Capteur de dés infrarouge : 5 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Je m'appelle Calvin et je vais vous montrer comment fabriquer un capteur de dés infrarouge et vous expliquer son fonctionnement.

Je suis actuellement un étudiant de l'Université Taylor qui étudie le génie informatique et mon équipe et on m'a demandé de concevoir et de construire un mécanisme qui peut trier n'importe quel objet pouvant tenir dans un carré de 1 pouce. Nous aurions pu prendre la voie de la facilité et choisir de trier les m&m's à l'aide d'un simple capteur de couleur, mais nous avons décidé d'aller au-delà et de trier les dés par le nombre indiqué. Après d'innombrables heures à essayer de trouver un guide sur la façon de lire le visage des dés, je suis tombé sur ce lien ici:

makezine.com/2009/09/19/dice-reader-versio…

Ce lien, cependant, ne m'a pas donné beaucoup plus que l'idée sur la façon de lire le visage des dés, donc en utilisant l'idée qui a été fournie, je suis allé sur mon chemin pour construire et développer un capteur qui peut être connecté à un Arduino avec facilité et peut lire le visage des dés aussi précisément que possible, nous donnant ainsi ce capteur de dés infrarouge.

Fournitures

Passons maintenant aux fournitures:

Tu auras besoin de:

1 x Arduino Uno

5 x récepteurs infrarouges

5 x émetteurs IR

www.sparkfun.com/products/241

5 résistances de 270 ohms

5 résistances de 10k ohms

1 puce 74HC595N

divers en-têtes masculins

1 x planche prototype (si vous n'obtenez pas de planche fraisée personnalisée)

Étape 1: comprendre comment cela fonctionne

Ce capteur utilise 5 emplacements de pip pour lire les faces des dés. Il utilise la lumière infrarouge pour rebondir sur la face des dés à ces emplacements de pip et indique au contrôleur s'il est blanc ou noir.

Vous vous demandez peut-être pourquoi seulement 5 emplacements de pips alors ? N'auriez-vous pas besoin des 9 pour lire les dés efficacement ?

Eh bien, en raison de la symétrie des dés, l'utilisation de 5 emplacements spécifiques sur les dés peut suffire pour faire la différence entre les différents nombres sur les dés quelle que soit l'orientation (image 1). Cela rend le capteur de dés plus efficace car il ne recherche que exactement ce dont il a besoin et rien de plus.

L'émetteur passe exactement sous le récepteur sur le capteur à chacun de ces 5 emplacements de pip, le capteur émet alors la lumière IR, puis le récepteur lit la quantité de lumière IR qui rebondit sur la face du dé. (image 3) Si la valeur reçue est supérieure aux nombres d'étalonnage spécifiés, alors le capteur verra ce point comme un point, sinon c'est un espace blanc. (photo 2)

Étape 2: Conception et planification

La première étape de la construction d'un capteur de dés est de créer les schémas, cela peut être l'étape la plus difficile ou la plus simple du développement. Vous avez d'abord besoin d'un logiciel appelé EAGLE d'Autodesk, c'est le logiciel que j'ai utilisé pour créer les schémas.

J'ai inclus 2 types de schémas différents, un schéma a une puce de registre à décalage pour aider à rendre le capteur plus précis, et l'autre est un sans puce de registre à décalage, ce schéma, cependant, ne fonctionnera pas avec le code que je vais fournir plus tard, vous devrez donc développer quelque chose par vous-même.

J'ai également inclus la disposition de ma carte pour le capteur que j'ai conçu avec le registre à décalage.

Pour commencer à concevoir la carte, vous disposez de 5 récepteurs IR et 5 émetteurs IR, les récepteurs nécessitent une résistance de 10k et les émetteurs nécessitent une résistance de 270 ohms donc pour chacun de ces éléments, vous partez de:

VCC (5V) -> Résistance -> Broche de lecture analogique -> Récepteur IR -> GND

VCC (5V) -> Résistance -> Emetteur IR -> GND

La broche de lecture analogique sort entre la résistance et le récepteur IR comme une autre branche et va à la broche analogique de l'Arduino. Vous devez également vous assurer que l'émetteur passe directement sous le récepteur, j'ai fait cette erreur la première fois que je l'ai fait et j'ai obtenu de très mauvais résultats, alors assurez-vous que le récepteur va au-dessus.

