Laser-Stoppuhr

In einem studentischen Projekt wurden Linienfolger gebaut, die am Ende des Semesters in einem Rennen gegeneinander angetreten sind. Es muss nur eine geeignete Stoppuhr her, die für so kleine Rennfahrzeuge die Rundenzeit messen kann. Eine Herausforderung dabei ist, dass die Linienfolger sehr verschieden und aus sehr filigranen Bauteilen aufgebaut sind. Schließlich dürfen die Flitzer nicht mehr als 100 Gramm wiegen. Da wird an Gewicht gespart, wo es nur geht. Die Stoppuhr muss also flach über dem Boden und so zuverlässig arbeiten, wenn ein filigranes Vehikel zu seinem Rennen in die Runde startet.

Die Technik kurz erklärt

Basis für die Stoppuhr ist ein Stand-Alone - Arduino, also ein Atmega 328P mit ein paar kleinen Bauteilen für die Minimalbeschaltung. Hinzukommen als optische Lichtschranke ein Lasermodul und Fotowiderstand, ein kleiner Piezolautsprecher, ein Display, zwei so genannte Potis und ein Taster. Das Ganze wird in ein selbstgedrucktes Gehäuse verpackt und durch eine 9V-Batterie mit Spannung versorgt. Die Programmierung erfolgt via FTDI-Adapter über die Arduino-IDE.

Die Lichtschranke funktioniert so, dass ein Lasermodul zum Start des Messvorgangs eingeschalten wird. Ein Spiegel am anderen Ende der Startlinie reflektiert den Laserstrahl, der geringfügig abgelenkt auf einen Fotowiderstand trifft, der im Gehäuse der Stoppuhr eingebaut ist. Statt des Fotowiderstandes können auch eine Fotodiode oder ein Fototransistor eingebaut werden. Der Fotowiderstand ist sehr einfach und reagiert zuverlässig.

Ein Problem muss gelöst werden

Bei den Tests ergab sich eine Herausforderung: Wird die Lichtschranke einmal unterbrochen, startet die Zeitmessung. Soweit so gut. Wird die Lichtschranke wieder unterbrochen, endet die Zeitmessung. Was aber, wenn das schon passiert, ohne dass das Messobjekt die Rennstrecke absolviert hat? Dieser Fall tritt dann ein, wenn ein Bauteil des Linienfolgers beim Überqueren der Startlinie den Lichtstrahl kurzzeitig unterbricht. Dann endet die Zeitmessung noch bevor der Flitzer die Rennstrecke befahren hat. Um den beschriebenen Effekt zu begegnen, wird eine Verzögerung in die Arduino-Programmierung eingebaut. Mit einem Potentiometer lässt sich ein beliebiger Wert von Null bis eine Minute einstellen. Der eingestellte Wert wird auf dem Display angezeigt.