Cara melacak gerakan ovendoor yang bergerak

Di tempat kerja, kami mengukur berbagai parameter untuk menguji prototipe oven yang baru dirancang. Untuk membuat segalanya lebih efisien, saya mencoba membuat pengaturan elektronik untuk mengotomatiskan pengukuran, khususnya gerakan pintu (dari buka penuh hingga tertutup sepenuhnya).

Tujuannya adalah dalam mengukur kecepatan sesaat pintu pada berbagai titik gerakannya, yang merupakan jalur radial tetap. Perhatikan penekanan pada logging kecepatan sesaat, yang bertentangan dengan kecepatan rata-rata yang ditentukan oleh waktu saja.

Apa cara saya mengukur kecepatan ovendoor / melacak gerakannya dengan akurasi yang masuk akal? (Kesalahan menyiratkan yang wajar <1-2 cm / s)

Karena ini hanya gerakan radial tetap (dan tidak ada komponen di sepanjang sumbu lain), dan karena ada komponen bergerak dan komponen stasioner, saya kira ini seharusnya menjadi masalah yang lebih mudah daripada, katakanlah, mengukur kecepatan benda independen seperti orang atau tangan.

Pikiran pertama saya adalah metode berbasis accelerometer-gyroscope-IMU, yaitu mengintegrasikan percepatan dari waktu ke waktu untuk mendapatkan kecepatan, tetapi membaca tentang hal ini menunjukkan bahwa ini akan menyebabkan kesalahan yang cukup besar.

Satu saran adalah untuk memiliki satu set laser daya rendah yang murah diatur dalam busur di atas bidang atas rotasi pintu, menunjuk langsung ke bawah. Lengkungan PIN fotodioda atau fototransistor yang sesuai tepat di bawah bidang bawah rotasi pintu dapat dihubungkan ke pin GPIO mikrokontroler, untuk mendeteksi gangguan cahaya dari setiap balok secara berurutan.

Saya telah membuat ilustrasi kasar dari pengaturan ini, menggunakan sudut pengindraan 5 derajat. Presisi ini dapat diturunkan hingga 1 derajat per sensor, jika diperlukan.

Laser merah 5 volt 5 mW dot-type ini sudah cukup ( sekitar $ 1 di eBay termasuk pengiriman internasional ):

Untuk sensor, fotodioda PIN seperti OP906 ( $ 0,59 dalam satuan tunggal dari Digikey ) dapat digunakan:

Dalam kode mikrokontroler Anda, pengaturan waktu untuk gangguan sinar laser berturut-turut akan memberikan kecepatan rotasi instan yang tepat antara dua titik yang dipisahkan oleh 5 derajat, saat pintu dibuka atau ditutup.

Laju sampel ADC, ketepatan waktu, dan kecepatan pemrosesan mikrokontroler akan menentukan ketepatan data yang dapat dicapai.

Salah satu penyederhanaan yang berguna dari desain ini ( terima kasih, @ jippie , untuk membuat saya berpikir ke arah ini ), jika presisi tidak super-kritis, adalah dengan menggunakan lampu tabung sempit tunggal , seperti fluorescent 8 CFL atau tabung CFL, di atas pintu, untuk mengganti laser. Detektor cahaya akan tetap seperti apa adanya, cahaya bagi mereka akan terganggu secara berurutan saat pintu ditutup.

Saya tidak sepenuhnya menyadari konteks pintu oven ini; tetapi saya ingin menyumbangkan saran.

Bagaimana dengan potensiometer berkualitas di engsel pintu? Pertimbangkan ini, Anda mendapatkan posisi dan kecepatan pintu dengan cara ini; metode ini sederhana dan kuat. Mendapatkan posisi pintu itu sepele, melalui beberapa pengujian dan pengukuran, Anda bisa menemukan nilai apa yang dihasilkan pot pada input yang diberikan, atau posisi pintu.

Juga, jika Anda membedakan posisi dengan menghargai waktu (dalam praktiknya, Anda dapat dengan mudah membagi tingkat perubahan posisi yang Anda peroleh dari tingkat perubahan waktu), Anda akan mendapatkan kecepatan sudut. Kemudian dari sana Anda dapat menghitung kecepatan pintu yang dilaluinya.

Dari gambar di atas, kecepatan sudut akan menjadi omega kecil. V adalah kecepatan yang dijalani ujung pintu. V, jelas diperoleh dengan kecepatan sudut dikalikan dengan jari-jari.

Saya terkejut bahwa tidak ada yang menyebutkan menggunakan string encoder atau potensiometer string. Ini adalah solusi yang cukup sederhana dan akurat. Pada dasarnya sebuah string terhubung ke encoder pegas dan encoder mengukur gerakan string. Hanya ada sedikit massa gerak dan tidak memerlukan poros enkoder yang berkolinear dengan engsel atau memerlukan modifikasi pada engsel seperti gearing atau ikat pinggang.

Jika gerakan primer sepanjang jalur melingkar, giroskop tunggal harus memberikan akurasi yang cukup. Akan membutuhkan beberapa matematika untuk pergi dari kecepatan sudut ke kecepatan pusat massa, tapi itu perhitungan satu kali.

Pada dasarnya, jika kecepatan terbatas pada kecepatan sudut, sebuah giroskop + matematika umumnya dapat memberi Anda kecepatan sesaat.

Masalah dengan pendekatan tipe IMU dan dead wreckoning adalah bahwa dalam waktu yang lama Anda mendapatkan kesalahan kecepatan peracikan dari integrasi percepatan linier. Ini terjadi karena umumnya tidak ada cara yang baik untuk menentukan secara umum kecepatan linier. Ini menjadi jauh lebih buruk ketika mencoba untuk menentukan posisi, memperhitungkan offset rotasi kecepatan linier, dll.

Bergantung pada jenis pengujian yang Anda lakukan, Anda dapat menambah IMU dengan sensor untuk menentukan kapan pintu ditutup / pada posisi berhenti, kemudian menggunakannya untuk kembali nol pada IMU. Dengan pendekatan itu, IMU hanya perlu cukup akurat sepanjang waktu yang diperlukan untuk membuka / menutup pintu (mungkin hanya beberapa detik), yang saya percaya masuk akal.