Measurino: การพิสูจน์แนวคิดของวงล้อวัด: 9 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

Measurino เพียงนับจำนวนรอบการหมุนของล้อ และระยะทางที่เดินทางจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับรัศมีของล้อเอง นี่คือหลักการพื้นฐานของมาตรระยะทาง และฉันได้เริ่มโครงการนี้เป็นหลักเพื่อศึกษาวิธีรักษาวงจร (จัดการโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino) เข้ากันได้กับระยะต่างๆ ตั้งแต่มิลลิเมตรถึงกิโลเมตร และเพื่อประเมินปัญหาหรือการปรับปรุงที่เป็นไปได้

ขั้นตอนที่ 1: ชิ้นส่วนและส่วนประกอบ

• Arduino Nano rev.3
• จอแสดงผล OLED ขนาด 128 × 64 (SSD1306)
• ตัวเข้ารหัสโรตารี่แบบเพิ่มค่าโฟโตอิเล็กทริก (400P/R)
• ล้อยางสำหรับเครื่องบินรุ่น (เส้นผ่านศูนย์กลาง 51 มม.)
• 2 ปุ่มกด
• แบตเตอรี่ 9v

ขั้นตอนที่ 2: ตัวเข้ารหัส

สำหรับโครงการนี้ ฉันได้ทดสอบเครื่องเข้ารหัสแบบโรตารี่ราคาถูกหลายตัว แต่ฉันก็ละทิ้งมันทันทีเนื่องจากปัญหาด้านความแม่นยำ/ความไว ดังนั้นฉันจึงไปที่ Incremental Photoelectric Rotary Encoder ของ DFRobot - 400P/R SKU: SEN0230 นี่คือตัวเข้ารหัสแบบหมุนโฟโตอิเล็กทริกที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมด้วยวัสดุอลูมิเนียม เปลือกโลหะ และเพลาสแตนเลส มันสร้างสัญญาณพัลส์มุมฉากสองเฟส AB ผ่านการหมุนของตะแกรงตะแกรงและออปโตคัปเปลอร์ 400 พัลส์/รอบสำหรับแต่ละเฟส และ 1600 พัลส์/รอบสำหรับเอาต์พุตแบบสองเฟส 4 ครั้ง เครื่องเข้ารหัสแบบโรตารี่นี้รองรับความเร็วสูงสุด 5000 r/min และสามารถใช้สำหรับความเร็ว มุม ความเร็วเชิงมุม และข้อมูลอื่นๆ ได้

ตัวเข้ารหัสแบบหมุนด้วยตาแมวมีเอาต์พุต NPN open collector ดังนั้นคุณจึงจำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นหรือเปิดใช้งานการดึงขึ้นของ Arduino ภายใน ใช้ชิปควบคุมแรงดันไฟฟ้า 750L05 ซึ่งมีอินพุตพลังงานช่วงกว้าง DC4.8V-24V

ขั้นตอนที่ 3: ความไว

ตัวเข้ารหัสโรตารีออปโตอิเล็กทริกนี้มีความไวสูง ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการควบคุมเพลาและการใช้งานการจัดตำแหน่ง แต่สำหรับจุดประสงค์ของฉัน มันสมเหตุสมผลเกินไป ด้วยล้อขนาด 51 มม. เครื่องเข้ารหัสนี้มีความไว 0.4 มม. ซึ่งหมายความว่าหากคุณมีอาการสั่นเพียงเล็กน้อย มือจะถูกบันทึก ดังนั้นฉันจึงลดความไวโดยเพิ่มฮิสเทรีซิสในรูทีนการขัดจังหวะ:

โมฆะขัดจังหวะ ()

{ ถ่านฉัน; ผม = digitalRead(B_PHASE); ถ้า (i == 1) นับ +=1; นับอื่น -=1; ถ้า (abs (นับ) >= hysteresis) { flag_A = flag_A+count; นับ = 0; } }

เคล็ดลับนี้เพียงพอที่จะให้ความมั่นคงที่ดีกับการวัด

ขั้นตอนที่ 4: การวัด

เลือกหน่วยวัดของคุณ (ทศนิยมหรืออิมพีเรียล) จากนั้นวางตำแหน่งวงล้อด้วยจุดสัมผัสที่จุดเริ่มต้นของการวัดของคุณ กดปุ่มรีเซ็ตและหมุนต่อไปจนสุด จากซ้ายไปขวา การวัดจะเพิ่มขึ้นและสรุป สำหรับจากขวาไปซ้าย การวัดจะเพิ่มขึ้นและลบออก คุณยังสามารถวัดวัตถุที่โค้งงอได้ (รูปร่างรถของคุณ ราวบันไดเวียน ความยาวของแขนจากไหล่ถึงข้อมือด้วยการงอศอก ฯลฯ)

การหมุนวงล้อเต็มเส้นผ่านศูนย์กลาง=D จะวัดความยาว D*π. ในกรณีของฉัน ด้วยล้อขนาด 51 มม. นี่คือ 16.02 ซม. และแต่ละขีดมีขนาด 0.4 มม. (ดูย่อหน้าความไว)

