Cronógrafo barato com Arduino para Airsoft e Airgun!

Airsoft é um esporte que eu adoro e as vezes eu dou uns belos tiros e as vezes moro também. Ele é ótimo para fazer exercício físico e precisão no disparo é importante. Para isso podermos calibrar e fazer upgrades nas armas utilizando um cronógrafo que mede a velocidade e a energia do projetil, e você encontra ele disponível no mercado. Mas porque não fazer um extremamente preciso com Arduino, economizando grana, aprendendo programação e eletrônica, fazendo funções personalizadas para o equipamento e ainda se divertir? É isso que você vai aprender hoje nesse tutorial completo! Boa diversão!

Custo do projeto

O preço estimado do projeto comprando peças diretamente da china é de aproximadamente 160,00 Reais.

A seguir temos a lista de materiais necessários:

1 – Arduino NANO;
1 – Conversor DC-DC Step-Up MT3608;
1 – Módulo Encoder Rotativo KY-040;
1 – Knob para encoder;
1 – Display OLED I2C 0.96Inch 128×64;
1 – Conector tipo Jack;
1 – Chave gangorra 2 terminais pequena 13.2 x 8.2 mm;
1 – Bateria 18650 com pelo menos 500mAh;
1 – Placa BMS TP4056 com proteção de carga e descarga;
4 – Pés de silicone;
4 – Parafusos rosca soberba 2,2mm espessura x 8mm comprimento (para fixar a tampa);
Pelo menos 1 metro de fio elétrico 0,25mm²;
Peças impressas em 3D ou feitas de papelão ou madeira;
1 – PCI ilhada 70×30 cm;
1 – Capacitor poliéster de 1nF x 100V;
1 – CI LM339N;
1 – CI LM358P;
11 – Fototrasístor TIL78 de 5mm;
2 – LED emissor IR de 5mm;

Case e impressão 3D:

Clique aqui para baixar o desenho .STL da versão V1 do Cronógrado barato com Arduino

O código a ser carregado:

Abaixo segue a programação utilizada. Para carregar o código no Arduino você terá que adicionar algumas bibliotecas na IDE do Arduino e essas bibliotecas estão disponíveis aqui em baixo para download. O resto das bibliotecas utilizadas são nativas da IDE do Arduino e não precisam ser instaladas a parte.
Biblioteca Adafruit_SSD1306;
Biblioteca RotaryEncoder;

/*********************************************
  Autor: Marlon Nardi Walendorff
  Projeto: Crónógrado para Airgun, Airsoft e carabinas de pressão.
  Detalhes do projeto: https://marlonnardi.com/2023/04/17/cronografo-barato-com-arduino-para-airsoft-e-airgun/
/**********************************************/


//==================== Inclusão de Bibliotecas =================//
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <RotaryEncoder.h>

//==================== Mapeamento de Hardware ==================//
#define pin_Encoder_CLK 2
#define pin_Encoder_DT 3
#define pin_Encoder_SW 4

#define distance_m 0.1 //Distância entre os sensores em metros 0.1465m ou 14.65cm


//==================== Instânciando Objetos ====================//
Adafruit_SSD1306 Display(128, 64, &Wire, -1, 400000, 400000);
RotaryEncoder EncoderOne(pin_Encoder_CLK, pin_Encoder_DT);

//==================== Variáveis Globais ==================//
//Valores de contagem e comparação
const uint16_t t1_load = 0;
const uint16_t t1_comp = 31250;

byte cliques_encoder = 0;
byte aux2 = 0;

volatile uint16_t initial_value = 0;
volatile uint16_t final_value = 0;

volatile uint8_t aux = 0;

volatile uint16_t counts_of_timer1 = 0;

float time_ms = 0;// Tempo em milissegundos do percurso da munição
float time_s = 0;//Tempo em segundos do percurso da munição
float velocity_m_s = 0; //Velocidade em metros por segundo
float velocity_f_p_s = 0; //Velocidade em pés por segundo ou Feet per seconds
float energy_joule = 0;// Ec = (m.v²)/2 energia do progétil
float weight_bullet_gram = 0.20;// Peso incial padrão de 0.20 gramas para medir energias armas

int16_t valorEncoder = 0; //--------------------- Iniciar com valor para bbs 0.20g


void setup()
{

  //Serial.begin(9600);
  //Configura pino como entrada
  pinMode(8, INPUT);
  //Configura pino como entrada PULL-UP
  pinMode(pin_Encoder_SW, INPUT_PULLUP);



