Учебная работа. Проектирование хронографа

Учебная работа. Проектирование хронографа

Техническое задание

Спроектировать устройство для измерения исходной скорости вылета пули с таковыми параметрами:

Параметр

Напряжение питания, В

5,38-30

Спектр измерений, м/с

30-300

Вид выполнения

наствольный

Длина базы трубки, мм

150

1. Теоретические ведомости

Хронограф — это устройство для замера исходной скорости пули будь то airsoft орудие либо пневматика, нужен он сначала спецам при модернизации орудия, чтобы ассоциировать скорость винтовки / пистолета до и опосля конфигураций.

Виды хронографов

Существует несколько видов хронографов, которые употребляются для измерения скорости вылета пули: наствольный, рамочный и рогатый.

Наствольный. Имеет вид, показанный на рис. 1.

Рис. 1. Наствольный хронограф

Имеет такие плюсы:

1) Простота и дешевизна производства

2) Портативность

3) Высочайшая стабильность результатов измерений за счет всепостоянства положения ствола относительно датчиков.

Но, к огорчению имеет и недочет:

Крепление на ствол, что усложняет подготовку к измерениям и делает неосуществимым внедрение для неких типов орудия.

Рамочный. Имеет вид, показанный на рис. 2.

Рис. 2. Рамочный хронограф

Плюсы:

1) Относительная дешевизна

2) Фактически не ограниченная «рамка»

3) Простота и удобство использования для всех типов орудия.

Недочеты:

Мощная зависимость от наружных критерий освещения, вследствие чего же высочайшая непостоянность результатов измерений.

Рогатый. Имеет вид, показанный на рис. 3.

Рис. 3. Рогатый хронограф

микросхема хронограф программирование

Плюсы:

1) Простота и удобство использования для всех типов орудия.

2) Возможность измерения скорости пули на случайном расстоянии от ствола.

3) Простота и удобство использования для всех типов орудия.

4) Возможность измерения скорости пули на случайном расстоянии от ствола.

Недочеты:

1) Ограниченный размер активной зоны — «рамки», что на теоретическом уровне может приводить к повреждению устройства.

2) Относительная непостоянность результатов измерений при стрельбе с рук, за счет непостоянности положения ствола по отношению к оси устройства.

Сравнив плюсы и недочеты этих 3-х видах хронографов я приостановил собственный выбор на настовольном хронографе. Сначала главным фактором моего выбора была точность и стабильность измерений, которое дает конкретно наствольный хронограф. Тот недочет, что его можно употреблять не для всех видов стволов меня не заинтересовывал, потому что я делал его под одну модель копии орудия. Не считая того, этот недочет можно поправить методом использования насадок на определенный вид ствола, оставив при всем этом саму базисную трубку.

Принцип работы

Принцип деяния хронографа основан на четком измерении промежутка времени, заключенном меж моментами пересечения оптических осей 2-ух датчиков расположенных на известном и строго определенном расстоянии меж ними. Измерение делается при помощи процессора PIC 16F630. Отсчет времени осуществляется внутренним счетчиком процессора, тактируемым от внутреннего тактового генератора микропроцессора. Частота тактового генератора микропроцессора стабилизируется наружным кварцевым резонатором.

Просвет пули через оптическую ось первого датчика вызывает срабатывание этого датчика. Срабатывание первого датчика вызывает обнуление внутреннего счетчика процессора и запускает отсчет в этом счетчике.

Просвет пули через оптическую ось второго датчика вызывает срабатывание этого датчика. Срабатывание второго датчика вызывает остановку счетчика и запись результата отсчета.

Дальше происходит вычисление значения скорости пролетевшего объекта методом деления некой константы (время (значение счетчика) и получаем скорость объекта.

Это информацию из этого порта и выполнить ее последующую обработку.

2. Используемые детали
Индикатор

В качестве индикатора рекомендуется BA56-12SRWA (их выпускает Kingbright), они обширно всераспространены. Знаками (одной либо 2-мя) меж цифрой 12 и знаками WA обозначаются цвет и яркость индикатора (SR — сверхъяркий красноватый). А вот буковка A (которая BA56) — очень принципиальна. Это означает, что сегменты разрядов имеют общий анод.

