Хронограф для пневматики своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 18.09.2024

Во время уроков физике в школе встречалось множество задач, в которых присутствовал полет пули. Пуля либо ударятся в какой-то объект, и продолжает с ним движение, либо попадает, например, в маятник, приводя его в движение. Все задачи решаются теоретически, не проверяя на практике. Но ведь это не правильно! Каждая решенная задача должна быть проверена на практике, иначе это не решение, а лишь гипотеза. Из этих соображений я решил спроектировать и собрать Хронограф для измерения скорости полета пули.

Измерительный прибор работает при помощи 2 оптопар. Оптопара – это один светодиод и один фототранзистор, которые находятся напротив друг друга. Светодиод и фототранзистор работают в инфракрасном диапазоне (длина волны составляет 940нм). Выбор рабочей длины волны объясняется тем, что фототранзистор не будет реагировать на внешнее освещение (солнечное, от лампы и др.). При этом существенно снижается погрешность измерений.

Схему работы выглядит следующим образом (рисунок ниже). Когда пуля проходит через первую оптопару, приходит сигнал с фоторезистора на микроконтроллер и запускается таймер. После прохождения второй оптопары – таймер останавливается. Затем находится скорость, разделив путь на время.

Материалы были куплены в магазине Чип и Дип.

Микроконтроллер Arduino Uno
Дисплей SPI/I2C 1602 LCD blue
2 тактовые кнопки
2 потенциометра на 15kΩ
2 светодиода L-53F3C
2 фототранзистора L-53P3C
2 резистора 220kΩ
Текстолит
Провода
Коробка для р/у

Программа для Arduino

Первым делом была написана программа для микроконтроллера Arduino на языке С++. Программа:

В устройстве есть 2 режима. Один из них используется для отладки устройства, другой непосредственно для самой стрельбы. В режиме отладки при помощи прокручивания потенциометра подбирается значение, которое высвечивается на дисплее, меньше 300(на обоих датчиках). На дисплее отображаются 2 значения в пределах от 0 до 1023. Это аналоговый сигнал, который принимает микроконтроллер (чем меньше значение, тем лучше принимает фототранзистор, но не надо ставить меньше 200). Схему подключения всех компонентов вы можете увидеть ниже:

Испытания

Испытание – это была стрельба из пневматического страйкбольного пистолета. Устройство показало результат 72м/с. Для проверки результата в страйкбольном магазине AirsoftRus нам разрешили сделать пару выстрелов и пневматического оружия. Результат был примерно тот же (был в промежутке от 68 м/с до 75 м/с, так как мы проверяли на разных пистолетах). После этого из точно такого же оружия мы стреляли через заводской хронограф. И результаты иногда были идентичными или отличались всего лишь на 0,01! Таким образом, можно утверждать, что нестабильность устройства мала и калибровка проведена верно.

На видео вы можете видеть работу устройства

Заключение

Итогом работы является создание действующего прибора – измерителя скорости быстро движущихся предметов (пули страйкбольных и пневматических пистолетов, рогаток)

Хронограф из ничего, или Я таки его сделал !!

Всем привет ! Помнится, обещал я на одном топике рассказать о своих попытках сделать хронограф из ничего. так я его сделал ! Выкладываю, с фотографиями. Жду критики.

Вот, затеяв апать мурку, подумал, что без измерения скорости пули это быссмысленно. Почитав топики по этому вопросу, поскучнел. Поначалу конечно нашел шариковую мышь, присобачил оптопары на трубочку. а вот паять счетчик так и не взялся. Поясняю - основной темой было то, чтобы померять, делая при этом как можно меньше затрат труда и денег. Дня за два бы спаял, не считая поездки на радиорынок, но за два дня работы основной моей можно было бы купить любой навороченный надульный. А его еще и ждать. А я в выходные отдыхать хочу, а не паять. Я бы купил, но в совокупности с уже отложенной суммой на ап жена бы убила меня нафиг. В результате сделать можно за полчаса. Хотя заняло неделю, в связи с мыслительным процессом - урывками делалось.

Вариант с баллистическим маятником сразу отпал. Когда посчитал совокупность погрешностей ( длинна, масса, взаимодействие, а главное - отсчет показаний ) ясно стало, что нефиг и браться. Может быть, можно его было и сделать качественно и хорошо, и достойно померить, но это идет в разрез с тезисом - как можно меньше временных и денежных затрат.

Из всех остальных вариантов по той же причине отпали все, кроме одного - звуковая карта. Простой расчет - частота дискретизации - 48000. Интервал между отсчетами - 2.08333е-5. Пуля пролетает два метра за - 2/250 м/с = 0.008 с. Итого имеем - теоретическая точность 1 м/с. Не считая погрешности в дистанции. Не считая изменения ее скорости за 2 метра, если я не прав - поправьте. А больше мне и не надо.

