Community-Projekt: Elektronische Zielscheiben

[Fritze]

Ich hab schonmal eine Rückseite der Zielscheibe fertig gemacht. Eine Kerbe rundherum greift in die Vorderseite, sodass insgesamt drei
Kontaktflächen das Innenleben abdichten. Der Plan wäre dann, die Kerbe mit Epoxidkleber vollzugießen und dann die Vorderseite da
reinzudrücken, damit das komplett wasserdicht wird. Vorausgesetzt natürlich, dass die Vorderseite tatsächlich so bleibt, wie bisher geplant.

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Das Teil habe ich jetzt massiv aus PLA gedruckt mit einer Materialstärke von 3mm an der dünnsten Stelle, damit da auch nichts brechen kann.
Das führt zu einer recht schweren Scheibe; nur die gezeigte Rückschale wiegt ein viertel Kilogramm. Aber nach der gebrochenen Vorderseite
will ich kein Risiko mehr eingehen. Ich habe ein bisschen mit den Dovetail-Schienen vom ersten Entwurf rumgespielt, die scheinen ganz brauchbar
zu sein. Deswegen habe ich jetzt zwei davon auf der Scheibe, die senkrechte Schiene habe ich aber rausgenommen, weil die zu kurz für
eine feste und wackelfreie Montage war. Außerdem hab ich eine Markierung für "oben" mit eingedruckt, weil ja eventuell eine Positionsbestimmung
für Treffer mit reinkommt und dann die Orientierung wichtig wird.
Und durch die Fassung hindurch muss dann erstmal die Platine der Signalordnung/Gleichrichtung verlötet werden, also großer Kabelwust.

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Nach dem Verlöten müssen sämtliche Sticker wieder ab und dann passt der Kabelalbtraum in den Zwischenraum von Vorder- und Rückschale.
Die Platine habe ich genau genug auf Passung geschliffen bekommen, dass man die mit etwas Druck da reinstecken kann und sie von selbst
festklemmt. Ein bisschen Epoxid sorgt dafür, dass sich auf Dauer nichts loswackelt.

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Und sämtliche zukünftigen Platinen mit Auswerteelektronik/Funk/etc. kann man einfach von oben einstecken.


Budget: 45.73 - 6.43 = 39.30€

[FeKaliumnitrat]

Ich bin jetzt dazu gekommen, die neue Vorderscheibe aus PETG mit Beschuss auf den Schlimmstfall zu testen. Und jetzt habe ich zwei gute und zwei schlechte Nachrichten für euch.

Schlechte Nachricht: Die Scheibe ist wieder im Arsch.

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Die gefärbten Ringe aus PLA sind, wie zu sehen ist, auch vom PETG-Grundmaterial abgelöst worden (siehe die helleren Stellen unter dem PLA). Ich hatte aber ja schon
vorher angemerkt, dass das wahrscheinlich passieren würde. Man kanns aber ja mal versuchen.
Die zweite schlechte Nachricht ist, dass die dickere Scheibe wie befürchtet auch zu deutlich weniger Output führt. Also weniger nutzbarer Strom.

Die gute Nachricht ist, dass ich euch diesmal wenigstens Aufnahmen der Treffer liefern kann:

Treffer auf die Mitte der Scheibe mit etwa 7 Joule, Spannung = 9V ( Energie etwa 0.9mJ ):

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Treffer auf den Rand der Scheibe mit etwa 7 Joule, Spannung = 5.4V ( Energie etwa 0.3mJ )

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Zweite gute Nachricht ist, dass ich den Fehler vermutlich gefunden habe. Eine massive PETG-Scheibe kann eigentlich nicht so einfach von Paint zerschossen
werden. Der Epoxidkleber kriecht extrem gut, was normalerweise auch gewünscht ist, damit er sich in jeder noch so kleinen Niesche festfrisst. In diesem Fall
glaube ich aber, dass er dadurch auch sehr gut darin ist, das PETG durch Lösungsvorgänge oder Einwanderung von Monomer ins Grundmatierial spröde zu
machen. Nach dem Kleben ist die Scheibe jedenfalls wesentlich weniger flexibel und ließ sich mit Hand weiter zerbrechen, was vorher unmöglich gewesen wäre.

Es steht jetzt eine Handvoll verschiedener Lösungsansätze im Raum, mit jeweiligen Vor- und Nachteilen.

1.) Gleiche PETG-Scheibe nochmal drucken und ohne Kleber beschiessen. Wenn das läuft, anderen Kleber suchen. Eventuell kann man die Piezos auch ohne
Kleber einfach anschmelzen, zumindestens sieht das im Vorfeld realistisch aus.

2.) Die gesamte Vorderscheibe aus Epoxid giessen. Das Zeug ist extrem widerstandfähig und man kann die Piezos direkt darin versenken. Ergibt dann eine
stärkere Scheibe mit (potentiell) mehr Stromoutput, weil die Bewegung direkter auf die Piezos übertragen wird. Nachteil wäre, dass nicht jeder damit arbeiten
kann; dafür braucht man erstmal die entsprechenden Formen und Harze.

3.) Ghetto; wir einigen uns auf irgendeinen genormten Plastikeimer, der mit Sicherheit Beschuss aushält. Und dem wird dann der Boden abgesägt und
zur Scheibe umgebaut.

4.) Fuck it, Metallscheibe. Piezos und Rahmen anschweissen. Probleme mit Stabilität der Front sind damit weg und auf den Piezos ist dann mit absoluter
Sicherheit genug Bewegung, um anständig Strom zu erzeugen. Das mit Elektronik darin wasserdicht zubekommen, wird dann aber schwieriger. Dadurch
Funk zu senden, wird wesentlich schwieriger. Und die Vorderseite müsste lackiert werden, was nicht ewig lange halten würde. Und es könnte ausschließlich
mit Zugang zu Schweißausrüstung nachgebaut werden.

5.) Man könnte halt auch einfach ne Batterie reinsetzen. Die Frontscheibe könnte dann beliebig dick gedruckt werden. Hieße natürlich, dass man vor der
Herausforderung kapituliert hätte.


Ich werde die jetzt von mir aus erstmal in der dargestellten Reihenfolge durchgehen. Kann ja jeder dazwischenschreien, der eine Präferenz oder noch andere
Vorschläge hat.

