FOTOCELLULE SERIALI CON CRONOMETRO – L’ACQUARIO SVILUPPA IL PROGETTO ACQUASTOP PER RILEVARE I TEMPI ACQUA-STOPWATCH

L’Acquario Pattinaggio ha sviluppato il primo progetto di cronometro sportivo con un programma per cronometrare e  rilevare i tempi durante le gare e nelle sessioni di allenamento con fotocellule collegate alle seriali del Personal Computer. Acqua StopWatch.

Quale è l’allenatore che non desidera conoscere i tempi dei propri allievi prima degli impegni sportivi agonistici oppure prendere i tempi di una gara?

Il cronometro analogico è lo strumento più usato per rilevare i tempi degli atleti durante gli allenamenti o addirittura nelle gare, il difetto di questo strumento è dato dal fattore umano, infatti i problemi principali sono la precisione l’impossibilità di fare più di un atleta alla volta.
Appunto la precisione è la cosa peggiore visto che il tempo di reazione dell’uomo nell’avviare e nel fermare il cronometro non è fissa ma varia a secondo di chi lo usa e può avere errori nell’ordine di 20 a 30 ms, falsando ovviamente la precisione dei tempi rilevati.

L’Acquario da tempo voleva acquistare un kit di fotocellule per la rilevazione tempi, ma la società a causa dei costi troppo elevati non ci sarebbe mai riuscita. Il classico kit per fotocellule ( senza pc ) ad acquistarlo costa infatti oltre € 1.500 a € 3.000.

Scopriamo insieme come abbiamo fatto con il nostro progetto AcquarioStopWatch

IL PROGETTO ACQUASTOPWATCH.
– La Storia
– Costruire il Progetto, disegno e assemblaggio
– Attenzione al cavo USB-Seriale causa interferenze meglio usare seriali
– Attenzione alle FotoCellule (FC) , è obbligatorio usare le FC a riflessione/open collector da masimo 1ms
– Attenzione al Pulsante, il tempo di pressione non deve superare il delay/bounce impostato, chi lo preme deve essere veloce.
– Il Software ACQUASTOP in versione eseguibile 
— Prima Installare Net framework 4  (download)
— Scaricare il programma Acquastop l’ultima versione è la 4, ma ci sono anche le vecchie:
—SCARICA LA Versione 4 STABILE *corretto beep, corretto file tempi 
—Versione 3 QUI  *aggiunto beep e corretto errore nome file tempi su più cronometraggi
—Versione 2 QUI  *aggiunto tempi
—Versione 1 QUI  * primo programma di base
– Disegnare il vostro progetto con Fidocad .
– Progetto in Visual Basic 2010 
— Sorgente del Progetto Acquastop è scritto in Visual Basic 2010 :
— Scarica il sorgente completo del nostro progetto Progetto VB ACQUASTOP
— Scarica gratuitamente visual basic Visual Basic Visual Studio 2010

LA STORIA:
Nel 2015, durante una gara Nazionale UISP a Aversa, notammo che la società organizzatrice “Quelli del Pattinaggio” avevano

assemblato un sistema casalingo ma funzionante di rilevazione tempi , il tutto da loro cablato,  utilizzando il software Xnotestopwatch per cronometrare i tempi collegando le seriali di  un vecchio PC.

L’idea così maturò sulla richiesta dell’allenatrice Antonella Carpanese e si avviò grazie alla grande determinazione dei genitori con l’elettronico Antonio Rotunno  supportato da Marco Farulli un informatico e la consulenza di Roberto Sansoni anche lui un informatico. Adesso si è aggiunto Federico Di Grazia!

Il progetto prese il via a Giugno 2015 con l’idea base di utilizzare il software per il prossimo Trofeo Tiezzi e con XnoteStpwatch  cablando due fotocellule e collegandole alle seriali rs232, il progetto finale però era quella di non utilizzare un ingombrante Pc ma un portatile e realizzare un proprio programma per la rilevazione ed il cronometraggio.
Nacque così la prima versione di AcquaStopWatch.
La prima prova del fuoco non andò molto bene con parecchie rilevazioni mancate a causa delle interferenze.

