Measurino: kotač za mjerenje Dokaz koncepta: 9 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Measurino jednostavno broji broj okretaja kotača, a prijeđena udaljenost direktno je proporcionalna radijusu samog kotača. Ovo je osnovni princip brojača kilometara i započeo sam ovaj projekt uglavnom kako bih proučio kako održavati krug (kojim upravlja Arduino mikrokontroler) kompatibilan s nekoliko raspona udaljenosti, od milimetara do kilometara, te procijeniti moguće probleme ili poboljšanja.

Korak 1: Dijelovi i komponente

• Arduino Nano rev.3
• 128 × 64 OLED diplay (SSD1306)
• Inkrementalni fotoelektrični rotacijski koder (400P/R)
• Gumeni točak za model aviona (prečnik 51 mm)
• 2 tastera
• 9v baterija

Korak 2: Kodirač

Za ovaj projekt testirao sam nekoliko jeftinih rotacijskih kodera, ali sam ih odmah odbacio zbog problema s preciznošću/osjetljivošću. Pa sam otišao do DFRobotovog Inkrementalnog fotoelektričnog rotacijskog kodera - 400P/R SKU: SEN0230. Ovo je industrijski inkrementalni fotoelektrični rotacijski davač s aluminijskim materijalom, metalnom školjkom i osovinom od nehrđajućeg čelika. Generira dvofazni ortogonalni impulsni signal AB rotacijom diska rešetke i optičkog spregača. 400 impulsa/krug za svaku fazu i 1600 impulsa/krug za dvofazni 4-struki izlaz. Ovaj rotacijski davač podržava maksimalnu brzinu od 5000 o/min. Može se koristiti za mjerenje brzine, kuta, kutne brzine i drugih podataka.

Fotoelektrični rotacijski koder ima izlaz NPN otvorenog kolektora, pa morate upotrijebiti pullup otpornike ili omogućiti unutarnje povlačenje Arduina. Koristi čip regulatora napona 750L05, koji ima ulaznu snagu širokog raspona DC4.8V-24V.

Korak 3: Osetljivost

Ovaj optoelektrični rotacijski koder ima zaista veliku osjetljivost, što ga čini savršenim za aplikacije za upravljanje vratilom i pozicioniranje. Ali za moju svrhu to je bilo previše razumno. Sa kotačem od 51 mm, ovaj koder ima osjetljivost od 0,4 mm, što znači da će se, ako u ruci imate minimalno drhtanje, snimiti. Pa sam smanjio osjetljivost dodavanjem histereze u rutinu prekida:

void interrupt ()

{char i; i = digitalno čitanje (B_PHASE); if (i == 1) count += 1; else count -= 1; if (abs (broj)> = histereza) {flag_A = flag_A+count; count = 0; }}

Ovaj trik je bio dovoljan da se mjeri dobra stabilnost.

Korak 4: Mjerenje

Odaberite svoju mjernu jedinicu (decimalnu ili carsku), a zatim samo postavite kotačić s njegovom kontaktnom točkom na početak mjerenja, pritisnite tipku za poništavanje i držite je rotiranom do kraja. S lijeva na desno mjera se povećava i zbraja, dok se zdesna nalijevo smanjuje i oduzima. Možete mjeriti i zakrivljene objekte (oblik vašeg automobila, rukohvat spiralnog stepeništa, dužinu ruke od ramena do zgloba sa savijenim laktom itd.).

Potpuna rotacija kotača promjera = D mjerit će dužinu D*π. U mom slučaju, sa točkom od 51 mm, ovo je 16,02 cm, a svaki tik meri 0,4 mm (vidi paragraf Osetljivost).

Korak 5: Sklapanje

PoC je napravljen na ploči za demonstraciju kola. Svaka komponenta je pričvršćena na ploču, a rotacijski davač spojen je na 2x2 polni zavrtanj. Baterija je standardna baterija od 9V, a ukupna potrošnja energije kruga je oko 60mA.

Korak 6: Kodiranje

Za ekran sam koristio U8g2lib koji je vrlo fleksibilan i moćan za ovu vrstu OLED ekrana, omogućavajući širok izbor fontova i dobre funkcije pozicioniranja. Nisam gubio previše vremena na popunjavanje ekrana informacijama, jer je ovo bio samo Poc.

Za čitanje kodera koristim prekide generirane u jednoj od 2 faze: svaki put kad se vratilo kodera pomakne, generira prekid za Arduino vezan uz porast impulsa.

attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (A_PHASE), prekid, RISING);

Zaslon se automatski prebacuje s milimetara, na metre, na kilometre i (ako je odabran s tipke) s inča, u jarde, u milje, dok tipka RST poništava mjeru na nulu.

Korak 7: Sheme

Korak 8: Od PoC do proizvodnje

Zašto je ovo dokaz koncepta? Zbog mnogih poboljšanja koja bi se mogla/trebala učiniti prije izgradnje potpuno funkcionalne opreme. Pogledajmo detaljno sva moguća poboljšanja:

• Točak. Osetljivost/preciznost Measurina zavisi od točka. Manji kotač mogao bi vam pružiti bolju preciznost u mjerenju malih dužina (po redoslijedu milimetara do centimetara). Mnogo veći kotač s produžnim nosačem omogućit će hodanje po cesti i mjerenje kilometara. Za male kotače mora se uzeti u obzir materijal: kotač od pune gume mogao bi se lagano deformirati i utjecati na preciznost, pa ću u tom slučaju predložiti aluminijski/čelični kotač sa samo tankom trakom kako bi se izbjeglo klizanje. Uz trivijalno uređivanje softvera (odaberite odgovarajući promjer kotačića pomoću prekidača), mogli biste razmisliti o zamjenjivim kotačima kako biste se prilagodili bilo kojoj mjeri, koristeći 4-pinski konektor (tj. USB port).
• Softver. Dodavanjem još jednog gumba, softver bi se mogao pobrinuti i za mjerenje područja pravokutnika ili amplitude uglova. Takođe savetujem da dodate dugme "Hold" da biste zamrznuli meru na kraju, izbegavajući nenamerno pomeranje točkića pre čitanja vrednosti na ekranu.
• Zamijenite kotač s kalemom. Za kratke mjere (unutar nekoliko metara) kotač se može zamijeniti kalemom sa oprugom koji sadrži konac ili traku. Na ovaj način samo trebate povući konac (čineći da se vratilo kodera rotira), uzeti mjeru i gledati na ekranu.
• Dodajte prikaz stanja baterije. Referentni pin 3.3V Arduino (tačan unutar 1%) može se koristiti kao osnova za ADC pretvarač. Dakle, izvršavanjem analogno-digitalne konverzije na 3.3V pinu (povezivanjem na A1) i zatim usporedbom ovog očitanja sa očitanjem sa senzora, možemo ekstrapolirati istinito očitanje, bez obzira na VIN (sve dok je iznad 3,4 V). Radni primjer mogao bi se naći u ovom drugom projektu.

Korak 9: Galerija slika