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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Geschwindikeitsmessung für Bowlingbahn


Autor: hasski (Gast)
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Hallo,

wir haben vor ein Geschwindigkeitsmesssystem für eine Bowlingbahn zu 
bauen. Das System soll die Zeit zwischen Messpunkt A und B messen und 
über einen festgelegten Weg, zwischen A und B, die Geschwindigkeit das 
Bowlingballs errechnen. Diese soll dann über eine kleine LCD Anzeige 
wiedergegeben werden.
Für die Messpunkte sollen Lichtschranken oder kapazitive Sensoren 
verwendet werden.
Ich würde mich freuen wenn mir jemand Hilfestellung bei der 
Hardwareauswahl und der Programmierung geben kann.

THX

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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An sich ein sehr interessantes Projekt. Je nachdem wie viel du selber 
basteln möchtest bzw. ausgeben möchtest könntest du z.B. 2x die 
Reflex-Lichtschranke Contrinex LLK-5050 nehmen (gibt es u.a. bei 
Conrad), max. Reichweite 15m, Preis ~20€/Stück. Ansonsten kann man 
Lichtschranken natürlich auch selber basteln, wenn man möchte...

Hast du schon mal einen Mikrocontroller programmiert? Ich denke ein 
ATMega8 wäre gut für den Einstieg.
Die LED-Anzeige würde ich z.B. über einen SAA1064 realisieren.

Schöne Grüße,
Alex

Autor: Gregor B. (gregor54321)
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modulierte Sender-LED, Empfangsdiode über Kondensator ausgekoppelt an uC

Autor: hasski (Gast)
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Also der Aufwand sollte so gering wie möglich sein, also würde ich doch 
schon eher fertige Bausteine bevorzugen. Die Reichweite der 
Lichtschranbke wäre mit 1,5m schon völlig ausreichend.
Das programmieren von Mikrocontrollern ist für mich doch noch eher 
Neuland, bin also auf Foren wie dieses hier angewiesen.

Autor: Gast (Gast)
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Warum nicht einen externen Zähler, der die Zeit zwischen den externen 
Lichtschranken mißt und dann per USB in einen Laptop einlesen.
Der Laptop hat ein fertiges Display, Software dürfte einfach sein.

Autor: hasski (Gast)
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Das Ganze soll wenn es soweit ist fest installiert werden. So zu sagen 
soll sich die Recheneinheit im Maschinenraum befinden und die 
LCD-Anzeige im Bereich des Montiors auf dem die Spielwertung angezeigt 
wird.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Eine wirkliche "Recheneinheit" brauchst du dafür gar nicht. Wie gesagt, 
ich würde es, wenn ich deine Aufgabenstellung richtig verstanden habe, 
so machen:

Zur Messung 2x die oben genannte Reflex-Lichtschranke. Die ist 
zuverlässig, kompakt, nicht allzu teuer und verfügbar.
Die Zeitmessung mit einem ATMega8, der ist ebenfalls sehr günstig und es 
gibt hier im Forum diverse Tutorials und eine Menge Leute können dir 
Hilfestellungen geben.
Den Controller würde ich dann zusammen mit einem SAA1064 und einer 
4-Stellen LED-7-Segment-Anzeige in ein Gehäuse einbauen und dieses dann, 
wie von dir beschrieben, neben dem Monitor aufhängen.
Wenn man es gut macht sieht es spitze aus und das Gehäuse wäre etwa 
Zigarettenschachtel-Groß.

Oder möchtest du neben der Geschwindigkeit auch noch andere 
Informationen anzeigen können? Dann bräuchtest du nämlich wirklich eine 
LCD-Anzeige.
7-Segment-Anzeigen haben in meinen Augen den Vorteil das sie auch von 
größerer Entfernung gut lesbar sind und von sich aus schon leuchten. 
LCDs benötigen eine Hintergrundbeleuchtung.