Come spiegato , all’inizio era intenzione del gruppo di utilizzare anche il software XnoteStopWatch, purtroppo Xnote si è rilevato del tutto inaffidabile, in pratica non rispondeva bene al passaggio veloce degli atleti e non consentiva l’utilizzo insieme di due USB, almeno fino alla versione 1.68b4.
Per tentare di risolvere questi problemi abbiamo anche acquistato la licenza ufficiale al costo di € 30 ma, nonostante le richieste all’assistenza non sono mai stati corretti i bug tutt’ora presenti nella versione 1.69b4.
Xnote risultava a questo punto per noi del tutto inutilizzabile.
A causa di questo fu presa la decisione definitiva di sviluppare da soli un software affidabile di cronometraggio, AcquaStopWatch, programmato con VB .NET, Microsoft Visual Basic Express 2010.

Nonostante il software ormai completo, stavamo utilizzando ancora il primo cablaggio ed anche questo dava dei problemi, così iniziarono i test e dopo moltissime prove risultava essere fatale il collegamento delle alimentazioni tutte comune ed in parallelo alle fotocellule, cosa che creava in  diversi casi di apertura e chiusura delle fotocellule senza motivo.
Successivamente scoprimmo che cavi lunghi oltre 20 metri portano interferenze all’ingresso delle seriali e quindi abbiamo aggiunto un relè prima dell’ingresso della seriale. Alla fine è rimasto il problema delle seriali  collegate alla USB del pc portatile, quel tipo di interferenza ad oggi non siamo riusciti a toglierla quindi meglio usare seriali vere e non usb-seriali.

Finalmente così dopo molte ore di lavoro, il programma fu riscritto completamente e il cablaggio rifatto da zero ampliando il numero degli alimentatori e dando solidità a tutto il sistema delle fotocellule e con nuovi relè.

DISEGNARE CON FIDO CAD:
Uno dei momenti  importanti fu il disegno dello schema elettrico del sistema, utile per capire quali fossero i problemi.
Fu deciso allora di rivedere lo schema elettrico disegnandolo prima su computer per realizzarlo successivamente.
Il programma usato per disegnare lo schema è : FIDOCAD scaricabile dal Sito di Lorenzo Lutti qui .
Lo schema da importare in Fidocad è qui.

COSTRUIRE IL PROGETTO ACQUASTOPWATCH.
Il Progetto prevede di poter collegare una o due fotocellule alla seriale di un Pc, lo scopo è quello di cronometrare i tempi di tempi di gara, utilizzando se necessario anche la partenza a con un pulsante che dia il beep. La fotocellula apre e chiude un contatto pulito e il software attiva o ferma il cronometro in alta risoluzione.
Componenti e Cablaggio:
I componenti del sistema sono i seguenti:
– Un Pc portatile con una seriale o Pc fisso con 2 seriali;
– Una coppia di fotocellule tipo industriale e riflessione/open collector, risposta 1 ms, con relativo specchietto riflettente ( € 200 ) ;
– Due Supporti per fotocellule, allungabili fino a 30 cm dal suolo;
– Un supporto con tubo passa-cavi metallico a V, per far passare il cavo della seconda fotocellula sopra la pista;
Cablaggio:
– Tre Alimentatori da 12V DC  o 3 CC Led Driver;
– Otto connettori a 4 poli per la fotocellula, 4 maschi e 4 femmine, costo € 16;
– Due Connettori convertitori USB-Seriale in caso di portatile, € 30
– Due matasse di cavo elettrico da 4 poli da 4×2,5 mm , per esterni lungo 50 metri, costo € 100;
– Scatola di derivazione stagna a pareti lisce lunghezza 240 mm , costo € 15;
– 1 Mini Relè per circuito stampato Finder 10A a due contatti per pulsante/sirena, costo € 5;
– 2 Mini Relè per circuito stampato Finder 10A a due contatti, per isolare rs232 costo € 10;
– Due Kit per connettore seriale DB9 maschio e femmina RS232 a saldare con calotta e copriconnettore,  costo € 5;
– Cavetteria e morsetti elettrici di vario passo , costo € 10;
– Interruttore a pulsante con supporto per mano , costo € 5;
– Una Sirena da esterni, costo € 15.
– Valigetta portautensili imbottita , costo € 50;
AcquaStopWatch funziona così:

