Elektronische Zielscheibe

[Mercator]

Ich hätte gerne für eine Softair eine Zielscheibe. Sie soll den Treffer registrieren und auf einem PC anzeigen. Mein Problem: Wie schaffe ich es die Scheibe möglichst sensibel (hohe Auflösung) zu machen, mit den Anschlüssen des AVR's hinzukommen und den Preis möglichst klein zu halten?

Bis jetzt hab ich mir folgendes überlegt: Eine Holzscheibe wird mit senkrechten Alustreifen bespannt, deren Breite und Abstand zueinander 3mm beträgt (Eine Softairkugel ist 6mm dick). Wenige mm über dieser Schicht werden horizontale Alustreifen gespannt. Der µC misst die ganze Zeit überall, ob eine Verbindung zwischen einem senkrechten und einem horizontalen Streifen besteht. Trifft eine Kugel einen horizontalen Streifen, so wird dieser auf einen Vertikalen gedrückt.
Das wäre das billigste.

Noch schöner wäre es wenn die Kugel vorher durch einen Rahmen mit Lichtschranken wandern müsste. Aber da die Schranken sehr eng zusammen sein müssen, würde eine Lampe mehrere Sensoren anstrahlen können. Laser sind zu teuer.

Bei beiden Varianten bräuchte ich sehr viele Pins am µC. Kann ich das irgendwie vereinfachen?

[Michael 123]

Kann ich das irgendwie vereinfachen?

JA du kannst in dem man die Com port ausgangs/eingangs schaltung von http://www.skilltronics.de verwändet und an den Computer direkt oder über ein spezielles Programm an den µC hängt.

mfg Michael

[Mercator]

Ah...cool..Danke. Dann ist das Pin-Problem schonmal sehr elegant gelöst. Fällt euch ne Lösung ein, wie man das mit Lichtschranken machen könnte? Dann wäre vorne ein Rahmen mit Lichtschranken, dahinter verdunkelt mehrere LED Zielscheiben, die sich unabhängig voneinander an und abschalten lassen und zwischen Rahmen und LED-Tafel eine Folie oder ne Plexiglasscheibe, damit nix kaputt geht. Die Kugeln fallen dann, nachdem sie von der Folie gedämpft wurden in nen Kasten. Das wäre dann richtig geil.

[Michael 123]

Naja man müsste dafür schon wirklich laser (laserpointer) dürften reichen nehmen.

mfg
Michael

[Mercator]

die kosten 10 Euro pro Stück oder?

[Florian]

Hallo Mercator!
Auch, wenn ich kein Freund dieser Soft-Air-Dinger bin, ...
Wäre es nicht möglich eine Folientastatur unter einer Plastikplatte zu benutzen?
Wenn nun die Kugel auf die Platte trifft, wird diese auf das Tastenfeld gedrückt und es wird ein Kontakt ausgelöst, ohne die Platte würde es zwar auch gehen, aber wahrscheinlich währe die (Durchschlags-)Krakt zu groß und würde die Matrix kaputt machen!
Man müsste nur ein Hartplastik nehmen, welches bei diesen Belastungen nicht springt und trotzdem biegsam genug ist ...
Eventuell müsstest Du kleine Gummiefüsse unter die Platte kleben, die den Druck auf das Tastenfeld besser bündeln.

[sep]

Lichtschranken werden niemals so kleine und schnelle Objekte sauber erkennen können - entweder du brauchst hunderte Lichtschranken oder du nimst wenige, die dafür bewegt werden ... Im ersten Fall isses zu aufwendig, im weiten zu lahm.

Was geht wären eben leichtgängige Schalter auf die die Zielscheibenelemente aufgeklebt werden.

oder: Beschleunigungssensoren an einer !! leichten !! und beweglich aufgehangenen Zielscheibe...

oder: Papierscheibe, die auf Löcher abgeprüft wird.

[Mercator]

Wäre es nicht möglich eine Folientastatur unter einer Plastikplatte zu benutzen?
Ich glaub nicht, dass ich damit ein gleichmäßiges xy raster hinbekomme.

Das mit den Beschleunigungssensoren find ich wirklich gut. Wahrscheinlich etwas zu kompliziert für mich (hab jedenfalls noch nie damit gearbeitet), aber gut. Sind die denn genau genug?

