تحكم متزامن في مشغلين خطيين بصريين باستخدام Arduino

يمكن أن تكون الحركة المتزامنة بين المشغلات الخطية المتعددة أمرًا حيويًا لنجاح بعض تطبيقات العملاء ، أحدها المشترك هو مشغلان خطيان يفتحان بابًا. من أجل تحقيق ذلك نوصي باستخدام Firgelli المخصص صندوق التحكم المتزامن FA-SYNC-2 و FA-SYNC-4. ومع ذلك ، يفضل بعض DIYers والمتسللين الحرية التي يوفرها متحكم دقيق مثل Arduino ويفضلون بدلاً من ذلك كتابة برنامج التحكم المتزامن الخاص بهم. يهدف هذا البرنامج التعليمي إلى تقديم نظرة عامة حول كيفية تحقيق ذلك باستخدام سلسلة المحرك الخطي البصري.

مقدمة

هذا البرنامج التعليمي ليس معالجة صارمة للخطوات المطلوبة لتحقيق تحكم متزامن مع Arduino ، بل نظرة عامة واسعة لمساعدتك في كتابة برنامجك المخصص. هذا البرنامج التعليمي متقدم ويفترض أنك على دراية بأجهزة Arduino وبرامجها ، ولديك خبرة مثالية في إشارات تعديل عرض النبض (PWM) وروتين خدمة المقاطعة (ISR) وإلغاء أجهزة الاستشعار وأجهزة ترميز المحركات. المثال المقدم في هذا البرنامج التعليمي هو وحدة تحكم تناسبية بدائية. يمكن تنفيذ العديد من التحسينات في المثال التالي بما في ذلك ، على سبيل المثال لا الحصر: تنفيذ حلقة تحكم PID والقياس لأكثر من مشغلين خطيين. يرجى العلم أنه ليس لدينا الموارد اللازمة لتقديم الدعم الفني لتطبيقات Arduino ولن نقوم بتصحيح أو تحرير أو توفير تعليمات برمجية أو مخططات الأسلاك خارج هذه البرامج التعليمية المتاحة للجمهور.

نظرة عامة التحكم المتزامن

يتم تحقيق التحكم المتزامن من خلال مقارنة طول مشغلين خطيين وضبط السرعة بشكل متناسب ؛ إذا بدأ أحد المشغلات في التحرك بشكل أسرع من الآخر ، فسنبطئه. يمكننا قراءة موضع المشغل الخطي عبر المشفر البصري المدمج. المشفر البصري عبارة عن قرص بلاستيكي صغير به 10 فتحات متصل بمحرك التيار المستمر بحيث يعمل القرص البلاستيكي أيضًا عندما يدور المحرك. يتم توجيه مؤشر LED بالأشعة تحت الحمراء نحو القرص البلاستيكي بحيث ينتقل الضوء أثناء دورانه إما من خلال الفتحات الموجودة في القرص البصري أو حجبه بواسطة بلاستيك القرص. يكتشف مستشعر الأشعة تحت الحمراء الموجود على الجانب الآخر من القرص عندما ينتقل الضوء عبر الفتحة ويخرج إشارة موجة مربعة. من خلال حساب عدد النبضات التي يكتشفها المستقبل ، يمكننا حساب RPM للمحرك والمسافة التي قطعها المشغل الخطي. يحتوي المحرك الخطي البصري 35 رطلاً على 50 (+/- 5) نبضة بصرية لكل بوصة من السفر بينما يحتوي كلا المشغلين 200 رطل و 400 رطل على 100 (+/- 5) نبضة في البوصة. بمقارنة المسافة التي امتدها كل مشغل خطي ، يمكننا ضبط سرعة المشغلين بشكل متناسب بحيث يظلان دائمًا على نفس الطول أثناء التمديد.

المكونات المطلوبة

الاسلاك الرسم البياني

تحكم متزامن في مشغلين خطيين بصريين باستخدام Arduino

قم بعمل توصيلات الأسلاك أعلاه. تحقق دائمًا من ألوان الأسلاك الخارجة من المشغل الخطي حيث قد يتغير اصطلاح التلوين عما هو موضح في الرسم التخطيطي أعلاه. احرص على عدم إغفال الأزرار اللحظية الثلاثة المتصلة بين المسامير الرقمية 7 و 8 و 9 و GND.