Dans ma carte personnalisée, j'utilise le registre à décalage pour alimenter chacune des paires d'émetteurs et de récepteurs une à la fois afin d'éviter toute fuite de lumière infrarouge des autres émetteurs. Cela me donne une lecture encore plus précise de chacun des emplacements de pip, si vous choisissez de ne pas utiliser le registre à décalage, cela fonctionnera toujours pour vous, cela pourrait être légèrement moins précis. Sur le registre à décalage, vous pouvez joindre les broches 3-4 et 7-8, car il n'est pas entièrement nécessaire de les avoir comme en-têtes. Je les ai laissés comme en-têtes et j'ai mis des cavaliers sur les en-têtes au cas où je voudrais faire du développement à l'avenir.

Après avoir conçu le schéma, vous devez faire une mise en page de votre schéma. Cette partie peut devenir très délicate car vous devez vous assurer que vos chemins ne se chevauchent pas et assurez-vous que vos chemins et trous répondent aux spécifications de votre machine. La disposition de la planche que j'ai attachée avait les tailles spécifiques pour la machine que j'ai utilisée pour fraiser ma planche. Je passe quelques heures à disposer la planche pour qu'elle soit aussi petite que possible. Il y avait encore de la place pour l'amélioration sur cette planche mais cela a fonctionné pour moi alors je l'ai laissée telle quelle. Il existe une version avec un GND en cuivre reliant tous les éléments de terre, et une version sans joint.

Vous pouvez également utiliser votre schéma pour le construire sur une maquette ou une carte prototype, car ils sont beaucoup plus faciles à trouver et constituent une option moins chère car vous n'avez pas besoin de fraiser une carte personnalisée.

Une fois que vous avez la conception du tableau, vous pouvez passer à l'étape suivante !

Étape 3: Construire le tableau

Cette partie dépend entièrement de la façon dont vous souhaitez créer le tableau. J'ai créé le capteur sur une carte prototype pour tester si le concept fonctionne et à quel point il est précis, j'ai donc suivi le schéma sans le registre à décalage et j'ai créé la carte. Vous devez vous assurer de tout disposer pour que les lignes ne se chevauchent pas et que vous ne soudez pas accidentellement des lignes qui ne devraient pas être connectées. Lorsque vous le faites sur une planche prototype, vous devez être très prudent, alors prenez votre temps et ne vous précipitez pas. Vous devez également faire attention aux fils ouverts car ils peuvent bouger et provoquer des courts-circuits dans le système.

Si vous choisissez de faire fraiser la planche, ce processus est plus simple. Envoyez le fichier de planche au meunier avec les paramètres spécifiques du meunier. Si vous le faites vous-même, assurez-vous avant de le retirer que tout le cuivre est correctement fraisé assez profondément.

Assurez-vous que tout est soudé à la carte dans la disposition souhaitée et assurez-vous de prendre votre temps, et si vous soudez sur le PCB, assurez-vous de souder du bon côté de la carte.

Lors de la mise en place des récepteurs et émetteurs IR, assurez-vous que l'émetteur se trouve exactement sous le récepteur. Vous devrez vous amuser à plier les pattes des composants IR pour les placer au bon endroit. Gardez également un dé à portée de main pour vérifier si les emplacements des pépins sont là où ils doivent être.

Une fois que vous avez tout soudé et ajouté sur la carte, vous commencez à programmer le capteur.

Étape 4: Programmation de la carte

C'est la partie délicate pour rendre le capteur aussi précis que possible, programmer la carte. Heureusement, j'ai créé une bibliothèque que vous pouvez utiliser avec votre capteur nouvellement créé pour faciliter sa programmation, vous devrez cependant calibrer le capteur en fonction de l'éclairage où se trouve ce capteur.

