Geschwindigkeitsmessung

Hi


Ich bin relativ neu in der Mikrocontroller programmierung und allgemein in der Elektrotechnik.

Und jetzt stehe ich vor meinem ersten kleinen Projekt ich soll eine Geschwindigkeitsmessung durchführen an einem Tischfußballtisch diese müsste im hinteren Tor stat finden und hat so nur 4-5 cm.

Also wie messe ich am besten "relativ" und kostengünstig die Geschwindigkeit auf so einer kurzen Strecke? (unterschiede von 5-8km/h sollten net so das Problem sein....

Wo bekomme ich solche Sensoren her oder selber bauen?

mfg manhunt

Hi!
Wenn DU die Geschwindigkeit des Fussballs innerhalb des Tors messen willst, schreit das Problem förmlich nach einer bzw. nach zwei Lichtschranken (nur LED und Photoempfänger). Einfachste Variante: eine Lichtschranke an den externen IRQ Deines Prozies, die andere an irgendeinen anderen Pin, nach Auslösung des IRQs misst Du dann die Zeit bis zum Erkennen des zweiten Impulses, umrechnen, fertig.
Hat aber den Nachteil, dass der Prozi in der Messzeit nichts anderes machen und dass Fremdlicht störend wirken kann.
Gruß

Hi

ich bin wirklich ein Anfänger und kenn mich noch net so mit den Fachwärtern aus.

Also so wie ich das jetzt verstanden habe willst du mit einem Led und einem Photoempfänger messen ob der Ball vorbei rauscht?

naja das sollte aber ein Problem werden da das ganze wie gesagt auf 4-5cm passieren muss und da 2 Leds warscheinlich störend werden kann.

Das ich einen Lichtschrankenvorhang brauche war mir auch irgentwie klar da das ganze eine höhe von min 6cm hat.

mfg manhunt

Wegen der 4-5cm sehe ich kein Problem. Die Breite einer LED und eines (zb) Phototransistors betragen etwa 5mm. Ein Paar bei 0cm, eines bei 5cm, warum sollte das nicht gehen?
Du musst nur dafür sorgen, dass die Photoempfänger nur das Licht EINER LED sehen können, zb durch eine Blende oder indem Du sie gegensätzlich montierst.

Hi


ok frage da brauche ich mehrere leds/Phototransistoren übereinander bei einer höhe von 6 cm?


könntest du mir welche empfehlen die auf einer Länge von 15cm funktioniern?

und wie schauts mit der empfindlichkeit des Phototransistors auf schnelle Lichtveränderung aus? Da ich glaube das das ganze sich zwischen 50-80km/h abspielen wird?

mfg manhunt

Zitat:

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da brauche ich mehrere leds/Phototransistoren übereinander bei einer höhe von 6 cm?

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Vorsicht! Besser wäre nur eine Diode+Photoempfänger, weil der Lichtstrahl eindeutig unterbrochen werden muss. Bei zweien ist das nicht automatisch der Fall. Vorausgesetzt ist auch, dass der Ball nicht am Sensor vorbeihuschen kann, ohne auszulösen.

Zitat:

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und wie schauts mit der empfindlichkeit des Phototransistors auf schnelle Lichtveränderung aus? Da ich glaube das das ganze sich zwischen 50-80km/h abspielen wird?

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Einige Megahertz sind da schon drin, ich glaube nicht, dass sich Dein Ball so schnell bewegen kann ;-)
Wie wärs mit LPT80A von Siemens, im Datenblatt ist gleich die passende Diode genannt, Anstiegszeit 10µs.
Gruß

Hi

das ist ja gerade das Problem das der Ball einen spielraum von 6cm hat und das licht nie ganz ausmachen wird..... und auserdem kann ich das ganze kaum vor tageslicht schützen...