    برنامج تعليمي سريع

    إذا كنت ترغب فقط في تحريك المشغلين الخطيين بشكل متزامن ، فما عليك سوى اتباع الخطوات التالية:

    • قم بإجراء التوصيلات كما هو موضح في مخطط الأسلاك.
    • قم بتحميل وتشغيل البرنامج الأول أدناه.
    • انسخ ناتج القيمتين بواسطة هذا البرنامج في السطر 23 من البرنامج الثاني أدناه.
    • قم بتحميل وتشغيل البرنامج الثاني.
    • قم بضبط النظام الخاص بك عن طريق تغيير المتغير K_p (السطر 37 ، البرنامج الثاني). يتم القيام بذلك بسهولة عن طريق إرفاق مقياس الجهد بالدبوس التناظري A0 وتعديل الشيء في الكود لقراءة مقياس الجهد واستخدام وظيفة map (): K_p = map (analogRead (A0) ، 0 ، 1023 ، 0 ، 20000) ؛

    سيتناول الجزء المتبقي من هذا البرنامج التعليمي بمزيد من التفصيل بعض الميزات الرئيسية للبرامج. نكرر مرة أخرى أن هذا ليس برنامجًا تعليميًا شاملاً ، بل نظرة عامة على الأشياء التي يجب مراعاتها عند إنشاء برنامجك الخاص.

    نظرة عامة على برنامج المعايرة

    قبل أن يتم تحقيق التحكم المتزامن ، يجب علينا أولاً معايرة النظام. يتضمن ذلك حساب عدد النبضات لكل دورة تشغيل لأنه كما هو مذكور في مواصفات المنتج ، هناك تفاوت (+/- 5) نبضات لكل بوصة من السفر. قم بتحميل وتشغيل البرنامج أدناه. سيقوم هذا البرنامج بسحب المشغلات بالكامل (السطر 53) وضبط متغير عداد النبض البصري على الصفر ، ثم يتم تمديده بالكامل وسحبه بالكامل (الخط 63 و 74 ، على التوالي) خلال دورة التشغيل هذه ، سيتم حساب عدد النبضات بواسطة روتين خدمة المقاطعة (ISR) ، السطر 153 و 166. بمجرد اكتمال دورة التشغيل ، سيتم إخراج متوسط ​​عدد النبضات ، السطر 88 ، قم بتدوين هذه القيم في وقت لاحق.

    https://gist.github.com/Will-Firgelli/89978da2585a747ef5ff988b2fa53904

    نظرة عامة على البرنامج المتزامن

    قبل تحميل برنامج التحكم المتزامن ، يجب عليك أولاً نسخ القيم الناتجة بواسطة برنامج المعايرة في السطر 23 واستبدال المصفوفة الحالية: {908 ، 906} بقيمك الخاصة. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كنت تستخدم المشغل الخطي 35 رطلاً ، فستحتاج إلى تغيير قيمة المتغير في السطر 29 من 20 مللي ثانية إلى 8 مللي ثانية.

    بعد التراجع الكامل مرة واحدة (لتحديد الأصل) ، يمكنك تحريك كلا المشغلين الخطيين بشكل متزامن بالضغط على الأزرار الثلاثة المقابلة لأوامر التمديد والسحب والإيقاف. ستبقى المشغلات متزامنة حتى في ظل الأحمال غير المتساوية من خلال مقارنة عدادات النبض النسبية الخاصة بها وضبط السرعة بينها لتبقى متزامنة دائمًا. يرجى العلم أن البرنامج الحالي يطبق وحدة تحكم تناسبية بسيطة ، السطر 93 ، على هذا النحو يخضع للتجاوز والتذبذب حول التوازن. يمكنك ضبط هذا بتغيير المتغير K_p المحدد في السطر 37.يتم القيام بذلك بسهولة عن طريق إرفاق مقياس الجهد بالدبوس التناظري A0 وتعديل الشيء في الكود لقراءة مقياس الجهد واستخدام وظيفة map (): K_p = map (analogRead (A0) ، 0 ، 1023 ، 0 ، 20000) ؛

