Lichtschranken Zähler

[pillemaster]

Hallo ihr Lieben,
Ich habe ein Projekt vor was aber über meine Kenntnisse hinaus geht und zwar: ich möchte einen Basketballkorb bauen (nur Brett u. Korb, also keinen Ständer) der einerseits außen am Rand grüne LED's haben soll. Meine Idee war und ist, dass ich noch eine Anzeige anbringe (dachte an 7-Segment anzeige, (soll schön groß sein)) und das wichtigste ist das ich unter dem ring eine LICHTRANKE installieren möchte die meine Treffer Zählt und auf der Anzeige wiedergibt. so, das zum groben aufbau, ich hoffe das war verständlich. Nun hab ich versucht mich schlau zu machen und bin der Meinung das eine "reflexlichtschranke" am besten dafür geeignet ist. Ich würde jetzt gerne wissen was für eine lichtschranke ich brauche, wie ich es hinbekomme das die unterbrechungen des lichtes gezählt werden, wie die zähler auf der tafel angezeigt werden und wie ich es hinbekomme das bei jedem treffer der LED rand leuchtet !
ich wäre euch echt dankbar für einige tipps und hilfen, ich bitte euch jedoch darum möglichst viele fachbegriffe zu vermeiden und es schön "bildlich" darzuszllen.
Vielen Dank !

mfg Gabriel

[Thegon]

Hallo,

Als Lichtschanke könnte sich villeicht eine Infrarotdiode (oder halt ein paar) eignen, und als Gegenstück einen Infrarotempfänger, wie er z.B. im Fernseher oder DVD - Player verbaut ist. Die Reichweite ist zwar nicht so groß (wie eine Fernbedienung halt), aber das sollte hier ja kein Problem sein.
Das Schöne daran ist, dass es eben völlig unabhängig auf Tageslicht usw. ist.

Das Problem ist, dass man die LED mit 36kHz (vom Modell abhängig auch 38kHz oder anderes) blinken lassen muss, damit sie der Empfänger erkennt (denn Tageslicht enthält ja auch IR).
Das lässt sich mit jedoch recht einfach mit einem NE555 - Timer - IC realisieren.
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310131.htm

Man könnte natürlich aber auch z.B. eine Laserdiode aus einem billigen Laserpointer oder so verwenden, und einen Fotowiederstand oder Fototransistor (http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0207012.htm).

Die Auswertung (der Zähler) wird dann etwas schwieriger.
Man kann so etwas natürlich Hardware - Mäßig aufbauen, mit Logik - IC´s (Stichwort: 74 er und 40er Serie), doch da ist halt der Verdrahtungsaufwand sehr groß.

Deshalb Microcontroller. Mittels eines kleinen AVR oder ähnlichem ließe sich das gut machen, der kann dann auch noch gleich die Ansteuerung der 7 - Segment - Anzeige und so übernehmen. Besonders viel an Schaltung braucht man dann auch nicht, außer ein paar Transistoren und Widerständen für die 7 - Segment - Anzeigen. Auch das Blinken des grünen Randes wäre so leicht zu machen. Ohne Microcontroller wird das halt alles etwas schwierig.
Hier ein Link:
http://www.rn-wissen.de/index.php/AVR-Einstieg_leicht_gemacht

So ich hoffe ich habe dich jetzt nicht zu sehr verwirrt ;-)

Mfg Thegon

[robo_tom_24]

Hallo
Und wenn du das ganze nicht mit einem µC erledigen willst, baust du dir einen Asynchronzähler aus JK-FlipFlops, an den Ausgängen hängst du nen BCD-> 7-Segment Konverter dazu, fertig ;)
Hier hält sich der Schaltungsaufwand auch noch in Grenzen und die Fehler, die durch den Asynchronbetrieb entstehen, sind auch nicht merklich (Fehler im ns-Bereich)

Also wär dein Aufbau ca so:
( Korb mit LS )----[Zähler]----[BCD->7S]----[7-Segment Anzeigen]

Um eine für dich verständliche und leichte Lösung zu finden wär es vielleicht gut zu wissen was du kannst, bzw. dir zutraust zu erlernen ;)

[Searcher]

Hallo,
die Positionierung der Lichtschranke am Korb stell ich mir nicht so einfach vor. Wenn der Ball von oben zu einem Drittel in den Korb fällt und dann am Innenrand wieder nach oben abprallt und nicht durch den Korb fällt, darf es ja nicht gezählt werden.