Pour commencer, vous devez avoir un Arduino pour s'interfacer avec ce capteur. Il utilise 5 broches analogiques et 3 broches numériques.

Vous avez la possibilité d'utiliser la bibliothèque que j'ai créée pour choisir vos propres broches analogiques et numériques, mais je vais l'expliquer en utilisant les broches que j'ai créées pour l'interface avec le capteur. J'ai marqué l'image liée avec des numéros de broches et des cases colorées autour de l'ensemble de broches pour expliquer facilement quelle broche se branche où.

Sur le capteur, les broches 1-5 Rouge vont à A0-A4, donc Rouge 1 va à A0 et ainsi de suite. Les broches 1-8 blanches nécessitent un peu plus d'explications.

Blanc 1 - Broche de données, c'est là que l'Arduino envoie les données au registre à décalage. J'ai réglé cette broche sur la broche numérique 3 sur l'Arduino

Blanc 2 - Q0, obsolète dans ce cas, je l'ai inclus au cas où je déciderais de l'étendre du tout

Blanc 3 & 4 - Seront jumelés, vous pouvez soit souder ces deux ensemble, soit utiliser un cavalier comme je l'ai fait.

Blanc 5 - goupille de verrouillage, une goupille très importante qui est la dernière étape du processus pour voir les pépins s'allumer et s'éteindre. J'ai mis cette broche sur la broche 12 de l'Arduino

Blanc 6 - Pin d'horloge, cela fournit l'horloge de l'Arduino au registre à décalage. Je l'ai réglé sur la broche numérique 13.

Blanc 7 & 8 - Seront jumelés, vous pouvez soit souder ces deux ensemble, soit utiliser un cavalier comme je l'ai fait.

Juste à côté de la case blanche, vous avez les broches Ground et VCC. Vous devez fournir 5v de l'Arduino ou d'une autre source pour alimenter ce capteur.

Les numéros d'emplacement PIP peuvent être trouvés dans le code.

Maintenant que vous devez le brancher, nous devons le calibrer. Mon objectif était de créer un script qui pourrait le calibrer pour vous, mais j'ai manqué de temps pour le faire. Lors de l'étalonnage, vous devez vous assurer que le capteur se trouve dans un environnement d'éclairage contrôlé et qu'il est sensible à la lumière inférée extérieure. Vous devez obtenir une valeur de chaque emplacement de pip avec un point noir et un point blanc et faire la moyenne de la différence. J'ai utilisé seulement deux côtés des dés pour calibrer, j'ai utilisé le côté 1, le côté 6 et le côté 6 tournés à 90 degrés. Une fois que vous avez un nombre pour le blanc et le noir pour chaque emplacement de pip, vous devez faire la moyenne et trouver le milieu des deux nombres. Ainsi, par exemple, si j'ai obtenu 200 pour le blanc du premier emplacement de pip et 300 pour la valeur sombre du premier emplacement de pip, alors le numéro d'étalonnage serait 250. Une fois que vous avez fait cela pour les 5 emplacements de pip, votre capteur est correctement calibré, alors vous pouvez utiliser dice. ReadFace(); pour obtenir la face actuelle des dés.

Étape 5: Candidature

Vous avez maintenant créé avec succès un capteur de dés ! Toutes nos félicitations! Cela a été un long chemin d'essais et d'erreurs pour moi de créer ce capteur, c'est donc mon objectif d'aider tous ceux qui veulent créer un capteur de dés.

J'ai inclus quelques exemples du projet que nous construisons qui a utilisé ce capteur. La première photo, nous avons utilisé une roue à aubes pour placer correctement les dés au-dessus du capteur à chaque fois. La deuxième image était le produit final de notre projet, et la base pivotera en fonction de la face du dé, et la troisième image est une boîte d'affichage que j'ai conçue et construite pour afficher ces capteurs.

La possibilité pour ce capteur est infinie si vous y réfléchissez. J'espère que vous trouverez ce tutoriel agréable et éducatif, et j'espère que vous essayerez d'en créer un pour vous-même.

Dieu vous protège!