紅外線射擊槍

九月 15, 2015
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  • 所需時間:一個週末
  • 花費:25~150美元

當覺得有趣的時候,學習各種知識技術就變得簡單多了。射擊目標物就很有趣!在這套遊樂園風格的遊戲中,你將會發射紅外線光束(非子彈)來觸發各種可自動倒下的目標物,你可用汽水罐、玩具鴨、機器人或任何易於瞄準後擊倒的東西來自己做一個。
以下是從頭開始製作的步驟。使用可以任何電腦自行編寫程式的的廉價AVR微控制器 或者你可以使用我的套件包,就可以跳過寫程式的步驟了。

材料
製作一把槍與一個目標物:

  • 洞洞板,371孔(2)
  • 微控制器IC晶片,Atmel ATtiny24,DIP封裝(2)
  •  IC插座,14針腳,DIP封裝 (2)
  • 電阻,27Ω(3),100Ω(6) 
  • 紅外線LED:RadioShack網路商品編號#2760142。
  • 紅外線接收器:貿澤電子,商品編號#782-TSOP32138。
  • 微型伺服機 
  • 喇叭,12mm(2) 
  • 高亮度LED,紅色(2)與白色(1) 
  • 瞬時開關 
  • 電容,0.1μF(2) 
  • 排針,3針腳
  • 二極體,1N4004 
  • 電池盒:4xAA(1)與2xAAA(1) 
  • 電子線,22 AWG 
  • 盒子(非必要) 
  • PVC管,1/2″,長度2’ 
  • PVC轉接頭,1/2″:T型(1),連接管(2),套管(2)
  • 雙面泡棉膠帶
  • 舊書架或架子

製作 ATtiny24 DIP插座:

  • 電源,9V,300mA
  • 穩壓器,5V

  • 電容,10μF(2)

  • 電阻,10kΩ

  • 插座,14針腳,DIP封裝
  • 排針,6針腳
  • 原型開發板與工具 

  • 烙鐵與焊錫
  • 斜口鉗

  • 尖嘴鉗 

  • 手鋸或PVC管切割器
  • 鑽孔機與鑽頭組

以下為非必要,如果你要自行燒錄晶片才會用到: 

  • AVR ISP燒錄器 

  • 安裝有AVR燒錄軟體的電腦:例如AVRStudio或AVRDUDE(可由這裡免費下載)。
  • 專題程式碼:請由這裡下載irgunREV100.hex與irtargetREV100.hex。
運作原理

這把玩具槍可藉由紅外線LED來發射眼睛看不到的紅外線光。LED光的散布角度很廣,這樣要瞄準就簡單到沒意思了──所以我們要將它裝在一根管子的深處,好把光線限制在一個較窄的範圍之中。
這樣的紅外光和燈泡或太陽所發出的光線相當類似。為了讓這把槍的光線更獨一無二,我們寫了點程式讓微控制器每秒開關LED 38,000次(38kHz),這種頻率在環境光源中並不常見。
每個目標物都有一個IR接收器,裡面有個可以偵測紅外光的光電晶體。當它偵測到來自槍的38kHz訊號時,它就會觸發伺服機並讓目標物倒下來。
步驟1: 焊接槍體電路

剪一塊1 3/4″×1/2″的洞洞板,這樣你會有17×4這麼多孔可以用。在板子的同一側來裝上這些元──喇叭(要能發聲需要它)、紅外線LED、紅色LED(槍的閃爍效果)、0.1μF電容、27Ω電阻以及IC插座──接著在另一面把接線焊好。
連接2xAAA電池盒:黑線接到GND(ATtiny24的14號腳位),紅線接到1號腳位。
焊接兩條6″長的電線到觸發用的按鈕腳位上,再焊到洞洞板上。
步驟2: 製作燒錄轉接座

如果自行燒錄晶片的話,你需要一個能把AVR ISP燒錄器接到ATtiny24微控制器的轉接座。你可以從Inside Gadgets買到轉接座套件包,或是跟著這個網頁說明來自行製作。

