Einfaches, günstiges und robustes Lichttor für den Einsatz in Schulen

Ich: Elektronik-Enthusiast in den 1960er Jahren, seitdem wenig Gelegenheit zum Üben.

Projekt: Schulen in Großbritannien haben Schubladen voller teurer „Datenlogger“. Anspruchsvolle und vielseitige Geräte mit vielen Plug-Ins zum Messen und Aufzeichnen von hauptsächlich physikalischen Dingen. Selten verwendet, weil Lehrer sie nicht oft genug verwenden, entscheidende Teile fehlen, Software nicht zum Laufen bringen kann usw.

Eine mögliche Lösung: Einfachste Hardware mit gemeinsamer Software. Die Software, die ich teste, ist entweder die Audiobearbeitungssoftware Audacity oder Acoustica. Beide sind kostenlos erhältlich, messen mit 10 kHz+ (viel schnell genug) und lösen auf 16 Bit auf (wieder reichlich).

Mein aktuelles Problem: Ich möchte einen schmalen Strahl aus sichtbarem LED-Licht (kein Laser, Regulierung zu komplex) auf einen Sensor feuern, um ein Signal zu erzeugen, das in die Mikrofonbuchse eines PCs eingespeist werden kann. Der resultierende Puls. Diese Geräte werden oft paarweise verwendet, um einen Timer zu starten/stoppen, um die Beschleunigung usw. zu messen, aber ein einzelnes könnte durch Reflexion verwendet werden, um die Drehzahl eines Lüfters usw. zu zählen.

Fotodioden und Fototransistoren sind mir unbekannt und ich habe hier (Q22414) Kommentare gefunden wie:

Fotodioden können entweder in Durchlassrichtung oder in Sperrrichtung betrieben werden. In Vorwärtsrichtung vorgespannt gibt die meiste Leistung. Rückwärts vorgespannt gibt die meiste Geschwindigkeit. und ist lauter. Am häufigsten wird der umgekehrt vorgespannte Modus verwendet.

Ich denke, dass Vorwärtsvorspannung besser für mich wäre, aber wo passen Fototransistoren hinein? Ich vermute, dass Photodarlingtons etwas langsam sind. Hilfe!

Meine ideale Schaltung hat keine ICs, eine sehr geringe Anzahl von Komponenten und ist wirklich billig. Auf diese Weise hat jeder ungelernte Löter die Chance, es zu bauen oder zu reparieren, und wenn es verloren geht / kaputt geht, ist es keine große Sache.

Danke

Hoppla, ich versuche, auf die Kommentare unten zu antworten, aber es ist eine kurze Nachrichtenlänge verfügbar.

Ich habe bereits ein funktionierendes Gerät. Eine winzige Box mit 3 Kabeln - eines zu USB als Stromversorgung, eines zum Computermikrofoneingang und eines mit Perlenthermistor. In der Box befindet sich ein 555, der mit etwa 9 kHz läuft und an einen R + 2,2-V-Zener ausgibt - dies ergibt eine stabile Rechteckspannung, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Mikrofoneingang zum Computer geröstet wird. Der Ausgang davon geht über einen anderen R + -Thermistor, der mir eine Rechteckwelle mit einer mit der Temperatur variierenden Amplitude liefert.

Im Audiobearbeitungsprogramm sieht dies wie ein kontinuierliches „Histogramm“ aus, das mit der Temperatur auf und ab geht. Gesamtkosten der Komponenten ca. 5 £ $ Euro, ein Äquivalent ist hier:

http://www.data-harvest.co.uk/catalogue/science/secondary/data-loggers/secondary-science-data-logging/2404PK

http://www.data-harvest.co.uk/catalogue/science/secondary/smartq-sensors/smartqsensors/3100

Mein Ziel ist wahrscheinlich nicht zu verbessern, sondern nur zu vereinfachen. Es gibt bereits „Zauberkisten“, die das ganze Denken mit vielen Dezimalstellen übernehmen, aber diese lehren die Kinder nur, Zauberkisten zu verwenden – nicht, die zugrunde liegende Wissenschaft zu verstehen. Ein Beispiel ist die Abkühlkurve eines geschmolzenen Feststoffs. Die Flüssigkeit kühlt mit konstanter (nicht linearer) Geschwindigkeit ab, aber am Gefrier-/Schmelzpunkt bildet die Kurve für eine Weile ein Plateau und fällt dann wieder mit der ursprünglichen Geschwindigkeit ab. Mit meinem Gerät können die Kinder die Amplitude gegen ein Thermometer bei verschiedenen Wassertemperaturen kalibrieren und ein Diagramm zeichnen. Dies lehrt mehr wissenschaftliche Methoden als eine Zauberkiste.

