Хронометраж для горных лыж на Ардуино. Постановка задачи

На тренировках по слалому в Москве (то есть на небольших горках с перепадом высот 50-55 метров и длиной спуска 250-300 метров) мы иногда ставим самодельный хронометраж. На старте калитка, на финише фотофиниш (пересечение лыжником ИК луча) и часы. Связь старт и финиша по радиоканалу. Так сложилось, что мы называем систему хронометража для горных лыж «омега». Так вот, наша омега сломалась — пропал радиоканал. Возникла мысль собрать новую на основе «конструктора» Ардуино, т.е. можно сказать, что без паяльника. В серии заметок планирую освещать ход работ.

24 янв 2017, тренировка в Переделкино, Лев Иванов устанавливает свою самодельную «омегу»

Описывать нашу старую омегу не буду, сразу перейду к тому, что хотелось бы иметь на тренировках.

Калитка

После старта лыжника калитка должна «залипать» в открытом положении. Следующий участник тренировки ее закрывает и при этом «взводит» пружину. То есть при открытии нужно преодолеть усилие пружины, а потом после открытия на 45 градусов другая пружина должна подтянуть калитку до открытого состояния. Начало отсчета времени — по полностью открытому состоянию калитки.

Фотофиниш

В фотофинише должен быть ИК луч, поскольку видимый свет может хуже работать в снегопад. Желательна модуляция (кодирование) связки «излучатель» — «фотоприемник», чтобы избежать ложных срабатываний. Ширина финишных ворот от 5 до 10 метров. Желательно, чтобы ИК-излучатель и фотоприемник были в одном блоке, с противоположной стороны — катафот. Такую систему удобно настраивать. Но возможно и разнесение (излучатель и фотоприемник напротив друг друга), такое решение позволяет существенно уменьшить мощность излучателя.

Базовый блок

Хронометр, который принимает сигналы от стартовой калитки и от фотофиниша должен «держать» на трассе трех лыжников. Соответственно нужно, чтобы было три удобно читаемых табло на четыре цифры каждое: две на секунды и две на сотые доли секунды. Базовый блок располагается не обязательно прямо на финише, лучше подальше, чтобы можно было спокойно оттормозиться и вообще доехать до удобного места, например у подъемника.

Радиоканал

Стартовая калитка, фотофиниш и базовый блок должны быть соединены тремя радиомодулями, каждый типа приёмо-передатчик. В принципе достаточно, если радиомодули калитки и финиша «добивают» до базового блока. То есть, связывать старт и финиш не обязательно. Дальность работы радиомодулей не менее 500 метров (напомню, что горки в Москве короткие).




Логика

На старте

При старте радиомодуль калитки передает сигнал открытия на базовый модуль для запуска хронометра (одного из трех, по очереди). Кроме этого желателен отклик о готовности от радиомодулей на финише и «базе», с соответствующим световым индикатором.

Если участник с трассы сошел (DNF — «do not finished»), то нужно нажать на месте старта на специальную большую кнопку «DNF»для сброса таймера без пересечения фотофиниша.

В логике модуля управления калиткой нужно предусмотреть защиту от ложных срабатываний, если не получилось вручную закрыть калитку с первого раза. То есть, «истинный» импульс следующего старта возможен только после необходимого для закрытия калитки времени.

Базовый блок должен «держать» не более трех участников на трассе и соответственно выдавать сигнал «можно дать старт» (в виде светодиода, например), когда участников на трассе меньше. В принципе для тренировок достаточно «держать» на трассе двух участников, а возможность «держать» третьего — просто на всякий случай.

На финише

Никакой логики. При пересечении луча на базовый блок по радиоканалу передается импульс «стоп».

Базовый блок

Базовый блок принимает по радиоканалу импульс старта от калитки с отсылкой ответа на старт «старт принял». При пересечении фотофиниша базовый блок останавливает секундомер и также отправляет на старт сигнал «финиш принял». Связано это с тем, что у участников, собирающихся на старте постоянно возникает вопрос «омега работает?».

Для минимальной защиты от случайного пересечения луча фотофиниша нужно предусмотреть отсечку времени, например 10 секунд. То есть, если сигнал с фотофиниша пришел менее чем через 10 секунд после открытия калитки, то он игнорируется.

Базовый блок хронометрирует до трех участников из логики: старт потом финиш, относящийся стало быть именно к этому старту. Измеренное время выводится на три табло, одно под другим, с «прокруткой» так, чтобы последнее зафиксированное время показывалось на верхнем табло.

Питание

Аккумуляторы «18650» (литий-ионные 3.7 Вольт на банку). Аккумуляторы встроенные, зарядка через разъем микро USB, поскольку такой разъем сейчас распространен на смартфонах. Заряда аккумуляторов должно с запасом хватать на три часа работы системы в мороз.




