Módulo de medición de velocidad de la bola en el futbolín

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El B105 Electronic System Lab cuenta con un futbolín en el cual se está trabajando para integrar en él diferentes sistemas electrónicos que mejoren la experiencia del juego. Hasta ahora cuenta con una Raspberry Pi con una aplicacóin desarrollada por Nicanor Romero (más información aquí), la cual se encarga principalmente de controlar una pantalla táctil que actúa de interfaz de usuario.

Este proyecto se planteó con el objetivo de calcular la velocidad de la bola en los tiros, y mostrar esta en la pantalla. Para calcular esta velocidad, se han colocado en un lateral del futbolín cinco emisores de infrarrojos, y a otro lado cinco fotodiodos. Con ellos se crean cinco líneas de infrarrojos a lo largo del futbolín, de manera que midiendo el tiempo que pasa entre el corte de la bola sobre dos líneas sucesivas, se podrá medir la velocidad, ya que la distancia entre las líneas es conocida. Para la colocación de estos emisores y receptores se han realizado unas pequeñas PCBs donde colocarlos, junto a una resistencia y un conector.

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Para realizar tanto el control como las comunicaciones, se ha escogido por comodidad la placa de desarrollo STM32F411E-discovery, la cual contiene un microprocesador con arquitectura ARM Cortex-M4 y el programador ST-LINK/V2. Esta placa se inserta por medio de unos pines en otra de diseño propio, llamada Zlatan, a la cual se conectan también las salidas del fotodiodo. En ella se encuentran los circuitos de adaptación de la señal proporcionada por el fotodiodo para discriminar correctamente entre valor alto (luz infrarroja incidente) y valor bajo (corte de la bola). La salida adaptada se conecta a las entradas de interrupción del microprocesador, configuradas en modo falling, de manera que cada corte de la bola produce una interrupción. El microprocesador mide por medio de contadores el tiempo que pasa entre dos interrupciones, y de este modo es capaz de calcular la velocidad. Además, dependiendo de las líneas que hayan sido cortadas, el sistema puede detectar el jugador que ha realizado el tiro. Por último, esta velocidad se envía a la Raspberry Pi de manera inalámbrica utilizando el módulo HC11, el cual es un módulo de RF funciona a 433 MHz.

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Para mostrar esta velocidad en la pantalla, se ha modificado la aplicación que se ejecuta en la Raspberry Pi, configurándola para que sea capaz de leer del puerto serie, al que está conectado otro módulo HC11, los mensaje que llegan con la velocidad, procesarlos, y mostrar tanto la velocidad como el jugador que ha realizado el tiro de una manera visual. Además, se han configurado cuatro umbrales de manera que si la velocidad del tiro se encuentra en alguno de ellos, se reproduce un sonido y se muestra un widget en la pantalla, para así destacar el tiro frente al resto, y mejorar la experiencia de usuario.

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Para comprobar el correcto funcionamiento de la medición, se grabaron varios tiros con una GoPro y se midió el tiempo que transcurre entre el frame en el que se produce el tiro y el frame en el que entra la bola en la portería. Estas pruebas sirvieron para comprobar que la medición realizada por el sistema era muy parecida a la tomada con la GoPro, y de esta manera quedó validado.

Pincha sobre la siguiente imagen para verla correctamente.

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