[Ralf71]

Hi,

Was ist denn wenn man die Front wirklich aus Metall (Edelstahlscheibe) macht, sich die Lackierung schenk, die Piezos auf der Scheibe fixiert (Epoxi oder 2K Loctite) und dann die Edelstahlscheibe mit der gedruckten Rückseite vergießt?

Gruß Ralf

[alois.hanse]

Wie sieht es denn aus mit der Lösung aus Metallscheibe und die Piezos via Doppeseitigen Klebeband drauf?
3M hat da gute Sachen.

Farbige Grüße

[FeKaliumnitrat]

Eine Metallscheibe fest mit der Plastik-Rückseite übers Vergiessen zu verbinden, sollte meiner Einschätzung nach gehen, wenn man vorher
einen entsprechenden Rand an die Metallscheibe anschweißt. Und dann kann man die Piezos auch gleich anschweißen.
Nur mit Epoxid (auch Loctite) auf der flachen, flexiblen Metallfläche geht da aber garnichts, das platzt sofort ab.

Durch die 3M-Palette habe ich mich jetzt mal durchgewühlt, das richtige Klebeband für diese Anwendung wäre scheinbar das 3M VHB 4932 50mm.
Das scheint sowohl für das permanente Verbinden der Piezos mit einer Metallfront als auch für das Verbinden von Metallfront und
Plastikrückseite gut geeignet zu sein; Problem ist hier aber der Preis. Für eine Rolle Tape wollen die bis zu 295€ haben, das ist ein bisschen viel.
Es gibt davon scheinbar leider nicht die kleineren 3m-Rollen, zumindestens habe ich keine gefunden.

[alois.hanse]

Ich hatte mal mit nen Kumpel der Fräse hat darüber gesprochen, seine Aussage eine Scheibe mit entsprechenden Passungen für Piezos anzufertigen wäre machbar.
Was das 3M Band angeht ich schau nachher mal welches wir auf Arbeit nutzen.

[FeKaliumnitrat]

Bevor wir hier mit Metall anfangen, versuche ich das aber ein letztes Mal mit 3D-Druck zu regeln. Das Ganze soll ja so einfach wie möglich
nachzubauen sein und nen Drucker wird man sowieso brauchen, also sollte man soviel wie möglich damit erledigen.

Die gebrochenen Scheiben sind mit Sicherheit ein Ergebnis meines Epoxidklebers, zumindest das PETG hätte sonst gehalten.

Ich habe jetzt das Material auf Polycarbonat gewechselt (das Zeug, aus dem auch Maskengläser sind) und habe eine neue CAD
geschrieben, bei der Lücken für die Piezos direkt in der Scheibe sind. Und statt irgendwas zu kleben, hab ich die jetzt in
die Scheibe mit eingedruckt.

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Vorher lagen die Piezos ja angeklebt hinter der Vorderscheibe und haben da nichts zur Stabilität beigetragen. Jetzt sitzen sie
relativ weit vorne (0.65mm zur Vorderseite) und können die Energie des Treffers mit verteilen. Dadurch kommt mit Glück auch
wieder mehr Saft raus, müssen wir mal sehen.

Ich muss das jetzt erstmal durch nen Stresstest jagen. Wenn das funktioniert, ist diese Variante deutlich besser als Metall,
einfach weil mehr Leute das mit ohnehin notwendigem Geräten billig nachbauen können. Falls ich die jetztige Scheibe auch
wieder zerkrümelt bekomme, wissen wir zumindest mit Sicherheit, dass wir auf Metall wechseln müssen.

Budget: 39.30 - 4.89 = 34.41€

[Jens]

Bin gespannt auf Neuigkeiten.

[FeKaliumnitrat]

Ja ja, hast ja recht. Ich muss mich mal wieder ransetzen.

Also Folgendes: Die Polycarbonat-Version war die bisher schlechteste aller Scheiben. Das Eindrucken der Sensoren schwächt die Struktur viel zu sehr;
ich hab da die ersten zwei Testschüsse direkt durch die Scheibe gehauen. Das mit dem permanenten Eindrucken der Sensoren hat auch leider ganz
hervorragend funktioniert, sodass die alle mit übern Jordan gegangen sind.
Das waren natürlich alles Worst-Case-Tests bei denen die Scheiben kaputt gegangen sind (10cm Abstand mit knüppelharter Paint), aber trotzdem
ist eine Zielscheibe ohne zweifelsfreie Beschussresistenz natürlich völliger Unsinn.
Und das bringt mich in eine Zwickmühle; einerseits muss wohl eine Metallfront her, andererseits soll das Ganze aber leicht nachzubauen sein.
Und das ist prinzipiell erstmal ein Widerspruch, weil nur wenige Leute zu Hause wirklich mit Metall arbeiten können. Alois hat schon die Möglichkeit
von Spezialklebeband angesprochen, das ist aber für individuelle Nachbauten nicht realistisch bezahlbar.

Ich hab schon Stahlscheiben in verschiedenen Dicken bestellt, knapp 14€ für drei 200mm-Scheiben. Ich hab 1-2 Ideen, wie man das mit normalem
Teppichklebeband lösen könnte, sodass man preislich dafür bei ein paar Euro bleibt. Muss ich aber erst ausprobieren.
Und die Idee einer batteriefreien Zielscheibe ist damit wahrscheinlich auch aus dem Fenster, da wird jetzt zumindest ne Knopfzelle rein müssen.

Budget: 34.41 - 13.91 = 20.50 €

[Jens]

Verrückt, am Anfang klang es nur für den Laien kompliziert.
Besten Dank für das Update.

[Fritze]

Mission Statement

Ich habe jetzt eine ganze Weile darauf rumgebrütet, wie man hier weitermacht. Versuche mit High-Tech-Polymer hier,
CNC-gefräste Frontscheibe dort ... und letzten Endes ist das alles Mist. Der Sinn der ganzen Geschichte hier ist, dass
das Ergebnis für möglichst viele Leute nachbaubar ist. Dazu gehört einerseits, dass die Daten, Layouts usw. Open-Source
sind; auf der anderen Seite muss aber das Know-How und die nötige Ausrüstung auch möglichst weit verbreitet sein.