Зависимо от используемого индикатора и хотимой яркости его свечения номиналы резисторов R3..R9, может быть, будет нужно поменять (быстрее всего, это будет номинал 360..910 Ом).

Детали оптопар

При сборке устройства были применены фотодиоды и фототранзисторы L-34F3C и L-32P3C. Они имеют внешний поперечник 3 мм. Заместо их можно взять фотодиоды L-53F3C и фототранзисторы L-51P3C. свойства у их фактически те же, лишь внешний поперечник составляет 5 мм., это наименее комфортно для монтажа в трубке хронографа. Характериситик так близки, что Вы сможете использовать пары L-34F3C и L-51P3C (либо L-53F3C и L-32P3C).

Питание устройства

Вначале планировалось употреблять в устройстве батареи «Крона». Но «Кроны» хватает не навечно. Можно употреблять 4 батареи «АА» либо «ААА», соединенных поочередно. Можно заместо батарей употреблять батареи пригодного размера либо же блок питания. Для размещения батарей (либо аккумов) выпускаются и есть в продаже особые отсеки питания.

Стабилизатор питания

Настоятельно рекоменуется использовать стабилизатор LP2950-5.0. Вероятная подмена — стабилизаторы 78L05, 78M05 и 7805. Они различаются мощностью (током, который они способны через себя пропускать). LP2950-5.0 и 78L05 расчитаны на ток до 100 mA (миллиампер).

Трубка для установки датчиков

Трубка обязана быть довольно твердой, чтоб не мяться и не гнуться. Она не обязана быть хрупкой. У нее должны быть довольно толстые стены (в узкой фотодиод либо фототранзистор будет болтаться). Она обязана весьма плотно надеваться на ствол орудия, потому что неплотность даст перекос (несоосность); а отсутствие соосности со стволом в наилучшем случае прирастит погрешность измерений, а в худшем — пуля попадет в деталь оптопары. совершенно будет замечательно, если получится организовать резьбовую высадку хронографа на ствол. При изготовлении нужно как можно поточнее выдержать расстояние меж оптическими осями оптопар. Расстояние меж торцами деталей оптопары обязано быть порядка 13 мм. Если будет меньше — велик риск отстрелить датчик пулей. Будет больше — уменьшится мощность потока ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения)-лучей, хронограф будет наименее устойчив к загрязнениям; оптопары придется чистить почаще

3. разработка производства

Разработка топологического рисунка

один из основных шагов сотворения хоть какого устройства является его топологический набросок. Который в предстоящем будет применяться для переноса на подложку. Основная задачка — создание рисунка токоведущих дорожек, которые будут соединять воединыжды элементы схемы (резисторы, транзисторы, конденсаторы и т.п.). Опосля подбора и ознакомления с формфактором частей, которые будут употребляться в данной схеме инженер должен представить, как должны располагаться элементы согласно схеме принципной электронной. Провести расчеты и знать токи которые будут протекать в данной нам схеме. Чтоб при разработке ее учитывать это, задав подходящим шириной дорожки, поперечник отверстий для установки частей и монтажных отверстий. При всем этом нужно учитывать форм-фактор, мощность рассеяния, схему подключения и т.п.

Последующий шаг, это разработка которая будет применяться при разработке шаблона топологии и разрешение оборудование, которое будет переносить шаблон какой вид травления будет использован для приобретенного рисунка.

Эти все нюансы должны быть учтены при разработке топологии рисунка.

Интегральная схема была сделана при помощи «Лазерно-Утюжной Технологии» (ЛУТ). Шаблон для нее был спроектирован в программке «Sprint Layout». При помощи данной нам программки Вы можете не только лишь распечатать образ печатной платы для переноса на текстолит, да и создать в плате маленькие конфигурации, если это будет нужно. А потребоваться это может, к примеру, если Вы заполучили индикатор не соответственный по размерам тому индикатору, на который расчитана предлагаемая плата. Либо если Вы возжелаете установить на плату клавишу выключения питания, либо положить электролитический конденсатор «на бок», либо подвинуть детали для того, чтоб создать крепежное отверстие и т.д. и т.п.

