Detekcja bierek na szachownicy

[marek1707]

4 minuty temu, deshipu napisał:

Jeśli mógłbyś mieć w każdej bierce kilka układów rezonansowych

Niestety, na jednej cewce nie możesz mieć kilku rezonansów. A jeśli dwie-trzy w jednej bierce, to jedna wyżej, druga niżej, wszystkie ze sobą mocno sprzężone magnetycznie a z podłożem coraz słabiej. Nie wygląda to dobrze.. dobroć takiego zestawu spada i każdy z rezonansów byłby coraz słabszy i tym samym coraz trudniejszy do wykrycia. I tak to co napisałem wcześniej zawiera kilka niejawnych a optymistycznych założeń.  Generacja częstotliwości na procku nic nie kosztuje a sprawdzenie kilkunastu punktów na skali to i tak lepiej niż pełny skan "ciągłego" pasma plus algorytm niezawodnego znajdowania "dołków".

Ultradźwięki? Przetwornik generuje je do powietrza i to już jest poważna przeszkoda. Dlatego wyjścia przetworników mają takie dziwne siateczki, trąbki itp. Jeśli chcesz by Twój sygnał wniknął z powietrza np. w sklejkę a potem jeszcze się z niej wydostał do powietrza, potem znów bierka, jakieś wewnętrzne odbicia, to będzie musiał pokonać wiele uskoków impedancji na granicach wielu ośrodków. Potem jeszcze odbicie od "tego czegoś" w bierce i ponownie ta sama droga w dół. Już badanie USG wymaga żelu przy przechdzeniu z sondy do ciała i z powrotem bo im większa różnica w materiałach tym odbicie mocniejsza a mniej energii wnika dalej.. Nie widzę szans na zobaczenie w warunkach garażowych śladu sygnału odbitego po przejściu przez tyle tak różnych materiałów, ale może też na 100% nie czuję tematu 😐 

[deshipu]

58 minut temu, marek1707 napisał:

Jeśli chcesz by Twój sygnał wniknął z powietrza np. w sklejkę a potem jeszcze się z niej wydostał do powietrza, potem znów bierka, jakieś wewnętrzne odbicia, to będzie musiał pokonać wiele uskoków impedancji na granicach wielu ośrodków.

Nie widzę powodu, żeby tam gdziekolwiek po drodze było powietrze. Przetwornik z montujesz bezpośrednio do drewnianego pola, tak żeby to ono wibrowało — oczywiście trochę pracy wymagane, żeby odizolować je od sąsiednich pól. W bierce też przez nic nie przechodzisz, bo cała jest wykonana z materiału, których chcesz wykryć. No i oczywiście nie próbujesz uzyskać czystego obrazu, a jedynie oszacować masę/gęstość tego, co tam stoi.

[marek1707]

Hm, ale to znaczy, że nie kupujesz typowego, "powietrznego" przetwornika/transceivera 40kHz w kształcie beczki z dwoma pinami za 5zł tylko specjalistyczne, gołe piezo. Taki przetwornik musi być przystosowany do pracy po przyklejeniu na powierzchni, bo to wąskopasmowy element rezonansowy (mechanicznie), ma na sobie jakieś mody akustyczne, fale powierzchniowe itp rzeczy i nie wiem jak takiemu zwykłemu kryształkowi zaszkodzi przylepienie do sklejki. No a teraz sam pomiar. Masz w sumie pewnie 1cm materiału z prędkością dźwięku znacznie wyższą niż w powietrzu (1km/s?). Jak i kiedy chcesz rozbujać przetwornik, wygenerować co najmniej kilka impulsów o sensownej amplitudzie i praktycznie w tym samym czasie badać odpowiedź? To naprawdę nie jest proste. Być może trzeba sięgnąć po przetworniki na pasmo MHz do badań strukturalnych materiałów (czy do USG) a to już inna półka cenowa.

A powietrze jest wszędzie. Bierki mają pod spodem filc (czyli 90% powietrza) a jeśli nawet go zdejmiesz, to spód figury nigdy nie będzie przylegał bezpośrednio do planszy. A przez taki uskok to przejdzie dalej pewnie z 10% energii. W końcu tak przecież działają defektoskopy czy USG 🙂 To pęknięcia, szczeliny, braki ciągłości i zmiany materiału (tkanka-płyn) powodują dobrze widoczne echa a nie sam materiał i jego masa czy gęstość. Jednolita masa tylko tłumi, ale nie odbija niczego z powrotem.

