Arduino для Nerf: хронограф и счетчик кадров: 28 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

В моем предыдущем учебном пособии были описаны основы определения скорости дротика с помощью инфракрасного излучателя и детектора. Этот проект идет дальше, используя печатную плату, дисплей и батареи для создания портативного счетчика боеприпасов и хронографа. Кроме того, мы добавили несколько светодиодов для имитации дульного пламени. Потому что pew pew pew…

Это может показаться сложным проектом с большим количеством шагов, но использование печатной платы и коммерческих компонентов для дисплея и микроконтроллера значительно упрощает сборку надежного проекта. Я также предоставлю тестовый код для каждого элемента проекта, чтобы помочь вам добиться успеха. Ты можешь это сделать !

Шаг 1. Детали и расходные материалы

Печатная плата, три копии обойдутся вам всего в 12,40 долларов США с бесплатной доставкой, поэтому сделайте это вместе с другом, чтобы разделить стоимость:

OSH Park:

Электронные части

• 1 шт., Полевой МОП-транзистор Q1 N-CH 20V 530MA TO92-3, Microchip TN0702N3-G,

• 5 шт., 5 мм светодиодов, цвет на ваш выбор

  • Белый
  • Янтарь
• 6 шт., Токоограничивающие резисторы 100 Ом 1/8 Вт 5%,
• 2 шт., Резистор 10 кОм 1 / 8Вт 5%,
• 1 шт. Фототранзистор, [Everlight PT928-6B-F] (https://www.digikey.com/short/qtrp5m)
• 1 шт. ИК-излучатель, [Everlight IR928-6C-F] (https://www.digikey.com/short/jzr3b8)
• 1 шт. Резистор 100 Ом 1 / 8W 5%, [Stackpole CF18JT100R] (https://www.digikey.com/short/q72818)
• 1 шт., 12-дюймовая перемычка «папа-папа», [Adafruit 1955], (https://www.digikey.com/short/pzhhrt)
• 1 шт., Adafruit ItsyBitys 8Mhz 3V, [Adafruit 3675], (https://www.digikey.com/short/pzhhwj)
• 1 шт., ДЕРЖАТЕЛЬ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА AAA 3 ЯЧЕЙКИ, 6 ДЮЙМОВ,
• 1 шт., SWITCH SLIDE SPST, E-Switch EG1218,
• 1 шт., ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ТАКТИЛЬНЫЙ SPST-NO 0.05A 24V, TE 1825910-6,

• 1 шт., 7-сегментный дисплей I2C:

  • КРАСНЫЙ Adafruit 878
  • Голубой Адафрут 881,

3D детали

Трехмерные детали были созданы в основном в TinkerCad, а это значит, что их легко изменить для ваших собственных целей:

• Колпачок и корпус:
• Адаптер для ствола:

Я также разместил копии STL на Thingiverse:

Инструменты и прочее:

• Паяльник
• Инструмент для зачистки проводов
• Фрагменты с вырезом заподлицо
• Пистолет для горячего клея
• Проволока
• # 2 винты для нарезания резьбы
• 3/4 "ПВХ

Шаг 2:

Начнем с печатной платы.

• Отделите две меньшие «отрывные» доски от середины и отложите для последней, используя резку заподлицо или скручивание.
• Обрежьте неровные края напильником или зашлифуйте, чтобы сгладить их.

Шаг 3:

Я не собираюсь учить вас пайке. Вот пара моих любимых видео, которые показывают это намного лучше, чем я могу:

• Кэрри Энн из Дневников девушки-гика.
• Колин из Adafruit

В основном:

• Найдите место на печатной плате по меткам шелкографии.
• Согните выводы компонента, чтобы они соответствовали отпечатку стопы.
• Припаяйте выводы.
• Обрежьте провода

Начнем с резисторов, так как их больше всего, они находятся в самом низком положении и их легче всего паять. Они более термостойкие и дадут вам возможность освежить свою технику. У них также нет полярности, поэтому вы можете установить их любым способом.

• 6 шт. Резисторов сопротивлением 100 Ом, ограничивающих ток светодиодов, устанавливаются в местах, обозначенных «* R» и «100».
• 2 шт. Резистора номиналом 10 000 Ом устанавливаются в местах с пометкой «10K».