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบ

PoC ถูกสร้างขึ้นบนเขียงหั่นขนมเพื่อสาธิตวงจร ทุกส่วนประกอบถูกติดตั้งไว้บนบอร์ด และตัวเข้ารหัสแบบโรตารี่เชื่อมต่อกับขั้วต่อแบบสกรู 2x2 ขั้ว แบตเตอรี่เป็นแบตเตอรี่มาตรฐาน 9v และการใช้พลังงานทั้งหมดของวงจรอยู่ที่ประมาณ 60mA

ขั้นตอนที่ 6: รหัส

สำหรับจอแสดงผล ฉันใช้ U8g2lib ซึ่งยืดหยุ่นและทรงพลังมากสำหรับจอแสดงผล OLED ประเภทนี้ ทำให้มีแบบอักษรให้เลือกมากมายและฟังก์ชันการจัดตำแหน่งที่ดี ฉันไม่ได้เสียเวลามากเกินไปในการกรอกข้อมูลให้เต็มหน้าจอ เพราะนี่เป็นเพียง Poc

ในการอ่านเอ็นโค้ดเดอร์ ฉันกำลังใช้อินเตอร์รัปต์ที่สร้างโดยหนึ่งใน 2 เฟส: ทุกครั้งที่เพลาเอนโค้ดเดอร์เคลื่อนที่ มันจะสร้างอินเตอร์รัปต์กับ Arduino ที่ผูกติดอยู่กับการเพิ่มขึ้นของแรงกระตุ้น

AttachInterrupt(digitalPinToInterrupt(A_PHASE), อินเตอร์รัปต์, RISING);

จอแสดงผลจะเปลี่ยนจากมิลลิเมตร เป็นเมตร เป็นกิโลเมตร และ (หากเลือกจากปุ่มกด) จากนิ้ว เป็นหลา เป็นไมล์ ในขณะที่ปุ่มกด RST จะรีเซ็ตการวัดเป็นศูนย์

ขั้นตอนที่ 7: แผนผัง

ขั้นตอนที่ 8: จาก PoC สู่การผลิต

เหตุใดจึงเป็นการพิสูจน์แนวคิด เนื่องจากมีการปรับปรุงหลายอย่างที่ทำได้/ควรทำก่อนสร้างอุปกรณ์ที่ใช้งานได้เต็มรูปแบบ มาดูการปรับปรุงที่เป็นไปได้ทั้งหมดในรายละเอียด:

• ล้อ. ความไว/ความแม่นยำของ Measurino ขึ้นอยู่กับล้อ ล้อที่เล็กกว่าสามารถให้ความแม่นยำที่ดีขึ้นในการวัดความยาวขนาดเล็ก (เรียงจากมิลลิเมตรเป็นเซนติเมตร) ล้อขนาดใหญ่กว่ามากพร้อมบูมส่วนต่อขยายจะช่วยให้เดินบนถนนและวัดระยะทางได้ สำหรับล้อขนาดเล็ก ต้องคำนึงถึงวัสดุ: ล้อยางเต็มตัวอาจทำให้เสียรูปเล็กน้อยและส่งผลต่อความแม่นยำ ดังนั้น ในกรณีนี้ ผมจะแนะนำล้ออะลูมิเนียม/เหล็กที่มีเทปบางๆ เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ลื่นไถล ด้วยการแก้ไขซอฟต์แวร์เล็กน้อย (เลือกเส้นผ่านศูนย์กลางล้อที่ถูกต้องด้วยสวิตช์) คุณอาจพิจารณาล้อแบบถอดเปลี่ยนได้เพื่อปรับให้เข้ากับการวัดใดๆ โดยใช้ขั้วต่อ 4 พิน (เช่น พอร์ต usb)
• ซอฟต์แวร์. ด้วยการเพิ่มปุ่มกดอื่น ซอฟต์แวร์ยังสามารถดูแลพื้นที่การวัดของสี่เหลี่ยมหรือแอมพลิจูดของมุม ฉันยังแนะนำให้เพิ่มปุ่มกด "กดค้างไว้" เพื่อหยุดการวัดในตอนท้าย หลีกเลี่ยงการขยับวงล้อโดยไม่ได้ตั้งใจก่อนที่จะอ่านค่าบนจอแสดงผล
• เปลี่ยนล้อด้วยสปูล สำหรับการวัดระยะสั้นๆ (ภายในไม่กี่เมตร) สามารถเปลี่ยนล้อด้วยหลอดสปริงที่มีเกลียวหรือเทปได้ ด้วยวิธีนี้ คุณเพียงแค่ต้องดึงเกลียว (ทำให้แกนเอ็นโค้ดเดอร์หมุน) ใช้การวัดของคุณและดูที่จอแสดงผล
• เพิ่มการแสดงสถานะแบตเตอรี่ พินอ้างอิง Arduino 3.3v (แม่นยำภายใน 1%) สามารถใช้เป็นฐานสำหรับตัวแปลง ADC ดังนั้นโดยการแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลบนพิน 3.3V (โดยเชื่อมต่อกับ A1) แล้วเปรียบเทียบการอ่านนี้กับค่าที่อ่านได้จากเซ็นเซอร์ เราสามารถคาดการณ์การอ่านที่สมจริง ไม่ว่า VIN จะเป็นอย่างไร (ตราบใดที่มันสูงกว่า 3.4V) ตัวอย่างการทำงานสามารถพบได้ในโครงการอื่นของฉัน

ขั้นตอนที่ 9: แกลเลอรี่ภาพ