Je weiter ich das Teil denke, desto schwieriger wurde es für die Allgemeinheit zu kopieren - und entfernt sich damit auch
weiter vom Sinn der Sache. Deswegen habe ich jetzt nochmal komplett neu angesetzt. 3D-Druck wird immer noch
benötigt, da Drucker mittlerweile weit verbreitet sind und wir zwangsläufig ein Gehäuse brauchen - aber nur noch einfarbige Drucke.
Elektronik ist auch per Definition nötig, deswegen muss immer noch eine Platine geätzt werden - aber ich werde zusehen,
dass sämtliche Leiterbahnen so dick wie irgendwie möglich sind, damit jeder das in seiner Küche mit ein paar Versuchen hinbekommt.
Abgesehen davon habe ich mir jetzt eine Lösung überlegt, die so Ghetto-tauglich wie möglich ist und hoffentlich nur
noch Standard-Materialien benötigt.


Wie geht es weiter?

Die Kernfunktion einer jeden Zielscheibe ist Resistenz gegenüber Beschuss. Der PETG-3D-Druck und ein dicker PLA-Druck
würden das meiste einstecken können, aber im Worst-Case-Belastungstest habe ich bisher alles kaputt bekommen, das
ist nicht gut genug. Deswegen kommt jetzt eine Metallfront her. Nach einigen Test habe ich die Scheibe der Wahl gefunden,
bekommt man in der Bucht als "200mm Stahl Ronde, Dicke 1.5mm". Also eine runde Stahlscheibe mit 200mm Durchmesser
und 1.5mm Dicke, kostet mit etwa 2.50€ fast nix.

Scheibe.jpg (96.2 KiB) 6434 mal betrachtet

Es wird außerdem die Idee mit der batterielosen Zielscheibe verworfen, weil sich das mit Stahlscheibe als nicht umsetzbar
herausgestellt hat. Da kommt entweder ein 9V-Block rein (Vorteile: 9V-Blöcke werden auf dem Feld ohnehin gebraucht und
die Funkreichweite kann wahrscheinlich etwas erhöht werden) oder eine 3V-CR2450-Knopfzelle (Vorteile: Sehr klein und
bis zu einem Jahrzehnt haltbar); da kann gerne schonmal hier diskutiert werden, was euch lieber ist.

Es gibt noch mehr Neues und bereits gelöste Probleme, aber keiner will auf nen Sonntag einen Roman an die Stirn geschmissen
bekommen. Kommt die Tage.

Bis denn erstmal, hoffe ihr seid alle schön wählen gegangen und haut rein.
Jens

[Gigagnouf]

Die Frage war jetzt, wie man eine Stahlscheibe an einem Kunststoffgehäuse befestigt. Schweißen und das meiste an Metallbearbeitung
fällt weg, weil das dann nur wenige nachbauen können. Die Piezosensoren müssen ja zusätzlich von innen an der Frontscheibe befestigt sein,
was man auch über Schrauben nicht regeln könnte. Eindrucken ist blöd, weils bisher nicht funtioniert hat. Aushärtende Klebstoffe wie Epoxid
fallen weg, weil sie über Zeit durch Vibration vom Metall abplatzen würden.

[mention]alois.hanse[/mention] hatte schon vorgeschlagen, doppelseitiges Spezialklebeband zu verwenden. Das professionelle Zeug fällt leider
preislich völlig aus dem Rahmen, aber Ghetto hilft uns hier weiter. Das normale gelbe Teppichklebeband, von dem wahrscheinlich jeder irgendwo
eine Rolle rumfliegen hat, klebt unsagbar auf Metall und ziemlich gut auf PET. Es lassen sich mit einer Schicht sowohl die Piezos auf die Front
als auch die Front auf das Gehäuse kleben (Beschusstest ist bereits gemacht, die Piezos wackeln sich auch im Worst-Case nicht los).

Damit das gut hält, muss aber die Oberfläche zwischen Stahlplatte und Gehäuse so groß wie möglich sein und die Piezos müssen gut angedrückt
werden können. Dazu habe ich jetzt auf 20mm-Piezos gewechselt (35mm sind jetzt unnötig, da wir ja auf maximale Energieausbeute nicht mehr
angewiesen sind).

Das erste neue Design ist die Aufnahme der Frontscheibe, quasi eine "Zwischenplatte":

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Die Vorderseite davon hat eine Fassung für eine 1.5mm-Stahlplatte, 13 Fassungen für 20mm-Piezos und ansonsten eine größtmögliche
Oberfläche für den Kontakt zur Stahlfront (ebenfalls bereits getestet, die bekommt man zerstörungsfrei nicht wieder auseinander).
Der nach vorne treffbare Rand aus Kunststoff ist 5mm breit und als 4mm-Fase mit 45° abgewinkelt, sodass ein gerader Worst-Case-Aufschlag
von Paint auf Plastik unmöglich sein sollte, ohne vorher am Stahlrand aufzuplatzen.
Die Rückseite hat Kabelkanäle und Löcher, um die Sensoren von hinten an der Stahlplatte festdrücken zu können. Macht spätestens beim
übernächsten Post Sinn, warum das so sein muss.

Diese Zwischenplatte sollte am besten aus PETG gedruckt werden, nicht PLA. Zum Einen kann ich nur für PETG mit Sicherheit sagen,
dass die Klebeverbindung einwandfrei stark genug ist; zum Anderen wird die Stahlscheibe bei Treffern einen gewissen Schlag weitergeben,
sodass ein etwas flexibleres, wenig brüchiges Material hier angebracht ist.
Dafür ist die Auflösung des Druckes aber völlig wurscht, das sieht nachher eh keiner. Auch ein relativ hingerotzter Druck wird hier seine
Aufgabe problemlos erfüllen, oder extrem billige Drucker, die mit PETG nicht ideal umgehen können. Supports oder ähnliches wird auch
nicht benötigt.

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Nächstes Mal kommt die Montage der Sensoren und Stahlscheibe, dann wird das Design wahrscheinlich noch etwas einleuchtender.

Reingehaun.

