmega328p

Ελέγξτε εδώ στο βήμα 12 για να προγραμματίσετε το atmega328p. Παρέχω εδώ το αρχείο.hex για αυτό.

Εδώ είναι το πρόγραμμα avrdude έτοιμο για προγραμματισμό αρχείου παρτίδας. Κάντε κλικ μόνο στο πρόγραμμα usbasp.bat και το usbasp σας εγκαθίσταται σωστά. Όλα θα γίνουν αυτόματα, συμπεριλαμβανομένης της ασφάλειας.

1drv.ms/u/s !AnKLPDy3pII_vXaGPIZKMXxaXDul?e…

Σε αυτό το έργο μοιράζομαι επίσης τον πηγαίο κώδικα C. Λάβετε υπόψη ότι κάποια σημείωση σε αυτό μπορεί να είναι στα γαλλικά.

Βήμα 7: Οθόνη LCD

Εγκαταστήστε κάποια ταινία και συνδέστε pcb και lcd μαζί

Βήμα 8: Αρχείο STL

stl αρχείο

1drv.ms/u/s !AnKLPDy3pII_vgezy0i0Aw3nD-xr?e…

Απαιτείται υποστήριξη για περίβλημα, σωλήνα αισθητήρα και θήκη για τουφέκι.

Έχω εκτυπώσει όλα σε ύψος 0,2 mm.

Βήμα 9: ΣΤΡΟΦΙΚΟΣ Κωδικοποιητής

Αυτός ο περιστροφικός κωδικοποιητής είναι συνδεδεμένος στο βύσμα isp. χρησιμοποιείται για την αλλαγή του βάρους των σφαιριδίων και την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση της συσκευής.

vcc isp pin 2 (τραβήξτε αντίσταση)

Το τερματικό Α (κίτρινο) μεταβείτε στο pin 1 του ISP

Το τερματικό Β (πράσινο) μεταβείτε στην καρφίτσα 3 του ISP

Ακροδέκτης τερματικού C (gnd) 6

Προσθέτω 2 φωτογραφίες για να δείτε τη διαφορά μεταξύ του να έχετε φίλτρο έναντι φίλτρου. Μπορείτε εύκολα να δείτε τη διαφορά μεταξύ των δύο.

Το κουμπί μεταβείτε στην υποδοχή pcb SW.

Βήμα 10: Σωλήνας αισθητήρα

ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ:

Ο σωλήνας αισθητήρα πρέπει να είναι Μαύρος και ο δέκτης αισθητήρα πρέπει να είναι κρυφός

Οι πρώτες μου προσπάθειες ήταν να έχω έναν όμορφο κόκκινο σωλήνα. Αλλά αυτό είναι δύσκολο! Δεν λειτουργούσε καθόλου. Κατάλαβα ότι εισερχόταν εξωτερικό φως ρίξτε το πλαστικό και ο αισθητήρας του δέκτη ήταν πάντα αναμμένος.

Για να έχω καλό αποτέλεσμα δεν είχα άλλη επιλογή να αλλάξω το χρώμα σε μαύρο.

Εγκαταστήστε το δέκτη στην κορυφή. Και κρύψτε το διαφανές πλαστικό με μαύρο χρώμα, ταινία ή κόμμι, μαύρη σιλικόνη.

Εγκαταστήστε πομπό στο κάτω μέρος.. Ελέγξτε με ένα στυλό εάν οι αισθητήρες ανταποκρίνονται καλά. Σως η τρύπα του εκπομπού θα χρειαστεί να διευρυνθεί λίγο. εξαρτάται από τη βαθμονόμηση του εκτυπωτή σας.

Έχω επίσης καλύτερο αποτέλεσμα στη σκιά. Αποφύγετε το άμεσο ηλιακό φως.

Βήμα 11: Εναλλακτικό σωλήνα αισθητήρα

Εάν δεν έχετε εκτυπωτή 3d, μπορείτε να κάνετε το ίδιο με χάλκινο σωλήνα. Θα λειτουργήσει πολύ καλά για να. Το δύσκολο πράγμα είναι να κάνετε την τρύπα ακριβώς στα 3 ίντσες και ο δέκτης και ο πομπός πρέπει να ευθυγραμμιστούν.

Βήμα 12: Ένα σφαιρίδιο στο παλμογράφο και τη βαθμονόμηση

Αυτό είναι ένα πραγματικό σφαιρίδιο που περνάει το σωλήνα. Ο καθετήρας 1 κίτρινος είναι αισθητήρας 1. Ο καθετήρας 2 μοβ είναι αισθητήρας 2.

Ο χρόνος/div είναι 50 us.

Μπορούμε να μετρήσουμε 6 τμήματα των 50us. 50 us x 6 = 300 us (για 3 ίντσες). 300 us x 4 = 1,2 ms για 1 πόδια

1/1.2ms = 833.33 ft/s

Μπορούμε επίσης να δούμε ότι ο αισθητήρας είναι κανονικά στα 5v. Και μπορούμε να αποκλείσουμε το φως εκπομπής, ο αισθητήρας πέσει στο 0.

Είναι ο τρόπος που το uC ξεκινά και σταματά το conter του (χρονόμετρο 1)

Αλλά για να γνωρίζω ακριβώς αν η ταχύτητα ήταν ακριβής, χρειαζόμουν έναν τρόπο να το μετρήσω.

Για να κάνω βαθμονόμηση λογισμικού και να ελέγξω την ακρίβεια αυτής της συσκευής, χρησιμοποίησα έναν ταλαντωτή αναφοράς 10 mhz. Δείτε το GPSDO μου σε άλλες οδηγίες.

Τροφοδοτώ άλλο atmega328 με αυτά τα 10 mhz. Και προγραμματίστε αυτό στο assembler να μου στέλνει 2 παλμούς κάθε φορά που πατάω ένα κουμπί για να προσομοιώσω ένα pellet. Ακριβώς όπως είδαμε στην εικόνα, αλλά αντί να έχω ένα πραγματικό pellet ήταν άλλο ένα uC που μου έστειλε 2 παλμούς.

Κάθε φορά που πατήθηκε το κουμπί, αποστέλλεται 1 παλμός και ακριβώς 4 ms μετά την αποστολή ενός άλλου παλμού.

Με αυτόν τον τρόπο, μπορώ να εξισορροπήσω τον μεταγλωττιστή λογισμικού ώστε να εμφανίζεται πάντα 1000 ft/s.

Βήμα 13: Περισσότερα…

Αυτό είναι το πρώτο μου πρωτότυπο του 2010.

Για τυχόν ερωτήσεις ή αναφορές σφαλμάτων μπορείτε να μου στείλετε μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Αγγλικά ή γαλλικά. Θα κάνω ότι μπορώ για να βοηθήσω.