Frage gibt es irgentwelche kostengünstigen lösungen mit lasern oder so?


mfg manhunt

Ne, man kann die Empfindlichkeit natürlich so einstellen, dass das tageslicht nicht stört. Es gibt auch Fertigprodukte (Lichtschranken), schätze für 10-20€. Entscheidend ist, dass der Ball in jedem Fall die Direkte Verbindungslinie zwischen Sensor und Sender unterbricht. Im Falle eines Lasers ist das zwar eindeutig, für normale LEDs gilt das aber auch. Man muss mit der Empfindlichkeit spielen.
Für Produkte such halt mal bei Versendern, weiß ich auch nicht.

Zitat:

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Zitat von manhunt

Hi
das ist ja gerade das Problem das der Ball einen spielraum von 6cm hat und das licht nie ganz ausmachen wird..... und auserdem kann ich das ganze kaum vor tageslicht schützen...

Frage gibt es irgentwelche kostengünstigen lösungen mit lasern oder so?
mfg manhunt

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hallo manhunt,

da du eine relativ Breite Fläche abdecken willst, ist eine Laser lichtschranke IMHO überhaupt nicht geeignet. Es sei denn du bringst mehrere Spiegel an s dass der dünne Lichtstrahl sich Netzartig über den gesamten Toreingang erstreckt und am Ende des Strahls den Sensor. Aber das dürfte von der Ausrichtung der Spiegel zu schwierig werden ;-)

Viel besser sollte hier eine Reflexlichtschranke verwendet werden, also Sende LED und Empfangssensor schauen in die selbe Richtung.
Eine fertige Lösung gäbe es hier, http://www.eltima-electronic.de/lichtschranken.html aber diese ist viel zu teuer. Aber wenn du die Bedienungsanleitung durchliest, wird dir das Prinzip klar.


Es ist im Prinzip so, dass der Sensor die ganze Reflexfläche "LEUCHTEN" sieht. Man kann die Empfindlichkeit nun so einstellen, daß auch ein winziges Objekt von 1mm ausreicht, dass die Lichtschranke auslöst. Das erreicht man dadruch, dass die Verwendete Schaltung auch auf einen geringen Helligkeitsabfall reagiert und nicht nur auf ein KOMPLETTES Unterbrechen des Lichtstrahls!
Im Prinzip könnte man auch mehrere LEDs als Sender anbringen und mehrere Empfänger. Es ist ja nicht nötig den GESAMTEN Strahl zu unterbechen, sondern es reicht ein Helligkeitsabfall zur Regristrierung. Ob ein Sensor von mehreren LEDs beleuchtet wird ist hierbei egal, da man die Schranke vor Beginn der Messung auf die Umgebungshelligkeit anpassen muss. Also gerade so einregeln dass sie nicht auslöst.

Um das ganze für ein Tischfussballtor Prozesssicher zu machen, würde ich mehrere LEDs zur "Beleuchtung" verwenden, so dass im Tor eine wesentlich höhere Helligkeit existiert, als in der Umgebung. Dann die Lichtschranke so einregeln dass sie gerade so nicht auslöst. Jetzt sollte ein versehentliches Abschatten des Tores (durch einen Spieler) und den damit verbunden Helligkeitsabfall der Lichtschranke nichts mehr ausmachen. Allerdings bei zu viel Licht kann es sein, dass der Sensor blind wird, weil er zu viel Licht abgekommt.

Alternativ könnte man auch einen IR-Empfänger für moduliertes Licht verwenden. Der Sensor den "IS471F-SH MODULIERTER IR DETEKTOR",der erzeugt modulierters Licht und demoduliert es wieder, bei Übereinstimmung gibt er ein TTL-Signal aus. Dann hat man eigentlich gar keine Probleme mit Fremdlicht mehr.
Das funktioniert dann genau anders herum, als oben beschrieben. Hier wird nicht auf einen Helligkeitsabfall reagiert, sondern auf das Warnehmen von moduliertem Licht.
Ich bin ein Elektronik auch absoluter Anfänger, aber eine Beispielschaltung ist im PDF des "IS471F-SH" bei Conrad.de auf Seite 4 (Basic Circuit). Du benötigst dazu noch eine seperate IR-LED (~900nm) und einen passenden Vorwiederstand. Eigentlich müsste es dann schon gehen?
Ein Problem ist hier evtl. dass der Sensor das reflektierte Licht von der Tor-Gegenseite empfängt auch wenn noch gar kein "Ball" im Tor ist.

