Come Costruire il Tuo Radar per Golf con Raspberry Pi

I monitor golf commerciali come TrackMan o Bushnell costano tra i due e i ventimila dollari. Per sessioni di pratica amatoriale in un garage o in giardino, è una cifra assurda. Il progetto OpenFlight offre un'alternativa: costruisci tu stesso un analizzatore di tiri funzionante usando radar Doppler economici e un Raspberry Pi. La configurazione base costa circa $400, e la versione estesa con controllo dell'angolo di lancio arriva a meno di $560.

Il progetto è scritto principalmente in Python con un'interfaccia web React. Lo sviluppatore jewbetcha ha rilasciato il codice sorgente sotto licenza AGPL-3.0 e sviluppa attivamente il codice insieme alla comunità.

Come Funziona il Sistema

La sfida principale nel tracciare un colpo è che gli eventi avvengono in frazioni di millisecondi. Se leggi i dati da un sensore standard con un timer, è facile perdere il momento esatto in cui la mazza colpisce la palla.

OpenFlight risolve questo problema con una combinazione di trigger acustico hardware e buffer circolare radar.

L'architettura del sistema si compone di quattro componenti principali:

1. Il sensore acustico SparkFun SEN-14262 rileva il suono dell'impatto mazza-palla. Genera un interrupt hardware con un ritardo di circa 10 microsecondi.
2. Il radar 24 GHz OmniPreSense OPS243-A scrive continuamente dati I/Q in quadratura grezzi in un buffer circolare a una frequenza di campionamento di 30 kSPS. Al segnale di trigger, scarica 4096 campioni (circa 136 ms attorno al momento dell'impatto).
3. Un radar aggiuntivo a onde millimetriche TI IWR6843 con firmware personalizzato misura l'angolo di lancio verticale della palla e la traiettoria della testa della mazza.
4. Raspberry Pi 5 con Linux calcola i parametri fisici, esegue un modello balistico di volo e invia i dati tramite WebSocket a una dashboard React locale.

Cosa Può Misurare OpenFlight

L'unità radar OPS243-A rileva lo spostamento di frequenza del segnale radio riflesso. Alla frequenza base di 24,125 GHz, ogni 1 mph di velocità produce uno spostamento Doppler di circa 71,7 Hz. Il progetto filtra lo spettro e calcola diversi parametri:

• Velocità della palla nell'intervallo da 35 a 200 mph con una precisione di circa ±0,5%.
• Velocità della mazza, che il software calcola dallo spettro del segnale pochi millisecondi prima del picco acustico.
• Smash Factor, ovvero il rapporto di trasferimento dell'energia (velocità della palla diviso velocità della mazza).
• Distanza stimata di carry basata su un modello balistico matematico.

L'angolo di lancio nella configurazione base viene calcolato approssimativamente. Se colleghi la scheda TI IWR6843, il sistema legge l'angolo geometrico reale e il percorso sperimentale della mazza.

A proposito, c'è una modalità separata swing-speed per l'allenamento dello swing senza palla. In questa modalità, il trigger acustico è disabilitato e il software legge le velocità di picco in un flusso continuo.

Hardware e Dettagli di Assemblaggio

Il dispositivo può essere assemblato su una breadboard senza saldature complesse. Il repository contiene una tabella dettagliata dei componenti con i link.

Kit di equipaggiamento base:

• Radar Doppler OPS243-A ($249)
• Computer a scheda singola Raspberry Pi 5 ($130)
• Sensore audio SparkFun SEN-14262 ($18)
• Display touchscreen da sette pollici per funzionamento autonomo ($46)
• Alimentatore e cablaggio ausiliario ($27)

Se hai bisogno dell'angolo di lancio, dovrai aggiungere il modulo TI IWR6843LEVM ($156). In precedenza, l'autore usava i moduli K-LD7, ma ora sono deprecati a causa della limitazione della velocità massima misurabile di 62 mph.