Рис. 4. Принципная электронная схема устройства

Рис. 5. Интегральная схема

Рис. 6. Монтажная плата

№

Тип

количество

Поперечник

1

контактный

64

0,6 мм

2

контактный

12

0,8 мм

3

контактный

28

1,0 мм

4

монтажный

4

2,0 мм

108 отверстий

Создание шаблона

Как набросок топологии готов и учтены все выше произнесенные причины, нужно сделать шаблон для переноса рисунка на медную подложки.

Для этого нужно взять глянцевую бумагу (например, из журнальчика). Протереть спиртом, загрузить в лазерный принтер и распечатать данный набросок.

Подготовка подложки

· нужно вырезать пластинку из фольгированного текстолита нужных размеров, на которой будет размещаться схема. Также необходимо не забывать оставлять пространство для монтажных отверстий.

· Провести хим чистку (хоть какими порошковыми средствами для очистки).

· Провести механическую чистку, чтоб убрать окисел, который образовался во время прошедшего процесса.

Нанесение рисунка на подложку

Для этого нужно разогреть утюг приблизительно до 200 ?С — 220 ?С градусов (температура плавления тонера). Наложить на медную поверхность подложки топологический набросок, который был распечатан на глянцевой бумаге, рисунком к медной части. В течение 3 мин. провести под давлением термообработку утюгом, поверх глянцевой бумаги.

Получение рисунка

Опосля переноса рисунка пластинка и шаблон под действием температуры склеиваются. Нужно поместить пластинку под прохладную воду на 2-3 мин. Пока не размокнет бумагу. Дальше бумага аккуратненько снимается и на пластинке остается топологический зеркальный набросок.

Травление

В данной работе употребляется хим травление (веществом хлорного железа с водой). Изюминка его состоит в том, что медь которая не защищена резистом удаляется методом хим реакции. Но эта реакция протекает, как вертикально так и горизонтально. Горизонтальное травление может подтравливать медь под резист, это в свою очередь может снижать наибольший ток, который будет протекать по данной нам дорожке. И поэтому еще на самом исходном шаге это нужно учесть при разработке топологического рисунка. Этот отрицательный эффект можно уменьшить методом правильного выбора времени травления и концентрацией активного вещества.

Чистка от активного вещества

Чистка происходит методом кропотливого промывания проточной водой.

Отверстия

Отверстия делаются в согласовании с размерами выводов частей, которые будут устанавливаться и места монтажа. И их делают в соответственных местах, устанавливаемых при разработке топологического рисунка.

Чистка платы от резиста производится в два шага:

· Хим (растворителя)

· Механическая, чтоб удалить окись образовавшийся опосля хим растворителя.

установка и пайка частей

Крайний, но не наименее принципиальный процесс, это установление частей схемы. Тут употреблялся флюс спиртоканифольный и припой (ПОС-61). основное на данном шаге — это не спалить элемент который устанавливается. Для этого лучше всего употреблять маломощную паяльную станцию ??с возможностью регулировки температуры.

Программирование микросхемы

Программки для процессора

программка для процессора («прошивка») обязана соответствовать расстоянию меж оптопарами хронографа. Чем больше это расстояние («база»), тем поточнее итог измерения скорости пули. Прошивка, как правило, подступает лишь для того типа микроконтроллера, для которого она разработана. В истинное время для микроконтроллера PIC 16F630 разработаны и доступны для внедрения прошивки с таковой базой:

· с базой 100 мм

· с базой 150 мм

· с базой 50 мм

· с базой 64 мм

Прошивка загружается в микроконтроллер при помощи специального устройства, которое именуется программатор. Для вас подойдет хоть какой программатор, который умеет работать с микроконтроллерами PIC 16F630. Пригодный прогамматор можно отыскать в почти всех местах, связанных с созданием и ремонтом электрической аппаратуры, также у тех, кто реализует микроконтроллеры (как у организаций, так и у личных лиц).

Схем программаторов весьма много. Один из вариантов программатора, способного работать с микроконтроллерами PIC 16F630, управляющая им программка и мало советов по работе с ним описаны дальше на данной нам страничке.

