Van Teikenimpak Na Onmiddellike Draadlose Terugvoer
- ’n Finalejaarprojek in megatroniese ingenieurswese aan Stellenbosch Universiteit het ’n teikentreffer-aanwyser vir langafstand-presisieskiet ontwikkel. Die prototipe gebruik ’n versnellingsmeter om impak op ’n staalgongteiken te meet en LoRa-radio om terugvoer na ’n handontvanger te stuur, sodat die gebruiker byna onmiddellik bevestiging kry sonder om op kameras of visuele waarneming staat te maak.
In langafstandpresisieskiet raak dit moeiliker om ’n teikenimpak te bevestig namate die afstand toeneem. Teleskope, kameras en klankgebaseerde bevestiging kan help, maar elke metode het sy beperkings. Hitteflikkering, stof, wind, teikenkleur asook agtergrondkontras kan visuele bevestiging onseker maak. Klank kan ook onbetroubaar raak wanneer verskeie mense nabygeleë teikens gebruik.
Dean van Zyl se finalejaarprojek in megatroniese ingenieurswese, onder leiding van Professor Arnold Rix, het dié probleem aangepak met ’n Target Hit Indicator, of THI, wat impak by die teiken meet en terugvoer draadloos na die gebruiker stuur.
Die praktiese doel was om ’n prototipe te ontwerp, bou en toets wat met standaard staalgongteikens werk. Die stelsel moes teikenimpakte meet, oor lang afstand kommunikeer, onmiddellike terugvoer gee, op batterye werk en eenvoudig genoeg bly vir veldgebruik.
’n Tweedelige Stelsel
Die prototipe het twee modules. Die sender word aan die agterkant van die staalteiken vasgemaak. Dit bevat die sensor, mikrobeheerder, LoRa-radio, battery en antenna. Die ontvanger bly by die gebruiker en wys die treffertelling op ’n klein OLED-skerm. Die hoëvlakdiagramme in die verslag wys hierdie verdeling duidelik, met die sender by die teiken en die ontvanger as die gebruikerskoppelvlak.
Die sender gebruik ’n ADXL375-versnellingsmeter. ’n Versnellingsmeter is ’n sensor wat vinnige veranderinge in beweging meet. In hierdie projek identifiseer dit die skerp versnellingspatroon wat ontstaan wanneer ’n teiken getref word. Die ontvanger gebruik drukknoppies en ’n OLED-skerm om terugvoer te wys en eenvoudige tellingbeheer moontlik te maak. Albei modules gebruik die STM32WL55CCU6-mikrobeheerder, wat ’n klein ingebedde rekenaar met ’n ingeboude LoRa-radio is. LoRa is ’n laekrag-radiotegnologie wat ontwerp is om klein datapakkies oor lang afstande te stuur.
Figure 1: Hoëvlakblokdiagram: Sender
Waarom ’n Versnellingsmeter Sin Gemaak Het
Die verslag vergelyk verskeie impakmetodes, insluitend akoestiese sensors, piëzo-elektriese sensors, kameras, induksiesensors en versnellingsmeters. Akoestiese metodes kan verskeie mikrofone vereis en kan skokgolwe of nabygeleë impakte met teikentreffers verwar. Kameras vereis steeds visuele beoordeling tensy beeldverwerking bygevoeg word. Piëzo-elektriese sensors moet stewig aan die teiken vas wees, wat vinnige bevestiging en verwydering kan beperk. Induksiesensors kan deur gewone teikenbeweging, soos windswaai, beïnvloed word.
’n Versnellingsmeter het by die projek gepas omdat dit tussen ’n skerp impak en stadiger beweging kan onderskei. Die gekose sensor is ingestel om impakte bo 25 g vir 3.1 ms te registreer. Eenvoudig gestel soek die fermware na ’n kort, hoëkrag-bewegingsprofiel eerder as gewone swaai of vibrasie. Dit laat die prototipe ’n treffer meet terwyl dit laer-energie beweging ignoreer.
Ontwerp vir Reikafstand en Batterylewe
Die draadlose skakel moes oor minstens 500 m siglyn werk, met ’n mikpunt van 1 km of meer. Die projek het die 868MHz LoRa-band gebruik, met ’n spreading factor van SF7 en ’n bandwydte van 15.63kHz. Spreading factor bepaal hoe LoRa spoed en reikafstand balanseer. ’n Hoër spreading factor kan reikafstand verbeter, maar dit verhoog ook die tyd wat dit neem om ’n pakkie te stuur. Die gekose instellings is gebruik om terugvoer binne die verlangde vertraging te hou terwyl langafstandkommunikasie steeds moontlik bly.
Kragverbruik het ook die ontwerp beïnvloed. Die verslag het 18650-litiumioonbatterye gekies omdat hulle genoeg kapasiteit vir die verwagte gebruiksduur bied. Toetsing het later gewys dat die sender ’n geraamde batterylewe van 107.2 uur het, terwyl die ontvanger 123.6 uur bereik. Dit het die projek se 12-uur-batterylewevereiste ruim oorskry.