Шаг 4:

Далее установим пару эмиттер / детектор. Если вам нужна дополнительная информация о том, как они работают, вернитесь к моим предыдущим инструкциям.

• ИК-излучатель чистый и направлен в точку с надписью «EMIT», а скругленная линза направлена к центру.
• ИК-детектор имеет черный цвет и помещается в точку с надписью «DETECT» с закругленной линзой, направленной в сторону ИК-излучателя.

Шаг 5:

Поскольку 5 светодиодов потребляют больше тока, чем может напрямую подавать микроконтроллер, мы будем использовать транзисторный переключатель, чтобы включать и выключать их. Это может быть небольшой N-канальный MOSFET или обычный NPN-транзистор, поскольку мы имеем дело с током около 100 мА.

N-MOSFET вставляется в точку с отметкой «Q1» плоской стороной, совпадающей с маркировкой

Шаг 6:

Светодиоды имеют полярность. Длинный вывод положительный и отмечен знаком «+» на печатной плате. На боковой стороне также есть плоский край, который я никогда не вижу четко.

• Установите все светодиоды на стороне, противоположной резисторам и MOSFET.
• Переверните плату и припаяйте один вывод и только по одному выводу каждого светодиода.

• Осмотрите светодиоды, убедившись, что длинный вывод находится в отверстии, отмеченном «+», и что светодиод находится заподлицо с платой.

  Разогрейте соединение, осторожно нажимая на светодиод, чтобы он зафиксировался (см. Фото 4)

• Припаяйте оставшиеся выводы и обрежьте.

Шаг 7:

Проверьте, поместите ли светодиодное кольцо в колпачок, напечатанный на 3D-принтере. Он подходит только в одном направлении, когда полевой МОП-транзистор направлен к «т-образному» отверстию.

Шаг 8:

Пора начинать электромонтаж!

• Возьмите четыре 6-дюймовых провода, зачистите и залудите каждый конец.

• Впаиваем в заглушку на печатной плате:

  • Красный для «+».
  • Черный для «-».
  • Выбор цвета для «S», что означает «стробоскоп», или для сигнала включения светодиодов.
  • Выбор цвета для «G», который является «затвором», или для сигнала, поступающего от ИК-детектора.

Шаг 9:

Готовим дисплей. Мне нравятся «рюкзаки I2C» Adafruit, потому что для работы они используют только два сигнальных провода (в дополнение к питанию и заземлению). Вы также можете связать их вместе.

Официальные инструкции Adafruit находятся по адресу:

• Убедитесь, что вы правильно установили ориентацию дисплея с десятичными точками, соответствующими маркировке на печатной плате.

• Как и на предыдущем этапе, залудите и зачистите 4 провода диаметром 6 дюймов:

  • Красный для "+"
  • Черный для «-».
  • Выбор цвета для «SDA» и «SCL».

Шаг 10:

Кнопка предназначена для ввода пользователем. Я использую его для сброса счетчика боеприпасов, но его можно использовать для включения и выключения светодиодов, как фонарик или что угодно, что придет в голову вашему воображению. Это твой проект.

• Вставьте переключатель в коммутационную плату и припаяйте выводы.
• Обрежьте, зачистите и залудите два 6-дюймовых провода. Один должен быть черным для заземления, а другой - отличительного цвета.
• Припаяйте провода к коммутационной плате. Ориентация значения не имеет.

Шаг 11:

Ползунковый переключатель используется для включения и выключения питания. Дизайн немного запутанный, но помогает при сборке. Маркировка на шелкографии показывает, как переключатель размыкает контакт между двумя положительными выводами.

• Обрежьте провода на корпусе для теста так, чтобы осталось около 2 дюймов.
• Припаяйте ползунковый переключатель к коммутационной плате.
• Зачистите и залудите оставшиеся 4-дюймовые провода от держателя батареи и припаяйте к одной стороне коммутационной платы (красный к «+», черный к «-»).
• Припаяйте провода от держателя батареи к другой стороне коммутационной платы (красный к «+», черный к «-»).

Шаг 12:

Пора приступить к интеграции различных компонентов. Мы оставим кнопку для последнего, поскольку мы можем легко пропустить только три провода через одно отверстие.

• Возьмите три красных провода, зачистите и скрутите вместе:

  • Светодиодное кольцо
  • 7-сегментный дисплей
  • Ползунковый переключатель

• Вставьте их через нижнюю часть контактной площадки «3V» на ItsyBitsy и припаяйте на место.