Dein Problem ist aber, dass du die Geschwindigkeit messen willst, die oben beschrieben Möglicheiten aber nur registrieren, dass ein Ball im Tor ist.

Du brauchst also zwei Messebenen.
Ich würde auf der Torlinie seitlich am Pfosten den Sensor in einem Lichtschacht mit schmalen Schlitz-Ausgang anbringen. (der Sensor schaut also aus dem Dunkeln auf einen Hellen Lichtschlitz und sollte schon ein paar cm von der Schlizuöffnung entfert sein). Ob die LEDs direkt gegenüber oder indirekt beleuchten sollte egal sein? Mit der Helligekeitsempfindlichen Schaltung könnte es dann funktionieren.
Vielleicht geht das?
Evtl. kann der "Schlitz" sogar 5-10mm Breit sein. Wenn beide Lichtschranken zur Messung gleich eingestellt sind, dann sollten sie beide bei der gleichen Durchgangsposition des Balles auslösen und die Geschwindigkeit recht genau ermitteln lassen.

folgende Lichtschranke reagiert auf Helligkeitsunterschiede, ist einstellbar und extrem schnell! Allerdings liefert sie kein TTL-Signal zur weiterverarbeitung. Wie man das macht weiss ich allerdings nicht. Statt des SCR sollte man einen zweiten 2N2222 verwenden.

ciao
Frank

Zitat:

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Zitat von Gock

Einfachste Variante: eine Lichtschranke an den externen IRQ Deines Prozies, die andere an irgendeinen anderen Pin, nach Auslösung des IRQs misst Du dann die Zeit bis zum Erkennen des zweiten Impulses, umrechnen, fertig.
Hat aber den Nachteil, dass der Prozi in der Messzeit nichts anderes machen ...kann.

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hallo Gock,

ich möcht auch mit µControllern anfangen, hab also noch keine praktische Erfahrung.
Was meinst du damit, der Prozesor kann zwischen zeitlich nichts anders machen? Man kann doch sicherlich die Ports mit hoher Taktfrequenz abfragen und dann ausrechnen? Oder geht das nur wegen der Nutzung des IRQs nicht?

ciao
Frank

@Frank_R
Hi. In dieser einfachsten Variante wird der zweite Impuls "gepollt" (kommt von polling), d.h. der Eingang wird unentwegt abgefragt, solange, bis der Impuls erkannt wurde. Während dieser Abfrage kann der Prozi nichts anderes tun, weil er zu 100% damit beschäftigt ist. Besser (aber eben auch geringfügig aufwendiger) ist daher, den Eingang nur alle X µs oder ms abzufragen. Dazu verwendet man einen Timer, den man am besten per Interrupt steuert. Allerdings entsteht dadurch ein Messfehler, der maximal das Abfrageintervall als Größe annimmt. Um auch das zu umgehen, benutzt man den ICP Pin eines Prozies. Der ist dafür gedacht, Zeitintervalle sehr präzise zu messen, nämlich mit einem maximalen Zeitfehler, der etwa der Periodendauer des µCTaktes entspricht. Dieser arbeitet ebenfalls interruptbasiert (Programmierung!). Da es aber nur einen ICP gibt, manhunt aber 2 Lichtschranken hat, muss man diese Lichtschranken auch noch entsprechend verschalten, damit der Prozi die einzelnen Impulse an seinem ICP unterscheiden kann und sich die LS nicht gegenseitig stören. Wenn man den Externen IRQ nicht braucht, dann kann man diesen natürlich dazu verwenden, um den ersten Impuls zu erkennen und hängt die 2. LS an den ICP.
Manhunt ist neu, daher habe ich es einfach gemacht. Scheinbar kommt es ihm auf Einfachheit und geringe Kosten, nicht aber auf Eleganz an. Deine Lösungen sind elegant, aber z. Teil auch aufwändig. Außer die Idee mit dem ISF471, darauf bin ich garnicht gekommen.