Budget: 20.50 - 9.66 (Piezos) - 3.67 (3D-Druck) = 7.17€

[alois.hanse]

Am besten kann man sich nackte 20mm-Piezos kaufen und selbst bedrahten, fertig bedrahtet
sind die nämlich gerne mal um Faktor 10 überteuert. Ich empfehle hierfür 0.25mm Kupferlackdraht,
was später zusätzlich einiges an Platz und Nerven spart, da man ja den Kabelwust letzten Endes
zwischen Frontplatte und Platine quetschen muss:

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Damit die Ausrichtung genau passt, sollte man die Sensoren leicht in die Fassungen der
PETG-Scheibe einkleben, wobei aber wichtig ist, dass sie dort nicht permanent fixiert sind (die Piezos
müssen später an der Metallseite festkleben, ansonsten kann die Trefferbestimmung nicht funktionieren!).
Ich habe sie dazu mit der mikroskopischen Karikatur eines Tröpfchens von CA-Kleber in die Fassungen
geklebt, man könnte aber auch Prittstift nehmen oder sie mit einem Heißluftföhn leicht am Plastik festschmelzen.
Hauptsache, sie bleiben für ein paar Minuten in Position und lassen sich danach wieder lösen.

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Die gesamte Fläche muss dann gründlich mit Aceton entfettet werden. Keine Sorge, PETG hält das
aus. Die Metallscheibe muss ebenfalls gründlich mit Aceton entfettet werden und wird dann mit dem altbekannten
gelben Teppichklebeband eingedeckt. Ich empfehle das Tragen von Handschuhen beim und nach dem Entfetten,
damit man nicht versehentlich danach mit den Fettflossen wieder alles zuschlonzt.

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Wichtig: Der nächste Moment zählt. Sobald man die Metallplatte an die Plastikscheibe ansetzt, ist alles vorbei.
Das geht nämlich dann nicht mehr auseinander, ohne die PETG-Zwischenscheibe und eine Handvoll Piezos übern Jordan
zu jagen. Also vorher genau schauen, dass alle Sensoren korrekt in ihren Fassungen sitzen, das Klebeband gut und glatt
verteilt ist, die Metallscheibe gut in die PETG-Fassung passt und alles entfettet ist.
Wenn alles richtig sitzt, sollte man jetzt die beiden Scheiben für eine halbe Stunde so kräftig wie möglich festdrücken. Also
Büchersammlung, Schwiegermutter, Kommode - halt irgendwas ordentlich schweres da ne Weile lang draufstellen.
Danach werden die Sensoren durch Rückseite an die Stahlscheibe geklebt:

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Durch die Löcher passt z.B. ein Edding; man drückt also durch die Rückseite die Piezos an der Vorderseite fest. Hat in dieser
Reihenfolge den Vorteil, dass die Position genau passt. (Würde man die Piezos zuerst an die Stahlscheibe kleben und danach
die Rückseite aufsetzen, würden die Piezos nicht exakt in ihren Fassungen sitzen und damit auch die ebene Klebefläche zwischen
Metallfront und Gehäuse ruinieren).
Hierbei sollte man sich etwas Zeit nehmen und möglichst viel Druck ausüben; alle Sensoren müssen gleichmäßig an der Stahlscheibe
und nicht an der PETG-Scheibe kleben. Da später die Trefferposition über den Ausschlag des Sensors ermittelt werden soll,
würde bei ungleichmäßig verklebten Sensoren die Positionsbestimmung nur Müll ausspucken.

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Der nervige Teil bleibt auch diesmal nicht aus; alle Kabel müssen markiert werden. Die Nummerierung muss dabei von den
Fotos übernommen werden, da sich die Platine und die Software daran orientieren werden! Auch Plus/Minus muss an den
Kabeln markiert werden, wobei ich den äußeren Messingring im Folgenden als "Masse" oder "Minus" definiere und den
mittleren weißen Flatschen als "Plus". Bitte im Hinterkopf behalten: Beim Einlöten der Kabel in die Platine kann man die Kabel
nicht mehr zurückverfolgen, dann müssen die Markierungen da sein.

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Die Kabel können jetzt in die Kabelkanäle eingelegt und mit CA-Kleber befestigt werden. Dies ist notwendig, damit sie beim
Aufsetzen der Gehäuserückseite nicht in die Quere kommen.

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Und damit ham wirs jetzt endlich hinter uns, eine beschusssichere Scheibe! Wär hätte es für möglich gehalten? Bei sämtlichen
folgenden Arbeiten müssen wir uns jetzt keine Sorge mehr über die Montage von Kunststoff und Sensoren auf Metall machen,
sondern es liegen nur noch relativ einfache Verbindungen zwischen Kunststoffteilen vor uns.

[Fritze]

Gegen das grundsätzliche Design der Rückseite hat ja bisher keiner gepöbelt, deswegen habe ich das jetzt so übernommen.
Die Innenseite ist jetzt aber komplett flach, erstens kann man dann ohne Supports drucken und zweitens ist die Klebefläche
damit so groß wie möglich:

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Ich habe das aus PETG gedruckt; auch PLA, ASA oder eine mit viel Liebe aus Pappmasché zusammengekleisterte Scheibe sollte
aber hier ihren Dienst tun. Für einen Druck aus PLA rate ich aber dringend von schwarzer Farbe ab, da in praller Sonne sonst
das Material warm genug wird, um sich zu deformieren. Aus PETG aber kein Problem.
Im Gegensatz zur Zwischenplatte kann man sich hier ein bisschen Mühe dabei geben, einen vernünftig aussehenden Druck
hinzulegen; das hier ist schließlich der mit Abstand größte sichbare Teil vom Gehäuse.

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Da man jetzt zwei Kunststoffflächen vor der Nase hat, kann man problemlos mit Klebstoff weiterarbeiten. Wer Klöten hat, benutzt
hier Cyanacrylat; dieses verzeiht zwar keine Fehler, liefert aber eine extrem stark permanent verschweißte Zielscheibe und machts
wahrscheinlich sogar noch wasserdicht. Alternativ könnte hier aber auch wieder doppelseitiges Teppichklebeband verwendet
werden.
Nachdem ich also die Zwischenplatte großzügig mit CA-Kleber ersäuft hatte, kam die Rückschale darauf. Natürlich darauf achtend,
dass die "oben"-Markierung tatsächlich nach oben, also direkt auf Sensor 2 zeigt.