Schöne Grüße,
Alex

Autor: hasski (Gast)
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Die von dir angeführten Lichtschranken kommen auf jedenfall in Frage und 
sind so gut wie bestellt :-) und auch die anderen Komponenten scheinen 
verlockend. Aber das besoregen der Komponenten und die Installation auf 
der Bahn sollte sicherlich nicht das Porblem werden, aber wenn diese 
dann da sind die Programmierung und das richitge Verlöten wird das 
Problem.
Und Nein auf der Anzeige sollte nur die Geschwindigkeit zu sehen sein. 
Das ist glaub ich fürs erste Aufgabenstellung genug.

Ich bedanke mich schon einmal für deine Mühen.

P.S. Du hast die Aufgabenstellung sogar sehr gut verstanden.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>sind so gut wie bestellt
Warte mit der Bestellung mal noch ein bisschen, ich habe gerade gesehen 
das es sich bei den LLK-5050 leider um "Einweg-Lichtschranken" und nicht 
um "Reflex-Lichtschranken" handelt, d.h. für die LLK-5050 bräuchtest du 
noch einen separaten Sender. Ich würde dir aber empfehlen das ganze mit 
Reflex-Lichtschranken aufzubauen, alleine weil du da nur auf einer Seite 
der Bahn Leitungen verlegen musst.

Schöne Grüße,
Alex

P.S. Das du zur Programmierung eines Mikrocontrollers ein 
Programmiergerät benötigst ist dir bekannt, oder?

Autor: Roman K. (Gast)
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Zur Programmierung muss nur der Impuls der ersten Lichtschranke
abgewartet werden, dann startet ein Timer, bis die zweite Lichtschranke
durchlaufen wurde.

Die Zeit zwischen beiden Impulsen lässt sich sehr leicht errechnen,
wenn man den Takt des Mikrocontrollers kennt.
Man braucht dann nurnoch die Information wie weit die beiden 
Lichtschranken
voneinander entfernt sind, da wird wohl ein Abstand von ca. 1m meiner 
Meinung nach sinnvoll sein.

sollte aus irgendwelchen Gründen die zweite Lichtschranke vor der ersten 
auslösen, sollte ein Reset erfolgen (beide Lichtschranken warten auf die 
Kugel).
Sollte nach der ersten Lichtschranke eine ganze Weile nichts passieren,
so sollte auch ein Reset erfolgen.
Und auch wenn eine oder beide Lichtschranken lange blockiert sind sollte 
ein Reset mit einer Fehlermeldung am Display folgen.

Damit sind alle Eventuallitäten abgedeckt oder?

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Ja klar, sowas ist dann die Modellbildung. Hört sich gut an. Oder wie 
"Hancock" zu sagen pflegt: "Gut gemacht." .

Autor: Markus F. (civicbcc)
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ist für einen anfänger auf dem gebiet mikrocontroller etwas knifflig, 
aber durchaus machbar :)

ich würde beim ATmega auf jedenfall noch eine ISP-Schnittstelle 
einbauen, viell. willst du später das projekt ja mal erweitern!

z.b.
Top Speed derzeitiges Spiel anzeigen lassen
All Time Top Speed anzeigen lassen
Geschwindigkeit auf einer Balkenanzeige ausgeben
usw.

Autor: hasski (Gast)
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Den Abstand zwischen beiden Lichtschranken würde ich gern so gering wie 
möglich halten, da sich ja bei unterschiedlichen Winkeln des 
Ballverlaufs der Weg zwischen beiden Messpunkten verändert. Also würde 
ich von diesem Gesichtspunbkt aus denken das desto geringer der Abstand 
zwischen Messpunkt A und B desto genauer wird die Messung. Wo bei sich 
wieder die frage Stellt wie genau die Zeitmessen nach dem Komma ist weil 
desto geringer der Abstand zwischen A und b desto geringer ja auch die 
Zeitunterschiede.
Jetzt weiss ich natürlich nicht wie sich ein Faktor, z.B. 4 bei 25cm um 
dann auf eine Standartwert von 1m zukommen, in das Rechenprogramm 
einbauen lässt.
Die von die beschriebenen Eventualitäten in das Programm mit einzubauen 
ist sicherlich interessant, aber wie ich schon beschrieben habe ist das 
ganze für mich Neuland und ich kann mir vorstellen das es fürs erste 
etwas zu umfangreich wird. Ein verändern der Software im nachhinein ist 
ja sicher immernoch möglich?!