@manhunt
Die Idee mit dem ISF471 ist gut: zwei davon links, die Sendedioden über ein Poti zur Helligkeitsregulierung rechts ins Tor, Ausgänge an ExtIRQ und ICP, programmieren und gut ist. Vorausgesetzt, die Torhöhe ist kleiner als der 2-fache Balldurchmesser.

Gruß

evtl. wärs mit laser doch machbar, es gibt längliche spiegel, die du parallel zu einander anbringen kannst, wenn du dann leicht schräg mit dem laser draufleuchtest, erhälst du eine zickzacklinie, an deren Ende du den Sensor positionierst. Da du ja nicht keinen exakt festen ort hast, an dem du den Sensor montieren musst, kannst du ja einfach schauen, wo der laserpunkt "rauskommt", und dort den Sensor installieren. Evtl. ginge auch ein IR-laser mit tageslichtgefiltertem sensor, dann wär das Problem auch gelöst!

Gruß

Gerald

Laser ist irgendwie mit Kanonen auf Spatzen geschossen: Teuer, kompliziert, groß, schwer zu montieren, bei schlechter Montage empfindlich gegen Erschütterung!!! Das ganze 2mal!!!???
Ich würd's lassen.
Gruß

Ich würde corschalgen, den Laser mit änglichen Spiegeln zu verwenden, Durch dir Ausrichtung kann man ja Sender und Empfänger so anordnen, wie man es gerne hätte.
Und wieso muss man zwei Lichtschranken verwenden?
Das braucht man doch nur, um damit einen festen Weg zu haben, dan man als Mass für die Geschwindigkeitsmessung nehmen kann. Aber in deinem Falle gibt es auch mit einer Lichtschranke bereits ein festes Mass für die Strecke : Den Durchmesser des Balles, der ja bekannt ist.

nur dass der Durchmesser des Balles zwischen 0 und d schwanken kann, je nachdem wo du ihn erwischst! Ich wüsste jetzn nicht, wieso ein laser mehr auf Erschütterung empfindlich sein sollte als die konstruktion mit LED? Und ein Laserpointer kostet doch keine 3 € mehr!! Also teuer ist das ja wohl nicht, oder?

Zitat:

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Zitat von Herkulase

nur dass der Durchmesser des Balles zwischen 0 und d schwanken kann, je nachdem wo du ihn erwischst! Ich wüsste jetzn nicht, wieso ein laser mehr auf Erschütterung empfindlich sein sollte als die konstruktion mit LED? Und ein Laserpointer kostet doch keine 3 € mehr!! Also teuer ist das ja wohl nicht, oder?

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weil der Laser über Spiegel zigmal Reflektiert wird.
Nimm mal einen Laserpointer und halte ihn gegen die Wand, der Punkt zittert ein bisschen,. Halte ihn mal gegen einen Spiegel und betrachte den Punkt gegenüber an der Wand. Jede Bewegung wird doppelt so schnell ausgeführt.
Ausserdem muss man den Laser nicht nur in einr Ebene richtig ausrichten sondern auf 3 Achsen, länglicher Spiegel hin oder her. Gleiches glt für die Spiegel, diese müssen absolut planparallel liegen, dürfen in sich nicht "verwunden" sein, sonst kommt am Ende der Strahl nie richtig an. Die kleinste Brührung wird den den Laserpunkt um cm erzittern lassen.