И так, фото 1 - неапнутая мурка ( об этом далее. но все равно красавица ) и компьютерно-измерительный стенд

Первым делом из остатка от провода той мыши, и каких-то обрезков под рукой, спаял шнурок. Замотал изолентой, присобачил к нему разъем за 5 рублей купленный для линейного входа, воткнул в комп, и проверил. Фото 2.

Сразу пришла в голову умная мысль - забыть о программах типа AirSpeed, которую к тому же аффтар давно не поддерживает. Тут надо хороший звуковой редактор, который позволяет показывать отдельные отсчеты. Adobe Audition или что другое. У меня под рукой был какой-то - я его и использовал ( той фирмы, куда меня в начале года работать не взяли, по случаю, и в отместку, я его таки поломал, зарегистрировал, и разослал крек кому-попало. ) Очень правильная мысль была - глюки метода прояснились.

Выяснилось, что простое замыкание и размыкание проводов ни фига ни к чему не приводит - помехи и все, что из них поймешь. К тому же на проводах сетевой фон нехилый. Проблему решило включение в разрыв земляной цепи батарейки от часов - фото 3. Пришлось перемотать изоленту. Теперь по обоим каналам замыкание и размыкание фиксировались с точностью до одного отсчета.

Далее возник вопрос о датчиках. С фольгой из конденсаторов, вонючей к тому же, возиться не захотелось, тем более что все подходящие конденсаторы года два назад отнес на помойку, и где их теперь взять.

1. Нахрена фольга на первый датчик ? Волосок от медного монтажного провода, перебиваемый пулей, отлично выполняет эту функцию. Но как его закрепить-то ? Вариант с закреплением на стволе прищепкой пары проводов и волоска сразу отвалился. В момент выстрела все это вибрирует, контакт срывается, и хрен чего поймешь потом. Кроме того, попробуйте закрепить. В основном такая конструкция сваливается еще до выстрела. Да и предпулевой воздух волосок может порвать, нафига погрешность в полствола ( или я не прав ? ).

Нашел аллюминиевую трубку см 15 длиной, от старой лыжной палки. На что я ее когда-то лет 10 назад разрезал ? Направленный микрофон что-ли делал ? Ну подошла. Саморезом накрутилась вместо надульника. Ну и как на ней крепить ? Вариант ( папа, ты где ? скажи завтра, надо одну фигню из пластика выточить. ) отвалился по той-же причине. Роясь в куче хлама в поисках подходящего изолятора, я увидел ЭТО шприц на 5 кубиков на фото. Трубка ессно полетела назад в хлам. Шило, пара винтиков. Комментарии излишни. Датчик работает идеально.

2. Второй датчик. Из фольги. Конденсаторная нафиг пошла, пищевая сгодится - нашел на кухне пищевую. Видел в магазине, рублей 30 стоит. Бюджетный вариант И опять - рамку пилить, итд. Этот вариант уже чисто мой - нашел опять же в куче хлама. Много там чего валяется. Тут уже по обстоятельствам надо смотреть. На фото все показано - комментарии не нужны, я надеюсь ? Одной полоски хватает на 10-15 замеров, дальше уже она черт знает чего начинает показывать.

О безопасности. ну да, помню. Больше не будет Вася стрелять - любят от стенок шары отлетать. Произвел контрольный безопасный отстрел. Любая пуля при попадании плющится в блин, который потом видимо глазом, то есть на небольшой скорости, отлетает куда попало. Один при замере отлетел мне в лоб - ощущение - как рукой бросили. Единственная проблема - подзатыльники от жены, которая потом находила их, уборку делая А так - без проблем. А вот шарами стрелять бы я не стал так

Далее, прищепкой, прищепляем два провода к этой конструкции - и вперед. Лень уже и набирать, и скриншоты делать. и так все ясно. Одно скажу только - записав wav файл - смотрите и думайте - а что это, собственно, тут. Некоторые пришлось выкинуть как неудачные. На Airspeed не надейтесь - мозги не заменит не одна программа, будете потом думать, откуда такой разброс скоростей . Явный косяк вроде видно невооруженным глазом. И явный успех видно так же.

О результатах замера. ой, . 135 - 145 м/с в среднем любой пулькой от сраного колпачка тирного до gamo pro magnum. . что за бред ? . . . Народ, что делать-то с этой фигней ? Я ее один раз разбирал - смазку промыл, да новой силиконовой залил. руки от ран неделю заживали. сплошные обрезы на гранях. может, манжету порвал. апать надо 100 %.