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Das ist jetzt ein Teil, nichts davon ist zerlegbar sondern alles ist permanent verbunden. Macht einen sehr stabilen Eindruck und ist
gleichzeitig noch ziemlich kompakt. Die Scheibe hat insgesamt 7mm Dicke und die dickste Stelle des Gehäuses hat 22mm. Das
Gewicht ist bedingt durch die Stahlscheibe natürlich jetzt relativ hoch, mit sollte mit 623g aber auch von billigsten Stativen noch
zu tragen sein.

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Budget: 7.17 - 3.45 = 3.72€

[FeKaliumnitrat]

Ich habe jetzt ein neues Board entworfen. Ich habe im Vergleich zum vorherigen Plan einiges stark vereinfacht
bekommen, sodass aktuell nur eine einzelne, einseitige Platine notwendig ist (das Routing ist deswegen am Controller
ein wenig eigenwillig, da müssen die professionellen Elektroniker sich halt einmal kurz beherrschen, sich nicht
die Lötkolben in die Klüsen zu rammen).
Die kleinste erforderliche Leiterbahnbreite ist 0.5mm und da jetzt keine zwei Seiten mehr aufeinander ausgerichtet
werden müssen, sollte das alles easy "küchentauglich" sein. Und wer keinen Bock auf selbst Ätzen hat, für den
bekommt auch jeder Hackspace das problemlos hingeschissen.

Platine.gif (76.31 KiB) 5828 mal betrachtet

Ich gebe euch jetzt einmal die Tour durch den bisherigen Aufbau, und bei Änderungswünschen müsst ihr rechtzeitig schreien.

Als Spannungsversorgung sind zwei dicke Lötpads drauf, damit man im Nachhinein im Gehäuse immer noch grobmotorisch
daran rumlöten kann. Die Spannungsversorgung geht direkt auf das Funkmodul, geht aber für den gesamten Rest der Elektronik
vorher durch einen 5V-Festspannungsregler. Auf die Art kann man von 5V bis 12V alles anklemmen und hat mehr Spielraum
bei den Funkmodulen. Viele Funkmodule können mit Spannungen oberhalb von 5V betrieben werden und haben dann etwas
mehr Sendeleistung. Die Verbindung zwischen 5V-Controller und 5-12V-Funkmodul ist über einen Optokoppler geregelt,
sodass auch beim Wechsel der Stromversorgung nichts eingestellt oder umgelötet werden muss. [Für Leute vom Fach: Ich weiss,
per Optokoppler müsste (laut LMV815-Datenblatt) die maximale Datenrate auf optimistisch 10kHz und pessimistisch 2kHz kastriert
werden. Das würde mich aber jetzt erstmal nicht weiter stören, weil ja erwartungsgemäß nur 2-4 Bytes an Daten gesendet
werden müssen. Mal sehen ob es so bleibt.]

Spannungsregler.gif (87 KiB) 5828 mal betrachtet

Der Sender kann im Prinzip alles von den gängigen Modulen sein, solange es zur Versorgungsspannung passt. Es gibt "OOK-
Funkmodule" von 80 Cent bis 20€, wobei das untere Ende aber ziemlicher Müll ist. Da dort eine fette Stahlscheibe vor liegt, durch
die man durchfunken muss, sollte man an der Stelle vielleicht nicht allzu knauserich sein. Ich versuche das erstmal mit den
7€-Modulen, die ich ohnehin hier rumliegen habe. Der Sender ist am rechten unteren Rand verstaut:

Sender.gif (79.83 KiB) 5828 mal betrachtet

Als Controller habe ich zunächst mal einen AtMega88 verplant, die Kosten irgendwo zwischen 1.20-1.80€. Für diese Aufgabe
sollte man den zum Stromsparen deutlich runtertakten können, ein 20MHz-Prozessor ist hier definitiv nicht nötig. Was wir
aber auf jeden Fall brauchen, ist eine Wagenladung Ports für die 13 Sensoren, das Funkmodul und alles Weitere. In der im
nächsten Bild gezeigten Bauform kann man das auch ohne riesige Erfahrung am Lötkolben noch hinbekommen. Für die
komplett anfängerfreundliche DIP-Bauform war hier leider kein Platz.

Controller.gif (79.62 KiB) 5828 mal betrachtet

Die Programmierschnittstelle ist fest auf dem Board verbaut. Zwar ein wenig "kreativ" nach vorne gerichtet, also entgegen
der intendierten Ausrichtung montiert, dafür bleibt die Platine aber einseitig und die Schnittstelle kann auch bei fest
verbauter Platine noch im Nachhinein angeschlossen werden.
Für die Leute ohne Elektronik-Vorerfahrung: Man kauft sich ein 8€-Programmiergerät. Das Programmiergerät hat zwei
Enden, das eine ist der unten gezeigte 6-Pin-Stecker, das andere ist USB. Der 6-Pin-Stecker kommt an die Platine, der USB-
Anschluss an einen PC und dann kann man den Controller quasi beliebig oft übern PC neu brennen. Die Software zum Brennen
ist Freeware und ausreichend kinderfreundlich. Die Software für den Controller stelle ich dann hier bereit und die kann einfach
Copy-Paste von mir übernommen werden.

ISP-Schnittstelle.gif (78.15 KiB) 5828 mal betrachtet

Damit keiner im Code des Controllers rumpfuschen muss, ist der frühere Vorschlag auch schon integriert, dass man
einige Einstellungen über Jumper lösen kann:

Identifikatoren.gif (77.86 KiB) 5828 mal betrachtet

Ich könnte also die Software so schreiben, dass der Controller diese drei Jumper ausliest und dementsprechend Einstellungen
ändert, ohne dass der Benutzer irgendwas am Code verstehen (geschweige denn selbst ändern) muss. Vorerst habe ich die
für die ID der Scheibe eingeplant. Dadurch ergibt sich dann als ID der Scheibe eine Zahl in binär. Also:

Keine Jumper eingelötet = binär 000 = Scheiben-ID 0
Nur rechter Jumper eingelötet = binär 001 = Scheiben-ID 1
Nur mittlerer Jumper eingelötet = binär 010 = Scheiben-ID 2
Mittlerer und rechter Jumper eingelötet = binär 011 = Scheiben-ID 3
Alle Jumper eingelötet = binär 111 = Scheiben-ID 7

Es könnten damit also insgesamt 8 verschiedene Scheiben gleichzeitig betrieben werden, ohne dass man an der Software
rumstellen muss. Man könnte sie aber natürlich stattdessen auch für andere Einstellungen benutzen, ist nur ne Idee.

