555と微分回路を使ったワンショット回路について

質問

当方、電子工作についてはまったくの素人なのですが、物理の実験でとある装置を自作しなければならず、それについて質問させていただきます。

作りたい実験装置というのは、物体がある距離を移動するのにかかる時間を正確に測る装置です。
以下、僕が考えた装置の仕組みです。

(1)距離の始点・終点にCdS光センサとレーザー光を向かい合うように設置
(2)物体を始点から終点まで運動させる
(3)すると物体が始点・終点にあるときのみ片方のCdS光センサに入るレーザー光を遮る
(4)これによって電圧の変化が起こる
(5)これを微分回路でパルス信号に変換する
(6)得られたトリガパルスをIC555に入力
(7)IC555からパルスを出力し、トランジスタのスイッチング回路に入力
(8)マウスを自動的にクリック

最後の部分は、パソコンにUSBマウスをつなげ、パソコン内のストップウォッチのスタート・ストップボタンをマウスでクリックする、という仕組みです。

自分でいろいろ調べたり少し詳しい方に聞いたりして、大体の回路がわかり、以下の回路図のところまではなんとかなりました。
しかし、細かい定数や回路がまったく分からず困り果てております。

・おそらく細かい定数を決めるにはCdS光センサに実際に光をあて、どれくらい電圧が変化するのか確かめなければならないと思うのですが、あっていますでしょうか？
・あと、電圧パルスで自動的にマウスをクリックするにはどれくらいの電圧のパルスを入力する必要があるのでしょうか？
・微分回路だけではノイズでIC555が動作しそうで怖いのですが大丈夫でしょうか？また防ぐには間にどのような部品を入れればよいのでしょうか？
・そもそも以下のような回路（まだ未完成です。細かい部分はめちゃくちゃですが、大体こんな感じかなと想定して描きました）で僕が考えているような動作をするのでしょうか？
・もし少しでも定数（コンデンサの電気容量や抵抗値）などについて分かる点がございましたら教えていただきたいです。

以上の点について教えていただけるととても助かります。1つだけでも構いません。

よろしくお願いいたします。

回答No.3

veryyoung

波形整形にしてもマウスからの入力にしても、未知数が多く、なかなか大変でしょう。これは代案になりますが、PCのオーディオ入力端子を利用してみたらいかがでしょう。フォトダイオードを発電モードで使用すれば、アンプも電源も不要で、直接つなぐだけです。レーザ照射なら十分な電圧が得られるでしょう。ハードウェアとしては、応答改善と電圧調整を兼ねた並列抵抗、ケーブル、ジャックくらいのものです。2chありますし、48 キロ サンプル/秒 で録音（波形を記録）する事ができる筈です。ソフトウェアにより、変化から変化までの正確な時間間隔を検出可能でしょう。なおDCカットが入っている場合もありますが、当該用途には支障ないでしょう。

LEDがあれば、取りあえず、それを受光素子にして、オシロスコープ風のソフトで感じを掴むのも良いように思われます。
http://www.vector.co.jp/soft/win95/art/se376225.html

利用できそうなソフトは散見されますが、くれぐれも過大入力とマルウェアにはご注意を。

回答No.2

noname#215107

フォトトランジスタで入力して、シュミットトリガ付きのインバータを使い、立下りエッジ検出のみすればいいのではないでしょうか。つまり、光が遮られた瞬間のみパルス出力します。
これならオペアンプも５５５も要りませんので、ICのパッケージは１つで済みます。

回答No.1

mah1970

正確に計測したいと言う事ですが、どの程度の確度が必要なのかよく分かりません。
マウスの反応時間は？光センサの応答時間は？

確度を求めるのなら光センサはフォトダイオードなどの反応時間の短いものを選択すべきです。
また連続光の検出では外光の影響を受けるので、通常は変調光を使います。
連続光でしたら赤外光を使う方法もあります。
自作が面倒ならばこんなものもあります。
http://www.fa.omron.co.jp/products/family/1747/

マウスは(おそらく)押した時(CLOSE)ではなくボタンを放した時に反応すると思います。
なので微分パルス幅を短くしてもその方式だと誤差が出ます。

補足

以前はこの実験を普通にストップウォッチを使って手動で測定していたのですが、1秒程度の運動であるためか測定精度が非常に悪かったため今回の装置を自作することになりました。

なので、0.2～1.5秒くらいの時間を人間が手動でストップウォッチを押すよりも十分正確に測れる程度の精度を求めています。
抽象的な答えになってしまい、申し訳ありません・・・
ストップウォッチは1/1000秒まで測れるものを使うので、できれば1/100秒程度の誤差に抑えたいです。

あと、センサやマウスの反応速度についてですが、もしこれらの影響でマウスのクリックがΔt秒遅れたとしても、始点も終点もまったく同じ条件によってクリック動作がされるなら、実際の運動にかかった時間をTとすると、
T=(T+Δt)―(0+Δt)=T
となって結局伝達時間の影響は受けないように思うのですが、違いますでしょうか・・・？