Wenn der Ball knapp unter dem Ring durchfliegt, darf er auch nicht gezählt werden. Der Ball könnte auch das Netz so treffen, daß das Netz die Schranke zum Ansprechen bringt. Ich wüßte nicht, was ich da jetzt als Lichtschranke/Reflexlichtschranke empfehlen könnte:confused:

Gruß
Searcher

[pillemaster]

ok also zu aller erst, das mit der infrarotdiode ist bestimmt ne gute idee weil dann keine anderen lichtquellen (korb soll draußen hängen deswegen schon möglich) die lichtschranke "austricksen" können, richtig? heißt das gegenstück transistor? das heißt einfach eine diode und einen empfänger?!? sind das die sogenannten "einweglichtschranken" ? da wird ja ein strahl gesendet und auf der anderen seite aufgenommen und sobald es gestört wird geschieht etwas. in DVD playern findet man solche empfänger ? :O
ja aber der Korb bzw. Ring hat nur einen durchmesser von 45 cm da dürfte das kein problem geben oder? ja !

welche? meine sie die LED's die ich außen am Rand haben will oder die diode, damit der empfänger den lichtstrahl aufnehmen kann? die LED's am Rand sollen ja nur leuchten wenn der ball die Lichtschranke durchquert.
ohlala da versteh ich wieder garnichts :D bei dem link...

ja die methode habe ich auch schon gesehen bzw. gelesen aber das mit dem infrarot ist bei tageslicht besser oder?

das dachte ich mir schon aber wäre halt eig schön wenn die zähler gemessen und angezeigt würden weil das der ursprungsgedanke war :P
was ist Logik - IC's ? :/ hmm.. hab halt wirklich null erfahrung.

ok. hab bis jetzt nur mitgekriegt das AVR für einsteiger ist (passt gut) aber was genau das ist und was man damit machen kann weiß ich noch nicht.. aber dann ist das warscheinlich die bessere variante :)
echt? der könnte direkt ein 7- Segment display steuern? das ist gut da ich den ganzen kram mit den schaltungen bis jetzt zu 0% verstanden habe :P leider auch noch nichts in der schule davon gehabt.. (11. Klasse) ok. das wär echt genial wenn ich (mithilfe von euren/deinen sehr hilfreichen tipps) irgendwann dieses projekt wirklich realisieren könnte :) ja nee mir gehts auch nicht darum alles alleine zu basteln, einen microcontroller könnte ich bestimmt locker kaufen deswegen will ich es mir nicht unnötig kompliziert machen .

auf jeden fall schonmal einiges sehr gut erklärt und geholfen, habe jetzt nochmal einige fragen hier gehabt und würde mich natürlich über weitere hilfe freuen :)
vielen dank schonmal,

mfg Gabriel

[pillemaster]

hallo robo tom :)
danke, du hast ahnung. ich leider nicht :D

was ist ein " µC" ? das hört sich so an als ob es nicht allzu schwer ist aber leider konnte ich es noch nciht wirklich verstehen :/

also, was ich kann? schwer zu sagen, ich hab halt eig noch nie mit technik rumhantiert und auch mein verständnis ist nicht sehr groß aber das liegt daran das ich mich zum ersten mal an soetwas heranwage :) ich bin völlig offen neues zu lernen und ganz dumm auch nicht :) könnte also vllt was werden ;)

[pillemaster]