КТО ВИНОВАТ ЧТО ДЕЛАТЬ ? I NEED HELP .

или для мурки из магазина это нормально ?

Если кого интересуют скриншоты замеров - могу потом выложить. я их постирал, а нафиг они потом ? Сейчас делать неохота.

Жду комментариев и критики методики.

Вложения:

6.jpg [ 40.46 Кб | ]

5.jpg [ 34.78 Кб | ]

4.jpg [ 26.07 Кб | ]

3.jpg [ 32.01 Кб | ]

21.jpg [ 39.89 Кб | ]

2.jpg [ 43.43 Кб | ]

1.jpg [ 38.14 Кб | ]

Вопросов-то как минимум, два.
Работает ли приспособа и что с винтом, так?
Первый легко решается через пневманутую братию в Нижнем, там у вас есть такие люди. Второй - еще проще, в Нижнем обитает CLEAN, делавший чудные киты именно прод 512-ю. Не сделает, так хоть подскажет.

Приспособа работает. не может 30 контрольных замеров так отличаться.

А по поводу мастеров - тишина в ответ пока. надеюсь - свяжусь.

just_rifleman
А не проще закреплять два одинаковых датчика на статичном месте?( я закрепляю на деревянном бруске) Сразу отпадают погрешности и проблемы с расстоянием между датчиками.

Ой, давно я это постил. когда только купил мурку и.. метод хреновый все-таки по большому счету. хотя если ничего больше нет. но точность метода тогда я несколько переоценил.

Проще спаять хрон на халяву (соседняя ветка) и не париться больше с геморроем Там вроде методику изготовления обсосали как леденец.

У меня как раз этот период Мурка около пару месяцев только.
Первый апгрейд переживает. Пожинаем его плоды, заморачиваемся дальше.
Сейчас хочу заменить пробивные датчики на фотодиоды со светодиодами.

И со звуковухой собираешься попадать в них при базе в 2 м ? Снайпер

Тогда уж сразу и нормальный хрон паяй. Ничего. Я тоже долго на него со страхом смотрел - делать не из чего и нечем, детали не найду, прошивки какие-то. но вот собрался - и сделал Пользуясь теми советами и описаниями траблов что тут уже про это понаписаны - это вполне доступно.

Почему попадать в них на 2 метра? У меня кстати и щас база всего 56см.
Возму трубку с небольшим внутренним диаметром, просверлю отверстия на небольшом расстояние 15-20 см. Меня вполне устраивает обрабатывать полученые данные на компьютере, так что пока не вижу смысла паять полноценный хрон. А с оптопарой думаю как раз то что надо.

Хрон - очень удобная весчь! А по-поводу всяких переходных конструкций, все равно к "Хрону на халяву" придешь. Или готовый купишь.

Посчитай погрешности при такой базе со звуковухой - и задумайся - а не хрень ли это. проще тогда уж баллистический маятник - точнее выйдет.

Глянул. Красивая трубочка аж как у меня

Ну если твоя звуковуха дает оцифровку с дискретизацией 192000.

А с 44000 - julbu все правильно написал - толку нет.

Кроме того - а еще хрен знает что там показывает эта звуковуха. Какие-нибудь фильтры на входе, после которых не очень-то понятно, сколько времени занимает прохождение фронта импульса. Не, погрешности на рядовой звуковухе неприемлимые.

Сразу приложу схему:

поподробнее желающие могут посмотреть на сайте автора.

Итак, нам понадобится:

Микроконтроллер attiny 2313 — 1 шт.
Регулятор напряжения L7805 — 1 шт.
Пара конденсаторов 330 нФ и 100нФ для регулятора напряжения
(можно запитать всю схему от трех пальчиковых батареек вместо кроны, тогда регулятор и конденсаторы не понадобится)
Подстроечный резистор на 20-50 килоом 2 шт.
7-сегментный индикатор на три цифры с общим катодом 1 шт.
УФ светодиод 2 шт.
Фототранзистор 2 шт.
выключатель, панелька для микроконтроллера, панелька для индикатора, коннекторы для шлейфов, сам шлейф я использовал от старого компьютера. Так же набор резисторов.
КОРОБОЧКА.

добавил разъемов в схему

кое-как расставил компоненты, чтобы иметь примерное представление, как рисовать дорожки. И да, у меня нет принтера, я рисую дорожки перманентным маркером)))

сначала пробую на бумаге

потом переношу на текстолит

Травим. Травлю в горячем растворе хлорного железа, разведенного примерно 1:3 с водой. После травления раствор храню на балконе, он работает даже после высыхания, нужно просто добавить воды. Следует осторожничать и не допускать попадания его на металлические поверхности — начнется усиленная коррозия.