Die LED strahlt in einem grossen Winkel ab, da reicht es wenn der Sensor ungefähr in die Richtung "sieht" und ees funktioniert schon. Ist es eine Reflexlichtschranke, dann ist die Fläche die Leuchtet noch viel grösser.

ciao
Frank

Zitat:

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Zitat von alter Mann

Und wieso muss man zwei Lichtschranken verwenden?
Das braucht man doch nur, um damit einen festen Weg zu haben, dan man als Mass für die Geschwindigkeitsmessung nehmen kann. Aber in deinem Falle gibt es auch mit einer Lichtschranke bereits ein festes Mass für die Strecke : Den Durchmesser des Balles, der ja bekannt ist.

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das ginge nur,wenn man einen "geschlossenen Lichtteppich" hätte. Da aber nur alle paar mm oder cm ein "Laserstrahl" vorhanden wäre, ergibt sich, je nach Position des Balles, eine unterschiedliche Durchlaufzeit.

Am besten könnte es IMHO mit einer Reflexlichtschranke gehen mit folgendem Aufbau...

Code:

---

        _________        _________
        |  S  |        |  S  |  S =  Sensor
        |      |        |      |
        |    |          |    |  Blendenschacht 
          |  |            |  |
      _____| |______________| |______________  Blende 
      V    : :      V      : :    V      |  V = LED
          : :              : :            |
Toröffnung : :              : :            |  Torwand
          : :              : :            |
          : :              : :            |
          : :              : :            |
          : :              : :            |
      ---------------------------------------  Boden
     
      : :  eingeschränkter "Sichtbereich" des Sensors

---

das "Bild" zeigt eine Seitenansicht vom Tor.
Die Sensoren etwas entfernt von der Sichtblende anbringen, so dass sein "Sichtbereich" relativ schmal bleibt.
Der Sensor sollte in einem, nach allen Richtungen abgedunkelten Lichtschacht sitzen, einzige Öffnung ein Sichtschlitz.
Die LEDs bestrahlen den Boden (evtl. mit Reflexfolie bekleben).
Alternativ könnte man auch am boden eine Reihe LEDs auf der Messlinie anbringen, aber der Aufwand wäre grösser.

In wie weit eine Fremdlichtkompensation durch Modulation bei der Reflex-Variante funktioniert weiss ich nicht. (es muss dabei die Empflindlichkeit geregelt werden können)

ciao
Frank

Hallo zusammen,
jeder Ansatz mit zwei Lichtschranken wird scheitern, bzw. nur dann korrekte Resultate liefern, wenn der Ball im 90° Winkel trifft.
Weiter oben wurde ja bereits erwähnt, dass man den Ball mit bekanntem Ø als Wegreferenz nehmen kann.
Es würde also genügen die Dauer der Unterbrechung einer Lichtschranke zu messen, um die Ballgeschwindigkeit recht genau berechnen zu können.

Gruß
herrma

hallo,
ich versteh hier die ganzen probleme mit der unterbrechung gar nicht. beim kicker wird ja nur flach geschossen, also würde ich auf der linken seite des tores den sender und auf der rechten seite den empfänger anbringen. genau auf der höhe des ballmittelpunktes. wenn man nun die dauer der unterbrechung misst, kann man bei bekanntem balldurchmesser die geschwindigkeitskomponente senkrecht zur torlinie messen. die geschwindigkeit parallel zur torlinie zu messen wird schwerer. ich weiß nicht, ob das nötig ist, oder ob davon ausgegegangen werden kann, dass immer elativ gerade geschossen wird.
mfg jeffrey

