Điều khiển chủ động Cối xay gió: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Tài liệu hướng dẫn này được tạo ra để đáp ứng yêu cầu dự án của Makecourse tại Đại học Nam Florida (www.makecourse.com)

Tôi phải chọn một dự án để thiết kế và xây dựng từ đầu. Tôi quyết định muốn thử chế tạo một cối xay gió có thể cảm nhận được hướng gió và chủ động đối mặt với nó mà không cần đến cánh gió hoặc đuôi. Vì trọng tâm của tôi trong dự án này là sự kết hợp giữa cảm biến và điều khiển PID, cối xay gió không hoạt động gì với năng lượng làm quay các cánh quạt. Vui lòng sửa đổi thiết kế để hữu ích hơn! Những gì sau đây không phải là cách duy nhất để xây dựng điều này. Tôi đã phải giải quyết một số vấn đề không lường trước được trên đường đi và nó dẫn đến việc tôi phải sử dụng các vật liệu hoặc công cụ khác nhau. Một vài lần tôi đã làm với các bộ phận trên tay hoặc nhặt được từ các thiết bị hoặc đồ công nghệ cũ. Vì vậy, một lần nữa, hãy thoải mái zig nơi tôi đã khoanh vùng. Tôi không muốn làm điều đó. Thay vào đó, tôi đã cung cấp các mô hình 3d, danh sách vật liệu và cung cấp các gợi ý hữu ích mà tôi đã học được trong suốt chặng đường.

Quân nhu:

Tôi đã bao gồm mã Arduino và các tệp Autodesk. Bạn cũng sẽ cần những thứ sau:

-Máy cắt ống nhỏ-Sắt hàn, thuốc hàn, chất trợ dung-Tua vít-Khoan-Dao cạo hoặc dao cắt hộp hoặc dao chính xác-Súng bắn keo nóng- Súng bắn nhiệt (tùy chọn)

Vật liệu:

-24 inch ống nhôm đường kính.25 inch (tôi nhận được từ Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 bộ điều khiển bước- (tùy chọn 1) Tấm chắn động cơ trọng lực và cảm biến hiệu ứng hội trường từ DfRobot- (tùy chọn 2) bất kỳ thứ gì khác cảm biến quay tương tự-3 + dây dẫn trượt hoặc vòng bi bánh kếp-dự án hộp-vòng bi cho cụm mũi-vít-Gỗ cho nền-Pin (tôi sử dụng 9v cho bảng và cấp nguồn cho bước với 7.8 Li-Po) -RC thanh đẩy máy bay (bất kỳ dây cứng nào có đường kính nhỏ sẽ làm được.)

Bước 1: Lập mô hình Cối xay gió

Tôi đã sử dụng phiên bản Autodesk Inventor Student để làm mô hình cho dự án cối xay gió này. Tôi đã bao gồm các tệp stl trong Có thể hướng dẫn này. Nếu tôi làm điều này một lần nữa, tôi sẽ tăng đáng kể diện tích bề mặt của các lưỡi kiếm của mình để chúng hoạt động tốt hơn ở quy mô này. Những điều cần lưu ý trong khi lập mô hình dự án của bạn là quy mô của các bộ phận của bạn so với độ phân giải / dung sai của máy in có sẵn của bạn. Đảm bảo bạn chia tỷ lệ mô hình của mình để nó phù hợp với bất kỳ cảm biến cần thiết hoặc thiết bị tích hợp nào khác.

Ngoài ra, tôi nhận thấy rằng mối quan tâm về độ bền đã khiến tôi sử dụng các mặt hàng được sản xuất riêng lẻ, như ống nhôm, cho các bộ phận kết cấu. Tôi đã mua vòng bi của mình từ Mcmaster-Carr và họ có một mô hình 3d của chúng mà tôi đã sử dụng để làm giá đỡ rất vừa vặn với chúng.

Tôi nhận thấy rằng việc vẽ các bộ phận trước khi tôi cố gắng tạo mô hình giúp quá trình diễn ra nhanh hơn cũng như giảm bớt số lượng điều chỉnh tôi cần thực hiện để các bộ phận hoạt động với nhau.

Bước 2: Lắp ráp các bản in

Gõ bất kỳ gờ nào trên bề mặt chịu lực; chà nhám chúng nếu cần.

Tôi đã sử dụng nhiệt (cẩn thận!) Để làm thẳng một vài cánh quạt bị cong trong khi làm mát.

Chạy chậm khi lắp phần cứng vào các khe / lỗ lắp của chúng.

Sau khi cấu trúc được lắp ráp, hãy thêm các cảm biến và thiết bị điện tử của bạn. Tôi gắn các thiết bị điện tử vào vị trí bên trong hộp dự án và sử dụng mỏ hàn để "hàn" giá gắn cảm biến vào khe gắn của nó bên trong thân máy.

Bước 3: Lắp ráp các thiết bị điện tử

Đảm bảo bạn có kết nối tốt với mọi thứ. Không có dây tiếp xúc; không có khả năng ngắn mạch.

Đảm bảo cảm biến của bạn được gắn chắc chắn.

Tham khảo mã để xác định chân nào được cắm ở đâu. (tức là dây động cơ bước hoặc dây tương tự cảm biến.)

Tôi cấp nguồn cho động cơ bằng nguồn bên ngoài thay vì thông qua bảng Arduino. Tôi không muốn làm hỏng bo mạch nếu động cơ kéo đến nhiều dòng điện.

Bước 4: Lập trình Arduino

Chương trình và sơ đồ điều khiển vòng kín là cốt lõi của dự án này. Tôi đã đính kèm mã Arduino và nó được nhận xét đầy đủ. Khi điều chỉnh PID, tôi thấy rằng mình đã dễ dàng hơn nếu làm như sau: 1) Đặt tất cả các mức tăng PID thành 0. 2) Tăng giá trị P cho đến khi phản ứng với sai số là một dao động ổn định. 3) Tăng giá trị D cho đến khi dao động kết thúc. 4) Lặp lại các bước 2 và 3 cho đến khi bạn không thể cải thiện thêm được nữa.

5) Đặt P và D đến các giá trị ổn định cuối cùng. 6) Tăng giá trị I cho đến khi nó trở lại điểm đặt mà không có lỗi trạng thái ổn định.

Do thiết kế cơ học, tôi đã tạo ra một chức năng deadzone để cắt điện cho động cơ khi cối xay gió được định hướng chính xác. Điều này làm giảm đáng kể nhiệt trong động cơ bước. Trước khi làm điều này, tôi đã chạy nó và nó đã đủ nóng để làm cong nền tháp và rơi ra khỏi giá đỡ.

Cụm lưỡi dao không được cân bằng hoàn hảo và nó đủ nặng để làm cho cụm trục quay lắc lư. Sự chao đảo về cơ bản cung cấp thông tin cảm biến giả cho quá trình PID và thêm tiếng ồn gây ra chuyển động dư thừa và do đó phát nhiệt.

Bước 5: Trở thành Kỹ sư

Sau khi mọi thứ được lắp ráp và lập trình, hãy tìm một chiếc quạt hoặc một cơn bão nhiệt đới và thử nghiệm tác phẩm của bạn! Một phần của niềm vui khi xây dựng công cụ này là tìm ra cách giải quyết các vấn đề nảy sinh. Vì lý do đó, có thể giảng dạy này rất chi tiết. Ngoài ra, nếu bạn cố gắng xây dựng điều này và tìm ra giải pháp tốt hơn thì tôi đã làm, hãy chia sẻ chúng. Tất cả chúng ta có thể học hỏi lẫn nhau.