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各位大侠,STC15单片机性能是否满足这道竞赛题的要求??

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发表于 2015-7-12 10:20:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
    最近闲来蛋疼,网上看了一道西安邮电大学电子竞赛的题目“自动平衡天平控制系统”,想想今年国赛也应该会有控制平衡类的题目,想拿来练练手。题目需求如下:
一、设计并制作一个自动控制天平系统,量程为0~1公斤。要求根据不同砝码能快速找到平衡位置,并显示重量。天平臂长度为1米,支架高度不超过0.3米。如图1所示。     
二、  要求:
1.基本要求  
(1)启动后天平处于平衡位置,由工作人员在称重端(据中心0.5米处)放置不同重量砝码,系统能快速找到平衡位置,以明确方式指示平衡(如亮灯或蜂鸣),并显示重量。 
(2)取掉砝码后,系统能自动恢复平衡,并以明确方式指示平衡。 
(3)从工作人员放置重物和取掉重物分别计时,完成要求时间越短得分越高。
2.发挥部分
(1)称重数值显示在手机端
(2)其他。
三、说明
1.天平臂长1米,高度不超过0.3米,宽度不限。 
2.天平系统均为自制。 
3.启动后不允许采用有线或无线遥控。 
4.平衡状态的含义是:两端误差不得大于3厘米。

注: 天平和控制系统均为自制。1为天平臂,2为支架。 

注: 天平和控制系统均为自制。1为天平臂,2为支架。 
发表于 2015-7-12 10:24:40 | 显示全部楼层
先说说你用什么算法找平衡点…。。。。。。
发表于 2015-7-12 10:29:25 | 显示全部楼层
我想到了一个用运放PID来做的方法
 楼主| 发表于 2015-7-12 10:37:05 | 显示全部楼层
这里先说说我的方案:左边打算采用步进电机带动秤砣与右边的砝码平衡,传感器用的是ADXL335三轴传感器用于测角度,测重量直接网上买现成的模块(类似于电子称那种),主控用stc15f2k60s2单片机。感觉这里的难度主要是机械结构和调平衡,结构方面我这有机械的朋友可以帮忙解决,调平衡倒是没经验啊,深入想想大概需要PID 算法,滤波算法(什么互补滤波,卡尔曼滤波在论坛上早有耳闻,但是一直没用过),还有控制步进电机平滑加减速的算法。不知道我的方案可行不可行,STC15的单片机性能是否满足这些需求,还请各位大侠多多指教。
发表于 2015-7-12 10:39:03 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-12 10:37
这里先说说我的方案:左边打算采用步进电机带动秤砣与右边的砝码平衡,传感器用的是ADXL335三轴传感器用于 ...

二分搜索法行不行?
 楼主| 发表于 2015-7-12 10:41:24 | 显示全部楼层
lans0625 发表于 2015-7-12 10:24
先说说你用什么算法找平衡点…。。。。。。

我认为系统是一个动态的系统,平衡点不是固定的,只要不平衡就移动秤砣直到趋于逐渐平衡,要平衡的时候再微调。
发表于 2015-7-12 10:48:40 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-12 10:41
我认为系统是一个动态的系统,平衡点不是固定的,只要不平衡就移动秤砣直到趋于逐渐平衡,要平衡的时候再 ...

人更一换砝码后,需要寻找的平衡点是固定的。所以我觉得二分搜索法值得考虑,简单,运算量也不大。
 楼主| 发表于 2015-7-12 10:50:14 | 显示全部楼层
lans0625 发表于 2015-7-12 10:39
二分搜索法行不行?

元老,二分搜索法不懂啊。只调过PID,我的想法就是以水平线假设180°是平衡,通过角度传感器测出偏离的水平线的角度,根据偏离的角度控制电机正反转,用PID调步进电机转速。
发表于 2015-7-12 10:53:17 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-12 10:50
元老,二分搜索法不懂啊。只调过PID,我的想法就是以水平线假设180°是平衡,通过角度传感器测出偏离的水 ...

