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[项目] 快乐智造营 | 17 电子计分标靶 |
本帖最后由 怀若谷 于 2023-8-3 16:01 编辑 【系列目录】 05.快乐智造营 | 05 台灯09.快乐智造营 | 09 桌面温度计 10.快乐智造营 | 10 多功能测量仪 11.快乐智造营 | 11 遥控电风扇 12.快乐智造营 | 12 电子像素画板 13.快乐智造营 | 13 物品存放柜 14.快乐智造营 | 14 留言机 15.快乐智造营 | 15 音乐播放器 16.快乐智造营 | 16 智能小闹钟 制作背景 很多男生都喜欢玩玩具枪,如皮筋枪、水弹枪、软弹枪等。在确保安全的前提下,进行射击活动是一项有益的体育运动。射击作为一项技能,如果要射得准,其实是需要进行训练的。这时候,就需要标靶作为辅助训练的工具。市面上,各种标靶产品比较丰富;也有人自己制作简易的使用,甚至找一些现成的物品也行。而作为一个小创客,你是否想过使用创客器材及技术来制作一个呢?本文就给大家介绍一个电子计分标靶的制作方法。 功能介绍 该机器共有3个标靶,设计了两种运行模式,通过按下相应的按钮进行设定。一是单人训练模式,在该模式下,任一标靶被击中后分数会累加起来并显示;二是双人比拼模式,在该模式下,将最左边和最右边的标靶分配给两个玩家,而击中中间的标靶无效,各自的分数会分别显示在屏幕的左右两部分。 不论在哪种模式下,标靶被击中后,都会向后倒下,然后再自动复位。市面上同类产品大多是待3个标靶都倒下后再同时复位,而本作品中每个标靶是可以单独复位的。当然,我们可以通过修改程序,实现更多的功能和满足不同的需求。 演示视频↑ 工作原理 本作品中自动计分和自动复位功能是如何实现的呢? 标靶竖立时略微前倾,以保持直立,不会自行倒下。当标靶被击中时,强大的冲击力使标靶倒下并撞上碰撞传感器,碰撞传感器将信号传给主控板。主控板收到信号后进行计分、显示工作,并向对应的舵机发出运转指令,从而实现将标靶推回原位。舵机完成任务后,转回原来的角度。 硬件清单 1. 主控板Arduino Uno 1块 2. IO扩展板 1块 3. 四位数码管显示模块 1个 4. 数字按钮 2个 5. 碰撞传感器 3个 6. 180°舵机 3个 制作过程 一、硬件连接 将IO扩展板安装到主控板上,其他电子模块连接到IO扩展板的引脚上,具体连接方法如下图所示。 其中,显示模块连接I2C引脚,2个数字按钮分别连接D2引脚、D3引脚,3个碰撞传感器分别连接A0引脚、A1引脚、A2引脚,3个舵机分别连接D10引脚、D11引脚、D12引脚。 二、编写程序 本项目程序采用Mind+软件编写。大致可以分为五个部分:主程序、模式选择程序、单人训练子程序、双人比拼子程序、标靶复位子程序。 编写程序前,需要先加载相关的指令积木模块,它们是:【主控板】Arduino Uno、【执行器】180°舵机模块、【显示器】TM1650四位数码管、【功能模块】引脚中断。 为了实现预定的功能,程序中还需要使用一些变量。本项目程序使用的变量名称及作用如下表所示。 (一)主程序 主程序主要分为初始化部分和主循环部分,程序及说明如下图所示。 注意:3个舵机的初始角度需要根据实际情况设定,可能需要进行反复测试及修改。在组装完成后,仍需要进行微调。 (二)模式选择程序 两种运行模式的切换采用了引脚中断的方式进行,按下连接到D2引脚的数字按钮则切换为单人训练模式,按下连接到D3引脚的数字按钮则切换为双人比拼模式。该部分的程序及说明如下图所示。 (三)单人训练子程序 该子程序的功能是侦测3个碰撞传感器是否被触发,如果触发则进行计分并显示。需要注意的是,传感器被触发时会维持一定的时长,会向主控板传输多次触发信号,但是只能计算一次分数,所以使用变量a、b、c来解决这个问题。程序及说明如下图所示。 (四)双人比拼子程序 该子程序的功能是侦测1号和3号碰撞传感器是否被触发,如果触发则分别进行计分并显示。两个玩家的分数是各占两位显示在屏幕上的,对于一位数的分数需要进行转换处理。程序及说明如下图所示。 (五)标靶复位子程序 该子程序的功能是实现标靶的自动复位及舵臂的回位。舵机的两次运转之间可以进行适当延时,但是采用单线程的主控板时,时间不宜设置太长,以免影响对下一次触发的侦测。还有,复位后需要及时改变变量a、b、c的值。程序及说明如下图所示。 三、结构设计 本作品形体较大,选择了使用激光切割木件来制作结构和造型。图纸绘制使用了LaserMaker软件,使用的板材为3毫米厚的椴木板。制作过程中进行了多次修改,最终的图纸样式如下图所示。 四、加工制件 图纸绘制好后,使用激光切割机进行切割加工。(图中为首次切割出的零件,后期有部分零件有变动) 五、组装成型 1.组装长方体盒子,顶板不盖 2.将主控板及扩展板固定在底板上 3.使用螺丝将碰撞传感器固定在预定位置 4.将显示模块固定到预定位置 5.使用螺丝将数字按钮固定到预定位置 6.将舵机附带的舵盘与木质舵臂粘合在一起 7.将舵臂安装到舵机上,使用螺丝紧固 8.组装支架与标靶 9.将舵机安装到支架上 10.将支架安装到底板上的预定位置 11.装上顶板 六、调试优化 安装完成后,接上电源线通电,对各个预设功能进行逐项测试。及时记录发现的问题,分析其原因,通过修改程序、改变结构件形状或者安装方式来改进优化,以达到比较理想的效果。 总结反思 本作品使用的电子模块科学合理,程序设计简洁有效,造型美观,功能使用、具有创新点,是一件不错的创客作品。但是稳定性有待改进,主要问题有:(1)有时标靶倒下的力度不够,不能产生有效触发;(2)未击中标靶在震动下会倒下;(3)标靶在复位时,会遇到一定的反弹力,有时会被这个力弄倒。后期可以在结构设计时采用较复杂的机械结构、使用一些其他材料来增强稳定性。 最后,建议大家使用支持多线程的主控板来制作这个作品,那样能够实现更精准的计分和更灵活的复位方式,以及扩展出更多需要的功能。 本项目的源程序及图纸文件可在附件中下载 |
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