@Searcher! ja dafür werde ich mir was ausdenken aber dacht an eine kleine plexiglas "hülle" um es zu schützen. Mein Gedanke war das ich es unter dem Ring fixiere (vllt kann ich gleich noch eine skizze zum erklären machen). Weil der Ball kann ja entweder AUF dem Ring "tanzen" und wieder raus oder einfach durch den ring. aber kann nicht halb rein und wieder raus ;)
der ball kann auch nicht so knapp unter dem ring durch weil man ja immer einen hohen bogen wirft (ebenfalls gleich eine skizze). Stimmt, der Faktor wäre möglich das das netz hochsschwingt und dann ein treffer gezählt wird aber eher unwarscheinlich. Man könnte das netz auch unten beschweren, das wär kein thema und eigentlich muss es auch nciht zu 100% fehlerlos sein da meine konstruktion eigentlich nur dazu dienen soll mir grob 300 treffer anzuzeigen. Da ist einer mehr oder weniger nicht relevant :) aber trotzdem ein gedanke den man beachten sollte ! danke.

gruß
Gabriel

23548

[Besserwessi]

Gerade um nur einen Ball zu erkennen der wirklich durch geht ist, sind Reflex-lichtschranken (z.B. CNY70) geeignet. Mit zwei versetzt angebrachten Lichtschranken knapp unter dem Ring, die dann zum zählen beide ansprechen müssen ist eine Fehlzählung sehr unwahrscheinlich. Zum zählen muss der Ball dann schon etwa halb durch den Ring sein. Bei Sonne kann es auch bei IR Licht ggf. noch zu Störungen kommen - wenn es sein muss, könnte der µC das aber noch in Software behandeln - das Programm wird dann aber schon etwas komplizierter. Um das ganze mechanisch besser zu schützen wäre ggf. auch eine Reflex-schranke mit mehr Abstand , knapp unter dem Korb möglich - das Netz unter dem Korb kann dabei aber Stören, und Fehler sind schon möglich. Für den größeren Abstand müsste die Lichtschranke dann vermutlich mit Modulation (z.B. 38 kHz von µC und ein Empfänger wie TSOPxx38+Linse) arbeiten.

Mit dem AVR kann man zumindest ein kleineres Display direkt ansteuern. Bei größeren Anzeigen, so ab etwa 40 mm Höhe wird es ggf. knapp mit der Spannung und dem Strom. Für 2 Stellen reichen auch die Pins an einem µC wie Mega48 - für mehr wird das dann mit dem gesamten Strom sowieso etwas knapp, auch wenn es µCs mit mehr Pins gibt.

Das reine Zählen ginge für 2 Stellen auch mit 3 - 4 Logic ICs (z.B 74HC390+ 2*74HC4511 + ggf. 1 *HC14 ) - der Aufwand ist auch nicht so groß - die Schwierigkeiten kommen aber, wenn man noch so etwas wie ein Entprellen, oder eine Taste zum Annullieren ungültiger Punkte braucht.

[robo_tom_24]

Ok, die Lichtschranke lassen wir mal Lichtschranke sein, das ist nicht unbedingt mein Leiblingsthema ;)
µC...Mikrocontroller
Hier ist auch noch zu beachten, dass du ein Programm brauchst, denn ohne Programm ist dein Mikrocontroller ein schwarzes Stück Kunsstoff mit vielen Füßchen ;)

Zur Schaltung:
Also, wir nehmen an, dass du wenn du einen Korb wirfst ein "1" Signal (5V) von deiner LS bekommst. Dies speist du dann in deine asynchrone Zählschaltung aus JK-FlipFlops (siehe Schaltungen im Internet, bzw. frag für eine Erklärung) ein. Die Ausgänge der FlipFlops (Q1,Q2,Q3,Q4) hängst du dann auf den BCD->7Segment Konverter, hier stellt sich jetzt die Frage, wie hoch du zählen willst. Am einfachsten wäre natürlich 0-9, aber ich denke, du willst sicher höher zählen oder?

[pillemaster]

ok dann reflexschranke statt infrarot diode. Die CNY70 ist sehr klein oder? 2 empfänger und 2 sender oder wie? ja dann wäre eine Fehlzählung wirklich recht unwarscheinlich :) ja. echt? ich hoffe einfach die das sonnenlicht nicht zu sehr die sensoren stört.
das versteh ich leider nicht ...

ok ! ich möchte halt eine Anzeige die man noch lesen kann aber muss nicht riesig sein. Aber am besten eine 3-Stellige 7-Segment Anzeige da ich bis 300 Zählen möchte. Also dürfen die Ziffern nicht größer als 40 mm sein? müsste machbar sein mit der größe.