[deshipu]

Ale tak jak pisałem, my przecież nie chcemy robić sonaru i badać czasów odbicia, tylko oszacować masę stojącej na wibrującym polu bierki. Nie jestem specjalistą, ale jeżeli to jest różnica, którą (przy użyciu częstotliwości słyszalnych) słychać gołym uchem, to chyba nie powinno być bardzo trudno rozpoznać jej także elektronicznie. Tylko znowu pojawiają się problemu z izolowaniem pól od siebie i z bierkami stojącymi na brzegu pola.

Można także wrócić do pomysłu z układem LC i umieścić w wydrążonej bierce rezonator akustyczny — na przykład kawałek blaszki dostrojonej na konkretną częstotliwość. Wtedy podejście takie samo, tylko zamiast sprzęgu magnetycznego jest akustyczny.

Piezo do przyklejenia do powierzchni jest jeszcze tańsze od takiego przetwornika w powietrzu, bo to po prostu kawałek blaszki z plackiem kwarcu.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Rzuciłem wcześniej pomysł rezonatora mechanicznego - dobranym i dostrojonym ciężarku/magnesie na elemencie sprężystym. Taki rezonator można wprawić w drgania (lub tylko odchylić od położenia równowagi) polem magnetycznym a potem obserwować odpowiedź. Przeniesienie tego na pasmo akustyczne to praktycznie ta sama idea, ale obie mają poważne wady jeśli chodzi o to konkretne zastosowanie: drgania/stuknięcia pola w ciężarek/magnes będzie czuć w palcach a mechaniczny rezonator akustyczny będzie zwyczajnie słychać. Pewnie w innych zaastosowaniach to by się sprawdziło i nie byłyby to istotne wady, ale tutaj raczej trzeba zachować ciszę i nie intrygować graczy dziwnymi impulsami odczuwanymi przez dotyk lub ciągłym (choć pewnie cichym) "pykaniem" bierek stojących na szachownicy.

Też chodzę koło tego tematu, ale oprócz oczywistych rozwiązań typu kamerka (dwie? trzy?), żaden prosty i pewny sensor nie przychodzi mi do głowy. Wg mojej oceny Top Three tego wątku to elementy LC w bierkach (brak odczuwalnych dla człowieka efektów), elektroniczne tagi (prostota gotowych elementów) i.. kamera patrząca z góry (zestaw niezależny od zestawu szachów, nieinwazyjny i na pewno ktoś już to zrobił).

A typowy "placek" piezo o którym mówisz (czy tak?) to bipczak 2/4kHz. To nie przeniesie ultradźwięków. Kryształki 40kHz są w transceiverach US zawieszone na cienkich drucikach w powietrzu, w komorze o konkretnych wymiarach. Wydłubanie tego i naklejenie na podłoże a) zmieni częstotliwość rezonansu mechanicznego, b) całkowicie rozwali całą sprawność tego mechanizmu, opierającego się właśnie na rezonansie. Musisz znaleść przetwornik który fabrycznie, konstrukcyjnie jest przygotowany do naklejenia na sztywne podłoże. Takie coś siedzi na pewno w szczelnych transceiverach czujników w zderzakach samochodów. A potem wymyślić metodę analizy zachowania takiego rezonatora w obliczu konkretnego układu mechanicznego: przekładka ze sklejki (blachy?) i bierka zawierająca.. coś, wypełnienie, czy tylko masę własną? O ile detekcję obecności sporej masy po drugiej stronie przesłony jeszcze jakoś mogę sobie wyobrazić po analizie amplitudy samych drgań po dostarczeniu do przetwornika kalibrowanej porcji energii (ale wtedy ta masa musiałaby być ściśle związana z przesłoną, nie przez filc np), o tyle już rozpoznanie tego czy innego kształtu bryły (masy?) wydaje się sprawą rząd wielkości trudniejszą.

[ethanak]

34 minuty temu, marek1707 napisał:

A typowy "placek" piezo o którym mówisz (czy tak?) to bipczak 2/4kHz. To nie przeniesie ultradźwięków.

To ja mam głupie pytanie: co się stanie, jak takiemu bipczakowi podam te 40 kHz? Nie wygeneruje nic czy wygeneruje coś, co będę mógł w jakiś sposób odebrać? Nie mówię tu o odbiciach i zrobieniu USG bierki, ale o przekazaniu informacji od bierki do szachownicy...

Chociaż i tak wychodzi za wolno (potrzeba kilku milisekund na identyfikację bierki na polu) ale może to też jakiś kierunek? A co do tych nieszczęsnych kryształków - w końcu zwykły czujnik odległości (taki za złotówkę na ali) emituje właśnie 40 kHz, nie da się tego w jakiś sposób wykorzystać?