Beim Tischfussball ist nicht gewährleistet das sich der Ball beim Torschuss am Boden befindet, er kann auch ohne weiteres fliegen, abgesehen davon das er auch schräg ins Tor gelangen kann ist es auch möglich dass der Ball die erste Lichtschranke mit der Unterseite auslöst und die nächste mit vollem Umfang. Die Wegstrecke verkürzt sich um ca. 1cm. Bei 5cm Wegstrecke ein Meßfehler von 20%.
Bei nur einer Lichtschranke und messen des Durchmesser der Kugel ist der Meßfehler noch größer, da ja nicht sicher ist das die Kugel die Lichtschranke mit vollem Umfang trifft. Das selbe ist wenn die Kugel in einem anderen Winkel als 90° die Schranke durchquert.
Man muss da gar nicht viel rechnen, es genügt wenn man es sich aufzeichnet.
Wenn es bei dieser Sache aber hauptsächlich um den Fun-Faktor geht sollte das alles keine Rolle spielen. Wenn jeder einzelne oft genug schießen darf verteilt sich der Meßfehler ohnehin auf alle gleichmäßig, das beste und schlechteste Ergebnis abgezogen und es passt.
Hubert

Vielleicht sollte man noch einmal über die Messung des Impulses im Tor nachdenken. Ein federnd aufgehängtes Tornetz gekoppelt mit einer Tauchspule käme dafür vielleicht in Frage.
Manfred

Zitat:

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Zitat von Hubert.G

Beim Tischfussball ist nicht gewährleistet das sich der Ball beim Torschuss am Boden befindet, er kann auch ohne weiteres fliegen, abgesehen davon das er auch schräg ins Tor gelangen kann ist es auch möglich dass der Ball die erste Lichtschranke mit der Unterseite auslöst und die nächste mit vollem Umfang. Die Wegstrecke verkürzt sich um ca. 1cm. Bei 5cm Wegstrecke ein Meßfehler von 20%.
Bei nur einer Lichtschranke und messen des Durchmesser der Kugel ist der Meßfehler noch größer, da ja nicht sicher ist das die Kugel die Lichtschranke mit vollem Umfang trifft. Das selbe ist wenn die Kugel in einem anderen Winkel als 90° die Schranke durchquert.
Man muss da gar nicht viel rechnen, es genügt wenn man es sich aufzeichnet.
Wenn es bei dieser Sache aber hauptsächlich um den Fun-Faktor geht sollte das alles keine Rolle spielen. Wenn jeder einzelne oft genug schießen darf verteilt sich der Meßfehler ohnehin auf alle gleichmäßig, das beste und schlechteste Ergebnis abgezogen und es passt.
Hubert

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Das der Ball fliegen kann, erschwert die Aufgabe natürlich enorm, da ein fliegender Ball eine parabelförmige Flugbahn beschreibt.
Wenn man unter diesem Aspekt aber davon ausgeht, dass den TO primär die "strammen" Schüsse interessieren, kann man die in diesem Fall vielleicht doch von einer geraden Flugbahn ausgehen?

Dann wäre ein Lösungsansatz:
In der Mitte eines "Pfostens" eine Infrarot-Sendediode mit entsprechendem Abstrahlwinkel platzieren und am anderen Pfosten eine vertikal angeordnete Reihe IR-Empfänger. (Anzahl entsprechend der gewünschten Auflösung)
Nun würde es genügen die IR-Empfänger via OR-Gatter zu verknüpfen um den Ball an seiner dicksten Stelle (Ø) zu erwischen. Der Rest ist trivial.

Gruß
Herrma

NACHTRAG:
Die Sendediode müsste man natürlich weiter nach außen versetzen, damit keine Lücken entstehen, durch die der Ball "ungesehen" flutschen kann.
:)

Ich würde je IR-Empfänger auch eine Sendediode vorsehen, wenn der Ball nahe an der Sendediode vorbeifliegt hat er sonst ziemlich viel Spielraum.
von oben und von unten je einen halben Balldurchmesser abstand und dazwischen auf etwa einen viertel Balldurchmesser aufteilen.
Zur Fremdlichtabschirmung Empfänger und Sender in kurze schwarze Röhrchen einbauen, zum Ankleben der Röhren einen passenden Stab durchschieben, dann erspart man sich das mühevolle ausrichten, anschließend Sender und Empfänger einkleben und fertig ist der mechanische Teil der Lichtschranke.
Ich fürchte nur wir haben "manhunt" mit unserer Diskussion etwas verschreckt.

Hubert