Meine Absicht ist es, die LED und die Fotodiode / den Transistor in schwarze Delrin-Röhren von etwa 4-5 cm Länge zu stecken, was bedeutet, dass die Strahlrichtung zur Ausrichtung bestimmt werden kann, aber nicht durch Umgebungslicht beeinflusst wird.

Es ist unwahrscheinlich, dass mehrere Gerätesätze gleichzeitig verwendet werden.

Worum ich wirklich bitte, ist eine Anleitung zu den relativen Vorzügen von Fotodioden im Vergleich zu Fototransistoren. Die Datenblätter sagen mir wenig.

Danke für den Input an alle.

Für ein Lichttor würde ich eine geeignet angesteuerte IR-LED (eine 556-Schaltung oder (viel einfachere Schaltung) einen Mikrocontroller) mit einer Linse + einem TSOP-Empfänger empfehlen. (Oder hacken Sie eine IR-Fernbedienung!) Es wird viel mehr Arbeit sein, eine Fotodiodenschaltung zum Laufen zu bringen.
@hypfco Die Lehrer sind nicht ungebildet, unser System setzt sie zu viel Stress aus und von Biologen wird erwartet, dass sie Physik usw. unterrichten. Sie haben einfach keine Zeit, das zu lernen, was sie brauchen. Mein Ziel ist es, so viel wie möglich zu vereinfachen.
Ich habe github.com/dkroeske/emon-server erfolgreich als LED-Detektor verwendet; Die Empfindlichkeit kann durch Hinzufügen eines variablen Widerstands in Reihe mit dem vorhandenen Widerstand eingestellt werden.
Ich habe meinen Kommentar entfernt.
Für eine schnelle Zeitauflösung über kurze Entfernungen (maximal wenige cm, vorzugsweise weniger) können Sie möglicherweise eine unmodulierte LED verwenden. Bei größeren Reichweiten müssen Sie die LED wie bei IR-Fernbedienungen modulieren und einen Empfänger verwenden, der nach der Modulation sucht, um Umgebungsstörungen zu unterdrücken. Aber dann müssen Sie sich das Zeitverhalten des Modulationsdetektors ansehen, um zu sehen, was das mit Ihren Messungen macht. Beachten Sie, dass das Zeitverhalten je nach Signalpegel unterschiedlich sein kann ... Außerdem erwarten viele Modulationsdetektoren, dass die Modulation als kurze Impulse erscheint, und weisen ihre ständige Anwesenheit zurück.
Ich fürchte, dass alles, was Sie sich in Hardware einfallen lassen, kompliziertere Software erfordert, um die Ergebnisse in brauchbare Zahlen umzuwandeln. Nehmen Sie Ihre Temperaturmessung über Audacity vor. Es ist leicht zu sehen, wie sich die Amplitude bei sich ändernder Temperatur ändert. Es ist jedoch viel schwieriger, auf diese Weise eine Temperatur zu messen. Wie würden Sie vorgehen, um mit Ihrer Temperatursonde und Audacity ein Temperaturdiagramm über die Zeit zu erstellen? Schwierig, da Sie die Spitze-zu-Spitze-Spannung aus einem Audiosignal berechnen, diese dann in eine Temperatur übersetzen und diese dann mit der Zeit von Samples in Beziehung setzen.
Ich finde es gut, dass du Dinge verbessern willst. Ich befürchte nur, dass der Benutzer in jedem System, das entwickelt werden kann, verstehen muss, was vor sich geht. Ohne das funktioniert kein System. Ein "idiotensicheres" System zu erstellen, führt Sie direkt dorthin zurück, wo Sie mit teuren Spezialgeräten angefangen haben, die von spezieller Software abhängig sind, die aufhört zu funktionieren, wenn Sie das Betriebssystem aktualisiert haben.