Схема программатора

Рис. 7. Схема программатора

Этот обычной программатор можно собрать навесным монтажом (т.е. без производства печатной платы), припаяв резисторы конкретно к выводам разъема и к выводам «кровати» для установки контроллера. Обратите внимание, что для подключения программатора к разъему, расположенному на корпусе компа, Для вас будет нужно разъем — «мать», DB-9F.

В крайнее время, и ообенно на ноутбуках, встречаются COM-порты, работающие с уровняими сигнала +3V/-3V (а обычно это +10V/-10V, на их и расчитан приведенный выше программатор). К огорчению, нет убежденности, что программатор, собранный по предложенной тут схеме, сумеет нормально работать, если он будет подключен к такому низковольтному COM-порту.

Но даже «классические» (+10V/-10V) COM-порты не могут обеспечить питание, достаточное для работы микроконтроллера в режиме программироания. Потому требуется запитать микроконтроллер от наружного источника стабилизированного напряжения +5V. к примеру, можно запитать программатор от компа, взяв +5V от вольного разъема, имеющегося в компе для питания винчестера либо дисковода. Но обычно еще удобнее запитывать программатор от порта USB, что и было изготовлено. Как правило, провода в кабеле имеют обычные цвета (красноватый, темный, желтоватый, зеленоватый); Для вас необходимы красноватый (+5V) и темный («масса»). Но лучше все таки убедиться в этом, подключив кабель USB к компу и проверив тестером полярность напряжения на проводах кабеля.

Управляющая программатором программка

Для управления программатором, собранным по приведенной выше схеме, можно употреблять програму IC-Prog.

4. Эксплуатация

Работа в режиме измерения скорости

· Опосля включения питания происходит самодиагностика устройства — «ТЕСТ» (индикация «888», если загрязнился 1-ый датчик — «[», если загрязнился второй датчик — «]»), к огорчению, в данной модификации, метод программки не предугадывает диагностику датчиков во время работы;

· При замере поначалу отображается в течении 1 сек. текущий номер замера, потом фактически

Хранение результатов замеров

Хронограф имеет возможность сохраненить значения замеров в энергонезависимой памяти (до 60 замеров):

· При включении питания хронограф описывает номер крайнего замера и продолжает нумерацию и запись значений далее;

· При достижении крайней вольной ячейки памяти нумерация автоматом сбрасывается в начало;

· Для обнуления памяти нужно надавить клавишу, включить питание и задерживать ее до возникновения индикации 888.

Просмотр записанных результатов замеров

· При нажатии клавиши, хронограф перебегает в режим отображения записанной инфы, поначалу отображается в течении 1 сек. отображается текущий номер замера, потом фактически

· Выход из режима просмотра записанных результатов осуществляется отключением питания либо по достижению конца перечня записанных результатов.

Результаты измерений, изготовленные при помощи хронографа, можно загрузить в индивидуальный комп по интерфейсу RS-232. Создать это можно при помощи программки Chronos (535Кб), интерфейс которой смотрится вот так:

Рис. 8. интерфейс программки для исследования приобретенных данных

Выводы

В данной работе было спроектировано и реализовано устройство для измерения исходной скорости пули — хронограф. В процессе работы была разведена и сделана интегральная схема, на которую был произведен установка элементной базы. Устройство можно запитать от наружного блока питания либо же от батареи гальванических частей формата АА.

Опосля сборки устройство было испытано на работоспособность, а так же на точность измерений. Был проведен несколько различаются. Эту погрешность можно разъяснить невыполнимостью проведения серии выстрелов с схожей скоростью. Потому что разность меж измерениями 2-ух хронографов составляет 1-2 м/с, то можно прийти к выводу, что собранный устройство работает исправно и имеет удовлетворительную точность.

Таковым образом, данное устройство можно использовать для хронографирования airsoft-версий орудия, прошедших внутреннюю доработку деталей для улучшения черт выстрела.

Перечень литературы

1. HTTP://ourguns.ru/armory_news/post-1.79.html

2. HTTP://chronolite2.narod.ru/

3. Чубенко А. «Джерело живлення»

]]>