Autor: Roman K. (Gast)
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die Idee mit Top Speed usw finde ich gut,
evtl. noch average Speed des ganzen Abends mit aufnehmen.
Würfe Zählen. nunja ich glaube mein nächstes Projekt wird eine 
Bowlingbahn :)

Das mit den Winkeln ist prinzipiell richtig, umso mehr Winkel in der 
Kugel ist, desto geringer die gemessene Geschwindigkeit.
Aber die Annahme, dass der Messfehler bei geringerem 
Lichtschrankenabstand abnimmt ist falsch.

Der gemessene Wert ergibt sich aus:
Gemessen=realer Wert*sin(Winkel)

wobei mit Winkel hier der Winkel der Kugel zur Bahn gemeint ist,
also bei gerade Laufender Kugel ist der Winkel=0°

Trotzdem kann man die Lichtschranken wahrscheinlich dichter als 1 Meter 
stellen. Denn umso weiter ich die Lichtschranken auseinander mache, umso 
mehr nimmt ja auch die Geschwindigkeit der Kugel ab.
Nunja, das wird sich wohl in einem recht kleinen uninteressanten Bereich 
abspielen.

Autor: hasski (Gast)
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Was mir grad so eingefallen ist wie bekommt das ganze eigenlich Strom 
ich glaube irgendwo etwas von einer Batterie gelsen zu haben? Sollte 
dies der Fall sein kan man das doch sicherlich so umbauen das man am 
Gehäuse einen Kippschalter für EIN und AUS hat?!

Wenn du zufällig aus der Regieon um Frankfurt/Oder kommst dann könnte 
dein nächstes Projekt eine Bowlingbahn sein :-D

Autor: Roman K. (Gast)
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Für die Stromversorgung brauchst du eigentlich nur ein Netzteil
irgendwas zwischen 5V und 12V (am besten Gleichspannung).
Da du auf jeden Fall eine kleine Platine brauchst auf die du den 
Mikrocontroller mit einem Quarz lötest kannst du dann auf diese Platine 
noch einen 5V Spannungsregler drausetzen, dieser macht aus der 
Netzteilspannung eine 5V Spannung (Bauteil 7805).
Die Empfohlene Lichtschranke habe ich mir jetzt nicht angeguckt.
Die braucht hoffentlich auch 5V.

Komme aus Frankfurt aber nicht Oder :)

Autor: hasski (Gast)
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Die Lichtschranken sind mit Betriebsspannung:10 - 36 V/DC angegeben aber 
die könnte man ja unabhängig von dem Rest mit Strom versoren da die 
Lichtschranken und die Platine ca. 20m von einander entfernt sind.
So hab mich grade mit dem Betreiber der Bowlingbahn unterhalten und der 
meinte das ähnlich aber natürlich viel teurere Systeme den ersten 
Messpunkt kurz hinter der Foulline haben und den zweiten Messpunkt kurz 
vor dem Pindeck was einer Entfernung 16-17m entspricht, sollte ja jetzt 
noch nich das Problem sein.

Kannst du mir einen Shop empfehlen wo ich möglichst alles bekommen würde 
für das was ich vorhabe? (vielleicht abgesehen von den Lichtschranken)
Also Platine, Anzeige, Chip usw.

THX

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Hallo hasski,

alles was du benötigst kannst du bei Reichelt bekommen 
(www.reichelt.de). Die haben auch Reflex-Lichtschranken, allerdings 
kosten die dort ~70€/Stück. Ich bin mir sicher das man auch günstigere 
bei anderen Shops auftreiben kann.
Wie gesagt, mit den oben genannten Contrinex LLK-5050 geht es nicht so 
einfach, denn diese sind nur die Empfänger und brauchen jeweils noch 
einen Sender.
Also such mal nach Shops mit Reflex-Lichtschranken.
Die Spannungsversorgung würde ich ebenfalls mit einem kleinen 
Steckernetzteil und einem 7805 erledigen. Einfacher geht es nicht...

