電子回路 Vol.29 【SHARP フォトトランジスタ PT480E】弾速計の自作 – PART 1.

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最近、ハマっている…と、いう程ではないのですが、ちょくちょくエアーソフトガンを触っています。

フラッシュライトやレーザーを着ける為にエアーソフトガンを…という、いわば『手段が目的化』している典型例かもしれませんが、ただの言い訳という噂もチラホラ…

フラッシュライトでルーメン値が気になるのと同じく、エアーソフトガンでは弾速が気になるのが当然であります。(そうか?)

BB弾の弾速は、弾速計(正確には初速計測器)という装置を使わないと計測できないのですが、単に威力をチェックするだけでなく、法令を遵守して楽しむ為にも、持っていれば安心な素敵装置です。(分解・メンテ後も弾速をチェックしたいです)

市販されている弾速計を調べてみましたが、どれも結構なお値段で私のような腰掛け程度にイジっているヒトにとっては猫に小判、犬にベンチプレス的代物であり、『うーむ…』という感じです。

更に調べてみると、フォトトランジスタとマイコン(PIC や Arduino)を組み合わせて自作されている方のサイトに辿りつき、拝読していたら自分でも出来そうな気がして来たので(気の迷い?)、弾速計の自作に挑戦してみることにしました。

ん?照度計はどうした?・・・って?
まぁ、焦らずゆっくりと行きましょうヨ…♪(ヲイ)

◆主要パーツ

・フォトトランジスタ

先ずはパーツ集めから・・・

肝とも言えるフォトトランジスタは、タイトルの通り、【SHARP フォトトランジスタ PT480E】を使います。

PT480Eの詳細な仕様についてはデータシートを参照して欲しいのですが、感知波長レンジと感知角度(半値角=13°)と応答速度、サイズを考えて選択しました。

外箱パッケージ外箱パッケージパッケージRSコンポーネンツ:送料無料 

今回は、2018年10月1日より【年内配送料無料】の太っ腹なキャンペーンを展開中のRSコンポーネンツにて調達しました。(宅配のランチBOXみたいな外箱に変わりましたね♪)

RSコンポーネンツ
ちなみに、RSコンポーネンツといえば、電子工作をされている方にとっては、既にお馴染みの電子部品専門のECサイトかと思います。

秋月やマルツのように1個単位でオーダーできる物は限られていますが、一般店舗では取り寄せ品扱いのパーツやマイナーなパーツを普通に国内在庫していたり、今回のように一度に複数個の同一パーツを購入する場合は割安だったりするので過去にも何度か利用しています。

RSコンポーネンツには、それこそ大量の電子部品が登録されていますが、色々な要素で絞り込み検索をかければ希望の部品も簡単に見つけられますし、商品ページにデータシートのリンクも記載されているので非常に助かります。

会員登録には一般回線電話の電話番号が必要ですが、登録すると注文時の手間が省けるので会員登録することをオススメします。(もちろん登録しなくても利用可能です)

今回は、できるだけ計測ミスやエラーを減らせるようにセンサーを複数配置するので10個をまとめ買いしました。(最小注文数が1個なので1粒ずつ小袋に封入されていました)

SHARP PT480E x10SHARP PT480ESHARP PT480ESHARP PT480ESHARP PT480E
※半値角=26°の PT480FE もありますが、送料無料なのでちょっと奮発して半値角=13°の PT480E にしました♪

ただ、このフォトトランジスタで良かったのかどうかは、実際に造ってみるまでは判りません!(`・ω・´) キリッ

Arduino の練習を兼ねてゴニョゴニョするつもりですし、失敗したらその時にまた考える方向で行こうかと….

尚、製作にあたっては下記のサイトを参考にさせていただきました。

弾速測定器の作成 – by RUUさん
大口径弾速計の製作 – by DEATHさん

動体速度の計測というのは初めてのテーマ(?)なので大変参考になりました。この場をお借りして御礼を申し上げます。

・赤外線LED

5mm IR-LED5mm IR-LED3W IR-LED 
赤外線LEDは、以前に秋月で購入していたφ5mm砲弾型・赤外線LEDか、eBayで購入した目玉焼タイプのIR-LED(3W)を使うつもりです。