砝码一共有几个?一次只能放一个砝码还是不限制?
 楼主| 发表于 2015-7-12 10:56:20 | 显示全部楼层
lans0625 发表于 2015-7-12 10:53
砝码一共有几个?一次只能放一个砝码还是不限制?

砝码在0-1kg范围内的都可以,一次只能放一个,撤走砝码系统也要求要平衡。
发表于 2015-7-12 10:58:04 | 显示全部楼层
用ADXL335这个传感器精度够吗?很感兴趣这个题目
 楼主| 发表于 2015-7-12 11:03:31 | 显示全部楼层
爱电子1122 发表于 2015-7-12 10:58
用ADXL335这个传感器精度够吗?很感兴趣这个题目

应该够,个人认为主要是测出的角度数据不能直接用应该做一些滤波处理,不然会有误差
 楼主| 发表于 2015-7-12 11:04:40 | 显示全部楼层
爱电子1122 发表于 2015-7-12 10:58
用ADXL335这个传感器精度够吗?很感兴趣这个题目

应该够,个人认为主要是测出的角度数据不能直接用应该做一些滤波处理,不然会有误差。
发表于 2015-7-12 11:05:38 | 显示全部楼层
步进电机运行的抖动可能会坏事。或许你该使用STM32单片机再加上直流减速伺服电机。
 楼主| 发表于 2015-7-12 11:07:39 | 显示全部楼层
02015678 发表于 2015-7-12 11:05
步进电机运行的抖动可能会坏事。或许你该使用STM32单片机再加上直流减速伺服电机。 ...

嗯,就是怕速度不平滑。用直流电机的话又没有步进电机精确
发表于 2015-7-12 11:13:14 | 显示全部楼层
如果砝码的重量是固定的,数量也是固定的,一次只放一个,则每个不同的砝码在系统中的平衡位置是固定的,不放砝码时的平衡位置也是固定的,思路如下:事先标定好每个砝码在系统中的平衡位置,也包括不放砝码时的平衡位置,在程序中制成表。系统工作时先测量砝码的重量,然后查表找出该重量对应的平衡位置,将系统移动到对应的平衡位置。。。。。
 楼主| 发表于 2015-7-12 11:20:11 | 显示全部楼层
lans0625 发表于 2015-7-12 11:13
如果砝码的重量是固定的,数量也是固定的,一次只放一个,则每个不同的砝码在系统中的平衡位置是固定的,不 ...

0-1kg范围的砝码得有很多个了,题目没有明确说明有几个砝码只给重量范围。估计是我理解题目有错误,仔细看看题目也没说一次放一个。
发表于 2015-7-12 12:08:38 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-12 11:07
嗯,就是怕速度不平滑。用直流电机的话又没有步进电机精确

直流减速伺服电机挂码盘,STM32有些型号有码盘的内置模块,可以直接读取角度速度什么的。
发表于 2015-7-12 14:34:45 | 显示全部楼层
期待楼主最终方案
发表于 2015-7-12 19:16:49 来自手机 | 显示全部楼层
天平两边放重物的地方都带一个压力传感器。根据两边重量比值可以确定重心在哪。
发表于 2015-7-12 19:32:13 | 显示全部楼层
你落后了兄弟,用电磁平衡啊,这才够水准。
发表于 2015-7-12 19:59:24 | 显示全部楼层
这个题挺有意思的,期待楼主最终方案
 楼主| 发表于 2015-7-13 12:28:49 | 显示全部楼层
lxy818 发表于 2015-7-12 19:32
你落后了兄弟,用电磁平衡啊,这才够水准。

电磁平衡?是个什么东东,没了解啊,还望这位仁兄多多指教!
 楼主| 发表于 2015-7-13 12:33:28 | 显示全部楼层
kinoko 发表于 2015-7-12 19:16
天平两边放重物的地方都带一个压力传感器。根据两边重量比值可以确定重心在哪。 ...