Ich hätte da noch was um die Laseridee ohne Laser zu machen.
Gibt es ein leitendes Material, dass durchsichtig ist? Dann könnte man ein durchsichtiges Raster nehmen. Das wäre dann genauso billig wie einfache Alustreifen und hätte den selben Effekt wie Laser. Oder ne Methode Alustreifen in einer verdunkelten Kammer durch irgendeine Täuschung unsichtbar zu machen.

[Felix G]

Wenn eine solche Kugel auftrifft, dann breiten sich Schallwellen in der Scheibe aus...

Man könnte also auf der Rückseite der Scheibe einige Piezoelemente ankleben,
und dann durch den Laufzeitunterschied errechnen wo sie getroffen wurde.


ist halt etwas aufwendiger, und man muss diese kurzen Zeiten sehr genau messen
(vor allem da die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern wesentlich höher ist als in Luft)

[Gerard]

du kannst eine papier scheibe mit einer cam ab filmen, jetzt muss der pc noch das bild analysieren (die löcher im papier)
wenn du hinter die papierscheibe noch licht machst wirds es einfacher für die cam/pc

[PasstScho]

Hi,
Die einzige Variante die sicher und zuverlässig funktionieren wird, ohne dass du die Welt neu erfinden müsstest wäre die mit der Kamera.
Im Conrad gibts für ca 10€ eine S/W Kamera die dafür sicher sehr gut geeignet ist.
Das Problem ist nur die Auswertung.
Mit einer TV-Karte am PC ist das ne einfache Sache, aber wenn du mit einem Microcontroller das Auswerten willst wirds unnötig kompliziert...
Eine ausreichende TV-Karte gibts für 10-20€ auf eBay.
Gerard meint du sollst die Scheibe von vorne filmen, aber das wird nicht richtig gehen, denn ich erinnere mich, dass ich manchmal selber erst durch genaues hinsehen den Treffer gesehen habe, weil dort nicht immer richtige Löcher entstehen.
Bau eine Box, mit einer offenen Seite in der hinten die Kamera drinnen ist. Da wo es offen ist machst du die Scheiben hin.
Damit die Kamera nicht beim ersten Volltreffer im A**** ist schützt du sie mit einer Plexiglasscheibe oder sonst irgendwas...

Ob man die Schallwellen messen und auswerten sollte, die bei einem Aufprall entstehen halte ich für fragwürdig, und was ein Beschleunigungssensor ausser dem Aufprall messen sollte will mir auch nicht einfallen...

MfG Alex

[Gerard]

Gerard meint du sollst die Scheibe von vorne filmen, aber das wird nicht richtig gehen, denn ich erinnere mich, dass ich manchmal selber erst durch genaues hinsehen den Treffer gesehen habe, weil dort nicht immer richtige Löcher entstehen.
da könnte man mit ein ventilator ein unterdruck im gehäuse entstehen lassen, so das sich die papierfransen nicht zurück klapen

[Murus]

In richtigen Schiessständen wird das ja auch akustisch gelöst, wie schon gesagt..

[user529]

und einen günstigen touchscreen zu beschießen is das zu ungenau?
http://cgi.ebay.de/Touchscreen-Touchpanel-Scheibe-10-4-Zoll_W0QQitemZ5243699608QQcategoryZ3698QQrdZ1QQcmd ZViewItem

[frank-findus]

Hallo,

ein Touchscreen hat sicher genügend Auflösung, ich glaube aber nicht, dass er schnell genug reagiert. Der Druck, den die gegenfliegende Kugel erzeugt, dauert nicht lange genug an, so dass der dazugehörige Controlle auch etwas davon mitbekommt ...

Frank

[Laeubi]

Mal abgesehn davon das der TOUCHscreen heißt und nicht sehr erfreut sein wird uber die auftretenden Kräfte ;)

Du könntest noch eine Optische Lösung mache, mit einer Plexiglasscheibe und Photodioden, wäre das nicht was? da wo es "Dunkel" ist hat die Kugel getroffen :)

[frank-findus]

in dem PDF-Dokument wird der Aufbau einer elektro-akustischen Auswertung beschrieben. Es ist wohl tatsächlich so, dass mit Schall gearbeitet wird ...

http://www.sius.com/downloads/catalogue/Kat931_100_d.pdf

Frank

[Skilltronic]