Was sind IC's ? :/ aber möchte ja 3 stellen.
Was meinen sie mit Entprellen? eig wäre ne Reset taste gut aber das ist bestimmt am einfachsten, wenn sobald man den Stecker zieht geht es von vorne los.

mfg Gabriel

[pillemaster]

:D die anderen helfen mir ja mit dem Lichtschrankenteil schon gut.
ok :) und so ein AVR ist ein mikrocontroller oder ? sind das einfach kleine chips die das ganze steuern und womit man die funktionen programmiert?
ja. aber die sind nicht unbedingt kostenpflichtig oder ? das ist nicht allzu schwer oder ?

ja eig werden beim Basketball ja 2 Punkte pro Korb notiert aber ich möchte 1ner Schritte :) schickt die Lichtschranke dann ein Signal das der/die(?) AVR dann in eine aktion umwandelt?
ohlala da versteh ich nichts mehr :D was ist denn eine asynchrone Zählschaltung und wieso erwähnen alle "flipflops" ? :D ich muss das dann vllt mal googlen mit den ganzen schaltungen... brauche ich für die Anzeige einen Konverter? :/ bis 300 ! ja leider nicht nur bis 9, schaffe schon bisschen mehr als 9 Körbe :D

mfg Gabriel

[robo_tom_24]

Ok, 3 Stellen sind schon viel, das ist mit einem ganz normalen Zähler dann schon eine große Schaltung. Somit solltest du einen Mikrocontroller verwenden...
IC..Integrated Circut - integrierte Schaltung

Nachtrag:
AVR ist ein Type von Mikrocontrollern - sind sozusagen die kleinen Krabbelkäferchen ;)
Was soll kostenpflichtig sein?
Genau, die LS liefert ein Signal an den µC
asynchrone Zählschaltung ist die einfachste Zählschaltung die man mit FlipFlops bauen kann
FlipFlops sind 1 Bit Speicher - einfach mal googeln
Ja, brauchst du, eine 7 Segment Anzeige sind einfach nur 7 LED's in einem Gehäuse - und deine Daten (Punkte) kommen im Binärcode daher ;)

[Besserwessi]

Bei so etwas wie Tasten, aber durch Störungen ggf. auch bei der Leichtschranke gibt es nicht immer einen sauberen Übergang, sondern ggf. ein schnelles mehrmaliges hin und her - das nennt man prellen. Ein einfacher Zähler würde da ggf. dann nicht nur um eins weiter Zählen, sondern um vielleicht 3 oder 5. Man kann dieses mit etwas Elektronik beseitigen (entprellen), bzw. der µC kann das in der Software ignorieren.

3 größere Stellen lassen sich nicht mehr so einfach direkt an den µC anschließen - da werden die Leitungen und der Strom knapp. Bei den Stellen größer als etwa 40 mm braucht man ggf. mehr Strom und Spannung für die Segmente. Wie viel genau hängt von den Anzeigen ab, aber da ist nicht sicher das man die direkt anschließen kann. Mit etwas Glück und Wissen gehen aber ggf. auch 57 mm große Stellen. Bei den AVRs ist vor allen der gesamte Strom auf rund 200 mA je Pin der Versorgungsspannung. Das reicht je nach Helligkeit für etwa 2 Stellen, bei 3 Stellen nimmt der Strom und damit die Helligkeit schon etwas ab, auch braucht man dann schon ein paar mehr (3*7 = 21) Pins. In der Sonne wird es da ggf. schon schwer die Anzeige zu erkennen.

ICs sind integrierte Schaltungen, also die etwas komplizierteren Halbleiterschaltungen.

Die CNY ist eine Reflexlichtschranke, etwa Würfelform mit 7 mm Kantenlänge. Die Spricht an auf ein Objekt in etwa 0,5 - 10 mm Abstand. Mit der Größe des Balls müsste man das ggf. noch kontrollieren ob das mit dem Abstand hinkommt. Wenn das mit dem Abstand nicht hinkommt, gehen auch IR Diode und Fototransistor in separaten Gehäusen. Für den Anfang reicht ggf. auch 1 Leichtschranke, etwas (z.B. 2 cm) unter dem Ring, z.B. zum Brett hin, wo sie auch ganz gut mechanisch geschützt ist.