Wenn du die beiden Lichtschranken an Anfang und Ende der Bahn aufstellst 
hast du natürlich eine mittlere Geschwindigkeit der Kugel gemessen + 
Winkelfehler spielen so gut wie keine Rolle.

Schöne Grüße,
Alex

Autor: Roman K. (Gast)
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Was haltet ihr von dieser Lichtschranke:
http://www.pollin.de/shop/detail.php?pg=NQ==&a=NTg...

Das Relais müsste nicht aufgelötet werden,
der pin, welcher das Relais schaltet könnte direkt in den 
Mikrocontroller
geführt werden.
Alle anderen Teile bekommt man hier auch sehr günstig.
Netzteil, Display, 7805, Kondensatoren, Quarz, Lochrasterplatinen
ATmega8

Ich persönlich kann dir auch das ATMEL Evaluations-Board Version
von Pollin sehr empfehlen, mit 15 Euro unschlagbar und du kannst damit
den ATmega8 (und auch andere) programmieren.
Anhand des Schaltplanes kannst du auch genau sehen was du minimal
an Elektronik brauchst um den Mikrocontroller zum laufen zu bekommen.

Klingt nach einem Projekt mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit,
halte uns auf dem Laufenden.
Die einzige Schwierigkeit die ich momentan sehe ist das Ansprechen vom 
Display, dazu gibts hier ein Tutorial. Bei mir hatte es trotzdem nicht 
funktioniert.

Autor: volkstrottel (Gast)
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Warum nicht Dopplerradar?
Die Dinger geben je nach Wellenlänge bei Bewegung auf
den Sensor zu in bestimmten Abständen Impulse ab.
Die Zeit zwischen den Impulsen ist dann Deine
Geschwindigkeitsmessung ... einfach Interrupts und
Timer und gut ist.
Keine Installation auf der Bahn nötig, nur hinter den
Pins zentral mittig mit Blickrichtung nach vorne weg.

SMX1 währe da so in etwa ganz brauchbar denk ich.

Autor: Peter (Gast)
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Blöde Frage,
warum 2 Lichtschranken, die Kugel haben doch alle den gleichen 
Durchmesser, reicht es nciht aus einfach die Zeit des Impules zu messen?

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>die Kugel haben doch alle den gleichen Durchmesser

Ist das so? Gibt es nicht auch kleinere, leichtere Kugeln?

Autor: Peter (Gast)
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ich denke schon, das Gewicht ist unterschiedlich, der Durchmessel sollte 
gleich sein - sonst währe es ja ein Nachteil

Autor: hasski (Gast)
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Mal eine kurze Bowlingerklärung.
Ja die Bälle haben alle den gleichen Durchmesser und nur andere 
Gewichte.
Im Freizeitbowling wird der Ball gerade nach hinten geworfen und gut 
ist.
Da es hier aber um Sportbowling geht und dort mit Ballrotation 
gearbeitet wird kommt es dazu das der Ball auf der Bahn unterschiedliche 
Geschwindigkeiten hat. Bowlingbahnen sind zu ca. 2/3 mit Öl belegt. Dies 
führt dazu das der Ball in den ersten 2/3 rutscht und wenn er dieses Öl 
verlässt ins Rollen gerät wodurch er Geschwindigkeit aufbaut. Das 
Prinzip wäre ähnlich wie bei einem Auto was auf z.B. Eis wenig traktion 
hat und kaum vorwärts kommt und auf einmal auf z.B. Aspahlt gerät und 
schlagartig beschleunigt. Also muss die Geschwindigkeitsmessung über die 
gesamt Bahnlänge erfolgen.
Ich hoffe das Problem durch dies Erklärung noch einwenig verdeutlichen 
zu können.