Bou En Toets Van Die Hardeware
Die hardewareontwerp het pasgemaakte gedrukte stroombane gebruik wat in KiCad ontwerp is, met behuisings wat in Autodesk Inventor ontwerp is. Die verslag se samestellingsbeelde wys aparte sender- en ontvangerbehuizings, elk met ’n interne bord, antenna, battery en behuisingsdele. Die ontvanger sluit die skerm en knoppies in, terwyl die sender die teikenkant se elektronika kompak hou.
Elektriese toetse het die kraglyne, ontfoutingskoppelvlak, multiplekserlogika, radiofrekwensieskakelaar en skakelmodus-kragtoevoer nagegaan. Een probleem het tydens die toets van die skakelmodus-kragtoevoer verskyn, waar ’n kapasitor aan die verkeerde node gekoppel was.
Die stelsel het abnormale spanningslesings en verhitting getoon. Ná herwerk het die spanningsvlakke die vereiste toetse geslaag. Hierdie deel gee die projek ’n nuttige ingenieursverhaal: die prototipe is nie net saamgestel nie, dit is getoets, gediagnoseer en reggestel.
Wat Die Reikafstandtoetse Gewys Het
Die LoRa-reikafstandtoets is by Strandstrand in die Wes-Kaap onder siglyntoestande gedoen. Die sender het 1000 pakkies op elke afstand gestuur, terwyl die ontvanger pakkie-aflewering, seinsterkte en sein-tot-geraas-verhouding gelog het. Pakkie-afleweringsverhouding, of PDR, meet hoeveel gestuurde pakkies korrek aankom.
Die stelsel het 100% pakkie-aflewering by 500 m en 99.9% by 1000 m behaal. By 1500 m het die pakkie-afleweringsverhouding tot 66% gedaal, en by 2000 m tot 9.3%. Die verslag behandel 1 km as die betroubare getoetste reikafstand vir die gekose instellings, al het teoretiese berekeninge sowat 1.65 km voorgestel.
Die verskil is verbind aan werklike verliese soos strandbesoekers, elektromagnetiese steuring en multipath-effekte, waar radioseine die ontvanger deur verskillende weerkaatste roetes bereik.
Figuur 2: Eksperimentele Opstelling vir LoRa-Prestasietoetsing
Toetsing Van Impakmeting
Die impaktoets het ’n opgeskorte teikensurrogaat gebruik om twee bewegingsprofiele te vergelyk. In die eerste fase het die surrogaat teen ’n muur geslaan om ’n teikenimpak na te boots. In die tweede fase het dit vry geswaai om windgeïnduseerde beweging na te boots. Die stelsel het elke gesimuleerde impak herken en die windswaaiprofiel verwerp. Op grond van dié resultate het die verslag 100% impakmetingsakkuraatheid en ’n vals-positiewe koers binne die projekdoelwit aangeteken, met die opmerking dat terugkaatsings naby aangrensende teikens steeds praktiese vals-positiewes kan veroorsaak.
Waar Die Prototipe Kan Verbeter
Die prototipe het die meeste ingenieursdoelwitte bereik. Bylae G teken 206.8ms vertraging, 1km betroubare draadlose kommunikasie, 100% impakmetingsakkuraatheid, 107 uur batterylewe, herlaaibaarheid en ’n kapitaalkoste van R2,183 aan. Die hoofdoelwit wat nie bereik is nie, was weerbestandheid, aangesien die behuising onder IP65-gradering is.
Die verslag beveel ’n sterker behuisingsmateriaal, beter antennamontering, ’n kleiner battery, geïntegreerde laaikringbane en ’n moontlike herhalerstasie aan. Aan die sagtewarekant stel dit beter kragbestuur, uitgebreide gebruikersinstellings en outomatiese LoRa-parameterkeuse op grond van seinkwaliteit voor.
Finale Oorsig
Hierdie projek neem ’n bekende uitdaging in presisieskietsport en hanteer dit met ingebedde sensors, draadlose kommunikasie en meetbare veldtoetsing. Dit steun nie op die gebruiker se vermoë om die impak oor ’n lang afstand te sien of te hoor nie. Dit meet die gebeurtenis by die teiken, filter die sein en stuur ’n klein draadlose boodskap terug na die ontvanger.
Die resultaat is ’n werkende prototipe wat wys hoe megatroniese ontwerp ’n moeilike waarnemingstaak in ’n duidelike, lae-vertragingssein kan omskep.
Verwante stories
Ingenieurswese en tegnologie
’n Slimmer Manier om Huisenergie Tydens Beurtkrag te Bestuur
Vir baie Suid-Afrikaanse huishoudings met sonpanele en batterye lê die moeilike deel nie by die installasie van die hardeware nie. Die moeiliker deel is om te...
Ingenieurswese en tegnologie
Wanneer Mobiele Netwerke Misluk, Kan ’n Foon Jou Groep Steeds Bereik
By ’n konsert, sportbyeenkoms of buiteluggeleentheid neem mense dikwels aan dat hul fone sal werk wanneer hulle dit nodig kry. In die praktyk kan dit vinnig...
Ingenieurswese en tegnologie
Ingenieurswese Opedag in ’n heringerigte spasie
Grys wolke en ’n donderstorm het min impak gehad om voornemende studente en hulle gesinne te ontmoedig om die 2026-weergawe van die Fakulteit Ingenieurswese se...