Hallo

Ich komme nochmal auf die Alustreifen vom Anfang zurück. Du musst ja nicht alle Kontaktstellen permanent zu überwachen, sondern kannst auch Zeilenweise die Zielscheibe abtasten. Dabei werden nacheinander die Spalten einzeln unter Spannung gesetzt und dann der Zustand der Zeilen eingelesen. Mit 16 I/O-Pins am µC kannst du so schon 8x8, also 64 Kontakstellen prüfen. Mit externen Zähler- und binär-dezimal-Wandler-ICs liesse sich die Zahl noch vergrössern, weil für die Ansteuerung der Spalten nur noch zwei Pins für Takt und Reset des Zählers benötigt werden. Ich denke, dass die Dauer des Aufpralls sich im Millisekundenbereich bewegt. In dieser Zeit kann der µC die Matrix vielfach abfragen. Auf meiner oben schon angesprochenen Seite gibt es auch ein Beispiel für eine 12-Tasten Matrixtastatur, die direkt an den drei Aus- und vier Eingängen des COM-Ports angeschlossen werden kann und genau nach diesem Prinzip arbeitet. Auch mit Alufolienstreifen übrigens.

http://www.skilltronics.de/neu/links/elektronik_pc/tastatur.html

Ansonsten finde ich den Vorschlag mit der akkustischen Erfassung nicht schlecht. Mit drei Mikros, deren Ausgänge über AD-Wandler gelesen werden, könnte man über die Auswertung von absoluter und relativer Lautstärke vielleicht sogar den Ort des Treffers auf der Scheibe bestimmen. Das ist aber nur so eine Idee.

Gruss
Skilltronic

[frank-findus]

Hmmm .... mal überlegen:

Also über die Schallintensität würde ich das nicht machen, zu viel Abgleichaufwand, eher durch Laufzeitmessung

1. man nehme eine runde Kunststoffplatte (Softgun!), z. Plexiglas, dann kann man dahinter verschiedene Scheibentypen anbringen

2. Ringsum, in je 90 Grad Abstand 4 Körperschallmikrofone. Den Rest der Kanten mit einer dämpfenden Masse (Kitt?) umpappen, um Echos zu verringern. Die Platte vielleicht sogar nicht nur aussägen, sondern zu den Kanten hin dünner werden lassen, um Reflexionen zu dämpfen

3. die Meßelektronik könnte man sogar ohne Controller aufbauen, lediglich die Interpretation der Ergebisse braucht einen Prozessor. Ich glaube es ist ganz einfach:

- jedem der Mikros ist ein Zähler zugeordnet
- der erste Impuls, der von einem Mikro kommt, startet alle Zähler
- jeder spätere Impuls stoppt den zum jeweiligen Mikrofon gehörigen Zähler
- wenn drei Zähler angehalten sind, wird auch der 4. angehalten (ist der, der mit dem ersten Impuls gestartet wurde). Der fällt bei der Auswertung raus.

4. die Auswertung kann von einem grafischen Ansatz ausgehen. Man zieht quasi mit dem Zirkel um jedes der 3 Nicht-Start-Mikrofone einen Kreis mit einem Durchmesser, der dem Zählerstand entspricht. Dort wo sich die 3 Kreislinien schneiden (oder am Nächsten kommen), sollte der Einschlag gewesen sein ...

5. und - wow, ich übertreffe mich heute selbst! - hinter der Plexiglasscheibe könnte eine LED-Matrix sein, die den Treffeort sogarr anzeigt ... wenn das nicht patentfähig ist!

Frank

[walddax]

EDIT:
Den Ansatz mit den Alustreifen find ich gut, aber die werden zu breit und zu weich sein undneigen zum reißen. Auch das mit dem Micro, ob da nicht Nebengeräusche stören könnten?

Was hälst du davon:
Das prinzip wie schon erklärt (vertikal und horizontal), wie beispielsweise bei einem Tennisschläger.

Man könnte sich zwei Rahmen schaffen, der den Durchmesser der Zielscheibe haben. In jedem Rahmen werden kleine Kerben eingearbeitet, dann werden mit dünnem Draht, vieleicht die Ader eines Netzkabels, schmale Bahnen gespannt, aber nicht miteinander verbunden, die Bahnen dürfen nicht breiter als die Kugel sein.
Das selbe passiert auch bei dem anderen Rahmen.

Beide Rahmen werden nun übereinander gelegt, so dass sich optisch die Bahnen kreuzen und der Abstand maximal nur 1mm beträgt (erfordert sehr genaues Arbeiten), die Rahmen werden verbunden.

Nun könntest du dir ne Schaltung einfallen lassen, die mit den Drähten verbunden wird und die Treffer wie ne Art Matrix ausließt. ;)

Sonst hätte ich noch ne Idee für die Abfrage.