Autor: hasski (Gast)
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Ihr hab mir bis jetzt schon viel weiter geholfen, da ich aber wie schon 
erwähnt ein Neuling in dem Gebiet bin fehlt mir noch ein wenig die 
Vorstellungskraft, wie die Platin mit den aufgelöteten Bausteinen 
auszusehen hat. Kann mir da jemand vielleicht einen groben überblick 
geben?

THX

Autor: Theno (Gast)
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Hasski, ich glaube du unterschätzt den Elektronik- und Softwareanteil 
gewaltig. Sicher, 50% aller Mitleser hier könnten das aus dem Stand 
innerhalb von 1..3Tagen bauen. Aber als kompletter Anfänger?!?
Damit du einen ungefähren Überblick bekommst, wie "aufwendig" das für 
dich wird, zieh dir mal das Tutorium hier rein und baue(!) eine einfache 
Blink-LED-Schaltung nach und programmiere diese selbst.
Mit viel Engagement und Zeit kannst du das in optimistischen 6..8 Wochen 
schaffen.

Mag nicht sonderlich aufbauend sein, aber irgendeiner muss es ja 
aussprechen, was vermutlich viele im Hintergrund denken...

Autor: hasski (Gast)
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Das das ganze nich grad einfach wird is mir auch schon aufgefallen, hab 
mir da jetzt auch schon nen Elektroniker ins Boot geholt der mich da 
unterstützt. Ich denke mal das könnte die ganze Sache etwas erleichtern.

Autor: Jens S. (Gast)
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"...Da es hier aber um Sportbowling geht und dort mit Ballrotation
gearbeitet wird kommt es dazu das der Ball auf der Bahn unterschiedliche
Geschwindigkeiten hat. Bowlingbahnen sind zu ca. 2/3 mit Öl belegt. Dies
führt dazu das der Ball in den ersten 2/3 rutscht und wenn er dieses Öl
verlässt ins Rollen gerät wodurch er Geschwindigkeit aufbaut. Das
Prinzip wäre ähnlich wie bei einem Auto was auf z.B. Eis wenig traktion
hat und kaum vorwärts kommt und auf einmal auf z.B. Aspahlt gerät und
schlagartig beschleunigt. Also muss die Geschwindigkeitsmessung über die
gesamt Bahnlänge erfolgen.
Ich hoffe das Problem durch dies Erklärung noch einwenig verdeutlichen
zu können...."

wäre es da nicht cooler 3 lichtschranken zu nehmen und somit die 
geschwindigkeit des vorderen teils und des endes zu berechnen? so wie du 
das erzaehlst klingt es ja so als wenn die kugel nochmal richtig 
geschwindigkeit aufbaut.

ich glaub mit deinem elektroniker an board wirds deutlich besser gehen. 
das programm kann man sich durch tutorials und quelltexte relativ gut ja 
basteln. aber die richtige anschaltung des ganzen find ich persönlich 
schwerer.

kann man nicht auch anstatt lichtschranken nen laser nehmen der 
gleichzeitig die entfernung der kugel misst und somit kriegt man auch 
den winkel der kugel raus? wobei der winkel ja nicht alles ist da die 
kugel sich ja im bogen bewegen kann wenn ich das richtig mitbekommen 
habe.

die wahrscheinlich messgenauste variante wäre wohl die mit einer kamera 
über der bahn, die dort den weg berechnet und die zeit. aber das wäre 
wahrscheinlich zu aufwendig ausserdem weiß ich nicht wie gut das mit den 
lichtverhältnissen ist, so eine bowlingbahn ist ja bunt beleuchtet.

Autor: hhhhmmmmm (Gast)
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THENO schrieb:
Damit du einen ungefähren Überblick bekommst, wie "aufwendig" das für
dich wird, zieh dir mal das Tutorium hier rein und baue(!) eine einfache
Blink-LED-Schaltung nach und programmiere diese selbst.
Mit viel Engagement und Zeit kannst du das in optimistischen 6..8 Wochen
schaffen.


