Stoper elektroniczny

Stoper elektroniczny
Projekt
edukacyjny
2015/2016
Klasa IIIC
Wybór tematu.
Chcieliśmy wykonać urządzenie, które będzie
pamiątką po naszym pobycie w gimnazjum
i będzie użyteczne.
Po zastanowieniu się
i konsultacjach z prowadzącym wybraliśmy
do wykonania stoper elektroniczny, który
można wykorzystać na lekcjach fizyki,
wychowania fizycznego oraz turniejach
wymagających precyzyjnego pomiaru czasu.
Jak było do tej pory
Pomiar zegarkiem z sekundnikiem daje
błąd ok. 1s.
Pomiar za pomocą stopera ręcznego,
z powodu dość powolnej reakcji
człowieka, jest również mało dokładny
- typowo to 0,1s.
Nasze urządzenie pozwala mierzyć
z dokładnością do 1 ms czyli sto razy
większą.
Zasada pomiaru
Żarówka oświetla fotoelement. Gdy np. biegnący
zawodnik przesłoni swoim ciałem strumień
światła fotoelement wysyła sygnał do urządzenia
i pomiar zostaje zakończony.
Możemy tu uzyskać dokładność nawet lepszą niż
1 mikrosekunda czyli 1/1 000 000s, nam jednak
aż taka dokładność nie będzie potrzebna.
Elementy reagujące na światło
Obecnie do wykrywania oświetlenia
stosuje się fotorezystory, fotodiody
lub fototranzystory.
Zobaczmy jak one wyglądają.
Fotorezystor
Fotodioda
Fototranzystor
Nasz układ.
Wykorzystaliśmy czujnik podczerwieni,
który nie reaguje na przypadkowe
oświetlenie światłem stałym, wykrywa
tylko światło zmieniające się
z częstotliwością 36kHz .
Nadajnik światła.
Do wytworzenia błysków o tej
częstotliwości użyliśmy diody
wytwarzającej promieniowanie
podczerwone sterowanej
mikroprocesorem zasilanym
z dwu ogniw R6.
Nadajnik światła – procesor z zasilaniem
.
Prąd diody.
Aby zmniejszyć pobór mocy czas
świecenia jest dwukrotnie krótszy niż
czas przerwy.
Natężenie prądu dobraliśmy
doświadczalnie, aby układ pracował
przy nadajniku oddalonym
o 2m, wynosi ono 20 mA.
Wybór wyświetlacza
Aby wyświetlać duże,
jasne cyfry
zakupiliśmy
czerwone
wyświetlacze LED.
Zmiana wyświetlacza.
Później doszliśmy do wniosku, że lepiej
będzie gdy urządzenie będzie mogło
pracować bez podłączania do sieci.
Szukaliśmy więc wyświetlacza
pobierającego jak najmniejszy prąd.
W rezultacie wybraliśmy wyświetlacz LCD
z podświetleniem, o dość dużych cyfrach.
Wymaga on zasilania napięciem 5V.
Zasilanie
Zastosowaliśmy 4 ogniwa R6 po 1,5V
co daje 6V
i stabilizator napięcia 5V mogący
pracować przy niskim spadku
napięcia.
Wybór procesora
Początkowo planowaliśmy
użyć mikroprocesora
ATMEGA8 - najbardziej
popularnego, używanego
przez kolegów pracujących
w kółku
mikroprocesorowym
w naszej szkole. Wybraliśmy
jednak nieco droższy
ATMEGA88 o takim samym
układzie wyprowadzeń, który
pobiera znacznie mniejszą
moc i przeznaczony jest do
urządzeń zasilanych
bateryjnie.
Stabilność częstotliwości generatora
Procesor może pracować z wewnętrznym
generatorem RC, jednak stabilność
częstotliwości jest wówczas niewielka (ok 1%).
Aby pomiar był dokładny do stabilizacji
częstotliwości zastosowaliśmy kwarc
o częstotliwości 16MHz. Jest to maksymalna
częstotliwość pracy naszego procesora. Do jego
pracy potrzeba jeszcze dwu kondensatorów 20pF.
Pozwala on na pomiar czasu
z niepewnością względną
1/1000000 - 10 000 razy
lepszą niż na wewnętrznym
generatorze.
Maksymalny błąd pomiaru
Większą dokładność można byłoby
osiągnąć stosując zamiast kwarcu
specjalny układ scalony.
Zdecydowaliśmy się na pomiar
|z rozdzielczością 1/1000s czyli 1 ms.
Przyjęliśmy maksymalny czas pomiaru
99 godzin.
Start
Do sygnalizacji startu zastosowaliśmy
dość głośny
przetwornik piezoelektryczny
z wbudowanym generatorem.
Jest on sterowany przez tranzystor typu
npn, którego baza jest dołączona do
jednego z wyjść procesora.
Jak pracowaliśmy
Ponieważ nadajnik podczerwieni
i odbiornik powinny być umieszczone
na takiej samej wysokości,
wykorzystaliśmy dwa stare statywy,
które wyczyściliśmy
z rdzy i pomalowaliśmy.
Wykonaliśmy również do nich
mocowania naszych układów .
Lutowanie połączeń
Połączenia wykonaliśmy na uniwersalnej
płytce UM6 .
Lutowanie połączeń
Program do procesora
Program napisany został w języku C. Do
sterowania wyświetlaczem LCD
i odmierzania czasu z wykorzystaniem
wewnętrznych przerwań sprzętowych
zostały wykorzystane procedury
utworzone na kółku mikroprocesorowym.
Aby wpisać program do
procesora użyliśmy
specjalnego programatora
USBASP.
Program do procesora
Programatorem sterował z program
MK AVR Calculator.
Pokaz pracy stopera
Tryb ręczny
Pokaz pracy stopera
Tryb foto
Pokaz pracy stopera
Tryb normalny
Wykonawcy:
Pod kierunkiem pana
mgr inż. Stanisława Totona
Na koniec
Niespodzianka
Dzięki wbudowanemu
dodatkowo nadajnikowi
radiowemu RFM73
A teraz
please wait