 

[deshipu]

Na moim biurku stoi tani chiński nawilżacz powietrza. Składa się z kawałka knota ciągnącego wodę i takiej właśnie ultradźwiękowej blaszki, która wibrując robi z tej wody mgłę. Wibracje na pewno nie są w paśmie słyszalnym.

[marek1707]

1 godzinę temu, ethanak napisał:

To ja mam głupie pytanie: co się stanie, jak takiemu bipczakowi podam te 40 kHz?

@ethanak Nie odpowiem za wszystkie bipczaki na świecie, ale akurat Ty powinieneś wiedzieć jak wygląda drgająca struna. Ma mod podstawowy i harmoniczne. Im wyższy numer tym strzałek i zer na długości struny jest więcej, ale amplituda maleje. Są do tego na pewno świetne filmiki w sieci. W przejściu z przestrzeni struny 1D na powierzchnię 2D elemenu piezo masz płytkę, która stara się wyginać pod wpływem pola elektrycznego. Podłużny pasek będzie wyginał się w sposób oczywisty, ale np. dysk będzie starał się robić to w 2D. Bipczaki słychać zaskakująco dobrze dlatego, że sterujesz je odpowiednią częstotliwością, właśnie taką z jaką drga swobodnie dany kryształ w modzie podstawowym (czyli środek oraz krawędzie poruszają się w osi prostopadłej do płaszczyzny bipczaka a zero jest na okręgu mniej więcej w połowie promienia). Na pewno jesteś w stanie to sobie wyobrazić. Każda inna częstotliwość jest przenoszona tym gorzej im dalej od tego punktu. To nie są przetworniki szerokopasmowe, trzeba je rozumieć jak drgające układy mechaniczne, lekko tłumiony ciężarek na sprężynce, z wyraźnym rezonansem. Na taki rezonator harmoniczny jest przecież prosty wzór. Częstotliwość jest podana w danych katalogowych bipczaka, ale przecież można ją wyczaić po prostu słuchając przejazdu z jakiegoś generatora przez pasmo 1-5kHz. Ucho jest logarytmiczne, więc w pewnym punkcie słyszymy wyraźny wzrost amplitudy, ale nie jakiś powalający. Gdyby odnieść to do skali liniowej, to wzrost efektywności pracy byłby co najmniej 10 krotny. Nawet modele symulacyjne takich bipczaków odnoszą się do mechanicznej masy drgającej. Teoretycznie bipczak to czysty kondensator (kilka nF, można go normalnie zmierzyć, a podczas pomiaru mostkiem RLC słychać jak piszczy) i tak można go traktować z daleka od jego rezonansu. A teraz znajdź jakiś model elementu piezo i zobacz a ile tam cewek robiących za stratne (bo jednak sporo energii idzie w powietrze) układy rezonansowe. Jak masz szczęście i dostroisz się dobrze, to w rezonansie bipczak wygląda jak opornik - to w niego pompujesz energię a on wytraca ją na emisję fali akustycznej (plus trochę na stratność dielektryczną w materiale, czyli ciepło). A samo drganie mechaniczne (czyli gromadzenie energii w odchyleniu sprężystym materiału) robi za "cewkę" z modelu symulacyjnego. Rzeczywista pojemność bipczaka współpracuje z wirtualną indukcyjnością dając efekt o jakim tu piszę. Tak samo działają przetworniki zarówno 4kHz jak i 40kHz. Nie tylko cała geometria takiego elementu, ale i dobór materiału (np. prędkość dźwięku w nim, bo od tego zależy fizyczna długość fali stojącej) są policzone tak by układ pracował w zadanym modzie na pożądanej częstotliwości. I teraz chyba rozumiesz, że czym innym jest praca takiego swobodnie zawieszonego na elektrodach kryształka, czym innym praca elementu przyklejonego do czegoś a czym innym transceiver zalany w żywicy i stali. Da się zrobić każdy z tych przypadków, ale przeniesienie jednego do drugiego nie zadziała. 

A jak to się ma do metody zaproponowanej przez @deshipu? Nie wiem. Nie rozumiem założeń tej metody więc nie potrafię sobie tego w głowie zasymulować. Nie wiem jakie będą pobudzenia i co mamy mierzyć, kiedy i czego poszukiwać w odpowiedzi przetwornika. Jeśli poznam szczegóły, mogę spróbować ocenić czy będzie to trudne pod względem układowym.