Die Sensoren werden von der Rückseite eingelötet und haben jeweils einen eigenen Verstärker:

Verstaerker.gif (77.83 KiB) 5828 mal betrachtet

Ich habe die jetzt erstmal so einfach wie irgendwie möglich ausgelegt. Zwei Widerstände, ein Transistor, Gesamtwert 6 Cent.
Erschütterungen der Scheibe werden bis zu einer bestimmten Stärke komplett geschluckt und ab irgendwo um 0.3J rum
wird ein quasi digitales Signal an den IC weitergegeben.
Auf die Art kann man sich sämtliche analoge Datenauswertung sparen. Aktives Signal ist Low, sodass man die internen
Pull-Up-Widerstände des AtMega nutzen kann und sich 13 Bauteile spart. Die Datenleitungen liegen also normal auf 5V
und fallen bei einem Treffer auf 0V.
Dadurch würden jetzt natürlich auch Spielereien mit den analogen Messwerten wegfallen, wie beispielsweise die
Mündungsenergie aus der Trefferenergie zurückzurechnen. Wobei vieles davon ohnehin nur schwer funktionieren würde.
Aber mal schauen was noch für Vorschläge kommen; danach richtet sich dann, ob man das so lassen kann.

Fürs erste sieht ein Treffer mit der vorgeschlagenen Platine aufm Oszilloskop folgendermaßen aus:

Testmessung.jpg (94.66 KiB) 5828 mal betrachtet

Die Ortung der Trefferposition müsste man jetzt erledigen können, indem man den ersten auslösenden Sensor bestimmt.


Und jetzt seid ihr gefragt: Was muss da noch drauf? Was muss anders? Auf der Platine sind noch gute 3cm² Platz, da ließe
sich noch das eine oder andere unterbringen. Auch Controller-Ports sind noch ein paar machbar.
Insbesondere Modding-Support möchte ich an der Stelle mal in den Raum werfen. Damit das Teil später leicht zweckentfremdet
werden kann, könnte man eine einfache Trefferausgabe da unterbringen. Aber wie soll die aussehen, was würdet ihr benutzen
wollen? Fragen über Fragen. Ich freue mich über eine hoffentlich rege Diskussion.

[Dayum]

Druck die Ringe doch aus nem TPU mit hohem Shore Rating. PETG und PLA sind da keine gute Wahl.

[FeKaliumnitrat]

Ich vermute du meinst die farbigen Ringe auf der Front für die "Zielscheiben-Optik"? Die hatte ich mehr oder weniger abgeschrieben.
Dünne Ringe aus 3D-Druck vor die Stahlscheibe zu kleben würde in der Tat aus PET oder PLA sofort brechen. TPU würde wahrscheinlich
auch schiefgehen, weils gerade in dünnen Schichten und draußen extrem schnell Wasser zieht. Außerdem kann das nicht jeder drucken.

Bisheriger Plan war die Stahlscheibe blank zu lassen oder, wenn Optik erforderlich, einfach zu lackieren.

[alois.hanse]

Moin,
die Scheibe lackieren reicht doch vollkommen, ne Schablone zum Sprayen ist schnell gemacht.

Finde das vereinfachte Board mega. Vlt lässt sich noch nen kleines akkustisches Signal unterbringen das beim Treffer nen kurzes Feedback ausspuckt.

Farbige Grüße David

[FeKaliumnitrat]

Gute Idee, dann kann man auch beim Aufbauen viel leichter schauen, ob die Scheibe ordnungsgemäß läuft.
Ich habe dazu jetzt einmal das Routing um die ISP-Schnittstelle komplett umgekrempelt, sodass insgesamt
vier zusätzliche Ports freigeworden sind.

Platine2.gif (65.05 KiB) 5466 mal betrachtet

Zwei davon können jetzt mit einem 35mm-Piezolautsprecher belegt werden (siehe Bild unten). Man kann den mit CA
auf die Rückseite der Platine kleben (siehe blauer Kreis), da die ja ohnehin nicht bestückt ist; damit hat der Lautsprecher
dann automatisch eine schöne Schwingfläche. Und der Anschluss läuft über zwei kleine Käbelchen von der Rückseite
der Platine in Durchsteckmontage nach vorne. Wer keinen Lautsprecher braucht, lässt ihn halt einfach weg.

Lautsprecher.gif (66.74 KiB) 5466 mal betrachtet

Im Gegenzug musste ich die Programmierschnittstelle umwursteln, da müssen jetzt zwei Jumper mehr als vorher rein.
Riesen Drama. Das sind einfach nur ein paar 0 Ohm-Widerstände, mit denen Leitungen auf derselben Platinenseite
überkreuzt werden können. Auf die Art muss weiterhin die Platine nicht doppelseitig sein.

Jumper.gif (67.59 KiB) 5466 mal betrachtet

Beteiligung ist jetzt gefragt

Durch besonnenes Aufräumen ist der verbleibende Platz weiterhin 3.5cm², da passt noch was rein.

Was ich insbesondere noch drinhaben möchte, ist eine "Modding-Schnittstelle". Aber dafür muss ich wissen, was die Leute
hier überhaupt nutzen würden. Ich vermute mal das "so einfach wie möglich" hier das Motto der Wahl ist, aber auch das
kann man verschieden anstellen.

Als einfaches Anwendungsbeispiel: Jemand will die Scheibe als Schalter für seine Buzzeranlage (die ja gerade recht beliebt sind)
zweckentfremden. Also z.B. 10-Seconds starten können, indem man mit dem Markierer als Fernbedienung quer übers Feld die
Scheibe triggert.