  Если вы используете другой тип платы, используйте вывод «5V»

• Возьмите три черных провода заземления от тех же компонентов, зачистите, скрутите и вставьте в контактную площадку "G" напротив контактной площадки "3V".

Шаг 13:

Завершите подключение светодиодного кольца, прикрепив провода затвора и строба к соответствующим контактам:

• Подсоедините "G" или провод затвора к контакту ItsyBitsy A0. Это позволит нам получать аналоговые показания для поиска и устранения неисправностей.
• Подключите «S» или стробирующий провод к контакту 9, который позволит нам ШИМ световой сигнал, если мы захотим позже контролировать яркость.

Шаг 14:

Завершите подключение 7-сегментного дисплея, подключив провода I2C:

• Присоедините контакт SCL («часы») от дисплея к контакту SCL на ItsyBitsy.
• Подключите вывод SDA («данные») от дисплея к выводу SDA на ItsyBitsy.

Шаг 15:

Пора добавить кнопку:

• Присоедините черный провод к штырю ItsyBitsy «G» на нижнем коротком крае платы. Это тот же сигнал заземления, что и другой вывод "G".
• Присоедините цветной провод к контакту ItsyBitsy «7». Это позволит нам использовать сигнал аппаратного прерывания для сброса счетчика.

Шаг 16:

На этом этапе настало время протестировать наши различные компоненты.

Если вы впервые используете Adafruit ItsyBitsy, вам придется настроить IDE Arduino для распознавания платы.

Следуйте инструкциям на странице

Если вы впервые используете дисплеи Adafruit I2C, вам снова придется настроить свою Arduino IDE для использования библиотек Adafruit.

Следуйте инструкциям на странице

Время проверить это:

• Подключите свой ItsyBitsy к компьютеру с помощью USB Micro.
• [Инструменты] -> [Доска] -> [Adafruit IstyBitsy 32U4 8MHz].
• [Инструменты] -> [Порт] -> какой бы порт ни подключался, обычно с самым большим номером.
• [Файл] -> [Примеры] -> [Библиотека светодиодных рюкзаков Adafruit] -> [sevenseg]
• [Эскиз] -> [Загрузить]

Если загрузка прошла успешно, дисплей должен ожить и начать показывать увеличивающиеся числа. Пора выпустить крик! славы. Если нет, пора надеть шляпу для устранения неполадок.

Если загрузка не удалась, дважды проверьте инструкции по установке ItsyBitsy, настройки IDE и подключение USB-кабеля.

Если дисплей не загорается, дважды проверьте инструкции на рюкзаке и свои электрические соединения.

Шаг 17:

Пришло время проверить пару ИК-излучатель / детектор.

• [Файл] -> [Примеры] -> [Аналог] -> [AnalogReadSerial]
• Загрузите на свою доску.
• Щелкните значок «Монитор последовательного порта» в правом углу среды IDE.

Если повезет, вы увидите поток поступающих значений. Это 10-битные аналоговые значения, поэтому они будут находиться в диапазоне от 0 до 1023.

• Когда фототранзистор подвергается воздействию света, он пропускает ток, и сигнал падает до 0.
• Когда фототранзистор не видит ИК-излучения, он останавливает ток, позволяя сигналу перейти на высокий уровень.

Если вы не получаете ожидаемых изменений, проверьте следующее:

• Дважды проверьте проводку от кольца до микроконтроллера.

• ИК-светодиод горит?

  • Он должен быть немного теплым на ощупь.
  • В недорогой камере мобильного телефона ИК-свет хорошо виден.
  • Если он не горит, скорее всего, он подключен в обратном направлении.

Шаг 18:

Пора проверить стробоскоп. Мы просто воспользуемся базовым примером «Blink» и изменим номер пина:

• [Файл] -> [Примеры] -> [01. Basic] -> [Blink]
• В зависимости от вашей версии IDE измените номер пина на тот, который мы выбрали на шаге 13 (пин 9).
• Загрузите эскиз и приготовьтесь к слепоте.

Если вы не получаете ожидаемого мигания, проверьте проводку и номера контактов.

