¿Cuál es un buen método para detectar la distancia y la velocidad en los ferrocarriles modelo?

Otras respuestas han proporcionado excelentes aportes a tus requerimientos; Mi respuesta se concentra únicamente en la detección de proximidad (y presencia) de trenes de modelos, sin identificación, en las escalas en las que me intereso, en las escalas diminutas de N y T.

Teniendo en cuenta su necesidad de simplicidad de software, será más fácil una combinación de sensor / transmisor de infrarrojo cortado. Su mención de los dispositivos TSOP indica que ya está evaluando esa ruta. Considere en su lugar el TSSP4P38 que está diseñado específicamente para la detección de proximidad utilizando 38 KHz cortado IR:

Indicarloqueyapuedeserobvioparausted:ladeteccióndeladistanciaatravésdeltiempodevuelodelasondaselectromagnéticas(IR,radar,etc.)noesprácticaparasuspropósitos:dadalavelocidaddelaluz,laresoluciónenfemtosegundosoinferioresnecesarioparalasdistanciasobjetivode0a10centímetrosconlasqueprobablementeestétrabajando(escalaN:1:160).Enlasrutasdetránsitodel"mundo real" que menciona en un comentario, las distancias pueden ser mayores, especulo.

Un mecanismo de sensor de reflexión IR utilizado en los ferrocarriles modelo generalmente implica, en cambio, la intensidad de la señal IR reflejada, que aumentaría según la ley del cuadrado inverso con el enfoque de locomotora.

Su dispositivo debería tener un LED IR como TSAL6200 y el TSSP4P38, alojado en algo como el diagrama en la página 5 de la hoja de datos de TSSP. La combinación se montaría entre los lazos en su pista, uno de frente a otro. Si lo monta lo suficientemente bajo y apunta casi en paralelo a las pistas, los reflejos de los objetos externos se minimizarán, las pistas funcionarán como luces intermitentes.

La salida del TSSP es un impulso de nivel lógico de duración proporcional al IR reflejado. A medida que se acerca la locomotora, los pulsos sucesivos se alargan, por lo que las lecturas de al menos 2 pulsos consecutivos, preferiblemente varios más, proporcionarán un conjunto de duraciones de pulso y, por lo tanto, una indicación de velocidad. De la hoja de datos:

  

El ancho de pulso de salida del TSSP4P38 tiene una forma casi lineal   relación con la distancia del emisor o la distancia de un   objeto reflectante. El TSSP4P38 está optimizado para suprimir casi todos   pulsos espurios de lámparas fluorescentes de bajo consumo.

Si mantiene los requisitos de precisión prácticos para su dispositivo, es posible "rápido" en lugar de "lento", "se acerca" en lugar de "retroceder" y, por supuesto, la presencia de una locomotora dentro del rango del sensor.

Tendrá que establecer una línea de base del sistema para tener en cuenta las reflexiones estáticas, por ejemplo, del paisaje. Además, la calibración de la velocidad real frente a las longitudes de pulso consecutivas proporcionará los mapeos de rango "rápidos" / "lentos".

La duración del pulso se puede medir usando una entrada de temporizador / contador en el microcontrolador de su elección. Hay varios ejemplos en la web para hacer esto en el Arduino, pero como ha mencionado utilizando un Launchpad de Stellaris, es posible que se necesite algo de investigación para ello.

Esta es una descripción general de alto nivel de una solución, no dude en preguntar si hay aspectos específicos que necesitan aclaración. En una conjetura, dado su historial, este no será un proyecto nocturno, pero se puede lograr dentro de una temporada de vacaciones. Algunos de los productos de ferrocarril modelo readymade que mencionó utilizan este mecanismo.

Para una discusión más general sobre detección de distancias, consulte esta respuesta de una pregunta anterior.

Si I estuviese automatizando un modelo de ferrocarril, pondría etiquetas de códigos de barras en la parte inferior de los vagones. Luego, repartidos por toda la pista, colocaría lectores de códigos de barras, mirando hacia arriba desde los rieles.

Con esto puedes detectar la posición, la velocidad y la identidad de los autos. Cada automóvil tendría su propio código de barras único, no solo la locomotora.

La detección de posición de este método es muy clara, ya que se basa en cuando un tren pasa sobre un sensor. Pero debería funcionar bien para la mayoría de las cosas. Siempre puedes poner más sensores en puntos importantes de la pista y menos sensores en los que no importa tanto.

Una gran ventaja de este método es que el precio por vagón de tren es muy bajo, solo una etiqueta que puede imprimir en su impresora láser o de inyección de tinta. La complejidad por vagón de tren es muy baja. Y el peso agregado a cada auto también es súper bajo.

Implementaría esto utilizando un IR LED y un fototransistor como sensor (hay componentes con ambos incorporados), y los conecto a un microcontrolador. Cada sensor tiene su propio microcontrolador. Los diferentes sensores se pueden conectar entre sí mediante una red simple (como un bus RS-485). Con los LED de infrarrojos, el sensor sería difícil de ver a simple vista. El costo total por sensor + MCU podría ser inferior a US $ 3, sin incluir una PCB pequeña.

Comenzaría con el interruptor óptico o el método del reflector a cada lado de los cruces de carretera para indicar a los trenes que se aproximan y encender un LED ROJO parpadeante. El seguimiento remoto también se puede conectar a un mapa de trenes con indicadores de cruce, velocidad y velocidad de los trenes.

El escáner de código de barras es engañosamente simple hasta que tiene que lidiar con la seguridad del rayo láser, las tasas de seguimiento de la velocidad de la etiqueta y el tiempo de intervalo de la brecha computacional para calcular la velocidad y validar el contenido del código para determinar directamente Iones en software.

Desglose el proyecto en;

• diseño funcional del sistema
  • entradas, procesos, salidas (incluido el rechazo falso de activación)
• diseño electrónico
  • esquema, lista de materiales, diseño
• diseño de trayectoria óptica
  • emisor & rango y trayectoria del detector, respuesta de frecuencia, rechazo de ruido
• construcción & pruebas
  • cableado con alimentación fuera de la pista, filtrado de ruido y detalles eléctricos y mecánicos

IR puede detectar la interrupción de la señal en cualquiera de los lados o la reflexión de la señal desde el mismo lado con un rango de detección más amplio. La secuencia de dos detectores adyacentes indica la dirección y el intervalo de tiempo indica la velocidad. Esto se puede medir con métodos analógicos o digitales.

Los escáneres de códigos de barras IR se basan en el código que pasa por el detector a una velocidad constante o que el emisor se refleja más allá del código de barras para ser detectado por la dispersión de luz o la absorción de carbono negro. Los rayos láser constantes hacia arriba necesitarían ser cambiados ópticamente para reducir la potencia a un nivel seguro o propagarse y luego enfocarse en una ruta corta para reducir la densidad de potencia de la luz parásita.