Was hälst davon?

Ist n kleiner Aufwand.

[Skilltronic]

Hallo

An eine Messung der Laufzeitunterschiede habe ich auch schon gedacht. Ob diese Methode oder die über die Schallpegel besser ist, müsste man wohl mal ausprobieren. Ich hatte mir das so vorgestellt. Eine runde Zielscheibe mit drei Mikrofonen im - wie schon vorgeschlagen - 120° Abstand. Einfache Kondensatormikrofonkapseln sollten da schon reichen.

Der µC hat Maximalwerte für jeden AD-Eingang, die ständig mit der aktuellen Mikrofonspannung verglichen und ggf. erneuert werden. Erreicht diese an einem der Eingänge einen vorgegebenen Schwellwert, wird die Messung noch solange weitergeführt, bis der Schall sich auf jeden Fall über die ganze Scheibe ausgebreitet hat. Dann kann aus dem Verhältnis der letzten drei Lärmspitzen vielleicht deren Ausgangspunkt bestimmt werden. Beim auswerten werden die Maximalwerte zurückgesetzt. Damit hätte man das Problem der Refletionen nicht, weil die wahrscheinlich immer leiser sind als das direkte Signal. Man müsste einfach mal experimentieren.

Interessant wäre das sicherlich, wenn man sich diese seltsame Gummibandkonstuktion aus dem Link oben ansieht. Wird sowas tatsächlich im Profibereich eingesetzt?

Gruss
Skilltronic

[frank-findus]

Auch das mit dem Micro, ob da nicht Nebengeräusche stören könnten?

Bei Körperschallmikrofonen weniger. Die haben eine Vorzugsrichtung, wenn man die vom Plattenrand in Richtung Mitte ausrichtet, dürfte das keine Probleme machen. Die Platte wird von Fremdgeräuschen höchstens wie eine Membran durchgebogen und das ist dann genau senkrecht zur maximalen Empfindlichkeit der Mikros.

Mit einem Hochpass dürfte sich das weiter verbessern lassen. Ich nehme an, das Auftreffen erzeugt (u.A.) einen kurzen scharfen "Klick", der sich gut von Fremdgeräuschen unterscheiden lässt.

Frank

[walddax]

Meinst du, die Plastikkugeln machen so viel krach, dass die Mikros das wahrnehmen? Werden die Mikros nicht verwirrt, weil der Schall ja auch durch die ganze Scheibe geht, oder?

[Skilltronic]

Hallo

Ich denke, dass müssten schon sehr laute Stögeräusche sein, die vom Aufschlag der Kugel auf die Scheibe, an der die Mikrofone ja direkt anliegen, nicht mehr unterschieden werden können.

'Gruss
Skilltronic

[walddax]

Hmmm, okay... was für ein Material der Scheibe stellst du dir vor?
Dann würde Holz eher nicht zutreffen, denke ich, eher ne Hartgummischeibe.

[Skilltronic]

Holz ist wahrscheinlich schlecht, weil es abhängig von der Faserrichtung unterschiedliche Eigenschaften haben dürfte, was Dämpfung und Ausbreitungsgeschwindigkeit angeht. Das schon erwähnte Plexiglas oder ein anderer Kunststoff wäre evtl. besser geeignet. Vielleicht geht's auch mit einer Spanplatte? Hartgummi weiss ich nicht. Ein spröderes bzw. härteres Material leitet den Schall eher besser und Plastik oder Pressspan sind auch billiger und leichter zu beschaffen. Wie schon gesagt - man müsste mal ein paar Versuche dazu anstellen.

[walddax]

Ein spröderes bzw. härteres Material leitet den Schall eher besser und Plastik oder Pressspan sind auch billiger und leichter zu beschaffen.

Hab ich das richtig verstanden, die Platte "soll" den Schall leiten?
Jetzt versteh ich, wies gemeint ist.
Damit der Aufprall der Kugel zu hören ist, stimmts?

Dann bringt ne Gummischeibe nichst.
Da wäre es ja angebracht, wenn die Mikro von der Plexischeibe oder anderes isoliert sind.

[frank-findus]

Ich sollte vielleicht nochmal kurz erklären, wie ich mir die Funktion der Scheibe vorstelle:

Beim Aufschlag des Geschosses auf der Scheibe breiten sich von diesem Punkt aus, ringförmig nach allen Seiten (als wenn du einen Stein ins Wasser wirfst), mit gleicher Geschwindigkeit Schallwellen IN der Scheibe aus. Ob dabei auch draußen was zu hören ist, spielt keine Rolle.