Чистим

Сверлим. Дрельку делал из патрона и моторчика с фасттека.

Вот все компоненты запаяны на плату, осталось только прошить микроконтроллер

ОНО ЖИВОЕ!

После этого я изготовил измерительную трубку с датчиками. Устроено просто — на расстоянии 50 мм друг от друга находятся расположенные друг напротив друга фототранзистор и светодиод, своеобразные оптопары. Когда пулька пролетает по трубке, она поочередно перекрывает луч света первому и второму транзистору, о чем они сигналят микроконтроллеру, который высчитывает скорость по всем известной со школы формуле.

/*
* Прошивка без наворотов, расстояние между датчиками 100мм
* общий анод!
* Updated at: 15.12.2013
* Author: pahan
*/

typedef struct LedPanel int seg1;
int seg2;
int seg3;
> LedPanel;

void renderSegmentNext() static int activeSegment = 0;
activeSegment = (activeSegment + 1) % 3;

switch (activeSegment) case 0:
PORTB = led.seg1;
PORTD = ~0b0110000;
break;
case 1:
PORTB = led.seg2;
PORTD = ~0b1010000;
break;
case 2:
PORTB = led.seg3;
PORTD = ~0b1100000;
break;
>
>

void initPorts() //init led ports
DDRB = 0xFF;
DDRD |= (0b111 400) led.seg1 = LED_MINUS;
led.seg2 = LED_MINUS;
led.seg3 = LED_MINUS;
return;
>

led.seg3 = digitToLedValue(value % 10);
if (value >= 10) led.seg2 = digitToLedValue((value / 10) % 10);
> else led.seg2 = LED_EMPTY;
>
if (value >= 100) led.seg1 = digitToLedValue((value / 100) % 10);
> else led.seg1 = LED_EMPTY;
>
>

ISR( TIMER1_OVF_vect ) //stop timer and reset value
TCCR1B &= ~(1 Планирую купить +32 Добавить в избранное Обзор понравился +69 +128

Статья с фотками процесса и результатами у меня на сайте. Критика приветствуется, но только конструктивная, пожалуйста

To: greblin
В этой ветке предлагается использовать микрофон или наушники - лишний геморрой с тишиной, не пошелести в этот момен, с уровнем танцуй - бубен есть, но камлать уже надоедает. Хочется простых и красисых решений.
Ага. увидел.. Все новое - это хорошо забытое старое

To: mironov
Прогу попробую вечером, как до дома доберусь. Спасибо за ссылку.

А быстродействия их хватит. К вечеру могу график показать сделанный с данных AirSoft'a. Там видно, что уровень сигнала падает довольно быстро, хотя и не до нуля. Короче два всплека очень высоких и ниже уже от них небольшие горки.

quote: Originally posted by Roft:

Нет. В мышах стоят фотодиоды, сдвоенные, чтобы направление вращения колеса отслеживать,

Еще очень много открытых оптопар в старых дисководах для дискет 5,25" и 3,5", встречаются в сидюках на открытие-закрытие трея, в старых кассетных видеомагнитофонах их штук 5

quote: Originally posted by Strelok-mod79:

А какую максимальную скорость они могут засечь? На сколько я знаю, в мышах стоят фототранзисторы, причем очень "медленные" и смогут ли они засечь пулю летящую под 300 м/с - большой вопрос. Мерили ли этим способом что-то мощное? И какие фотоэлементы при этом использовали?

Нсчет мышиных фототранзисторов не знаю, такие как в хронолайте стоят справляются нормально. AirSpeed'ом не проверял, на моей проге до 270 м/с нормально получается:

Нас в данном случае волнует не открытие транзистора без базы (считаем диод), А его способность сгенерировать какое-то напряжение при освещении его.

Практически на 100 процентов уверен в том, что эти фототрназисторы подойдут. Единственное дополнение, если берем с черным корпусом, то освещаем их инфракрасными, а если с прозрачным, то любыми. Инфракрасный фильтр видимый свет просто не пропустит.

To: mironov
Прога твоя с моим датчиком работает прекрасно, спасибо

quote: насколько я понимаю - это не мешает. пики пролета пули в луче видны четко, а все остальное уже идет лесом.

P.S. В электронике полный ноль, так что просьба все разжевать, если можно

Давно пробовал эксперементировать с разрывными контактами. Кроме ЛПТ-кабеля и компа, по сути, ничего не нужно. Только это все от лукавого. Проще 1000рублей на хрон заработать.

С помощью эксперемента обнаружил, что фотодиод справа не реагирует, думаю, что проблема в сборке

Читайте также: