Apa pendekatan yang baik untuk mendeteksi jarak dan kecepatan dalam model kereta api?

Di muka saya harus mengakui sedikit pengetahuan langsung tentang mikrokontroler modern dan perangkat lunak mereka - Saya tahu teknik tenaga dan motor besar jauh lebih baik (45 tahun).

Sekarang, pertanyaan saya: Mencoba membuat cucu-cucu tertarik dengan elektronik. Mereka menyukai model kereta api, jadi kami membangun sistem pemantauan kereta sedikit demi sedikit.

Masalah saat ini: Untuk mendeteksi jarak (opsional kecepatan) lokomotif dari lokasi trek tertentu, tanpa mengacaukan daya lintasan.

Platform kontrol: Stellaris Launchpad

Pilihan yang dipertimbangkan:
* TSOPxxxx dengan osilator frekuensi tetap "bodoh" dan LED RF di loco - Bagaimana cara saya mendapatkan info kecepatan?
* TSOPxxxx dan emitor di trackside, pantulan dari loco - bisa mendapatkan kecepatan saat penerbangan, mungkin
* 5 volt laser merah dan merusak deteksi dengan LED merah sebagai sensor (anak-anak suka laser, jadi ...) - tanpa kecepatan deteksi tanpa banyak perangkat per lokasi deteksi
* Tag RFID dan gelung di trackside (akan mengidentifikasi lokasi spesifik yang merupakan nilai tambah) - tidak ada info kecepatan
* Sensor jarak ultrasonik - Di mana-mana dan didukung dengan baik oleh netizen, tetapi terlalu luas sudut cakupannya saya curiga
* Salah satu dari banyak produk kereta api model readymade - bertentangan dengan tujuan latihan ini

Jadi, yang mana dari pendekatan ini, atau yang lain, akan memberi saya kesedihan paling sedikit pada akhir perangkat lunak, namun akan melibatkan peluang yang cukup untuk melibatkan 8 hingga 12 tahun di tangan pada desain elektronik dengan hasil yang dapat mereka alami? Apa perangkap yang harus diperhatikan (selain cola tumpah)?

Kereta tersebut berskala N (skala 1: 160).

Jawaban lain telah memberikan masukan yang sangat baik bagi kebutuhan Anda; Jawaban saya berkonsentrasi murni pada kedekatan (dan keberadaan) merasakan kereta model, tanpa identifikasi, dalam skala yang saya minati, skala N dan T kecil.

Dengan mengingat kebutuhan Anda akan kesederhanaan perangkat lunak, kombinasi pemancar / sensor cincang-inframerah akan lebih mudah. Penyebutan Anda tentang perangkat TSOP menunjukkan Anda sudah mengevaluasi jalur itu. Pertimbangkan saja TSSP4P38 yang dirancang khusus untuk pengindraan jarak menggunakan IR irisan 38 KHz:

Menyatakan apa yang mungkin sudah jelas bagi Anda: Penginderaan jarak melalui penerbangan gelombang elektromagnetik (IR, radar, dll.) Tidak praktis untuk keperluan Anda: Mengingat kecepatan cahaya, resolusi dalam femtoseconds atau lebih rendah diperlukan untuk 0 hingga 10 jarak target sentimeter Anda mungkin bekerja dengan (skala 1: 160 N). Di jalur transit "dunia nyata" yang Anda sebutkan dalam komentar, jarak mungkin lebih besar, saya berspekulasi.

Mekanisme sensor reflektif IR yang digunakan dalam model jalur kereta api biasanya melibatkan intensitas sinyal IR yang dipantulkan, yang akan meningkat per hukum kuadrat terbalik dengan pendekatan lokomotif.

Perangkat Anda harus memiliki LED IR seperti TSAL6200 dan TSSP4P38, yang bertempat di diagram seperti pada lembar data TSSP. Kombinasi tersebut akan dipasang di antara ikatan di trek Anda, satu menghadap ke kiri. Jika Anda memasangnya cukup rendah dan menunjuk hampir sejajar dengan trek, pantulan objek eksternal akan diminimalkan, trek berfungsi sebagai penutup mata.

Output dari TSSP adalah pulsa level logis dari durasi yang sebanding dengan IR yang dipantulkan. Saat lokomotif mendekat, pulsa berurutan bertambah panjang, jadi pembacaan setidaknya 2 pulsa berturut-turut, lebih disukai beberapa pulsa, akan memberikan serangkaian durasi pulsa dan dengan demikian merupakan indikasi kecepatan. Dari lembar data:

Lebar pulsa keluaran dari TSSP4P38 memiliki hubungan yang hampir linier dengan jarak emitor atau jarak objek pemantul. TSSP4P38 dioptimalkan untuk menekan hampir semua pulsa palsu dari lampu neon hemat energi.

Jika Anda tetap menggunakan persyaratan presisi yang praktis untuk perangkat Anda, "cepat" versus "lambat", "mendekati" versus "surut", dan tentu saja keberadaan lokomotif dalam jangkauan sensor, layak dilakukan.

Anda harus membuat baseline sistem untuk memperhitungkan refleksi statis misalnya dari pemandangan. Selain itu, kalibrasi kecepatan aktual versus panjang pulsa berturut-turut akan memberikan pemetaan rentang "cepat" / "lambat".

Durasi pulsa dapat diukur dengan menggunakan penghitung waktu / penghitung input pada mikrokontroler pilihan Anda. Ada beberapa contoh di web untuk melakukan ini di Arduino, tetapi seperti yang telah Anda sebutkan menggunakan Stellaris Launchpad, beberapa penelitian mungkin diperlukan untuk itu.

Ini adalah ikhtisar tingkat tinggi dari suatu solusi, jangan ragu untuk bertanya apakah aspek-aspek tertentu perlu klarifikasi. Pada tebakan, mengingat latar belakang yang Anda nyatakan, ini bukan proyek semalam, tetapi dapat dicapai dalam musim liburan. Beberapa produk kereta api model readymade yang Anda sebutkan menggunakan mekanisme ini.

Untuk diskusi penginderaan jarak jauh yang lebih umum, silakan lihat jawaban ini dari pertanyaan sebelumnya.

Jika saya mengotomatisasi kereta api model saya akan meletakkan label barcode di bagian bawah mobil kereta. Kemudian menyebar ke seluruh jalur saya akan menempatkan pembaca barcode, menghadap ke atas dari antara rel.

Dengan ini, Anda dapat mendeteksi posisi, kecepatan, dan identitas mobil. Setiap mobil akan memiliki barcode uniknya sendiri, bukan hanya lokomotifnya.

Sensasi posisi dari metode ini tentu saja, karena ia bergantung pada saat kereta melewati sensor. Tetapi itu harus bekerja dengan baik untuk sebagian besar hal. Anda selalu dapat menempatkan lebih banyak sensor di titik-titik penting di trek dan lebih sedikit sensor di tempat yang tidak terlalu penting.

Keuntungan besar dari metode ini adalah harga per mobil kereta sangat rendah, hanya label yang dapat Anda cetak pada printer laser atau ink-jet. Kompleksitas per mobil kereta sangat rendah. Dan bobot yang ditambahkan ke setiap mobil juga sangat rendah.

Saya akan menerapkan ini dengan menggunakan IR LED dan Phototransistor sebagai sensor (ada komponen dengan keduanya built in), dan hubungkan ini ke mikrokontroler. Setiap sensor memiliki mikrokontroler sendiri. Sensor yang berbeda kemudian dapat dihubungkan bersama menggunakan jaringan sederhana (seperti bus RS-485). Dengan LED IR, sensor akan sulit dilihat dengan mata telanjang. Total biaya per sensor + MCU bisa di bawah US $ 3, belum termasuk PCB kecil.

Saya akan mulai dengan interruptor optik atau metode reflektor di kedua sisi penyeberangan jalan untuk memberi sinyal kereta yang mendekat dan menyalakan LED MERAH yang berkedip. Pelacakan jarak jauh juga dapat terhubung ke peta pelatihan dengan indikator penyeberangan kereta api dan langsung serta kecepatan.

Pemindai kode batang tampak sederhana sampai Anda harus berurusan dengan keselamatan sinar laser, kecepatan pelacakan label dan waktu interval celah bar untuk menghitung kecepatan dan memvalidasi isi kode untuk menentukan ion langsung dalam perangkat lunak.

Perincian proyek menjadi;

• desain fungsional sistem
  • input, proses, ouput (termasuk penolakan pemicu palsu)
• desain elektronik
  • skematis, BOM, tata letak
• desain jalur optik
  • jalur dan jangkauan emitor & detektor, respons frekuensi, penolakan noise
• konstruksi & pengujian
  • kabel dengan power off the track, penyaringan kebisingan dan mekanik, detail listrik

IR dapat mendeteksi gangguan sinyal di kedua sisi yang paling mudah atau pantulan sinyal dari sisi yang sama dengan jangkauan deteksi yang lebih luas. Urutan dua detektor yang berdekatan memberi tahu arah dan interval waktu mana yang menunjukkan kecepatan. Ini dapat diukur dengan metode analog atau digital.

Scanner barcode IR bergantung pada kode yang melewati detektor dengan kecepatan konstan atau emitor yang dipantulkan melewati barcode untuk dideteksi oleh hamburan cahaya atau penyerapan karbon hitam. Sinar laser stabil menghadap ke atas perlu secara optik diubah untuk menurunkan daya ke tingkat yang aman atau menyebar dan kemudian fokus untuk panjang jalur pendek untuk mengurangi kepadatan daya cahaya yang menyimpang.