弾速計キットの作り方

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　取扱説明書
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屋外で使用する時は遮光が必要なことに注意！！

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　仕様
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・電源電圧　5.5V～6.0V
　　電源電圧が高すぎると表示部の裏面にある電源ICが熱くなりすぎる
・消費電流
　　最大　0.5A
　　単３ニッケル水素電池ｘ５本推奨
　　6VのAC-DCアダプターも使用可能ではあるが製品の違いや個体差でノイズが大きく動かないものがあるかもしれない
・精度　±1%程度
　　理論上この程度はあるという意味
　　校正する方法が無いので精度の実測はしていない
　　既知の誤差要因
　　　水晶の精度：
　　　　　　大体5桁あるので最下位桁以下に切り捨てられる
　　　プログラム命令数：
　　　　　　センサーが弾丸を検知してから経過時間を保存するまでの命令処理時間を前後のスクリーンで同一にしているので誤差は無い
　　　マイクロプロセッサクロック数：
　　　　　　16MHzで実行されている。デジタルなのでその中間は無い。最大2/16MHz=0.125μ秒の誤差が発生しうる
　　　　　　非常に小さい値なので表示の最下位桁以下に切り捨てられる
　　　センサーの反応速度：
　　　　　　毎回同じ所を弾丸が通過しても0.5μ秒程度反応時間が変わる。前後のスクリーン共に起こるので2倍の1.0μ秒程度の誤差が発生する
　　　　　　このテストは弾丸の通過を赤外線LEDの１灯だけを短時間消灯させることにより代用しているため推測値である
　　　　　　これは２つの光学クスリーンで同一ではないためスクリーンの感度も誤差になる
　　　光学スクリーンの平面度：
　　　　　　赤外線LEDを複数並べて面を構成しているのでLEDの近くになるほどスクリーンは凸凹している
　　　　　　LED直下を米粒サイズの弾丸が通過するとセンサーに検知されずにすり抜ける可能性もある
　　　　　　出来るだけセンサーの近くを狙うことで回避する
　　　　　　光学スクリーン間の距離が短い時は無視できない誤差になる
　　　光学スクリーンの間距離：
　　　　　　mm単位で設定するので　0.5/スクリーン間距離　の誤差がある
　　　　　　ソフト上0.1mm単位で設定するようにすることは容易であるが0.1mm精度で２つのスクリーンを平行に工作するのは困難
・計測値は切り捨て
　　m/s 　小数点以下１桁
　　km/s　小数点以下０桁
　　fps 　小数点以下０桁
・計測可能な最小弾丸サイズ
　　直径3mmの球体
・計測可能弾速　5m/s～マッハ３程度のはず　
　　下限はこれ以下でも計測できるがセンサーアンプの回路構成上誤差や安定性が悪化する
　　上限は高速弾で試してみたわけではないので未確認
・赤外線方式なので屋外で使用する場合は遮光が必要
　　１．センサー遮光カバーのスリットから直射日光が入らないようにする
　　　　太陽に雲が隠れる瞬間は太陽光に照らされた雲からかなり強い赤外線が放射されるので装置全体を日陰に置いたほうが良い
　　　　太陽光の影響を強く受けると　E_dP　エラーを起こす。この表示が出たときは遮光を工夫する
　　２．太陽光に照らされた弾丸が通過してもセンサーは赤外線量の変化をとらえてしまう
　　　　太陽光に照らされた弾丸が赤外線LEDの半球部に映ることが問題
　　　　この場合も E_dP エラーが出る
　　　　エラーが出たら装置付近の弾丸の通過経路の遮光が必要
　　　　センサーの前後20cm程度を遮光する
　　３．表示部の７セグメントLEDに直射日光が当たらないようにする（直射日光が当たると読めない）
　室内でもハロゲンヒーター、一部のパソコンディスプレイ、照明器具等に反応するのでセンサーの遮光カバーが必要になることがある
・シリアル通信機能
　　シリアル通信モジュールを別途購入する必要がある
　　出力データ
　　　弾速[m/s]
　　　前弾計測からの経過時間[msec]
　　　ショット番号（連番）