[Gieneq]

Przejrzałem temat i chyba nikt o tym nie wspominał. Kiedyś robiłem podejście do tego tematu i wymyśliłem 1-wire tagi z zasilaniem pasożytniczym. Pola z 2 stykami - jakiś mały sygnałowy na środku i drugi dużo większy na masę. Każdy pionek ma swoje ID, pola są kolejno przesłuchiwane.

[ethanak]

Ech. nie mogłem wytrzymać żeby nie sprawdzić 🙂

Dwa takie blaszane bipczaki, jeden podpięty do pinu Arduino, drugi do wejścia DSO-138. Między nimi 3mm sklejka. Niestety - na Arduino precyzyjnie częstotliwości nie ustawię, nie mam generatora, ale to wystarczyło: w okolicy 40 kHz mam ok. 10 mV sygnał na oscyloskopiku... podejrzewam, że gdyby wcelować w harmoniczną byłoby lepiej.

Niestety - nie ]jest to stuprocentowo ciche.

10 minut temu, Gieneq napisał:

Przejrzałem temat i chyba nikt o tym nie wspominał.

Wspominał, wspominał, kolega wątkotwórca w ostatnim zdaniu pierwszego posta.

[deshipu]

17 minut temu, Gieneq napisał:

Przejrzałem temat i chyba nikt o tym nie wspominał. Kiedyś robiłem podejście do tego tematu i wymyśliłem 1-wire tagi z zasilaniem pasożytniczym. Pola z 2 stykami - jakiś mały sygnałowy na środku i drugi dużo większy na masę. Każdy pionek ma swoje ID, pola są kolejno przesłuchiwane.

No właśnie o to chodzi, żeby nie było żadnych styków, ani żadnych ograniczeń co do tego gdzie możesz stawiać figurę. Ma wyglądać jak zwykła szachownica.

2 godziny temu, marek1707 napisał:

A jak to się ma do metody zaproponowanej przez @deshipu? Nie wiem. Nie rozumiem założeń tej metody więc nie potrafię sobie tego w głowie zasymulować. Nie wiem jakie będą pobudzenia i co mamy mierzyć, kiedy i czego poszukiwać w odpowiedzi przetwornika. Jeśli poznam szczegóły, mogę spróbować ocenić czy będzie to trudne pod względem układowym.

Ja sam nie wiem. Pomysł rzuciłem, bo trochę się wszyscy ograniczyli do radia/magnesów, a przecież jest więcej sposobów na niewidoczne czujniki krótkiego zasięgu.

No dobra, nikt o tym nie wspomniał, więc dla kompletności rzucę jeszcze jeden pomysł. Pole elektryczne, a dokładniej, mierzenie pojemności, jak przy pojemnościowych czujnikach dotyku. Czujnik to zwykła elektroda, opornik i układ mierzący czas rozładowania.

[wn2001]

To ja też dorzucę coś od siebie - ponieważ eksperymentowałem nieco z kodami ArUco w OpenCV:

Pod spodem każdej bierki naklejony odpowiedni kod, szachownica wykonana z plexi (koniecznie transparentnej, ale część pól mogłaby być z barwionej delikatnie na jeden kolor, a druga na inny - ale nadal, aby były transparentne) nie w płaskiej planszy, a prostopadłościanie - na dnie tego prostopadłościanu kamera przeprowadzająca detekcje w/w kodów 2D 😉

[marek1707]

4 godziny temu, deshipu napisał:

mierzenie pojemności, jak przy pojemnościowych czujnikach dotyku

Przyznam, że też brałem to pod uwagę, jak też i pomysł pomiaru indukcyjności. Do cewki można zbliżać materiał zwiększający lub zmniejszający jej indukcyjność więc teoretycznie można rozpoznawać obiekty, ale to zbyt ogólny pomiar w tej konkretnej aplikacji. Cewka będzie zawsze obejmować tylko część kwadratowego pola a duży kawałek ferrytu z większej odległości (lub umieszczony nie w osi cewki) będzie w pomiarze wyglądać na mniejszy. Przy konieczności odróżniania 12 rodzajów obiektów - nawet gdyby 1/3 albo połowa zmniejszała indukcyjność a pozostała część zwiększała, od razu to odpuściłem. Z kondensatorami wydaje mi się to jeszcze trudniejsze. W podejściu jednoprzewodowym mierzymy tak naprawdę pojemność od naszej elektrody do "nieskończoności" i skoro nawet do wykrycia stanu on-off (jest palec - nie ma palca) trzeba się trochę nabiedzić i nie zawsze działa to idealnie (niech podniosą ręce Ci którzy samodzielnie projektowali elektrody na obudowie i zadziałało bez pudła w prototypie), to pomiar ilościowy pojemności kilku pF jest moim zdaniem nie do zrobienia. A dodatkowo mamy jeszcze przenikalność dielektryczną drewna zależną od wilgotności, ech.. Gdyby figury ustawiać precyzyjnie na środku, to można by rozważyć pomiar dwuelektrodowy. Dwie blaszki pod polem, każda zajmująca jego połowę a blaszka w formie okrągłego placka - mniejszego lub większego - na spodzie figury. Ale znów: przesunięcie w którąś stronę to zmiana pojemności, zmiana wilgotności to zmiana pojemności itd a rozpoznanie w tych warunkach 12 różnych przedziałów graniczy z cudem. No chyba, że spuszczamy z tonu i decydujemy się na rozpoznawanie jedynie obecności figury, czyli wracamy do wpisania całego stanu początkowego ręcznie a potem śledzimy tylko przesunięcia. Wtedy i pojemność pewnie zadziała, i zero-jedynkowy pomiar indukcyjności i może nawet ultradźwięki, choć tu trzeba zrobić fajny driver sinusoidalny, że by kryształ nie dostawał składowej stałej bo od niej "cyka". No i układ detektora, na razie nie wiemy czego. Acha, kontaktrony i hallotrony wtedy też są OK..