系统是动态的,没平衡之前压力都是变的,没法知道比值
发表于 2015-7-13 13:10:18 来自手机 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-13 12:33
系统是动态的,没平衡之前压力都是变的,没法知道比值

假如得出左边放100g右边放200g。杠杆原理,支点在左起(2/3)L处,步进电机滚到那个地方,加个角度传感器微调就行。题目允许3cm误差问题不大。
发表于 2015-7-13 16:23:54 | 显示全部楼层
步进电机的的驱动板用那种带细分的  16细分应该够了
 楼主| 发表于 2015-7-13 16:34:45 | 显示全部楼层
墨逸、 发表于 2015-7-13 16:23
步进电机的的驱动板用那种带细分的  16细分应该够了

是的,我已买了驱动器。今晚测试
发表于 2015-7-13 16:52:56 | 显示全部楼层
用什么角度传感器,中间用个旋转电位计搞定。通多电阻值+PID+电机控制。
 楼主| 发表于 2015-7-13 20:47:50 | 显示全部楼层
CK345 发表于 2015-7-13 16:52
用什么角度传感器,中间用个旋转电位计搞定。通多电阻值+PID+电机控制。

AD采样电阻值+pid+电机控制?这位大侠的主意妙啊,之前朋友提醒过值得考虑。
发表于 2015-7-13 20:54:21 | 显示全部楼层
(1)称重数值显示在手机端  笑了  哈哈哈  这毛东西 要手机显示  为啥 不 月球显示
发表于 2015-7-17 12:22:22 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-13 12:28
电磁平衡?是个什么东东,没了解啊,还望这位仁兄多多指教!

左边放被称量物,右边没有砝码,用电磁铁代替,DA转换控制电磁铁的电流上升,直至天平平衡,这种电磁天平精度可以做的非常高
发表于 2015-7-17 12:52:17 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-13 12:28
电磁平衡?是个什么东东,没了解啊,还望这位仁兄多多指教!

左边放被称量物,右边没有砝码,用电磁铁代替,DA转换控制电磁铁的电流上升,直至天平平衡,这种电磁天平精度可以做的非常高
 楼主| 发表于 2015-7-17 23:01:13 | 显示全部楼层
lxy818 发表于 2015-7-17 12:52
左边放被称量物,右边没有砝码,用电磁铁代替,DA转换控制电磁铁的电流上升,直至天平平衡,这种电磁天平 ...

没听明白。电磁铁下面得有块铁之类的吧,通过控制电磁铁的电流使得电磁铁与铁相互吸引力大小才能与重物端保持平衡吧?
发表于 2015-7-20 19:14:14 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-17 23:01
没听明白。电磁铁下面得有块铁之类的吧,通过控制电磁铁的电流使得电磁铁与铁相互吸引力大小才能与重物端 ...

对,也可以用永磁铁和线圈
 楼主| 发表于 2015-7-24 10:55:24 | 显示全部楼层
各位大侠硬件平台已经弄好,请多多指点。通过调节带丝杆步进电机带动秤砣与托盘重物端平衡,托盘里面放着一个压力传感器传感器模块,用ADXL335三轴加速度传感器检测倾角,主控STC15F2K60S2,步进电机驱动器TB660。

主控

主控

丝杆调节端

丝杆调节端

三轴传感器

三轴传感器

托盘端

托盘端

整体

整体
发表于 2015-7-24 15:11:56 | 显示全部楼层
虽然看不懂 好像很赞的样子 加油  回头搞个视频 欣赏下  谢谢
发表于 2015-8-4 10:05:44 | 显示全部楼层
ruan18278816371 发表于 2015-7-24 10:55
各位大侠硬件平台已经弄好,请多多指点。通过调节带丝杆步进电机带动秤砣与托盘重物端平衡,托盘里面放着一 ...

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