Tutti gli appassionati di slot-cars hanno prima o poi desiderato di aggiungere un cronometro ed un contagiri elettronico al proprio setup.

RIcordo ancora quel lontano Natale del 1967, quando sotto l’albero trovai la scatola di una pista PoliCar per un circuito completo di sopraelevata, due vetture, due pulsanti, guard-rail ed alimentatore a due tensioni. La pista PoliCar era nei sogni di quasi tutti i bambini che, come me, non avevano la passione del calcio: potersi misurare con gli avversari cercando le migliori tecniche di guida, modificando la propria auto per renderla più agile (rischiando però di bruciarne il motore nelle lunghe distanze) modificando im proprio stile di guida studiando le “staccate” prima delle curve e fingersi Lauda o Regazzoni misurandosi con gli altri ragazzini del quartiere era la rappresentsazione plastica della felicità.

Con un minimo di risparmi sulle merendine, era poi possibile acquistare i “pezzi speciali” nei negozi di giocattoli: gli “incroci”, le curve con raggio di curvatura ridotto, i set con piloni per sollevare il rettilineo e creare ponti, nuove macchinine per il nostro garage… ed il “contagiri meccanico” un settore rettilineo che consentiva ad un meccanismo a levetta di scattare al passaggio del “timone” della vettura per tener conto dei giri effettuati.

Analogico o digitale?

Ma il mondo delle slot-cars cambiava rapidamente. Un po’ per volta abbiamo visto marche altisonanti in tutto il mondo (Scalextric, Carrera, Nimco) scegliere di “passare al digitale”: scambio di corsia, tracking della vettura, controllo del peso per simulare il consumo della benzina, magneti al neodimio (orrore!) per garantire la stabilità della vettura e sistemi di conteggio elettronico del tempo sul giro. Tutto ciò appariva ai newbies come il richiamo delle sirene, ma per noi analogisti duri e puri, che calcolavamo velocità massima e accelerazione delle nostre vetturette contando il rapporto dei denti tra pignone e corona, e costruivamo da soli i contatti striscianti, tutto ciò appariva brutalmente “giocattoloso”. Un po’ come Windows visto da un utente Linux duro e puro.

E tuttavia, quel concetto di cronometro preciso al millesimo di secondo per le nostre piste in legno analogiche da 4, 6, persino 8 corsie, e in grado di valutare i tempi migliori, i distacchi ed il numero di giri, restava anche per noi qualcosa di meraviglioso.

E allora?

Costruiamolo da soli!

Allora, rimbocchiamoci le maniche e vediamo come crearne un sistema universale applicabile a qualsiasi pista slot, anche vintage e analogica!

Tutto ciò di cui abbiamo bisogno è una manciata di componenti ed un po’ di buona volontà.

Il principio del contagiri – cronometro si basa sul concetto di interruzione di una comunicazione elettromagnetica, sia essa luminosa, laser o di tipo reed. A titolo di esempio per il nostro prototipo useremo i LED a 12V ad alta luminosità, che potremo collegare direttamente e con semplicità all’alimentatore della nostra pista slot. All’altro capo del raggio di luce monteremo un fototdiodo in grado di entrare in conduzione durante l’intreruzione del raggio luminoso. Abbiamo provato anche ad utilizzare una fotoresistenza, ma l’effetto “traguardo” era decisamente meno intrigante, e comunque i tempi di risposta della fotoresistenza sono molto superiori di quelli di un fotodiodo (le slot-cars sono piuttosto veloci in pista…).

I fotodiodi vanno inseriti all’interno della traccia della pista, fissandoli con la parte fotosensibile verso l’alto. Ovviamente sarà necessario operare una modifica su di uno o più settori “rettilinei” per aprire una finestrella alla  stessa altezza su ciascuna corsia. Inutile dire che l’effetto finale risulterà ottimizzato per piste in scala 1/24, quelle cioè con una maggiore distanza tra una corsia e l’altra, ma con un minimo di perizia è possibile fare in modo che tutto funzioni anche sulle classiche 1/32 (come la nostra vecchia PoliCar).

Ovviamente dobbiamo ripetere la medesima operazione per tutte le corsie della nostra pista (2 – 4 – 6 – 8…).

