Torerkennung: Unterschied zwischen den Versionen
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Um geschossene Tore automatisch zählen und den Spielstand anzeigen zu können, wurde eine automatische Torerkennung erarbeitet. |
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Im Wintersemester 2011/2012 wurde die Torerkennung inklusive Ballrückführung überarbeitet. |
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== Funktionsweise == |
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== Nachteile der bisherigen Torerkennung == |
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Um zu erkennen ob ein Tor erzielt wurde, sind in beiden Toren Lichtschranken eingebaut worden. Wenn ein Tor fällt, unterbricht der Ball die Lichtschranke im entsprechenden Tor. Der Pegel an der Eingangsklemme an der SPS wird kurzzeitig angehoben und dann in der Software ausgewertet. |
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== Lichtschranke == |
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In der Ballrückführung blieben gelegentlich ein oder mehrere Bälle liegen. |
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In jedem Tor sind zwei Lichtschranken angebracht, um das gesamte Tor abzudecken. Jede Lichtschranke besteht aus einer Infrarot LED (LD 274) und einem NPN-Fototransistor (BPW 40). Da die Unterbrechung der Lichtschranke, durch einen schnellen Schuss, zu kurz für die Auswertung per SPS wäre, wird der Timer-IC NE555 eingesetzt um die Pegeländerung zu verlängern. |
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[[Datei:Schaltplan_Lichtschranke.png]] |
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Die Position der Lichtschranke zur Erkennung eines Tors war ungeeignet, da diese sich in der Rückführung des Balls befand. So wurden die Bälle erst etwa eine Sekunde nachdem das Tor gefallen war gezählt. Außerdem wurden Tore, bei denen der Ball wieder herausgesprungen ist nicht gezählt. |
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Die Fototransistoren der beiden Lichtschranken, je Tor, sind in Reihe geschaltet (D1, D2) und werden gemeinsam ausgewertet. Im Ruhezustand (kein Ball im Tor) sind die beiden Fototransistoren leitend und heben den Pegel am Eingang des NE555 (Pin 2 TRI) auf 5V. Bei einer Unterbrechung der Lichtschranke, wird der TRI-Eingang am NE555 kurzzeitig abgesenkt und am Ausgang wird ein Impuls, mit der Dauer von ''t = R1 * C1 * 1,1 = 11ms'' ausgegeben. Die genaue Funktionsweise der Impulsverlängerung, ist [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310121.htm hier] erläutert. |
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== Verbesserungen == |
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== Versorgungsspannung == |
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Die Ballrückführung wird nun nicht mehr durch ein gebogenes Rohr sondern durch eine gerade Rampe realisiert. Dazu wurde ein selbst konstruierter Auffangkasten unter dem Tor angebracht. Eine Winkelstange transportiert den Ball dann in den neuen Balleingriff. |
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Die allgemeine Spannungsversorgung im Kicker, liefert eine Spannung von 24V. Dies ist zum einen zu hoch für den NE555 und zum anderen würde an den Vorwiderständen der Infrarot LED's zu viel Leistung verbraten werden. Deshalb wurde eine weitere Platine gelötet, die eine Spannungsumwandlung von 24V nach 5V macht und die Signale von 5V wieder auf 24V erhöht. |
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[[Datei:Schaltplan_Spannungsumsetzung_Torerkennung.png]] |
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Die Lichtschranke wurde von der Ballrückführung direkt ins Tor verlegt. Durch die neue Position muss nun die ganze Fläche unterhalb des Tors mit der Lichtschranke abgedeckt werden. Dies ist nur mit zwei LED-Fototransistor Paaren realisierbar. Außerdem unterbricht der Ball bei schnellen Schüssen die Lichtschranke nur viel kürzer. Die Unterbrechung ist zu kurz für die Eingangsklemmen der SPS. Es muss also noch eine Zusatzschaltung angebracht werden, die den Impuls verlängert. |
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Der Spannungsregulator R-785.0-0.5 wandelt die 24V in 5V um. Diese Spannung wird an die Lichtschranken weitergeleitet. Mit Hilfe zweier Transistoren (Q1, Q2), wird der 5V-Impuls der Lichtschranken auf 24V umgewandelt, um von den IO-Klemmen der SPS ausgewertet zu werden. |
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== Verkabelung == |
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Damit die Schaltungen zusammenarbeiten, müssen sie richtig miteinander verbunden werden. Folgende Liste zeigt, welche Klemmen womit verkabelt werden müssen: |
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* SPS1-1 → Spannungsversorgung: 24V |
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* SPS1-2 → Spannungsversorgung: GND |
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* SPS2-1 → SPS: IO-Klemme ProCK |
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* SPS2-2 → SPS: IO-Klemme Mensch |
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* LS_PC1-1 → Lichtschranke ProCK: VCC-1 (5V) |
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* LS_PC1-2 → Lichtschranke ProCK: VCC-2 (GND) |
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* LS_PC2-1 → Lichtschranke ProCK: SIGNAL-1 (Impuls) |
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* LS_PC2-2 → Lichtschranke ProCK: SIGNAL-2 (GND) |
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* LS_HUMAN1-1 → Lichtschranke Mensch: VCC-1 (5V) |
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* LS_HUMAN1-2 → Lichtschranke Mensch: VCC-2 (GND) |
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* LS_HUMAN2-1 → Lichtschranke Mensch: SIGNAL-1 (Impuls) |
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* LS_HUMAN2-2 → Lichtschranke Mensch: SIGNAL-2 (GND) |
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Wie die Platinen mit den Lichtschranken an der Platine mit der Spannungsversorgung angeschlossen sind, ist auch aus den unten stehenden Bildern zu entnehmen (Farben der Kabel). |
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== Bilder == |
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Datei:LS_Layout_Spannungsversorgung.png|Layout - Versorgungsspannung |
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Datei:LS_Platine_belegung.png|Platine - Versorgungsspannung |
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Datei:LS_Layout_Lichtschranke.png|Layout - Lichtschranke |
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Datei:LS_Lichtschranke.jpg|Platine - Lichtschranke |
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Datei:LS_Tor.jpg|Lichtschranke im Tor |
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Aktuelle Version vom 6. November 2012, 11:38 Uhr
Um geschossene Tore automatisch zählen und den Spielstand anzeigen zu können, wurde eine automatische Torerkennung erarbeitet.