LOL,
das halte ich für ein riesen großes Gerücht.
Ich denke es ist durchaus möglich Blinkschaltungen öder ähnliches als 
Anfänger innerhalb von 1-2 Tagen zu programmieren!!!!

Autor: Jens Plappert (Firma: Bei mir und dir.) (gravewarrior)
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ich glaube er meinte das bowlingprojekt, wenn man 2 monatze zum blinken 
braucht sollte man es besser bleiben lassen.

Autor: hasski (Gast)
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Sagen wir es mal so eine Variante mit 3 Lichtschranken wird sicherlich 
noch genauer aber auch aufwendiger.
Ob man das später mal umbaut is ja offen, aber ich denke mal das die 
Variante mit 2 Lichtschranken noch am einfachsten sein sollte.
Da man so ja einen Wert über die Durchschnittsgeschwindigkeit auf der 
ganzen Bahn bekommen würde.

Autor: Theno (Gast)
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> ich glaube er meinte das bowlingprojekt, wenn man 2 monatze zum blinken
> braucht sollte man es besser bleiben lassen.
ja, genau, war auf das Lichtschrankenprojekt bezogen. War nicht deutlich 
genug geschrieben. :-)

Autor: Roman K. (Gast)
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6-8 Wochen find ich auch realistisch.
Ich find das wie gesagt ein interessantes Projekt, auch für einen
Anfänger (da muss ich mich selbst auch noch zu zählen).
Wenn Fragen aufkommen kann er ja immer hier fragen.

Es geht eben erstmal darum überhaupt ein Programm in den Controller zu 
flashen.
Wenn das klappt und die Hardware aufgebaut ist, ist es nicht mehr viel 
oder täusche ich mich da?

Mein Tipp.
Kauf dir das Pollinboard (+Kabel) + Netzteil 9V, drei Atmega8 controller
ein Display SAA1064 und ein Flachbandkabel um das Display mit dem Board 
zu verbinden.
Auf dem Board hast du dann schon 2 Taster und 2 LEDs verbaut.

1. Besorge dir ein Hexfile für einen Atmega8 das die leds blinken lässt,
das können dir die meisten hier zuschicken.
Versuche das Hexfile mit dem kostenlosen Programm Ponyprog
auf den Mikrocontroller zu flaschen.
Lade dir das ebenfalls kostenlose AVR Studio runter und versuche ein 
eigenes Hex file zu erzeugen.

2. Schreibe ein Programm, dass den Zeitabstand von 2 Tasterdrücken 
misst.
(Ausgabe provisorisch über 2 verbaute LEDs möglich)

3. Versuche Zahlen auf dem Display auszugeben. (anspruchsvoller)

4. Hänge die Lichschranken an einen Port vom Mikrocontroller
und versuche sie auszulesen. Kann man auch wieder direkt an den 
Verbauten LED's ausgeben. (einfach)

Wenn die drei Aufgaben gelöst sind steht dem Gesamtprojekt doch nichts 
mehr im Weg oder?

Autor: Harald F. (haraldf)
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Anstatt Lichtschranken, ganz andere Idee:

Eine Webcam, ein alter PC, darauf mittels Bildverarbeitung 
(Motion-detection) den Ball verfolgen, aus gemessener Zeit und dem 
bekannten Abstand zwischen zwei Punkten im Bild die Geschwindigkeit 
berechnen.

Gruß

Autor: hasski (Gast)
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Sicherlich auch eine gute Idee aber wie oben schon erwähnt sollte das 
System relativ klein sein so das es über der Bahn angebracht werden 
kann. Die angesprochene Variante haben wir schon einmal mit einer 
Testversion des Programms Dartfish ausprobiert. Es ist machbar aber 
leider zu umständlich für eine schnelle Auswertung der 
Ballgeschwindigkeit.

Autor: Roman K. (Gast)
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Hier ist noch ein neuer Thread augemacht worden, sicher interessant:

Zeit (ms) mit Mikrocontroller messen
Beitrag "Zeit (ms) mit Mikrocontroller messen"

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