  //================= Interrupção Externa ========================//
  /* Vincula duas interrupções externas no pino 2 e 3 nas funções ISR0 e ISR1
     para garantir que o encoder sempre seja lido com prioridade. */
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), ISR0, CHANGE);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), ISR1, CHANGE);

  EncoderOne.setPosition(20);

  //Inicializa o OLED 128X64 0.96 INCH com endereço I2C 0x3C
  Display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);

  Display.setTextColor(WHITE); //Define a cor do texto


  //Limpa o display, necessário para apagar a imagem inicial da adafruit
  Display.clearDisplay();
  //Atualiza o display
  Display.display();



  Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(0, 0);
  Display.print("Acesse o projeto em:");

  Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(0, 25);
  Display.print("marlonnardi.com");

  Display.display();


  delay(2000);
 
  Display.clearDisplay();
  Display.display();
  //Não precisamos utilizar o registrador TCCR1A para o que vamos fazer mas precisamos resetar todos seus bits para 0 já que a IDE do Arduino muda esse valores por padrão para as função analogWrite
  //com esse registrador podemos ligar e desligar um pino sem ter que chamar nada no código, somente a primeira configuração, logo ele não interfere no tempo do void loop(). Os pinos são os OC1A e OC1B.
  //Isso pode ser util para gerar PWM e a função nativa do Arduino analogWrite() se aproveita disso.

  //Como o Timer1 é de 16 bits ele utiliza dois registradores o TCNT1L e TCNT1H, mas não nos preocupamos e ler esse valores pois a biblioteca AVR inclusa na IDE do Arduino faz isso por nós, basta escrever o valor para o registrador TCNT1.

  //Reseta o registrador de configuração do Timer1 para seu valor padrão
  TCCR1A = 0;

  //Seleciona borda de disparo da interrupção InputCapture, deixar padrão 0 - falling edge (Negative)
  // TCCR1B


  //Seta o modo de operação para CTC
  //TCCR1B &= ~(1<<WGM13);
  //TCCR1B |= (1<<WGM12);

  //Seta o prescaler para 8
  TCCR1B &=  ~(1 << CS12);
  TCCR1B |=   (1 << CS11);
  TCCR1B &=  ~(1 << CS10);

  //Reseta o valor do Timer1
  TCNT1 = t1_load;

  //Reseta o valor de ICR1 que amazena o dado na qual aconteceu o pulso
  ICR1 = 0;

  //Seta o valor de comparação
  //OCR1A = t1_comp;


  //Seta a interrupção por Input Capture no Timer1
  TIMSK1 = (1 << ICIE1);


 sei(); //Habilita as interrupções globais


}//endSetup --------------------------------------


void loop()
{

 // Serial.println(final_value);
   calculaDados();
   seleciona_Tela();
}//end_void_loop ----------------------


void seleciona_Tela()
{

  if (!digitalRead(pin_Encoder_SW) ) //Se o botão está solto
  {
    aux2 = 1;
  }

  if (digitalRead(pin_Encoder_SW) && aux2 == 1) //Se o botão está solto
  {
    //Limpa o display, necessário para apagar a imagem inicial da adafruit
    Display.clearDisplay();
    //Atualiza o display
    Display.display();
    cliques_encoder++;
    aux2 = 0;
  }

  if (cliques_encoder == 0)
  {
    screenOne();
  }


  if (cliques_encoder == 1)
  {
    screenTwo();
  }


  if (cliques_encoder >= 2)
  {
    cliques_encoder = 0;
  }


}//----------------------- end_selecionaTela


//================== ISRs Interrupções Externas =======================//
/* Caso qualquer pino do encoder envie sinal, o metodo .tick() sempre será
  chamado, atualizando o valor do encoder via sua biblioteca. */

void ISR0()// Função ligada a uma interrupção ISR logo não pode retornar valor e deve ser mais rápida possível
{
  if (cliques_encoder == 1) EncoderOne.tick();// Começa a ler o valor do encoder
}//-------------------------endISR0

void ISR1()// Função ligada a uma interrupção ISR logo não pode retornar valor e deve ser mais rápida possível
{
 if (cliques_encoder == 1) EncoderOne.tick();// Começa a ler o valor do encoder

}//------------------------endISR1


void screenOne()
{

  Display.clearDisplay();
  
  Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(0, 3);
  Display.print(energy_joule);
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(31, 3);
  Display.print("j");


  Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(45, 3);
  Display.print(weight_bullet_gram);
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(70, 3);
  Display.print("g");


  Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(90, 3);
  Display.print(velocity_m_s, 0);
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(110, 3);
  Display.print("m/s");



  if(velocity_f_p_s <= 9)
  {
  Display.setTextSize(4); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(55, 19);
  Display.print(velocity_f_p_s, 0);
   
  }

   if(velocity_f_p_s >=10 && velocity_f_p_s <= 99)
  {
  Display.setTextSize(4); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(43, 19);
  Display.print(velocity_f_p_s, 0);

  }


   if(velocity_f_p_s >=100 && velocity_f_p_s <= 999)
  {
  Display.setTextSize(4); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(29, 19);
  Display.print(velocity_f_p_s, 0);
 
  }


   if(velocity_f_p_s >=1000 && velocity_f_p_s <= 9999)
  {
  Display.setTextSize(4); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(15, 19);
  Display.print(velocity_f_p_s, 0);
  Display.setTextSize(2); //Define o tamanho da fonte do texto  
  }
  
  
  Display.setTextSize(2); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(50, 50);
  Display.print("FPS");

  Display.display();

}//end_screenOne ----------------------


void screenTwo()
{
  Display.clearDisplay();
  
  Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(3, 0);
  Display.print("Massa BBs em gramas");

  Display.setTextSize(3); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(10, 22);
  Display.print(weight_bullet_gram, 2);

  Display.setTextSize(3); //Define o tamanho da fonte do texto
  //Posição Largura/Altura
  Display.setCursor(90, 22);
  Display.print("g");


valorEncoder = EncoderOne.getPosition();//Captura o valor do encoder

 if (EncoderOne.getPosition() < 0)
  {
    EncoderOne.setPosition(0);
    valorEncoder = 0;
  }
 
  if (EncoderOne.getPosition() > 999)
  {
    EncoderOne.setPosition(999);
    valorEncoder = 999;
  }

weight_bullet_gram = valorEncoder/100.00;

Display.display();

}//end_screenTwo ----------------------


void calculaDados()
{
if (aux >= 2) 
  if (final_value < initial_value )
  {
    counts_of_timer1 = 65535 - ((65535 - initial_value) + final_value);
  }

  if (final_value >= initial_value)
  {
    counts_of_timer1 = final_value - initial_value;
  }
  // (Periodo clock * Prescaler * counts_of_timer1) / 1E6

  time_ms = (62.5 * 8.0 * (float)counts_of_timer1) / 1E6;

  time_s = time_ms / 1000.0;

 

  if((distance_m / time_s) <= 3047.00)
  {
  velocity_m_s = distance_m / time_s;
  velocity_f_p_s = velocity_m_s * 3.280839; 
  }

   if((distance_m / time_s) > 3047.00)
  {
  velocity_m_s = 0;
  velocity_f_p_s = 0; 
  }
 

  energy_joule = ((weight_bullet_gram / 1000.0) * (velocity_m_s * velocity_m_s)) / 2;


aux = 0;
}//end_calculaDados-----------------------------


ISR(TIMER1_CAPT_vect)
{

  if (aux == 0)
  {
    initial_value = ICR1;
  }

  if (aux == 1)
  {
    final_value = ICR1;
  }

  aux++;

  
}//endISR --------------------------------------

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Autor: Marlon Nardi Walendorff

Projeto: Crónógrado para Airgun, Airsoft e carabinas de pressão.

Detalhes do projeto: https://marlonnardi.com/2023/04/17/cronografo-barato-com-arduino-para-airsoft-e-airgun/

/**********************************************/

//==================== Inclusão de Bibliotecas =================//

#include <Adafruit_SSD1306.h>

#include <RotaryEncoder.h>

//==================== Mapeamento de Hardware ==================//

#define pin_Encoder_CLK 2

#define pin_Encoder_DT 3

#define pin_Encoder_SW 4

#define distance_m 0.1 //Distância entre os sensores em metros 0.1465m ou 14.65cm

//==================== Instânciando Objetos ====================//

Adafruit_SSD1306 Display(128, 64, &Wire, -1, 400000, 400000);

RotaryEncoder EncoderOne(pin_Encoder_CLK, pin_Encoder_DT);