• Sono due fotocellule collegate in seriale, si attiverà il cronometro al passaggio dalla prima fotocellula e lo fermerà al passaggio dalla seconda fotocellula. ( Qualifiche freestyle )
• Con una o due fotocellule ,caso delle finali freestyle detto “Ko System” solo nel pattinaggio freestyle si adotta questo tipo di finale, messe solo alla fine del percorso, il cronometro si attiverà solo alla pressione del pulsante e nello stesso momento suonerà la sirena, poi si fermerà all’arrivo passando dalla fotocellula. ( Ko System freestyle )

I cavi , ne abbiamo fatti  due corti da 20 mt e due lunghi da 30 mt, per vari utilizzi.
Lo schema elettrico attuale prevede che la sirena e le 2 fotocellule abbiano alimentazione separata da 12V.
Il programma software  monitorerà il cambio di stato del CTS/RTS Pin 7/8 della seriale.

Cablaggio, la fotocellula può essere collegata direttamente alla seriale, ma per creare un sistema rimodulabile è stato preferito assemblare una scatola dove far derivare tutti  i cavi delle alimentazioni, delle fotocellule, delle seriali, della sirena e del pulsante.
Lo schema a sinistra mostra il collegamento di due fotocellule per l’utilizzo partenza/arrivo utile per le qualifiche a partenza libera oppure per il Ko System con due atleti alla partenza con avviso acustico premendo il pulsante che attivando  la sirena fa emettere un suono.
Questa scatola è così complessa per essere utilizzata in diversi casi, Qualifiche con partenza libera o Qualifiche con Pulsante+Sirena, Finali con due atleti che partono simultaneamente con avviso acustico premendo il pulsante.

Dalle fotocellule parte il cavo elettrico a 4 fili, questo ha il connettore a 4 poli ( G/V/B/BI) .
I 2 poli servono per l’alimentazione ed il  neutro ed alimentano la fotocellula.
Gli altri 2 poli sono per l’aperto o il chiuso della fotocellula,  da far arrivare al pin CTS/RTS della seriale.
1 Blu : alimentazione 12v
2 Bianco : neutro 12v
3 Giallo : NO ( Normalmente Open) *
4 Verde: CO ( Common )
*ricordo che può andare bene anche collegare il NO o il NC importante è il verde che il CO ( Common )  che deve essere sempre collegato e poi attestare uno dei due.

Dalla fotocellula si collega al cavo saldando i 4 colori ed avendo cura che vengano riportati bene nella scatola di derivazione:
– Alimentazione
– Neutro
– NC
– CO

Per collegare l’alimentazione 12V alla  FC,  separare i due fili per circa 4/5cm e spellateli e lasciate libero il rame per circa 1 cm, prendete il positivo+ ( colorato di nero/bianco ma se non sei sicuro usa un tester ) e lo avvitate nel morsetto Vcc, poi avvitate l’altro al GND nero.

Il cavo arriva alla scatola di derivazione in un connettore maschio da 4 poli che verrà poi internamente collegato alla relativa seriale RS232, passando prima per un altro relè per impedire interferenze dovute alla lunghezza del cavo.

La scatola di derivazione: a sinistra si vede il pulsante che attiverà cronometro e sirena, sopra le due seriali che verranno collegate con USB Seriale al Pc e sotto le connessioni delle fotocellule, che possono essere in parallelo o seriale.

In queste due foto è possibile vedere l’assemblaggio interno delle scatole che vengono usate per collegare i fili delle fotocellule alle seriali. Per alimentare le fotocellule è possibile utilizzare un led driver oppure dei semplici alimentatori 12v DC recuperati da telefonini o da vecchi switch.

