Dal prototipo analogico al PCBFrom analogue prototype to PCB
Una volta validato il singolo canale trasmettitore-ricevitore su basetta sperimentale, il passo successivo è stato standardizzare il circuito su un PCB a foro passante (through-hole). L'obiettivo: un assemblaggio replicabile e affidabile, con 10 canali per pedana e una spaziatura di 10 cm tra i sensori, che garantisce una risoluzione spaziale di 9 cm — sufficiente per rilevare l'appoggio di un piede in corsa o nel salto.
Once the single transmitter-receiver channel was validated on stripboard, the next step was to standardise the circuit on a through-hole PCB. The goal: a replicable and reliable assembly, with 10 channels per platform and 10 cm spacing between sensors, yielding a spatial resolution of 9 cm — sufficient to detect a foot contact during running or jumping.
Il circuito rimane quello validato nell'alpha. Trasmettitore (b.0.2 sender): NE555P astabile a +5 V, rete di temporizzazione RA = 470 kΩ (1/4W), RB = 10 kΩ (1/4W), C = 47 pF — genera il segnale modulante a 25 kHz per il modulo laser 650 nm. Ricevitore (b.0.2 receiver): stadio di transimpedenza con NE5532 (Rin = 100 Ω, Rf = 10 kΩ 1W), filtro Sallen-Key su due stadi LM358 (C = 1 nF ×2, R = 221 kΩ e 402 kΩ 1/4W, Rgain = 100 kΩ 1/4W), rilevatore d'inviluppo con 1N4148 e R = 62 Ω 1/4W. L'uscita analogica va ai pin ADC di Arduino Mega.
The circuit remains the one validated during alpha. Transmitter (b.0.2 sender): NE555P in astable mode at +5 V, timing network RA = 470 kΩ (1/4W), RB = 10 kΩ (1/4W), C = 47 pF — generating the 25 kHz modulation carrier for the 650 nm laser module. Receiver (b.0.2 receiver): transimpedance stage with NE5532 (Rin = 100 Ω, Rf = 10 kΩ 1W), Sallen-Key bandpass filter across two LM358 stages (C = 1 nF ×2, R = 221 kΩ and 402 kΩ 1/4W, Rgain = 100 kΩ 1/4W), envelope detector with 1N4148 and R = 62 Ω 1/4W. The analogue output feeds the ADC pins of the Arduino Mega.
La sfida dell'allineamentoThe alignment challenge
Il problema principale di una pedana ottica artigianale non è l'elettronica — è l'allineamento. Ogni laser deve colpire il proprio fotodiodo ricevitore con una precisione millimetrica, attraverso una distanza di oltre 1,22 m (la larghezza standard di una corsia di atletica). Il bersaglio è un fotodiodo PIN con raggio attivo di circa 5 mm.
The main challenge of a handcrafted optical platform is not the electronics — it is alignment. Each laser must hit its receiver photodiode with millimetre precision, across a distance of over 1.22 m (the standard width of an athletics lane). The target is a PIN photodiode with an active radius of approximately 5 mm.
Nelle apparecchiature commerciali il problema non esiste: la scocca in plastica o alluminio è progettata e fresata con tolleranze che garantiscono l'allineamento automatico al montaggio. Per un sistema artigianale occorre una soluzione diversa.
In commercial equipment this problem does not exist: the plastic or aluminium housing is designed and machined to tolerances that guarantee automatic alignment upon assembly. A handcrafted system requires a different approach.
Il primo tentativo è stato forare un profilato a L in alluminio con la spaziatura corretta tra i fori. Risultato: il gioco meccanico era troppo elevato per garantire la precisione necessaria.
The first attempt was to drill an aluminium L-profile with the correct hole spacing. Result: the mechanical play was too high to ensure the required precision.
Un bug diventato featureA bug turned into a feature
La soluzione adottata per i trasmettitori è stata quella di usare teste a sfera da cavalletto fotografico — tre per 10 € circa — sulle quali è stato incollato il modulo laser KY-008. Ogni testa offre due gradi di libertà (pan e tilt), permettendo la regolazione fine del puntamento di ogni singolo laser in modo indipendente.