Il ponte sopraelevato per il traguardo

Occorre inoltre inserire i LED esattamente al di sopra di ciascuna corsia, cercando di indirizzare il fascio luminoso in modo perpendicolare al nostro fotodiodo. Anche in questo caso, la scelta di LED con lente in grado di concentrare la luminosità restringendo il fascio è risultata particolarmente utile. I LED potranno essere “immersi” all’interno di una struttura che sovrasti il rettilineo di arrivo. La presenza del classico pannello a scacchi con la scritta Start/Finish provvederà a nascondere la parte elettrica indesiderata, mentre un piano di costruzione e stampa in 3D darà la possibilità di creare anche un effetto “cono portalampada”. Cavi di alimentazione del fotodiodo e dei LED andranno inseriti in apposite guide, fatti correre lungo il supporto o all’interno di un piccolo foro sull’eventuale plastico.

Le connessioni

l fotodiodo è un particolare tipo di diodo fotorivelatore che funziona come sensore ottico sfruttando l’effetto fotovoltaico, in grado cioè di riconoscere una determinata lunghezza d’onda elettromagnetica incidente (assorbimento del fotone) e di trasformare questo evento in un segnale elettrico di corrente applicando ai suoi estremi un opportuno potenziale elettrico. Esso è dunque un trasduttore da un segnale ottico ad un segnale elettrico. Dal momento che la corrente generata dal fotodiodo è estremamente bassa, è possibile provvedere ad elevarla (con un transistor o un operazionale) per poter utilizzare il componente come un interruttore.

Occorre fare attenzione al fatto che il fotodiodo opera correttamente se polarizzato inversamente: nell’esempio, il catodo va verso il PIN A0, l’anodo verso GND.

Inoltre i LED a 12V in genere vengono consegnati con un miniresistore di valore appropriato “annegato” all’interno della guaina termorestringente, quindi potrebbe non essere necessario il resistore da 1kΩ. L’alimentatore è quello della pista slot. Leggiamo il valore di A0 e definiamo un valore di “soglia” oltre la quale il fotodiodo non riceve luce (vale a dire quando è coperto dalla macchinina).

Se preferite utilizzare Raspberry, basterà collegare il nostro fotodiodo tra i 3.3V e GND, prelevando il segnale e portandolo su di un pin opportuno del Raspberry, quindi definire il livello di transizione da LOW ad HIGH.

Il condensatore (da 1 μF / 50 V) viene inserito per filtrare eventuale rumore elettrico del circuito.

Arduino o Raspberry?

Dipende da ciò che intendiamo produrre via software. Se abbiamo una pista a 2 corsie e ci interessa solo un contagiri elettronico, un visualizzatore del tempo totale o del miglior giro in pista, ci basterà un Arduino Uno R3 ed un display LCD di tipo 2004 con 4 righe da 20 caratteri, un piccolo OLED tipo SSD1306 128×64. o un display 480×320 da 3.5″. Giocando opportunamente con i timer non bloccanti è possibile realizzare qualcosa di decente.

Se invece vogliamo “fare sul serio”, e produrre un sistema completo di cronometraggio in multi-thread (con un thread per ciascuna corsia, più uno dedicato al coordinamento), gestione dei tempi migliori e tempo globale per ciascuna corsia, avvisatore acustico vocale MP3 per i migliori tempi, rappresentazione su display di tempi e posizioni per ciascuna corsia, modalità gara e modalità training, collegamento con il “panic button” in caso di incidente e dotato di sistema audio digitale ad alte prestazioni… beh, allora sarà necessario ALMENO un Raspberry PI 4!

Considerazioni finali

Abbiamo visto come progettare un sistema per il cronometraggio elettronico con contagiri sia tutto sommato semplice, e richieda più che altro molta pazienza, Purtroppo l’appetito vien mangiando, ed è del tutto naturale che, una volta messo in funzione il nostro nuovo sistema, ci venga voglia di aggiungere caratteristiche e possibilità di configurazione.

Ma come  tutti noi sappiamo, “È quando il gioco si fa duro che i duri iniziano a giocare”… Noi abbiamo proposto alcune soluzioni, fateci conoscere le vostre, e se saranno valide troveranno spazio tra questi articoli.

A domani!

Link utili

Fotodiodo o fotoresistenza: cosa scegliere e perché

Voltmetro su ruote per test su pista per slot-cars

Titan 4.1 – Progettiamo un pulsante per slot.cars

 

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