Wie würde dieser jemand die Scheibe mit seinem Modding-Gedöns verbinden wollen? Dafür auch mal drei einfache Beispiele:

1. Es gibt einen Signalausgang auf 5V.
Vorteile: Super leicht zu machen, braucht weder Leistung noch Platz. Zwei Lötanschlüsse auf der Platine, bei einem Treffer
kommt da ein kurzes 5V-Signal raus. Funktion ist komplett unabhängig von der Spannungsversorgung.
Nachteile: Kann keine Leistungen schalten. Bei ca. 30mA ist Schicht im Schacht. Ist außerdem empfindlich gegenüber
grober Idiotie, wer da 12V drauflegt zerschießt sich den Controller. Muss außerdem korrekt gepolt werden.

2. Es gibt einen Signalausgang der Versorgungsspannung
Vorteile: Ich würde da einen Leistungsmosfet reinsetzen, der kann dann auch ein paar Ampere Strom rausgeben. Ein Lötanschluss
auf der Platine, bei Treffern wird die Stromversorgung kurz dahin durchgeleitet. Ist unabhängig von der 5V-Elektronik der Platine
und fest gegen Überspannungen bis zu 36V.
Nachteile: Braucht Platz, die Platine wäre dann wahrscheinlich voll. Ob und wie das Signal sich sinnvoll verwenden lässt, hängt
dann von dem angeschlossenen Gerät und der Spannungsversorgung ab. Könnte die Platine abstürzen lassen, wenn der Signalausgang
mehr Strom bereitstellen soll, als die Stromversorgung hergibt. Funktioniert nur, wenn die Stromversorgung der Scheibe auch die
Stromversorgung der angeschlossenen Mod ist.

3. Es gibt einen Signalausgang eines Widerstandes (wahrscheinlich ein Reed-Relais)
Vorteile: Komplett unabhängig von 5V-Elektronik und Spannungsversorgung. Unabhängig von Polung. Zwei Lötanschlüsse
auf der Platine, bei Treffern geht der Widerstand zwischen beiden Anschlüssen gegen Null. Also quasi ein Schalter. Resistent
gegen Überspannungen und ließe sich auch bis zu 1A Stromfest machen, falls nötig. Lässt sich in der Modding-Gerätschaft sehr leicht
in andere Signale (3.3V, 5V, 12V oder was auch immer dort gebraucht wird) übersetzen.
Nachteile: Braucht Platz, Platine wäre sicherlich dann voll. Verbraucht nicht wenig Strom, auch wenn überhaupt keine Mod
angeschlossen ist. Aufwendigste der genannten Optionen.

[Jens]

Warum noch was dazu machen? So wie ich es sehe ist das Ziel erreicht. Zielscheibe mit Sound und fertig.

[FeKaliumnitrat]

Na gut, dann entscheide ich halt selbst. Kein Modding-Anschluss kommt mir jedenfalls nicht in die Tüte!
Ich habe jetzt ein Reed-Relais da mit draufgesetzt, damit sollte jeder arbeiten können. Wers nicht braucht, lässt es halt
weg. Zusätzlich ist die ISP-Schnittstelle, die fürs Programmieren des Ports ohnehin drauf ist, gleichzeitig als digitaler
3-Pol-Ausgang (Masse, 5V, Datenausgang) ausgelegt. So gibt es zwei Möglichkeiten die Scheibe an andere Anwendungen
anzuschließen, die sich ganz gut ergänzen.

Damit ist die Platine dann vorläufig fertig, mal schauen ob alles auf Anhieb so läuft wie geplant.

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[FeKaliumnitrat]

Die Platine ist bestückt und scheint soweit zu funktionieren. Der IC lässt sich ansprechen und programmieren, das Relais lässt
sich schalten, Stromversorgung sieht stabil aus usw.
Alles Weitere wird sich dann beim ausführlicheren Durchtesten und Programmieren zeigen.

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Wie man spätestens jetzt sehen kann, sind auf der vereinfachten Platine nicht großartig viele Bauteile. Die Menge an Lötarbeit
sollte für jeden zumutbar sein. Der von @alois.hanse gewünschte Lautsprecher ließ sich auf der Rückseite
problemlos unterbringen; die Platzierung war sogar so machbar, dass ich die Massefläche gleichzeitig dazu nutzen kann, die
Antennenleistung etwas zu verstärken.

[Seamen]

Die Platine ist jetzt mit der Scheibe verlötet und eingesetzt. Die Masseflächen der Piezos gehören dabei an die Anschlüsse
am Rand der Platine, die "Pluspole" gehören an die Anschlüsse innen:

1.jpg (92.11 KiB) 4816 mal betrachtet

Die Drähte sollten halbwegs sauber zusammengerollt werden und Platine wird dann mit beliebigem Kleber im Gehäuse
befestigt. Zur Isolation empfiehlt sich zusätzlich ein Stück Papier, Folie, Panzertape oder irgendwas unter die Platine
zu legen, damit der Lautsprecher nicht zufällig mit rumfliegenden Kabeln kontaktieren kann.

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Das Programmieren funktioniert jetzt ganz bequem über die ISP-Schnittstelle. Das Programmiergerät (ca. 8€) wird mit
dem USB-Ende an den PC angesteckt, der 6-Pin-Anschluss kommt an die Platine und fertig.

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Bringt natürlich nur was, wenn der Code auch fertig ist; da sitze ich gerade dran. Ausführliche Funktionsprüfung habe
ich aber bereits machen können, das läuft alles. Eine kleine Korrektur am Platinenlayout habe ich noch gemacht, das fällt
hier aber nicht weiter ins Gewicht. Checkliste bisher:

- Stromversorgung ist stabil im 5V-Netz als auch auf dem Sendemodul
- Controller (AtMega88PA) läuft und lässt sich programmieren
- Relais lässt sich schalten und hält das notwendige Timing ein
- das Feedback vom Relais ist unter Kontrolle und stört die restlichen Komponenten nicht
- der Lautsprecher spricht laut
- das Sendemodul funktioniert und lässt sich ansprechen, stabile Übertragungsrate bei aktuell 18.3 kBit/s
- die Sensoren funktionieren alle
- die Empfindlichkeit der Sensoren ist korrekt (Erschütterungen werden ignoriert, Schläge werden detektiert)
- der IC liest alle Sensoren zuverlässig und fehlerfrei aus
- es sieht vorläufig so aus, als ob der erste auslösende Sensor grundsätzlich mit der Trefferposition übereinstimmt

Nächstes Mal wird möglicherweise etwas anstrengend zu lesen, weil ich für Nachbastler dann Code, Timing und das
Funkprotokoll aufdröseln muss.