[pillemaster]

2 würden auch gehen aber dann geht es halt nur bis 99. aber wenn das einfacher ist dann nehme ich das. muss ich nicht eh einen mikrokontroller verwenden um zu zählen und um die LED's leuchten zu lassen?

ok. ;)
die programme um die AVR zu programmieren.
achso.
wenn das die einfachste ist, werde ich denke ich damit arbeiten :)
achso, ok werde mal googlen.
achso das heißt der konverter empfängt signale von der Lichtschranke und konvertiert die in zahlen auf die anzeige um ?
puuuh das wird schwer aber bin gespannt wie weit ich komme.

mfg Gabriel

[robo_tom_24]

du musst nur die 3 segmente multiplexen...
naja, die programme musst du selber schreiben - also wirst du wohl geld verlangen können ;)
fasst, der zähler empfängt die signale und gibt den binärcode aus, dieser wird dann in den code für die 7 segment anzeige(n) umgewandelt

ps: sry fürs kleinschreiben, aber mein pc sagt nein dazu ^^ tasten funktionieren aber... *windoooooof* :b

[Besserwessi]

Man hat 2 Lösungen zur Wahl, für 2 Stellen :
1) 1 µC (z.B. Atmel Mega48 - 28 Pins) + Programm + 14 Widerstände + 2 Kondensatoren 100 nF + Lichtschranke + 2 Stellen LED

2) ICs, z.B. 1x74HC390 + 2x74HC4511 (je 14 oder 16 Pins) + 3 Kondensatoren 100 nF + 14 Widerstände + Lichtschranke + 2 Stellen LED
ggf. braucht man auch noch was zum Endprellen dazu (z.B: 74HC14 + je ein R und C)

Die 2. Lösung ist von den Teilen sogar noch billiger (die ICs sind recht günstig) und wohl auch noch einfacher, aber halt etwas mehr zu löten, und nicht so flexibel, z.B. wenn die Lichtschranke moduliert werden soll, oder in 2 er Schritten gezählt werden sollte. Beide Schaltungen könnte man gerade noch auf einem Lochraster oder ähnlichem Löten.

Das Programm für den µC ist schon gar nicht so einfach wie es auf den ersten Blick scheint, aber immer noch eine gute Aufgabe zum lernen. Zum übertragen des Programms braucht man da auch noch etwas zusätzliche Hardware. Einen Compiler bekommt man immerhin kostenlos.

[pillemaster]

das heißt ? (multiplexen)
aber ich muss nur in einem programm dann meine eigene funktion schreiben oder ? also die abläufe die ich erreichen will. stimmt dann könnte ich geld verlangen aber das ist nicht mein ziel :) eig ist er für den eigengebrauch aber hab ein bisschen angst ihn draußen anzubringen wegen des regens und frost...
achso ok :) das heißt der konverter ist der zähler.

kein ding, achte auch nicht auf groß und klein :P ok ^^

Gabriel

[pillemaster]

@ besserwessi.
danke :) sowas hilft mir sehr. Ich habe ja wenig ahnung aber mir scheint die 1. etwas simpler. irre ich mich da ? wenn das alles ist dann wird das garnicht so unmöglich wie ich es dachte. also, einen minicontroller (würde der Atmel Mega48 gehen? ich weiß null worauf es ankommt), dann ein programm (wo findet man solche programme für minicontroller?), die widerstände kosten ja fast nichts und müssen nur angeschafft werden wobei ich dann natürlich wissen müsste wie groß die sein müssen aber das kann man warscheinlich erst später sehen bzw ausrechnen stimmts? habe eben gesehen das die kondensatoren nur 1€ kosten, das wär überhaupt keine frage (für was genau sind die denn zuständig?), ja dann eine Lichtschranke wo ich noch nicht recht weiß was für eine bzw welche ich kaufen soll :/ und die 2 Stellen LED anzeige (kann man da 2 einzelstücke kaufen und die verbinden sodass man 2 stellen hat?). und außen wollte ich ja nich einige LED's wo ich aber auch noch nicht weiß wie ich das mache und ob das geht...die müssten ja auch noch mit dem µC zusammenarbeiten.