Аппаратная часть

Все должно быть только из готовых модулей платформы Ардуино. Это в частности обеспечит хорошую ремонтопригодность.

Например, если «пропадет» радиоканал, то нужно будет просто заменить модуль радиоканала.

Основные вычислительные модули — Ардуино-нано (Arduino nano).

Это одноплатный компьютер с цифровыми и аналоговыми входами, программируемый с обычного компьютера через разъем USB. Таких модулей нужно три. К этим модулям добавляются модули радиоканала, кнопки, светодиоды и цифровые индикаторы. Все модули — «в стандарте» Ардуино, поэтому вопросы согласования должны быть решены сами по себе.

Питание от аккумуляторов, тоже из модулей: сам аккумулятор, плата зарядки и плата преобразователя напряжения в рабочее напряжение для Ардуино (5 Вольт) или для финишных ворот (12 Вольт).

Фотофиниш может быть собран на готовом решении для управления гаражными воротами.

Механическая часть калитки (система с пружинами и «залипанием» в открытом состоянии может быть собрана на основе мебельных петель с пружинным управлением, как на кухонных шкафчиках.

Стержень калитки стеклопластиковый из вариантов поддержки растений в саду.

Стоимость

Примерно такая «тренировочная омега» от Microgate стоит 3 800 евро. Эта цена и заставила задуматься об Ардуино. Поскольку закупаться планирую на Али Экспресс, ожидаю стоимость составляющих в 100 раз меньше.




 Корректировка

добавлено позже 🙂

В процессе реализации по разным причинам происходят изменения и дополнения.

Старт

Основной вычислительный блок, который отслеживает сколько участников на трассе одновременно, а также контролирует качество радиосвязи, расположен на старте. Здесь же табло на три времени. Хронометраж для горных лыж на АрдуиноТо есть на этом блоке три цифровых индикатора времени, светодиодные индикаторы «Можно дать старт» и «Пропала радиосвязь с финишем», и кнопка «DNF-Reset», которую нужно нажать, если участник не финишировал.

Хронометраж для горных лыж на АрдуиноВ радиообмене блок «Старт» это постоянный приемник, который настроен на передатчик, который на финише. Блок «Финиш» периодически посылает сигнал для контроля радиосвязи и синхронизации часов и, разумеется, посылает сигнал при пересечении финиша. При получении сигнала о пересечении финиша стартовый блок после вычисления результата прохождения трассы участником переключается в режим передатчика и передает результат на блок «Табло» (а также показывает результат «у себя»).

Хронометраж для горных лыж на Ардуино

Финиш

Только передатчик и только на стартовый модуль.

Табло

Только приемник и только со стартового модуля. На табло расположено 6 цифровых индикаторов, показывающих шесть текущих результатов в обратном порядке. Самый свежий результат сверху, а по получении нового результата остальные смещаются на строчку вниз. Табло может быть расположено где угодно, подразумевается что где-то внизу на финише после зоны торможения.

Дополнительные секундомеры

Помимо основного радиоканала на Старте и Финише расположены короткодействующие передатчики. Эти передатчики выдают кодированный сигнал соответственно при открытии калитки и при пересечении финиша. У (некоторых) участников в кармане блок с секундомером со своим цифровым индикатором и короткодействующим приемником. Все такие секундомеры одинаковые. Для того, чтобы они не мешали друг другу (когда участник стоит на старте в очереди, его блок улавливает старт других участников) в секундомер заложена простая логика: «свой старт» это тот, за которым последует финиш.

Это сделано на случай, когда дальности основного радиоканала будет не хватать. Например, поездка в горы небольшим составом участников.


добавлено позже

Получилось вот так:

Хронометраж для горных лыж на Ардуино
Слева направо, нижний ряд. Блоки: Контроль регламента, Старт, Финиш, Табло. Далее опора для стартовой калитки и фотофиниш с отражателем. Вверху: стартовая калитка, индивидуальный секундомер

Стоимость материалов и комплектующих (без учета индивидуальных секундомеров (на фото один такой сверху) и блока контроля регламента (на фото — слева) составила 5 400 руб или 83 USD. Хотя общие расходы, конечно больше 🙂

Дальность в городе с соблюдением по возможности условия прямой видимости составила 1 км для радиосвязи блоков «Старт» — «Финиш» и 700 метров для связи блоков «Старт» — «Табло». После тестирования поставил в блок «Табло» такой же (более продвинутый) радиомодуль как в блоках «Старт» и «Финиш», поэтому тоже должен быть километр дальности, но не проверял. 

Здесь собраны все заметки по теме «Хронометраж для горных лыж на Ардуино».





Vadim Nikitin DigInfo.ruВадим Никитин

 

 

 

на начало страницы

Share This:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *