Measurino: Bằng chứng về khái niệm bánh xe đo: 9 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Measurino chỉ đơn giản là đếm số vòng quay của một bánh xe và quãng đường đi được tỷ lệ thuận với bán kính của bánh xe đó. Đây là nguyên tắc cơ bản của đồng hồ đo tốc độ và tôi bắt đầu dự án này chủ yếu để nghiên cứu cách giữ mạch (được xử lý bởi vi điều khiển Arduino), tương thích với một số khoảng cách, từ milimét đến kilômét và để đánh giá các vấn đề hoặc cải tiến có thể xảy ra.

Bước 1: Các bộ phận và thành phần

• Arduino Nano rev.3
• Màn hình OLED 128 × 64 (SSD1306)
• Bộ mã hóa quay quang điện tăng dần (400P / R)
• Bánh xe cao su cho máy bay mô hình (đường kính 51mm)
• 2 nút bấm
• Pin 9v

Bước 2: Bộ mã hóa

Đối với dự án này, tôi đã thử nghiệm một số bộ mã hóa quay giá rẻ, nhưng tôi đã ngay lập tức loại bỏ chúng do các vấn đề về độ chính xác / độ nhạy. Vì vậy, tôi đã đi đến Bộ mã hóa vòng quay quang điện tăng dần của DFRobot - 400P / R Mã hàng: SEN0230. Đây là bộ mã hóa quay quang điện gia tăng công nghiệp với chất liệu nhôm, vỏ kim loại và trục thép không gỉ. Nó tạo ra tín hiệu xung trực giao hai pha AB thông qua sự quay của đĩa cách tử và bộ ghép quang. 400 xung / vòng cho mỗi pha và 1600 xung / vòng cho đầu ra 4 lần pha kép. Bộ mã hóa quay này hỗ trợ tốc độ tối đa 5000 vòng / phút. Và nó có thể được sử dụng để đo tốc độ, góc, vận tốc góc và các dữ liệu khác.

Bộ mã hóa quay quang điện có đầu ra bộ thu mở NPN, vì vậy bạn cần sử dụng điện trở kéo lên hoặc kích hoạt khả năng kéo lên của Arduino bên trong. Nó đang sử dụng chip điều chỉnh điện áp 750L05, có đầu vào điện dải rộng DC4.8V-24V.

Bước 3: Độ nhạy

Bộ mã hóa quay quang điện này thực sự có độ nhạy lớn, điều này làm cho nó trở nên hoàn hảo cho các ứng dụng điều khiển và định vị trục. Nhưng đối với mục đích của tôi, nó quá hợp lý. Với bánh xe 51mm, bộ mã hóa này có độ nhạy 0,4mm, có nghĩa là nếu bàn tay của bạn bị run ở mức tối thiểu, chúng sẽ được ghi lại. Vì vậy, tôi đã giảm độ nhạy bằng cách thêm độ trễ trong quy trình ngắt:

void ngắt ()

{char tôi; i = digitalRead (B_PHASE); if (i == 1) count + = 1; số khác - = 1; if (abs (count)> = hysteresis) {flag_A = flag_A + count; đếm = 0; }}

Thủ thuật này đủ để tạo độ ổn định tốt cho thước đo.

Bước 4: Đo lường

Chọn Đơn vị đo của bạn (Thập phân hoặc Hoàng đế) và sau đó chỉ cần định vị bánh xe với điểm tiếp xúc của nó khi bắt đầu phép đo của bạn, nhấn nút Đặt lại và giữ nó quay cho đến khi kết thúc. Từ trái sang phải số đo tăng lên và cộng lại, từ phải sang trái nó giảm và trừ. Bạn cũng có thể đo các vật thể có đường cong (hình dạng ô tô của bạn, tay vịn của cầu thang xoắn ốc, chiều dài của cánh tay bạn từ vai đến cổ tay với khuỷu tay cong, v.v.).

Một bánh xe có đường kính = D quay hoàn toàn sẽ đo được độ dài D * π. Trong trường hợp của tôi, với bánh xe 51mm, con số này là 16,02cm và mỗi lần đánh dấu có kích thước 0,4mm (xem phần Độ nhạy).

Bước 5: Lắp ráp

PoC đã được tạo trên một breadboard để chứng minh mạch điện. Mọi thành phần đã được gắn trên bo mạch và bộ mã hóa quay được kết nối với Khối đầu cuối trục vít 2x2 cực. Pin là pin tiêu chuẩn 9v và tổng công suất tiêu thụ của mạch là khoảng 60mA.

Bước 6: Mã

Đối với màn hình, tôi đã sử dụng U8g2lib rất linh hoạt và mạnh mẽ cho loại màn hình OLED này, cho phép nhiều lựa chọn phông chữ và chức năng định vị tốt. Tôi đã không lãng phí quá nhiều thời gian để lấp đầy màn hình với các thông tin, vì đây chỉ là một Poc.

Để đọc bộ mã hóa, tôi đang sử dụng các ngắt được tạo ra bởi một trong 2 giai đoạn: mỗi khi trục bộ mã hóa di chuyển, nó tạo ra một ngắt đối với Arduino gắn liền với sự gia tăng của xung.

mountInterrupt (digitalPinToInterrupt (A_PHASE), ngắt, RISING);

Màn hình tự động chuyển từ milimét, sang mét, sang ki lô mét và (nếu được chọn từ nút bấm) từ inch, sang thước, sang dặm, trong khi nút nhấn RST đặt lại số đo về 0.

Bước 7: Sơ đồ

Bước 8: Từ PoC đến Sản xuất

Tại sao đây là một Bằng chứng về Khái niệm? Dựa trên nhiều cải tiến có thể / nên được thực hiện trước khi xây dựng một thiết bị hoạt động đầy đủ. Hãy xem tất cả các cải tiến có thể có trong chi tiết:

• Bánh xe. Độ nhạy / độ chính xác của Measurino phụ thuộc vào bánh xe. Một bánh xe nhỏ hơn có thể mang lại cho bạn độ chính xác tốt hơn trong việc đo chiều dài nhỏ (theo thứ tự từ mm đến cm). Bánh xe lớn hơn nhiều với cần kéo dài sẽ cho phép đi trên đường và đo km. Đối với bánh xe nhỏ, vật liệu phải được xem xét: một bánh xe hoàn toàn bằng cao su có thể hơi biến dạng và ảnh hưởng đến độ chính xác, vì vậy trong trường hợp đó, tôi sẽ đề xuất một bánh xe bằng nhôm / thép chỉ với một lớp băng mỏng để tránh trượt. Với một chỉnh sửa phần mềm nhỏ (chọn đường kính bánh xe chính xác bằng công tắc), bạn có thể cân nhắc các bánh xe có thể thay thế cho nhau để thích ứng với bất kỳ biện pháp nào, bằng cách sử dụng đầu nối 4 chân (tức là: cổng usb).
• Phần mềm. Bằng cách thêm một nút bấm khác, phần mềm cũng có thể xử lý các diện tích hình chữ nhật hoặc biên độ góc. Tôi cũng khuyên bạn nên thêm nút "Giữ" để đóng băng phép đo ở cuối, tránh vô tình di chuyển bánh xe trước khi đọc giá trị trên màn hình.
• Thay thế bánh xe bằng một ống chỉ. Đối với các biện pháp ngắn (trong vòng vài mét), bánh xe có thể được thay thế bằng một ống chỉ có lò xo có chứa chỉ hoặc băng. Bằng cách này, bạn chỉ cần kéo sợi chỉ (làm cho trục bộ mã hóa quay), lấy thước đo của bạn và quan sát trên màn hình.
• Thêm hiển thị trạng thái pin. Chân tham chiếu Arduino 3.3v (chính xác trong vòng 1%) có thể được sử dụng làm chân đế cho bộ chuyển đổi ADC. Vì vậy, bằng cách thực hiện chuyển đổi từ tương tự sang kỹ thuật số trên chân 3,3V (bằng cách kết nối nó với A1) và sau đó so sánh số đọc này với số đọc từ cảm biến, chúng tôi có thể ngoại suy giá trị đọc thực tế, bất kể số VIN là bao nhiêu (miễn là nó trên 3,4V). Một ví dụ làm việc có thể được tìm thấy trong dự án khác này của tôi.

Bước 9: Thư viện hình ảnh