Z pojemnością, to można zamiast dwóch blaszek dać dwa "grzebienie" przenikające się i pokrywające całe kwadratowe pole. Wtedy jest szansa uniezależnienia się od miejsca postawienia figury, ale nadal nie wiem, czy da się odróżnić aż 12 dyskretnych przedziałów pojemności.

[deshipu]

29 minut temu, marek1707 napisał:

(niech podniosą ręce Ci którzy samodzielnie projektowali elektrody na obudowie i zadziałało bez pudła w prototypie)

/me podnosi rękę

30 minut temu, marek1707 napisał:

A dodatkowo mamy jeszcze przenikalność dielektryczną drewna zależną od wilgotności, ech..

Zalakierowane drewno raczej nie powinno zmieniać wilgotności.

Cały czas myślę jak by tu zrobić, żeby można było oddzielić rozpoznawanie rodzaju bierki od rozpoznawania jej pozycji, ale niestety nie przychodzi mi do głowy nic, co nie wymagałoby elektroniki wewnątrz bierki.

To jeszcze już bardziej humorystycznie, jeszcze można dać pod polami czujniki Geigera-Millera...

[bamboo]

Aby nie zrobić przeglądu zupełnego możliwych rozwiązań można trochę doprecyzować temat:

• szachownica nie jest projektowana na skrajne warunki temperaturowo / wilgotnościowe - zakładamy, że gramy / analizujemy pozycję przy swoim biurku, 
• nie zakładamy, że szachownica ma być odporna na zakłócenia spowodowane np. przez telefon leżący na niej czy położony gdzieś blisko magnes z lodówki, bez przesady

Jedynym urządzeniem, które jest przewidziane w pobliżu to laptop ze sterownikiem komunikującym się przez bluetooth z szachownicą. 

Odnośnie proponowanych przez Was (za co chylę czoła) rozwiązań, to:

• Kamery w pobliżu szachownicy - odpadają z definicji problemu
• Sprężynki w bierkach, czyli de facto ich odczuwalne drgania - odpadają z definicji
• RFID - wydaje się być ok, tylko nie widzę na rynku czytników o zasięgu mniejszym niż 5cm (wymagane jest max 2.5cm, by objąć dokładnie jedno pole)
• Czujniki nacisku - nie wiem, czy da się to zmontować tak, żeby przy przesuwaniu bierek nie zawadzać o brzegi pól = czujników - sam pomysł jest o tyle ciekawy, że bierki naturalnie różnią się wagą, jednakże zostaje kwestia odróżnienia ich koloru
• Elektroniczne tagi - sposób wydaje się być ok, sam temat muszę jednak lepiej zgłębić
• Rozwiązania akustyczne - na moje skromne oko do stabilnej pracy wymagają dość optymistycznych założeń co do użytkowania sprzętu
• Obwody LC w bierkach zestrojone na różne częstotliwości - wydaje mi się, że ten pomysł wydaje się jednym z najprosztych i najlepszych.

Dość mocno odzywa się chęć ograniczenia się do 01-dynkowej detekcji bierki nad danym polem, jednak rozwój tego wątku na forum i zaproponowane przez Was rozwiązania nie dadzą przejść obok siebie obojętnie. Pomysły, które zdają się być chociażby teoretycznie możliwe do zrealizowania planuję może nie w 100% empirycznie, ale przynajmniej analitycznie zweryfikować.