    للحصول على أفضل النتائج ، نقترح بشدة إزالة وحدة التحكم التناسبية وتنفيذ حلقة تحكم PID ؛ لكن هذا خارج نطاق هذا البرنامج التعليمي التمهيدي وقد تم حذفه عمدًا.

    https://gist.github.com/Will-Firgelli/44a14a4f3cac3209164efe8abe3285b6

    استخدام مشغلات Bullet 36 و Bullet 50 بشكل متزامن

    بالإضافة إلى المشغل الخطي من السلسلة الضوئية ، نقدم أيضًا مشغلين خطيين معروضين مع مشفرات داخلية: Bullet 36 Cal. و Bullet 50 Cal ، وكلاهما لهما مشفر Hall Effect الداخلي التربيعي. يعمل مشفر Hall Effect على نفس مبدأ المشفر البصري ولكن بدلاً من استخدام الضوء ، فإنه يستخدم المغناطيسية. علاوة على ذلك ، لكونه جهاز تشفير تربيعي ، فإنه يحتوي على مخرجي إشارة ، كل منهما خارج المرحلة بمقدار 90 درجة. على هذا النحو ، تحتاج إلى استخدام لوحة Arduino مع 4 أو أكثر من دبابيس المقاطعة (يحتوي Arduino Uno على اثنين فقط) وتعديل الكود لمعالجة الإدخال من إشارتين لكل مشغل. علاوة على ذلك ، يجب ضبط متغير وقت الارتداد falsepulseDelay مع K_p.

    نصائح لكتابة البرنامج الخاص بك

    أكثر من اثنين من المحركات الخطية

    عند استخدام اثنين أو أكثر من المشغلات الخطية ، لن يعمل Arduino Uno بعد الآن حيث لا يتوفر سوى دبابيس للمقاطعة. ستحتاج إلى استخدام لوحة Arduino مع توفر العدد المناسب من دبابيس المقاطعة ، مزيد من المعلومات: https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/

    ثانيًا ، من أجل الكفاءة ، يُنصح بتوجيه البرمجة باستخدام المصفوفات و () الحلقات للتكرار على كل مشغل.

    شجب

    كما هو الحال مع العديد من أجهزة الاستشعار من المهم أن تكون على علم بإشارات كذاب. كما هو الحال مع مفاتيح الميكانيكية ، يمكن أن تعاني أيضا من الترميز كذاب. في المثال أعلاه تم التعامل مع عملية debouncing بتأخير بسيط (محددة من قبل متغير falsepulseDelay) ، من المهم التعامل مع هذا في أي تغييرات البرنامج الذي تقوم به أو مع الدوائر المادية لتصفية الضوضاء كذاب.

    التعامل مع التدحرج

    إذا قمت بتعديل التعليمات البرمجية يكون على علم من التمديد عند التعامل مع الدالة millis(). يتم تعريف كل من millis() و array lastDebounceTime كمتغيرات طويلة غير موقعة بمعنى أنها يمكن تخزين القيم حتى 4,294,967,295 (32^2-1). وهذا يترجم إلى فترة التمديد تقريبا من 49.7 يوما. تم تصميم البرنامج الحالي لمعالجة التمديد في وظائف ISR (خدمة المقاطعة) وظائف: count_0 & count_1، ولكن إذا قمت بتعديل هذا البرنامج تأكد من التعامل بشكل صحيح مع متغير التمديد، وإلا سوف تعطل البرنامج الخاص بك بعد ~ 49.7 أيام من الاستخدام المستمر. لمزيد من المعلومات، يرجى الرجوع إلى: https://www.norwegiancreations.com/2018/10/arduino-tutorial-avoiding-the-overflow-issue-when-using-millis-and-micros/

     

    Share this article

    منتجات مميزة

    هل تحتاج إلى مساعدة في العثور على المشغل الصحيح؟

    نحن نقوم بمهندس دقيق وتصنيع منتجاتنا حتى تحصل على أسعار المصنع مباشرة. نحن نقدم الشحن في نفس اليوم ودعم العملاء على دراية. حاول استخدام حاسبة المشغل للحصول على مساعدة في اختيار المشغل المناسب لتطبيقك.