步驟3: 編寫槍的微控制器程式

為了使用ISP燒錄器,你需要先在你的電腦上編寫程式。最直接的方法就是從他們的官方網站上下載Atmel的AVR Studio程式。請搜尋最新版本的AVR Studio,下載並安裝。這個支援系統對學習如何使用內建燒錄器很有幫助。Avrdude是一個開放原始碼的燒錄軟體包。支援Windows、Mac以及Linux系統,您可以從這裡下載。
Avudue的Instructables下載頁面則是這個
你可以在這裡以及這裡觀看相關教學。
將AVR ISP燒錄器接上轉接座並在轉接座上插入一個ATtiny24晶片,晶片上的刻痕應靠近IC插座上的撬桿。
下載專題程式碼(請見右方「工具」列表),並在你的AVR燒錄軟體中開啟irgun REV100.hex這個檔案。將燒錄器接上你的電腦,接著把程式碼上傳到晶片。最後,把ATtiny24晶片插入槍身電路板上的IC插座。

注意:在此專題中你必須保留ATtiny24的原廠設定值(8MHz內部振盪器,8分頻)。

步驟4: 製作槍身

你可以把電路裝在現成的玩具上,例如老式的任天堂遊戲槍上面就已經有一個作為扳機的開關,或是用1/2″ PVC管與轉接頭來自己做一把。將PVC管的尺寸裁成如下圖所示。
注意:你可以給孩子各種不同長度的PVC管,他們能組裝出的各種裝置將會超乎你的想像。

步驟5: 組裝槍枝

把電子元件裝在T型轉接頭的內部,接著在連接管上鑽一個5/16″的孔,用來安裝板機按鈕。

步驟6: 組裝槍枝(接續上一步)

在背面的管子上壓出凹痕來固定電池盒的電線,最後壓入套管封口。
請確認IR LED是否正對著槍管。
將電池用雙面膠固定在背面,接著用力把槍體壓合。

步驟7: 焊接目標物電路

目標物使用另一個ATtiny24晶片來控制一個喇叭、兩個LED與一個伺服機。當IR接收器偵測到IR槍開槍的話,微控制器會讓喇叭發出「叮」一聲,白色與紅色LED會不斷閃爍,接著對伺服機發送脈衝讓它轉動90°再轉回來。這個伺服機可用來舉起放下一面小旗或是擊倒罐子。

請根據網站上的示意圖,將IC插座焊接到原型開發板上,接著裝上IR接收器模組,接著是100Ω電阻、喇叭、電容與紅色白色等LED。隨後裝上二極體與伺服機接頭,再把接地用的跳線焊好,最後接上4xAA電池盒。
步驟8: 編寫目標物的微控制器

使用另一個irtargetREV100.hex檔來燒錄這個ATtiny24微控制器的程式,隨後將它插入IC插座中。最後把電池放入電池盒裡。

步驟9:設立目標裝置:旗標型

對於簡易版的目標物來說,切一小塊木頭再用雙面膠把伺服機黏在角落,接著把電路板黏在前緣。用橡皮筋把電池盒和亂糟糟的電線用整齊。

如果想要更耐用,也更好看一點的目標物時,找個盒子並鑽出用於LED、IR接收器與喇叭的通孔。
列印一張用於目標物的圖片,把它用膠帶貼在一根吸管上。把吸管裝在伺服機擺臂上。你的目標物已經準備好了;接上電源,並對準目標物射擊來測試看看。當你瞄準目標物的紙面時,紅外光束的寬度應該要足以觸發目標物的感測器。
步驟10: 設立目標裝置:擊倒型

如果想要擊倒類似錫罐這樣的東西的話,請將伺服機水平安裝,再裝上一根用來擊倒罐子的棍子。

步驟11: 自製展示架

把這些目標物放在架子上,接著好好裝飾這個架子,讓它看起來就像是遊樂園展架。你可以用紙板再畫上幾筆很快地做一個,甚至還可以在布簾上繡一些有趣的符號。
我的紅外線射擊秀首次登場是在2014年的美國灣區Maker Faire。你可以用它來炒熱各種場子,從生日派對到募款活動,甚至週六下午都沒問題。別害怕天馬行空:把各個目標物擺滿房間或整個房子,或者把它們藏在傢俱或架子後面,讓孩子們去尋找射擊。
你可以偶爾移動目標物來開啟新一回合的遊戲,或改用更長的槍管讓瞄準變得更有挑戰性。

(譯:曾吉弘)
[原文]
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