Grüße
Jens

[FeKaliumnitrat]

Ich hab euch ja gewarnt, selber Schuld.

Die Software ist soweit fertig und jetzt muss ich einmal das Timing aufdröseln. Wer nicht vorhat, die Scheibe
zweckentfremden/modden zu können, kann den Post hier getrost überlesen. Datengeballer incoming.

Paintball schlägt auf die Scheibe, Controller wertet die Sensoren aus und ermittelt die Trefferposition. Die Trefferposition
ist eine Zahl von 1-13, die den Sensoren in Post #63 entspricht. Das dauert nur etwa 20µs (0.02ms) und ist daher zu
vernachlässigen.
Es wird daraufhin mit einer Übertragungsrate von 18.3kHz gesendet (54.7µs pro Bit, 438µs pro Byte, 1.75ms pro Block).
Das Funkprotokoll besteht in chronologischer Reihenfolge aus einem Byte konstant high (11111111) zum Pegeln, einer
festen Präambel zum Ausschluss von Störungen durch andere Funkgeräte in der Nähe (00110101) und dann zwei Byte an Daten.

Das erste Datenbyte beginnt mit low (0), dann wird der Status der Jumper in der Reihenfolge links-mitte-rechts gesendet.
Kein Jumper eingelötet = 0
Jumper eingelötet = 1

Identifikatoren.gif (77.86 KiB) 4509 mal betrachtet

Planmäßig werden diese dann benutzt, um mehrere Scheiben voneinander unterscheiden zu können (wobei man die aber auch
anderweitig verwerten könnte). Die nächsten 4 Bits sind die Trefferposition als Binärzahl. Das erste Datenbyte ergibt sich daher als:

0 ; Jumper_Links ; Jumper_Mitte ; Jumper_Rechts ; Trefferposition_Bit3 ; Trefferposition_Bit2 ; Trefferposition_Bit1 ; Trefferposition_Bit0

Das zweite Datenbyte ist eine fortlaufende Nummer von 0-255. Bei jedem Treffer erhöht die Scheibe diesen Wert um Eins. Dadurch kann
der Empfänger beispielsweise die Trefferanzahl korrekt errechnen, selbst wenn mehrere Treffer zwischendurch nicht empfangen wurden.
Auch die Sendequalität kann anhand der "verlorenen" Sendevorgänge dann empfängerseitig ermittelt werden. Bei Überlauf (256) fängt der
Counter bei 0 neu an. Das Counterbyte wird ebenfalls vom höchsten zum niedrigsten Bit hin gesendet, also:

Counter_Bit7 ; Counter_Bit6 ; Counter_Bit5 ; Counter_Bit4 ; Counter_Bit3 ; Counter_Bit2 ; Counter_Bit1 ; Counter_Bit0

Der gesamte Datenblock der 4 Bytes sieht also folgendermaßen aus:

[11111111] [ 00110101] [0 / JmpL / JmpM / JmpR / TP3 / TP2 / TP1 / TP0] [C7 / C6 / C5 / C4 / C3 / C2 / C1 / C0]

Ich habe euch das mit einer Messung am Sendereingang auch einmal an einem Beispiel visualisiert.
Im Bild wird gesendet: [11111111] [00110101] [01110100] [10010000].
Also übersetzt: Alle drei Jumper sind gesetzt; Trefferposition ist bei Sensor Nummer 4; die fortlaufende Nummer ist 144.

Funkprotokoll.gif (12.15 KiB) 4509 mal betrachtet

Dieser Block an Daten wird bei einem Treffer 12fach direkt hintereinander gesendet. Die ersten zwei Sendevorgänge werden vom
Hochfahren des Sendemoduls teils abgewürgt, sodass die Trefferdaten nur 10x vollständig übertragen werden. Der Empfänger hat also
bei Datenverlust mehrfach die Möglichkeit, die Daten neu zu empfangen und kann die Blöcke untereinander abgleichen um falsche Daten
zu verwerfen. Das versehentliche Mehrfachzählen eines Sendevorgangs kann wiederum mit der fortlaufenden Nummer der Scheibe
ausgeschlossen werden.
Insgesamt werden also 12x4 Bytes gesendet, mit einer Gesamtzeit von 21.0ms. Während dieser Zeit wird auch das Relais durchgeschaltet,
falls jemand da Mods anschließen möchte. Die tatsächliche Einschaltzeit (also minus der mechanischen Einschaltverzögerung und plus der
mechanischen Abschaltverzögerung) beträgt bei einem Comus3570.1210.054 minimal 21.0ms und maximal 21.5ms :

Relais.gif (16.55 KiB) 4509 mal betrachtet

Das Relais im Oszi-Bild ist aber nur zur Darstellung, da liegt keine Spannung drauf. Die beiden Anschlüsse sind ein rein mechanischer Schalter,
der vollständig galvanisch getrennt von sämtlicher Elektronik der Scheibe ist.
Nach der vollständigen Übertragung der 12x4 Bytes (und damit auch nach dem Relais) wird der Lautsprecher angesteuert. Während des
Sendens wäre das blöd, da die Massefläche des Lautsprechers dann die Antennengrundfläche stören könnte. Der Lautsprecher läuft für insgesamt
20.6ms. Das Warten auf den nächsten Treffer wird zum Entprellen danach zusätzlich um 1ms verzögert:

Lautsprecher.gif (44.96 KiB) 4509 mal betrachtet

Alles zusammen dauert etwa 43ms, woraus sich eine Samplingrate von maximal 23bps ergibt. Wenn jetzt alle aufschreien, die gewohnheitsmäßig
mit 25bps oder mehr um sich schroten, kann ich da relativ einfach noch Änderungen dran vornehmen. Aber vorerst fällt mir kein guter Grund ein,
das zu ändern.

Und nochmals zur Beruhigung: Wer keine veränderten Empfänger/Sender oder Mods bauen will, muss kein Wort hiervon verstanden haben! Meinen
Code kopieren, fertig. Ich stell den hier rein, sobald sich nichts mehr dran ändern kann.

Grüße
Jens

[alois.hanse]

Mega Jens!
Hab vielen Dank für deine Arbeit!