Rundenzeit messen – Raspberry Pi Lichtschranke Einführung

Für einen Workshop mit 25 Teams benötige ich eine technische Lösung um automatisch die Rundenzeit der Teams messen zu können. Die Idee die ich habe ist mit einem Raspberry Pi und einer Laser-Lichtschranke die Rundenzeiten der Roboter Autos der einzelnen Teams zu erfassen und zu verarbeiten. Daher habe ich mir verschiedene Hardware-Komponenten angeschaut. In die nähere Auswahl hatte ich eine 24V Lichtschranke genommen sowie die Idee die Lichtschranke mit einer Photozelle und einer Laserdiode selber zu bauen.

Ich habe mich dafür entschieden die Lichtschranke komplett selber zu bauen und habe bei AliExpress die entsprechenden Laser-Dioden und Boards mit Photozelle bestellt.

Hardware Liste Lichtschranke:

Für die Lichtschranke habe ich mir die folgenden Komponenten gekauft. Mit diesen kann die in dieser Serie beschriebene Lichtschranke nachgebaut werden.

Raspberry Pi ZERO W

Der Raspberry Pi ZERO W ist ideal für dieses Projekt. Er kann mehrere Stunden dank seines niedrigen Stromverbrauches mit einer Power-Bank betrieben werden.

Micro-SD Karte 16 GB

Eine micro-SD Karte mit 8 GB reicht für dieses Projekt völlig aus. Diese gibt es aber so gut wie nicht mehr und die 16 GB Karte hier hat einen ganz guten Preis

Laserdiode 5 mW (650 nm rot)

Diese 10 Laderdioden sind ideal für dieses Projekt.

LM393 Photowiderstand – Platine mit Photowiderstand und Anschlüssen (3,3 V)

Der Photowiderstand hat einen digitalen Ausgang der mit 3,3 V arbeitet und über das Potentiometer in seinen Schalteigenschaften / Helligkeit eingestellt werden.

Blink!

Blink! ist eine kleine LED Leiste die auf den GPIO Header eines Raspberry Pi aufgesteckt werden kann. Ich möchte diese als Ampel verwenden.

Kabel 4 Adern isoliert

Vieradern reichen aus für Signal und Stromversrogung 3,3 V und 5,0 V.

Schaltplan Lichtschranke:

Der Schaltplan für die Lichtschranke mit der Laserdiode und dem Photowiderstand sieht wie auf dem folgenden Bild gezeigt aus. Ich habe bei der Kabellänge bis jetzt nur den Versuchsaufbau getestet. Daher kann ich nicht sagen ob bei einer geplanten Länge von ca. 4 m der Widerstand der Leitung zu groß ist und die Lichtschranke am Ende nicht richtig funktioniert.

Die LM393 Module habe ich an der 3,3 V Leitung des Raspberry Pi parallel angeschlossen. Die Signalleitung des LM393 Moduls habe ich direkt an drei verschiedenen GPIO Pins des Raspberry Pi angeschlossen.

Raspberry Pi	LM393 Modul
3,3 V	3,3 V
GND	GND
GPIO 13	SIG (Modul 1)
GPIO 19	SIG (Modul 2)
GPIO 26	SIG (Modul 3)

Die Lader-Dioden habe ich parallel an der 5 V Leitung des Raspberry Pi angeschlossen.

Raspberry Pi	Laser Diode
5V	5V
GND	GND

Prototypen Aufbau der Lichtschranke:

Für die ersten Tests und damit ich die Software für die Lichtschranke entwickeln kann habe ich alles auf einem kleinen Stück Pappe aufgebaut. Die ganzen Kabel sehen wild aus aber mit etwas Zeit und Ruhe sind die einzelnen Komponenten richtig verkabelt. Zu sehen ist auch ein RFID Reader mit dem sich die Teams für die Zeitmessung anmelden können.

Als Ampel werde ich die Blinkt! LED Platine noch verbauen. Diese ist noch nicht zu sehen da ich erst noch die Anschlüsse anlöten muss.

Zusammenfassung:

Am schwierigsten war es für mich die passenden Laser-Dioden und Photozellen zu finden. Nach dem ich das alle Komponenten zusammen hatte nahm der Aufbau in meinem Kopf Gestalt an. Nach dem ich dann alle Teile hatte und etwas Zeit ging es los und ich habe die Komponenten aufgebaut. Wichtig dabei ist wieder auf die verschiedenen Spannungen zu achten. Die Laser-Dioden arbeiten mit 5.0V und die LM393 Platine arbeitet mit 3,3V und kann direkt mit dem Raspberry Pi verbunden werden. Das vereinfacht den Aufbau insgesamt seht.

Im nächsten Beitrag geht es dann um die Software und das Programm mit dem die Zeit gemessen wird.

Artikel Übersicht:

• Rundenzeit messen – Raspberry Pi Lichtschranke Einführung
• Rundenzeit messen – Raspberry Pi Lichtschranke Software
• Rundenzeit messen – Raspberry Pi mobile Lichtschranke