The solution adopted for the transmitters was to use ball-head tripod mounts — three for approximately €10 — with the KY-008 laser module glued onto each. Each head provides two degrees of freedom (pan and tilt), allowing fine independent pointing adjustment for each laser.
Problema: le teste a sfera si bloccano stringendo una vite laterale. Con un carico così leggero come un modulo laser, la frizione non è sufficiente e il solo movimento della vite di bloccaggio sposta l'allineamento già ottenuto. Il sistema richiedeva un ciclo di calibrazione continuo — non accettabile sul campo.
Problem: ball heads lock by tightening a side screw. With a load as light as a laser module, friction is insufficient and the very act of tightening the locking screw shifts the alignment just achieved. The system required continuous recalibration — unacceptable in the field.
Nonostante questa limitazione, il sistema di puntamento indipendente per ogni laser ha rivelato un vantaggio inatteso rispetto alle pedane commerciali: JumpBoard non richiede che la superficie sia perfettamente piana o in bolla. Nelle pedane commerciali l'allineamento dipende dalla scocca, che dipende dal piano — su una pista irregolare o in erba l'allineamento automatico si perde. Con JumpBoard ogni laser viene puntato sul proprio fotodiodo indipendentemente dallo stato della superficie: la pedana funziona anche su terreni non perfetti.
Despite this limitation, the independent per-laser pointing system revealed an unexpected advantage over commercial platforms: JumpBoard does not require the surface to be perfectly flat or level. In commercial platforms, alignment depends on the housing, which depends on the ground — on an uneven track or grass surface the automatic alignment is lost. With JumpBoard each laser is pointed at its receiver independently of the surface condition: the platform works even on imperfect terrain.
Firmware b.0.2Firmware b.0.2
Il firmware è scritto in C per Arduino Mega. I 10 segnali analogici vengono letti e sogliati via software per generare gli interrupt digitali. Il firmware implementa due modalità operative:
The firmware is written in C for Arduino Mega. The 10 analogue signals are read and thresholded in software to generate digital interrupts. The firmware implements two operating modes:
- Modalità allineamento: visualizza in tempo reale l'intensità del segnale su ogni canale via seriale, per aiutare a centrare manualmente ogni laser sul proprio fotodiodo.
- Alignment mode: displays the signal intensity of each channel in real time via serial, to help manually centre each laser on its photodiode.
- Test di Bosco: misura il tempo di volo di ogni salto e il tempo di contatto al suolo. Dal tempo di volo si ricava l'altezza del salto (h = g·t²/8); dal tempo di contatto si calcola la reattività del piede (Reactive Strength Index).
- Bosco test: measures the flight time of each jump and the foot contact time. Jump height is derived from flight time (h = g·t²/8); foot reactivity (Reactive Strength Index) is computed from contact time.
Prima implementazione funzionante, non priva di imperfezioni, ma sufficiente a validare il concetto e raccogliere dati reali.
First working implementation — not without imperfections, but sufficient to validate the concept and collect real data.
Test sul campoField test
Il prototipo beta è stato portato su un campo di atletica reale. Il test ha prodotto i primi dati di misura concreti, confermando che la catena — laser, fotodiodo, filtro, Arduino — funziona come previsto.
The beta prototype was taken to a real athletics track. The test produced the first concrete measurement data, confirming that the full chain — laser, photodiode, filter, Arduino — works as intended.
Sono emerse anche le criticità da risolvere: il problema dell'allineamento si è ripresentato durante la sessione stessa, soprattutto dopo le vibrazioni causate dagli atleti. Inoltre, accedere ai dati richiedeva un laptop con Arduino IDE aperto e lettura dal serial monitor — un flusso di lavoro chiaramente non adatto all'uso da parte di un allenatore.
Criticalities to address also emerged: the alignment problem resurfaced during the session itself, especially after vibrations from athletes. Furthermore, accessing the data required a laptop with the Arduino IDE open and serial monitor — a workflow clearly unsuitable for a coach's use.
Gli obiettivi per la versione successiva diventano chiari: semplicità d'uso, compattezza, resilienza.
The objectives for the next version become clear: ease of use, compactness, resilience.