Funktionsweise
Um zu erkennen ob ein Tor erzielt wurde, sind in beiden Toren Lichtschranken eingebaut worden. Wenn ein Tor fällt, unterbricht der Ball die Lichtschranke im entsprechenden Tor. Der Pegel an der Eingangsklemme an der SPS wird kurzzeitig angehoben und dann in der Software ausgewertet.
Lichtschranke
In jedem Tor sind zwei Lichtschranken angebracht, um das gesamte Tor abzudecken. Jede Lichtschranke besteht aus einer Infrarot LED (LD 274) und einem NPN-Fototransistor (BPW 40). Da die Unterbrechung der Lichtschranke, durch einen schnellen Schuss, zu kurz für die Auswertung per SPS wäre, wird der Timer-IC NE555 eingesetzt um die Pegeländerung zu verlängern.
Die Fototransistoren der beiden Lichtschranken, je Tor, sind in Reihe geschaltet (D1, D2) und werden gemeinsam ausgewertet. Im Ruhezustand (kein Ball im Tor) sind die beiden Fototransistoren leitend und heben den Pegel am Eingang des NE555 (Pin 2 TRI) auf 5V. Bei einer Unterbrechung der Lichtschranke, wird der TRI-Eingang am NE555 kurzzeitig abgesenkt und am Ausgang wird ein Impuls, mit der Dauer von t = R1 * C1 * 1,1 = 11ms ausgegeben. Die genaue Funktionsweise der Impulsverlängerung, ist hier erläutert.
Versorgungsspannung
Die allgemeine Spannungsversorgung im Kicker, liefert eine Spannung von 24V. Dies ist zum einen zu hoch für den NE555 und zum anderen würde an den Vorwiderständen der Infrarot LED's zu viel Leistung verbraten werden. Deshalb wurde eine weitere Platine gelötet, die eine Spannungsumwandlung von 24V nach 5V macht und die Signale von 5V wieder auf 24V erhöht.
Der Spannungsregulator R-785.0-0.5 wandelt die 24V in 5V um. Diese Spannung wird an die Lichtschranken weitergeleitet. Mit Hilfe zweier Transistoren (Q1, Q2), wird der 5V-Impuls der Lichtschranken auf 24V umgewandelt, um von den IO-Klemmen der SPS ausgewertet zu werden.
Verkabelung
Damit die Schaltungen zusammenarbeiten, müssen sie richtig miteinander verbunden werden. Folgende Liste zeigt, welche Klemmen womit verkabelt werden müssen:
- SPS1-1 → Spannungsversorgung: 24V
- SPS1-2 → Spannungsversorgung: GND
- SPS2-1 → SPS: IO-Klemme ProCK
- SPS2-2 → SPS: IO-Klemme Mensch
- LS_PC1-1 → Lichtschranke ProCK: VCC-1 (5V)
- LS_PC1-2 → Lichtschranke ProCK: VCC-2 (GND)
- LS_PC2-1 → Lichtschranke ProCK: SIGNAL-1 (Impuls)
- LS_PC2-2 → Lichtschranke ProCK: SIGNAL-2 (GND)
- LS_HUMAN1-1 → Lichtschranke Mensch: VCC-1 (5V)
- LS_HUMAN1-2 → Lichtschranke Mensch: VCC-2 (GND)
- LS_HUMAN2-1 → Lichtschranke Mensch: SIGNAL-1 (Impuls)
- LS_HUMAN2-2 → Lichtschranke Mensch: SIGNAL-2 (GND)
Wie die Platinen mit den Lichtschranken an der Platine mit der Spannungsversorgung angeschlossen sind, ist auch aus den unten stehenden Bildern zu entnehmen (Farben der Kabel).
Bilder
Layout - Versorgungsspannung
Platine - Versorgungsspannung
Layout - Lichtschranke
Platine - Lichtschranke
Lichtschranke im Tor