5mm砲弾型は半減角15°の狭角タイプで、目玉焼タイプは半減角が140°の広角タイプ、どちらも850nmの波長です。

フォトトランジスタのPT480Eのピーク波長が800nmでIR-LEDが850nm…。
波長にズレがありますが、850nmでも90%前後の感度を維持できるようなので多分大丈夫でしょう…(そもそも800nmのIR-LEDが入手困難)

スペースの関係で複数個のφ5mm砲弾型LEDが使えないかもしれないので、その場合はφ3mm砲弾か目玉焼タイプのIR-LEDを1灯か2灯で対応するつもりです。

・Keyestudio UNO R3 互換ボード

keyestudio UNO R3keyestudio UNO R3keyestudio UNO R3 
電算については、取り敢えず Arduino UNO 互換ボードで開発を進めますが、もしかしたらPICで行くかも…。
ちなみにボードの色に特に意味はなく、単に全力で互換機を主張しているようなカラーが潔くて気に入ったからです。

何となく SHUREFIRE G2X-Pro / FIRE RESCUE (Yellow) っぽくないですか? <全然…

PIC16F84A-20/PPIC16F84A-20/P 
PICマイコンで行く場合は、参考サイトと同じ PIC16F84A-20/P を使う予定です。

・その他パーツ

抵抗や電源、その他のパーツは、手元に在庫しているパーツをそのまま使います。

◆センサー部の考察

先の参考にさせて戴いたサイトに習って、検出部分は多孔にしてフォトトランジスタを1列に並べてみようと思います。

材料は手元にある 40×40×2.0サイズのアルミ角パイプを使う事にします。

AL-40x40x2.0AL-40x40x2.0 
両サイドのチャンネル(40×20のアルミ製を予定)を固定する為には、角パイプにビス止めをする必要がありますが、ビス隠しとして内部に5mm厚のウレタンシートを貼って対応するつもりです。ウレタンを貼ることでBB弾が完全にセンサーをすり抜ける事も防げそうです。

パイプ内の有効寸法は、36mm×26mm になりますが、フォトトランジスタとIR-LEDとの距離が40mm以上になるので出力値がネックになるかもしれません。

各センサー列の手前でBB弾がパイプ内部に接触するとまともな計測はできませんが、構造的・物理的な限界なので諦めることにします。

丸パイプなら塩ビパイプが良さげですが、サイズが大きくなると部材の厚みも増すので多孔仕様にするとなると加工が大変そうです。

・丸パイプの参考例(VP30)
VP30
なにより丸パイプに垂直に孔開けするとなると、それなりのストロークを持つボール盤で一気に穴を開けないと難しいですし、LEDやセンサーの配置にも一工夫必要です。

前後のセンサーを斜めに配置したり、格子状にしたり、丸パイプに螺旋状に配置する事も考えましたが、電算が面倒になるので今回はパス。

ちゃんとした初速計は、もっと高度なセンサー方式で、穴ではなくてスリットとかになってなっているのかも?(実物を見た事がないのであくまで想像です)

AL-40x40x2.0
赤外線LEDを上方から照らすか下方から照らすか…
多分、どちらでもそれほど違いはないと思いますが、パイプの開口部から入り込んだ光の影響を少なくするには、センサーを上に配置するのが良い…かな?

赤外線光が遮られると計測を開始/終了するシステムなので外光の影響は軽微かと…。
ただ、自然光(太陽光)はもちろんですが人工照明にも赤外線は含まれますし、微少ながらも白色LED光にも赤外線は含まれるので(UV-LEDは除外しても良いかと)一応、影響も考慮します。

まぁ、ダメなら上下をひっくり返せば良いですし暗闇で計測すれば良いので(笑)、その辺りは出たトコ勝負でGo!

赤外線光が通過する穴の直径はφ1mmを目標に加工。

更に板厚を薄くして乱反射を抑えるのに45°の皿穴加工を行います。
フラッシュライトのリフレクターとは逆方向になるのですが、これで板厚部の乱反射の影響も少しは抑えられるハズです。

かなりシビアな発光/受光側の位置合わせが必要になってきますが、感知部分をどれだけしっかり造り込むかで成否が決まりそうなので手間を惜しまず頑張ってみます。

フォトトランジスタを正確に一列に並べ角パイプの孔と位置を合わせて固定する為には、基板を起こすのが一番手っ取り早く、手元にある生基板のサイズが100mm×70mmなので、自分も前後のセンサー間隔は80mmとしました。

こんな感じで、ヒマを見ては製作を進めていくつもりですが、続報については・・・いつになるかな?
 

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