Шаг 19:

Все, что осталось протестировать, это кнопка:

• [Файл] -> [Примеры] -> [01. Basic] -> [DigitalReadSerial]
• Изменить pushButton = 2; to pushButton = 7;
• Изменить pinMode (кнопка, ВХОД); в pinMode (pushButton, INPUT_PULLUP);
• Загрузить.

INPUT_PULLUP подключает слабый подтягивающий резистор к 3 В, что означает, что digitalRead () должен возвращать «HIGH» или «1». Когда кнопка нажата, она должна вернуть «НИЗКИЙ» или «0».

Если вы не получаете ожидаемых значений, вернитесь и проверьте подключение кнопок.

Шаг 20:

Пришло время интегрировать нашу протестированную систему. Начнем с подготовки бочки из ПВХ:

• Отрежьте секцию 3/4 "PCV длиной 85 мм.
• Отметьте 6 мм от конца и просверлите отверстие 1/4 дюйма или больше с обеих сторон, как можно центрируя.
• Распылите на внутреннюю поверхность ствола черный цвет, чтобы поглотить отраженный ИК-свет при прохождении дротика.
• С помощью напильника отметьте положение отверстий на конце ствола.

Шаг 21:

• Проверьте установку аккумуляторного отсека и при необходимости подрежьте его.
• Вставьте корпус (концом провода к отверстию выключателя питания).
• Закрепите корпус горячим клеем (не слишком много, если позже придется разбирать его).

Шаг 22:

Вставьте выключатель питания и кнопку в отверстия 3D-корпуса и закрепите горячим клеем

Шаг 23:

Вставьте ItsyBitsy в слот и расположите проводку так, чтобы у нас был путь для ствола

Шаг 24:

• Вставьте светодиодное кольцо в колпачок и закрепите горячим клеем.
• Прикрепите колпачок, чтобы USB-порт ItsyBitsy занял правильное положение.

Шаг 25:

• Вставьте ствол так, чтобы метки совмещения на конце ствола совпадали с метками на колпачке.
• Визуально проверьте ИК-излучатель и детектор через отверстия в стволе. При необходимости увеличьте отверстия.
• Подключите USB к ItsyBitsy и повторно запустите IR-проверки (эскиз AnalogReadSerial).

Шаг 26:

Получить окончательное выравнивание немного сложно. Вы хотите закрепить ствол в правильном положении.

• Присоедините адаптер ствола к бластеру Nerf.
• Наденьте кожух ствола на адаптер, убедившись, что три отверстия для винтов на конце бластера совпадают.
• Проверьте выравнивание ствола на выходной стороне.
• Осторожно отсоедините узел с помощью переходника для ствола.
• Осторожно снимите корпус ствола с адаптера, удерживая ПВХ на месте пальцем внутри.
• Закрепите ствол горячим клеем.
• Собрать заново, перепроверить питание
• Закрепите колпачок и адаптер ствола винтами. Резьба №2 или запасные винты Nerf подойдут.

Шаг 27:

Пришло время прошивки оружейного уровня.

• Загрузите, а затем загрузите прикрепленный эскиз в ItsyBitsy.
• Убедитесь, что на дисплее мигают штрихи (до первого выстрела).
• Вставьте палец в торец ствола достаточно глубоко, чтобы заблокировать ИК-луч, а затем быстро удалите его.
• Убедитесь, что светодиоды мигают.
• Убедитесь, что вы получаете числовое значение, которое будет чередоваться от «1» (количество выстрелов) и небольшого количества футов в секунду, например «1,5».
• Нажмите кнопку в нижней части ствола и убедитесь, что она снова начинает мигать (сбросить счетчик выстрелов).

Если какой-либо из этих шагов потерпит неудачу, вернитесь и дважды проверьте операцию, используя предыдущие тестовые эскизы. Осмотрите проводку, чтобы убедиться, что во время сборки что-нибудь не толкнулось.

Шаг 28: Что дальше?

Теперь вы знаете, с какой скоростью стреляет ваше ружье Nerf, и можете измерить эффективность любых модов, которые вы делаете. Поскольку ствол съемный и переносной, вы можете позволить своим друзьям хронографировать свои бластеры.

Двигаясь вперед в этой серии, мы рассмотрим модернизацию батареи и проводки для LiPo, использование полевого МОП-транзистора для управления маховиками и работу над выбранной системой пожаротушения с полностью настраиваемой работой.

Финалист конкурса Arduino Contest 2019