//==================== Variáveis Globais ==================//

//Valores de contagem e comparação

const uint16_t t1_load = 0;

const uint16_t t1_comp = 31250;

byte cliques_encoder = 0;

byte aux2 = 0;

volatile uint16_t initial_value = 0;

volatile uint16_t final_value = 0;

volatile uint8_t aux = 0;

volatile uint16_t counts_of_timer1 = 0;

float time_ms = 0;// Tempo em milissegundos do percurso da munição

float time_s = 0;//Tempo em segundos do percurso da munição

float velocity_m_s = 0; //Velocidade em metros por segundo

float velocity_f_p_s = 0; //Velocidade em pés por segundo ou Feet per seconds

float energy_joule = 0;// Ec = (m.v²)/2 energia do progétil

float weight_bullet_gram = 0.20;// Peso incial padrão de 0.20 gramas para medir energias armas

int16_t valorEncoder = 0; //--------------------- Iniciar com valor para bbs 0.20g

void setup()

{

//Serial.begin(9600);

//Configura pino como entrada

pinMode(8, INPUT);

//Configura pino como entrada PULL-UP

pinMode(pin_Encoder_SW, INPUT_PULLUP);

//================= Interrupção Externa ========================//

/* Vincula duas interrupções externas no pino 2 e 3 nas funções ISR0 e ISR1

para garantir que o encoder sempre seja lido com prioridade. */

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), ISR0, CHANGE);

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), ISR1, CHANGE);

EncoderOne.setPosition(20);

//Inicializa o OLED 128X64 0.96 INCH com endereço I2C 0x3C

Display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);

Display.setTextColor(WHITE); //Define a cor do texto

//Limpa o display, necessário para apagar a imagem inicial da adafruit

Display.clearDisplay();

//Atualiza o display

Display.display();

Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(0, 0);

Display.print("Acesse o projeto em:");

Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(0, 25);

Display.print("marlonnardi.com");

Display.display();

delay(2000);

Display.clearDisplay();

Display.display();

//Não precisamos utilizar o registrador TCCR1A para o que vamos fazer mas precisamos resetar todos seus bits para 0 já que a IDE do Arduino muda esse valores por padrão para as função analogWrite

//com esse registrador podemos ligar e desligar um pino sem ter que chamar nada no código, somente a primeira configuração, logo ele não interfere no tempo do void loop(). Os pinos são os OC1A e OC1B.

//Isso pode ser util para gerar PWM e a função nativa do Arduino analogWrite() se aproveita disso.

//Como o Timer1 é de 16 bits ele utiliza dois registradores o TCNT1L e TCNT1H, mas não nos preocupamos e ler esse valores pois a biblioteca AVR inclusa na IDE do Arduino faz isso por nós, basta escrever o valor para o registrador TCNT1.

//Reseta o registrador de configuração do Timer1 para seu valor padrão

TCCR1A = 0;

//Seleciona borda de disparo da interrupção InputCapture, deixar padrão 0 - falling edge (Negative)

// TCCR1B

//Seta o modo de operação para CTC

//TCCR1B &= ~(1<<WGM13);

//TCCR1B |= (1<<WGM12);

//Seta o prescaler para 8

TCCR1B &= ~(1 << CS12);

TCCR1B |= (1 << CS11);

TCCR1B &= ~(1 << CS10);

//Reseta o valor do Timer1

TCNT1 = t1_load;

//Reseta o valor de ICR1 que amazena o dado na qual aconteceu o pulso

ICR1 = 0;

//Seta o valor de comparação

//OCR1A = t1_comp;

//Seta a interrupção por Input Capture no Timer1

TIMSK1 = (1 << ICIE1);

sei(); //Habilita as interrupções globais

}//endSetup --------------------------------------

void loop()

{

// Serial.println(final_value);

calculaDados();

seleciona_Tela();

}//end_void_loop ----------------------

void seleciona_Tela()

{

if (!digitalRead(pin_Encoder_SW) ) //Se o botão está solto

{

aux2 = 1;

}

if (digitalRead(pin_Encoder_SW) && aux2 == 1) //Se o botão está solto

{

//Limpa o display, necessário para apagar a imagem inicial da adafruit

Display.clearDisplay();

//Atualiza o display

Display.display();

cliques_encoder++;

aux2 = 0;

}

if (cliques_encoder == 0)

{

screenOne();

}

if (cliques_encoder == 1)

