在模型铁路中检测距离和速度的好方法是什么？

首先，我必须承认对现代微控制器及其软件的基本了解-我知道动力工程和大型电机要好得多（已有45年的历史了）。

现在，我的问题是：试图让子孙们对电子产品充满热情。他们喜欢模型铁路，因此我们正在逐步建立火车监控系统。

当前的问题：在不影响轨道功率的情况下，检测机车距特定轨道位置的距离（可选地为速度）。

控制平台：Stellaris Launchpad

考虑的选项：
* TSOPxxxx，带有“哑”固定频率振荡器和机车上的RF LED-如何获取速度信息？
* TSOPxxxx和发射器位于轨道旁，来自机车的反射-可以通过飞行时间来提高速度，也许
* 5伏红色激光，并通过红色LED作为传感器来检测中断（孩子们喜欢激光，所以...）-没有速度无需在每个检测位置使用多个设备即可进行检测
* RFID标签和位于轨道旁的线圈（将识别出特定的机车是一个加号）-没有速度信息
*超声波距离传感器-普遍存在且受到网民的良好支持，但覆盖范围太广我怀疑
*许多现成的模型铁路产品之一-与本练习的目的相反

那么，这些方法中的哪一个或任何其他方法，在软件方面给我的痛苦最少，却又有足够的机会让8到12岁的孩子从事电子设计并获得可以体验的结果？有什么陷阱要注意（除了可乐洒了）？

火车为N比例（1：160比例）。

其他答案为您的需求提供了出色的输入；我的回答完全集中在模型火车的接近（和存在）感测上，而没有识别，在我感兴趣的小尺度N和T尺度上。

考虑到您对软件简单性的需求，切碎的红外发射器/传感器组合将是最简单的。您提到的TSOP设备表明您已经在评估该路径。而是考虑专门为使用38 KHz斩波IR进行接近感应而设计的TSSP4P38：

说明一下可能对您已经很明显的情况：通过电磁波（IR，雷达等）的飞行时间进行距离检测对于您而言是不切实际的：鉴于光速，0到10时需要飞秒或更低的分辨率您可能正在使用的厘米目标距离（N比例为1：160）。我推测，在您在评论中提到的“现实世界”中的运输路径中，距离可能更大。

相反，模型铁路中使用的IR反射传感器机制通常涉及反射的IR信号的强度，这将随着机车方法的平方反比定律增加。

您的设备需要有一个TSLED6200和TSSP4P38之类的IR LED ，它们被安放在TSSP数据表第5页的图表中。组合将安装在轨道上的领带之间，各向一条。如果将其安装得足够低，并指向几乎与轨道平行，则外部物体的反射将最小化，轨道将充当闪烁器。

TSSP的输出是持续时间与反射IR成正比的逻辑电平脉冲。随着机车的临近，连续的脉冲变得更长，因此至少2个连续的脉冲（最好是几个连续的脉冲）的读数将提供一组脉冲持续时间，从而提供速度指示。从数据表：

TSSP4P38的输出脉冲宽度与发射器的距离或反射物体的距离几乎呈线性关系。TSSP4P38经过优化，可抑制节能荧光灯产生的几乎所有杂散脉冲。

如果您对设备的实际精度要求不高，则“快”对“慢”，“接近”对“后退”，当然还有在传感器范围内的机车都是可行的。

您将必须对系统进行基线分析以解决静态反射，例如来自风景的反射。同样，实际速度与连续脉冲长度的校准将提供“快速” /“慢速”范围映射。

可以使用您选择的微控制器上的定时器/计数器输入来测量脉冲持续时间。网络上有几个在Arduino上执行此操作的示例，但是正如您已经提到使用Stellaris Launchpad一样，可能需要进行一些研究。

这是解决方案的高级概述，请随时询问是否需要澄清某些方面。根据您的陈述背景，这不是一个隔夜的项目，但是可以在假日季节实现。您提到的某些现成的模型铁路产品使用此机制。

对于更一般的距离感应讨论，请从先前的问题中查看此答案。

如果我是一个自动化的模型铁路我就提上了火车车厢底部的条形码标签。然后散布在整个轨道上，然后将条形码读取器从轨道之间朝上放置。

这样，您可以检测汽车的位置，速度和身份。每辆汽车都有自己独特的条形码，而不仅仅是机车。

这种方法的位置感测非常顺畅，因为它取决于火车何时经过传感器。但这对大多数事情都应该适用。您始终可以将更多的传感器放在轨道上的重要点，而将较少的传感器放在无关紧要的位置。

这种方法的巨大优势是每辆火车的价格非常低，只有可以在激光打印机或喷墨打印机上打印的标签。每辆火车的复杂性非常低。而且，每辆车的重量也超轻。

我将通过使用IR LED和光电晶体管作为传感器（有些组件内置了这两种组件）并将它们连接到微控制器来实现这一点。每个传感器都有自己的微控制器。然后可以使用简单的网络（例如RS-485总线）将不同的传感器连接在一起。使用IR LED，将很难用肉眼看到传感器。每个传感器+ MCU的总成本可能低于3美元，这还不包括一块小的PCB。

我将从道路交叉口两侧的光遮断器或反射器方法开始，向正在驶入的火车发出信号并打开闪烁的红色LED。远程跟踪也可以连接到火车地图，其中包含火车穿越，直达和速度的指示器。

条形码扫描器看似简单，除非您必须处理激光束安全性，标签速度跟踪速率和计算条形码间隔时间以计算速度并验证代码内容以确定软件中的直接离子。

将项目分解为；

• 系统功能设计
  • 输入，过程，输出（包括错误触发拒绝）
• 电子设计
  • 原理图，物料清单，布局
• 光路设计
  • 发射器和检测器的路径和范围，频率响应，噪声抑制
• 建设与测试
  • 轨道电源断开，噪声过滤以及机械，电气细节

红外可以最容易地检测到信号中断，也可以检测到来自同一侧的信号反射，检测范围更广。到两个相邻检测器的顺序告诉哪个方向，时间间隔指示速度。可以使用模拟或数字方法进行测量。

红外条形码扫描仪要么以恒定的速度依靠经过检测器的代码，要么依靠光的散射或吸收黑碳，使发射器被反射通过条形码以进行检测。朝上的稳定激光束需要进行光学更改，以将功率降低至安全水平或扩展，然后聚焦较短的路径长度，以降低杂散光的功率密度。