Antworten (2)

Während Ihre "Wünsche" lobenswert sind, müssen Sie möglicherweise aus den folgenden Gründen Kompromisse eingehen:

  • Ihr optisches System muss in einem Klassenzimmer im Wettbewerb mit der Raumbeleuchtung funktionieren.
  • Idealerweise ist Ihr Lichtsender (LED) sichtbar, damit er gut ausgerichtet werden kann.
  • Während eine große Reichweite ein Ziel sein könnte, möchten Sie, dass viele solcher optischen Tore im selben Raum funktionieren, ohne von anderen gestört zu werden.
  • Die Verwendung des Toneingangs eines PCs begrenzt Sie auf 20 - 20 kHz.

Wouter van Ooijen hat einen Vorschlag, der einige Ihrer Kriterien erfüllt. Ein sehr einfacher Mikrocontroller kann Ihre Leuchtdiode mit jeder gewünschten Frequenz ansteuern. Einige LEDs sind mit einer eingegossenen Linse ausgestattet, die die Richtwirkung begrenzt und gleichzeitig die Reichweite erhöht. Eine Batterie ist erforderlich.
InfrarotsenderDer optische Empfänger ist schwieriger. Sehr viele InfrarotOptische Empfänger sind für die Verwendung als TV-Fernbedienungsempfänger (oder andere Geräteempfänger) erhältlich. Diese sind allgemein auf Infrarotwellenlängen beschränkt, was Sie dazu zwingt, eine Infrarot-LED zu verwenden, die zum Zielen nicht sichtbar ist. Dies sind dreipolige Empfänger, die nur sehr wenig mehr als eine Batterie und ein Schnittstellenkabel benötigen. Es ist möglich, dass diese ein Signal an den Mikrofoneingang eines PCs liefern, das von Audacity erkannt werden kann. Diese Chips sind jedoch intern komplex, und viele werden unter zwei Bedingungen falsche Ausgaben liefern:

  • Ein anhaltender Zeitraum ohne Signal
  • Eine anhaltende Periode mit vollem Signal

Optischer Detektor für TV-FernbedienungsempfängerDiese Chips wurden entwickelt, um kurze Signalstöße zu erkennen, wie z. B. die von einer TV-Fernbedienung übertragenen Tastencodes. Sie erkennen die Tonburst-Modulation und liefern nicht den Träger:
typisches TV-Fernbedienungs-Ausgangssignal

Es gibt sehr wenige Versionen von optischen Empfängern, die eine vereinfachte interne Signalverarbeitung haben . Anstatt tatsächlich Tonstöße zu erfassen, wird das Fotodetektorsignal als Ausgang bereitgestellt. Anstatt eine bestimmte Frequenz (normalerweise irgendwo im Band zwischen 30 kHz und 60 kHz) zu erkennen, wie dies bei TV-Fernbedienungsempfängern der Fall ist, geben Sie Frequenzen ab 20 kHz aus. - 60kHz. werden direkt bereitgestellt. Seit 20 kHz. für den Eingangsbereich der Soundkarte eines PCs akzeptabel ist, könnte dieser Empfängertyp ein Signal liefern, das für ein Mikrofon oder einen Line-In-Eingang durchaus akzeptabel ist. Und Audacity könnte 20 kHz leichter erkennen. Signal als die Impulsflanken, die von den komplexeren TV-Fernbedienungsempfängern geliefert werden. Audacity muss nun feststellen, wann die 20 kHz sind. sichtbar ist und wann nicht (diese Funktion ist intern für den komplexeren Empfänger).

Nun, ich habe eine einfache Antwort gefunden. Stellen Sie Google wie immer die richtige Frage und Sie erhalten die Antwort, die Sie brauchen.

Ich habe nach Light Gates gefragt, aber in den USA und anderswo heißen sie Photogates, und eine Suche nach „Photogates Soundcard“ gab mir viele Antworten auf meine Fragen. Insbesondere dieses Papier: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1103/1103.1760.pdf , das zeigt, dass ich versucht habe, eine altbewährte Idee neu zu erfinden.

Danke für deinen Beitrag.

Einfaches, günstiges und robustes Lichttor für den Einsatz in Schulen
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v