{

screenTwo();

}

if (cliques_encoder >= 2)

{

cliques_encoder = 0;

}

}//----------------------- end_selecionaTela

//================== ISRs Interrupções Externas =======================//

/* Caso qualquer pino do encoder envie sinal, o metodo .tick() sempre será

chamado, atualizando o valor do encoder via sua biblioteca. */

void ISR0()// Função ligada a uma interrupção ISR logo não pode retornar valor e deve ser mais rápida possível

{

if (cliques_encoder == 1) EncoderOne.tick();// Começa a ler o valor do encoder

}//-------------------------endISR0

void ISR1()// Função ligada a uma interrupção ISR logo não pode retornar valor e deve ser mais rápida possível

{

if (cliques_encoder == 1) EncoderOne.tick();// Começa a ler o valor do encoder

}//------------------------endISR1

void screenOne()

{

Display.clearDisplay();

Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(0, 3);

Display.print(energy_joule);

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(31, 3);

Display.print("j");

Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(45, 3);

Display.print(weight_bullet_gram);

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(70, 3);

Display.print("g");

Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(90, 3);

Display.print(velocity_m_s, 0);

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(110, 3);

Display.print("m/s");

if(velocity_f_p_s <= 9)

{

Display.setTextSize(4); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(55, 19);

Display.print(velocity_f_p_s, 0);

}

if(velocity_f_p_s >=10 && velocity_f_p_s <= 99)

{

Display.setTextSize(4); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(43, 19);

Display.print(velocity_f_p_s, 0);

}

if(velocity_f_p_s >=100 && velocity_f_p_s <= 999)

{

Display.setTextSize(4); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(29, 19);

Display.print(velocity_f_p_s, 0);

}

if(velocity_f_p_s >=1000 && velocity_f_p_s <= 9999)

{

Display.setTextSize(4); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(15, 19);

Display.print(velocity_f_p_s, 0);

Display.setTextSize(2); //Define o tamanho da fonte do texto

}

Display.setTextSize(2); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(50, 50);

Display.print("FPS");

Display.display();

}//end_screenOne ----------------------

void screenTwo()

{

Display.clearDisplay();

Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(3, 0);

Display.print("Massa BBs em gramas");

Display.setTextSize(3); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(10, 22);

Display.print(weight_bullet_gram, 2);

Display.setTextSize(3); //Define o tamanho da fonte do texto

//Posição Largura/Altura

Display.setCursor(90, 22);

Display.print("g");

valorEncoder = EncoderOne.getPosition();//Captura o valor do encoder

if (EncoderOne.getPosition() < 0)

{

EncoderOne.setPosition(0);

valorEncoder = 0;

}

if (EncoderOne.getPosition() > 999)

{

EncoderOne.setPosition(999);

valorEncoder = 999;

}

weight_bullet_gram = valorEncoder/100.00;

Display.display();

}//end_screenTwo ----------------------

void calculaDados()

{

if (aux >= 2)

if (final_value < initial_value )

{

counts_of_timer1 = 65535 - ((65535 - initial_value) + final_value);

}

if (final_value >= initial_value)

{

counts_of_timer1 = final_value - initial_value;

}

// (Periodo clock * Prescaler * counts_of_timer1) / 1E6

time_ms = (62.5 * 8.0 * (float)counts_of_timer1) / 1E6;

time_s = time_ms / 1000.0;

if((distance_m / time_s) <= 3047.00)

{

velocity_m_s = distance_m / time_s;

velocity_f_p_s = velocity_m_s * 3.280839;

}

if((distance_m / time_s) > 3047.00)

{

velocity_m_s = 0;

velocity_f_p_s = 0;

}

energy_joule = ((weight_bullet_gram / 1000.0) * (velocity_m_s * velocity_m_s)) / 2;

aux = 0;

}//end_calculaDados-----------------------------

ISR(TIMER1_CAPT_vect)

{

if (aux == 0)

{

initial_value = ICR1;

}

if (aux == 1)

{

final_value = ICR1;

}

aux++;

}//endISR --------------------------------------

O circuito eletrônico:

Para ver a imagem do circuito em alta resolução clique aqui
ATENÇÃO: Antes de montar o circuito e alimentá-lo ajuste a tensão de saída do conversor DC-DC MT3608 para 5V. Se você não fizer isso antes, a tensão de saída poderá estar maior e isso danificaria todo o seu circuito.