In queste due foto non erano ancora inseriti i due relè per limitare le interferenze dovute alla notevole lunghezza dei cavi che collegano le seriali alla scatola e  al Pc, 30 mt circa.

ATTENZIONE ALLE USB-SERIALI.
In caso si utilizzi un cavo usb-seriale, purtroppo dalle nostre prove anche sul campo abbiamo riscontrato parecchi disturbi dovuti all’alimentazione elettrica delle apparecchiature presenti sulla stessa linea del computer. Per questo consigliamo di separare l’alimentazione del computer portatile dalle altre prese perché fa partire il conteggio del cronometro come se si fosse attivata la fotocellula.
Questo disturbo si presenta più raramente se si utilizza un Pc fisso con seriali non emulate e provenienti da USB, addirittura non si presenta affatto se si usano Pc con seriali proprie ma con un alimentatore tipo portatile che è stabilizzato.

ATTENZIONE ALLE FOTOCELLULE.
Le fotocellule devono essere di ottima qualità affinché riescano a rilevare anche passaggi rapidi, per questo se non si usano prodotti industriali si rischia di non veder passare l’atleta. La FC deve essere riflessione ( open collector ) con risposta almeno da 1ms, da escludere assolutamente quelle a relè.

ATTENZIONE AL PULSANTE.
Il pulsante è un elemento importante per avviare il cronometro facendo nello stesso momento emettere un suono di avviso agli atleti.
Il pulsante è collegato alla sirena ed all’alimentazione tramite un relè ma attenzione! se viene tenuto premuto per troppo tempo, un tempo comunque superiore al delay/bounce impostato nel programma rischiate di veder bloccato subito il cronometraggio. Quindi la pressione dovrebbe sicuramente essere breve.

IL SOFTWARE:
Come descritto il programma lavora in VB .NET quindi solo su sistemi operativi Windows.
Per farlo funzionare è necessario avere installato il .Net Framework 4.0 o superiore. Scaricabile in Microsoft da qui o qui.

Il programma sviluppato da noi per il cronometraggio ACQUASTOP è un eseguibile che è possibile scaricare liberamente da qui.

Per monitorare due piste insieme si devono usare due seriali, così il programma va eseguito due volte e configurato con una seriale per ogni programma aperto.
Nel caso si voglia cronometrare solo la partenza e l’arrivo con due fotocellule posizionate una alla partenza ed una alla fine basta indicare la seriale collegata al PC, rilevata già automaticamente dal programma all’avvio, poi cliccare su ATTIVA MONITORAGGIO FOTOCELLULA. Apparirà il cronometro pronto a rilevare il tempo.

Seriale: COM RS232 sa monitorare
Delay: Tempo di attesa in mms prima di riattivare il monitoraggio
Calcolo Velocità: Indicare la lunghezza del percorso in mt.
Non azzerare Cronometro: Per cronometraggi continui, ferma il monitoraggio ma rimane il tempo rilevato fino al momento.
Non fermare Cronometraggio: Prende i tempi in continuo, uno dopo l’altro senza fermare il cronometro.
Per il settaggio relativo al collegamento è impostato il Pin 7/8 CTS ma è possibile monitorare anche il DSR Pin 4/6
Rilevato il tempo e senza bisogno di riconfigurare il tutto basta cliccare su riattiva sul cronometro ed il programma si mette in attesa del prossimo passaggio delle fotocellule.

Quindi in sintesi nel caso si voglia monitorare più fotocellule in parallelo, occorre collegarle insieme e poi far continuare la rilevazione del cronometro basterà semplicemente spuntare le due opzioni di “Non fermare mai cronometro” “Non azzerare mai monitoraggio”

Aggiunta a Aprile 2016 :
Alimentatore a corrente continua LED Driver per alimentare le fotocellule.
Rilevata interferenza in caso di uso Cavo USB-RS232
Aggiunta a Maggio 2016:
Nuovo schema elettrico con relè prima delle seriali.