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　作り方の注意
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・電源、電池ボックス、電線、木枠、基板固定用ネジはキットに付属していない
・鉛フリー半田は半田付けが難しいので初めて電気工作をする人は普通の有鉛半田を使う
・センサー部は高倍率の増幅回路なので基板の汚れに敏感
　基板を触ってべたつくようなら洗浄が必要
　テストモードで誤動作が確認されたらアルコール洗浄する
・３本足以上の部品の向きを間違えたときは部品を破壊して取り外す。部品の１個の価格は安い
・動かなかったときの問題の９割は半田付け不良にあると思って良い

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　設定
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・２つの光学スクリーンの間隔は作った後に実測し設定する
・表示部右下のSW3を押しながら電源を入れると設定モードになる
　-初期値は300
　-単位はmm
　-ドットは小数点の意味ではなく現在この桁の数値を設定しているという意味
　-SW2を押すと桁位置が変わる
　-SW1を押すと数値が増加、9の次は0になる
　-SW3を押すと設定値保存
・大きすぎる値や小さすぎる値も入力できるが100mm～2000mm程度にする
　小さいと計測精度が落ちる。大きいほうが精度が向上するが間隔が5mもあればもはやそれは初速ではない
　ゼロも入力できるがこの場合強制的に300mmになる

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　使い方
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・光学スクリーンは完全な平面では無い
　LEDに近いほど凸凹している
　センサーに近いほど平面に近く計測精度が高くなる
　直径6mmの球形弾丸ならセンサーの上100mm程度であればスクリーンの凸凹を無視できるほど小さい

・SW2を押しながら電源を入れるとテストモードになる。表示は tESt
　光学スクリーンを物体が横切ると
　　前側スクリーン　LED1が点灯
　　奥側スクリーン　LED4が点灯
　ゆっくり移動するものには反応しない
　何も横切っていないのにLEDが点灯するときは回路不安定
　　-AC-DCアダプターを使っていたら電池に変更してみる
　　-半田付け不良を疑う
　　-センサー基板をアルコール洗浄する

・SW1を押すと表示単位が切り替わる
　m/s　km/h　f/s の三種
　電源を切っても記憶される

・SW2を押すと表示更新するときに一旦消灯しない
　このモードの時はLED4が点灯する
　消灯時間は0.3秒もあるので連射するときに不都合
　電源を切っても記憶される
　再度スイッチを押すと解除される

・SW3を押すとショットガンモードになる
　通常は奥側スクリーンが反応する前に手前側スクリーンが２回以上反応するとエラーになる。表示は E_dP
　これはショットガンの弾速を計測するときに不都合があるのでSW3で解除できる
　直射日光が遮光カバーのスリットに入射していると太陽光を遮るときと、赤外線LEDを遮るときの２回センサーが反応することがある
　これは正しく計測できていないことを意味するので通常はエラーを表示するようにしている
　このエラーは弾丸に当たった直射日光の反射光が赤外線LED先端の凸面に反射しても起こる

・前側スクリーンを弾丸が通過したが奥側スクリーンを通過しなかった場合は　E__1 のエラー表示になる
　奥側スクリーンだけを通過した場合は無視されるので何も起こらない

・表示部のSW2のすぐ下にある３ピンコネクターとパソコンを接続するとパソコンで計測値を受信できる
　$1程度で販売されているUSB－シリアル通信モジュールを接続して使う
　通信条件は
　　19200bps
　　8ビット
　　パリティ無し
　この設定が合っていなくても通信自体はできるが文字化けする。文字化けしたらこれが合っていない
　パソコン側の専用ソフトは無い。フリーソフト等のシリアル通信モニターを使う
　受信機能は現時点無いのでRXピンは使用されていない
　データ書式は
　　弾速[m/s] 前弾計測からの経過時間[msec] ショット番号
　エラーした場合はデータ（エラーメッセージ）を送信しないがショット番号は増加する。ショット番号の歯抜けでエラーが起きたことを判断する
　標準偏差や最大値、最小値等の表示機能は無いのでこのデータを元にEXCELなどを使用して計算する