C'è un'importante considerazione sull'alimentazione. Il Raspberry Pi non può gestire entrambi i radar che funzionano simultaneamente tramite USB. Quindi l'OPS243-A si collega tramite i pin GPIO UART (/dev/ttyAMA0), e la scheda TI usa la porta USB. Il firmware già pronto per TI IWR6843 è già nella cartella firmware/releases/, quindi non dovrai compilarlo nell'ambiente Texas Instruments.

Avvio Rapido

L'installazione su un Raspberry Pi OS 64-bit fresco si riduce a uno script interattivo:

git clone https://github.com/jewbetcha/openflight.git
cd openflight
./scripts/setup/setup.sh

Lo script configurerà i permessi di accesso alle porte, aggiornerà le dipendenze e imposterà l'avvio automatico. Dopo di che, il tracker si avvia in modalità kiosk:

# Базовый запуск со звуковым триггером
scripts/start-kiosk.sh

# Запуск с угловым радаром IWR6843 (значения геометрии замеряются по месту)
scripts/start-kiosk.sh --iwr6843 \
  --ops-port /dev/ttyAMA0 \
  --iwr6843-tee-m 1.372 --iwr6843-net-m 4.064 \
  --iwr6843-tilt-deg 5.5 --iwr6843-radar-height-m 0.229 \
  --iwr6843-ball-height-m 0.021

Se il radar non è ancora arrivato ma vuoi esplorare il codice, eseguire con il flag --mock genera dati sintetici di tiri per il debug dell'interfaccia utente.

L'interfaccia web si apre localmente sulla porta 80. Se la distribuisci su una TV o tablet tramite http://openflight.local:8080/display, ottieni una schermata comoda per l'area di pratica.

C'è una semplice API Python per gli sviluppatori. Ottenere le metriche nei tuoi script richiede letteralmente dieci righe:

from openflight.rolling_buffer import RollingBufferMonitor

monitor = RollingBufferMonitor()
monitor.connect()
monitor.start()

print("Готов к удару...")
shot = monitor.wait_for_shot(timeout=60)
if shot:
    print(f"Скорость мяча: {shot.ball_speed_mph:.1f} mph")
    print(f"Дистанция: {shot.estimated_carry_yards:.0f} yd")

monitor.stop()
monitor.disconnect()

Limitazioni Attuali e Punti Deboli

L'autore documenta onestamente le limitazioni fisiche dell'approccio scelto.

Primo, errore del coseno: se la palla non vola esattamente lungo la linea di vista del radar, la velocità misurata sarà leggermente inferiore a quella reale. Il radar dovrebbe essere posizionato esattamente a 1-1,5 metri dietro la palla sulla linea del bersaglio.

Secondo, la misurazione del rateo di spin della palla è ancora sperimentale. Negli spazi chiusi, la breve traiettoria di volo e le riflessioni parassite del segnale creano rumore, quindi il multi-tepper in tempo reale non viene attualmente utilizzato nei calcoli della distanza. Il team del progetto sta attualmente lavorando su un nuovo algoritmo per il dechirping delle bande laterali Doppler (scripts/analysis/replay_spin_dechirp.py).

A Chi Sarà Utile Questo Progetto

OpenFlight è un ottimo esempio di elaborazione digitale del segnale applicata su hardware economico.

Il progetto piacerà a:

• Appassionati di golf che vogliono un simulatore per la pratica a casa senza pagare troppo per scatole proprietarie con abbonamenti chiusi.
• Sviluppatori di sistemi embedded e appassionati di DSP che vogliono approfondire dati radio I/Q reali, FFT e algoritmi di soppressione del rumore.
• Creatori di simulatori sportivi propri (il progetto ha già connettori per GSPro e OpenGolfSim).

Il codice è ben strutturato, i test vengono eseguiti tramite pytest con un ambiente virtuale su uv, e la documentazione sulla geometria di installazione e calibrazione è descritta in dettaglio. Vale sicuramente la pena provarlo.