Leg' doch mal das Ohr auf die Tischplatte und klopfe mit einem Fingernagel gaz sacht (möglichst weit weg ) ebenfalls auf die Tischplatte. Das ist Körperschall. Wenn jemand gegen die Tischplatte redet, wirst du kaum etwas davon hören.

Diese kommen zu unterschiedlichen Zeitpunkten (Schallgeschwindigkeit, in Plexiglas geschätzt ca. 3000 m/s) bei den Mikrofonen (oder sagen wir besser: Körperschallsensoren) an.

Aus dem zeitlichen Abstand (aufgrund der unterschiedlichen Weglänge), mit dem die vorderste Schallwelle bei den Sensoren ankommt, lässt sich über ein Gleichungssystem (vom Computer) der Aufschlagort errechnen ...

Uff - Frank

[Laeubi]

Und für 2 Dimensionale Postionsbestimmung reichen 2 Mikrofone...
Das einfachste und störungssicherste wäre finde ich immer noch die Optische Abtastung, man könnte dan soagar ne Folie davorpacken, und hätte es dan auch leichter mit der Reinigung.

[Skilltronic]

Ich frage mich nur, ob die Programmierung der Laufzeitmessung nicht schwieriger ist, als die Messung der Differenzen des Lautstärkepegels sofern diese praktisch überhaupt umsetzbar ist. Wenn man den µC auf ein Schallereigniss an einem der Mikros warten lässt, bevor die Zeitmessung beginnt, könnte es doch bei einem zentralen Treffer sein, dass die anderen beiden noch nicht "scharf" sind, weil der Knall gleichzeitig ankommt. Man müsste also permanent kleine Messzyklen durchlaufen und die zwischendurch Auswerten, was zu Unterbrechungen führt, oder man speichert die Timerstände für jeden Messwert mit.

EDIT: Bei zwei Mikrofonen muss aber die absolute Schallgeschwindigkeit in der Scheibe bekannt sein bzw. ändert sich mit dem Material und der Temperatur.

Gruss
Skilltronic

[frank-findus]

Und für 2 Dimensionale Postionsbestimmung reichen 2 Mikrofone...

Nur dann, wenn du den Beginn des Ereignisses und die genaue Schallgeschwindigkeit kennst - dem ist aber nicht so. Du brauchst also erstmal einen Sensor, der das Ganze startet: Mikrofon 1.

Wenn du die Schallgeswindigkeit nicht kennst, musst du mit Verhältnissen arbeiten. Bei 2 Mikrofonen gibt es aber eine Linie quer über die Platte, von der aus der Schall die gleiche Zeit zu den 2 Mikrofonen braucht (gleicher Abstand), deshalb brachst du ein weiteres. Damit brauchst du insgesamt 4 Mikrofone.

[frank-findus]

[quote=" Wenn man den µC auf ein Schallereigniss an einem der Mikros warten lässt, bevor die Zeitmessung beginnt ...[/quote]

Ich denke, ein normaler Microcontroller ist hier überfordert, was die zeitliche Auflösung betrifft. Die Schallgeschwindigkeit in Plexiglas liegt bei ca. 2700 m/s, d.h. für einen Zentimeter Genauigkeit, brauchst du eine Zeitauflösung von ungefähr 4 ns (Nanosekunden!). Die weiter oben von mir erwähnten Zähler müssten also mit etwa 250 MHz lostoben.

Die ganze Start-Stopp-Mimik muss man mit einzelnen Chips aufbauen und nur die Zählerstände mit dem Controller auswerten. Da es sich um anspruchsvolle Mathematik handelt, ist wahrscheinlich der Controller nur noch für das Senden zu einem PC nötig.

Frank

[Felix G]

Jo, genau so meinte ich das...

allerdings würde ich dafür nicht irgendwelche speziellen Körperschallmikrofone kaufen,
sondern einfach Piezoscheibchen auf die Rückseite kleben.

Das Signal muss man nur ein bischen aufbereiten, wobei ein einfacher OP(als Komparator verwendet) schon ausreichen dürfte.


Zur Zeitmessung einfache Zähler anstatt eines Mikocontrollers zu verwenden ist eine gute Idee,
vor allem da man die mit recht hohen Taktfrequenzen betreiben kann.


Der Controller kann dann ganz bequem die Zähler auslesen, und die Position daraus berechnen.