ja programmieren ist nie so wirklich einfach für anfänger :D aber mit anleitungen oder personen die ein wenig ahnung haben könnte das klappen und so viel soll ja auch nicht passieren. echt? was bräuchte man denn da ungefähr? wo bekommt man den kostenlos und was ist ein compiler?

sorry für meine unkenntnisse aber bin halt leider ein frischling ^^

[robo_tom_24]

multiplexen heißt: du hast die 8 (Daten) Ausgänge für deine 7 Segment Anzeige und jeweils noch einen Auswahlausgang - google mal am besten für ein video ;)
Ja, genau
Neee, Konverter ist nicht Zähler
du hast 4 Funktionsbausteine: [Lichtschranke] --- [Zähler] --- [Konverter] --- [7-Segment]
Bei einem µC hast du 3: [Lichtschranke] --- [µC (= Zähler und Konverter) ] --- [7-Segment]

finden wirst du ein Programm was du brauchst zu 90% nicht, du musst es selber schreiben...

[pillemaster]

ok muss ich mal googlen, sagt mir nichts .. ;)

achso ok.
das sind 2 varianten oder? also bräuchte man bei der ersten keinen µC oder braucht man den sowieso?
was ist denn besser, oberer oder untere variante?

achso, nee das meine ich nicht, du redest jetzt von einem programm was genau meine funktion macht werde ich nicht finden oder? das ist mir klar :) aber ich meine ein programm in dem ich MEIN programm dann schreiben muss.. wo findet man sowas?

[robo_tom_24]

besser...schwer zu sagen, das mit den Zählern ist reine Hardware und beim µC ist halt noch Software dabei. Wenn du bis 300 zählen willst, würd ich eher zum Controller tendieren ;)
Internet - Atmel Studio ;)

[Besserwessi]

Das sind 2 Möglichkeiten, einmal mit µC und einmal ohne. Bei 3 Stellen wäre vermutlich sogar die Version ohne µC einfacher und schneller zu realisieren. Für die 3. Stelle kämen noch 2 ICs dazu. Wirklich teuer sind die Teile nicht. Die ICs wie 74HC390 kosten je so 0,2 - 1 EUR , die Widerstände und Kondensatoren einige Cent das Stück, je nachdem wo und wie viele man kauft. Die Anzeigen kosten je nach Größe etwas mehr : das wäre vermutlich das erste Teil nach dem man suchen sollte. Dazu braucht man in beiden Fällen auch noch eine Stromversorgung, die LED Anzeigen brauchen schon einiges an Strom wenn hell sein soll: je Segment rund 10 mA muss man schon rechnen, da kommen dann schon rund 200 mA zusammen. Für Batteriebetrieb ist das schon reichlich viel.

Bei der Variante mit µC braucht man die Möglichkeit zum Übertragen des Programms - je nach Qualität kostet so ein Teil schon mal 15-50 EUR. Auch braucht es da einiges an Einarbeitung um den µC programmieren zu können. Die Frage danach was ein Compiler ist,lässt darauf schließen das da kaum Vorkenntnisse vorhanden sind. Man kann aber auch eine Menge interessantes dabei lernen - das schreiben des Programms ist in dem Fall aber der aufwändigere Teil, und mit einarbeiten kann das schon mal 20 Stunden und länger dauern. Man kann sich ja z.B. ein Tutorial im Netz mal anschauen, wie das etwa geht, und was man davon versteht. Für 3 Stellen wird der Atmel Mega48 schon knapp mit den Anschlüssen, wenn man die Stellen direkt anschießen will. Da wäre ggf. ein etwas größerer Typ mit mehr Pins besser geeignet.

[Pyro-Mike]

Ich würde dir mal folgenden Artikel empfehlen:
http://www.rn-wissen.de/index.php/AVR-Einstieg_leicht_gemacht
Experimentier einfach mal ein bisschen mit dem Controller rum, dann wird sich sicherlich die ein oder andere Frage ganz von alleine lösen.
Das allerschwierigste ist immer der Einstieg.