StenIT



Kulturnatten 2018

Kulturnatten:

Jag har utvecklat elektronikprojekt åt Reglerteknik på LTH, och har nu visat upp dem under kulturnatten tre år i rad. Här har jag samlat några länkar till grundläggande guider för att kunna börja med Arduino och elektronik. Jag har dessutom skrivit några dokument som handlar om mina projekt som jag visar upp.


Boll i rör

Boll i rör var mitt första projekt som jag utförde på uppdrag av Reglerteknik. Det består av en pingisboll i ett rör med en motor i botten och en ultraljudssensor (avståndssensor) i toppen. Arduinon mäter hur långt från toppen pingisbollen är och räknar baserat på det och var du har sagt till den att bollen ska vara ut en lämplig hastighet på motorn.

Beräkningen sker via en så kallad PID-regulator, vilken kan justera en styrsignal utifrån ett flertal förstärkningsvärden och ett mätvärde från det den ska styra. Motorn drivs med en simpel transistor och kan bara drivas på ett håll, dvs. det är en mycket simpel krets med totalt runt fem komponenter som behövs för hela projektet.

I övrigt driver Arduinon en liten oled-skärm som visar var man ställt in att bollen ska vara. Avståndet som bollen ska vara på ställs in med hjälp av en transistor på toppen av styrlådan.

Detta är det mest grundläggande projektet av de som jag visar upp under kulturnatten, men det är dock inget jag rekommenderar som ett första projekt, utan följ istället guiderna som jag länkar till nedan och utför några enklare projekt innan ni börjar med detta om ni saknar kunskaper inom Arduino och/eller elektronik sedan tidigare.


Boll på bom

Boll på bom är ett ganska klassiskt förekommande problem inom reglerteknik som går ut på att man ska balansera en kula på en bom vid en given punkt. Det må inte låta så svårt, men som ni som gick turen i robotlabbet med Anders Robertsson vet, så är det inte så enkelt som man kan tro.

Min bom är byggd av en gammal aluminiumlist med en bit akrylglas som håller kulan inne, men det går även bra att bygga den av till exempel lite trä och en gammal mjölkförpackning. Det viktigaste är att bottnen av bommen är platt så att kulan inte fastnar någonstans. Lutningen på bommen bestämms med hjälp av en servomotor och två metallpinnar som är sammanlänkade med hjälp av en mekanisk länk.

Bollens position mäts med hjälp av två tryckkänsliga platta potentiometrar som fungerar som en. Med hjälp av knapparna och oled-displayen ställer man in var man vill ha bollen, och så justerar bommen sin vinkel med hjälp av en så kallad PID-regulator för att bollen ska hamna rätt.

Detta är inte heller ett projekt på den alldra lägsta nivån, utan det krävs en del kunskaper inom programmering av Arduino-kretsar. Detta projektet har dock en mycket enklare krets än vad "Boll i rör" har. Detta projektet har inte en mycket högre svårighetsgrad än "Boll i rör", men det krävs en lite högre nivå av programmeringskunskaper för att klara av det.


Svävande magnet

Den svävande magneten är det mest utmanande och tekniskt avancerade av mina tre projekt. Det består av en magnet som attraheras till en bult (järnkärna i en elektromagnet) och som trycks bort av en elektromagnet för att den ska hålla sig på ett förutbestämt avstånd från bulten.

Avståndet från bulten till magneten mäts med hjälp av en linjär halleffektsensor (med en noggrannhet på cirka 5mV/G). Baserat på hur nära magneten är ändras den elektromagnetiska fältstyrkan och trycker bort magneten från bulten. På grund av elektromagnetiska fälts klurigheter så måste man filtrera bort spikar i mätvärdet från sensorn som uppstår då de elektromagnetiska fälten kollapsar. Man måste också ta hänsyn till att man mäter både magnetfältet från magneten och från elektromagneten med halleffektsensorn.

Styrsignalen (den elektromagnetiska fältstyrkan) beräknas med en PD-regulator och räknas ut och ändras med frekvensen 31 kHz. PWM-signalen använder Arduinons inbyggda klocka för at höja frekvensen till 31 kHz från ca 980 Hz. För att undvika instabiliteten som kommer från att man hamnar ur synk med PWM-klockan så väntar loopen hela tiden så att den kör i perfekt synk med den.

Detta är som sagt det mest tekniskt avancerade projekt som jag visar upp, och det kräver bland annat mycket avancerade kunskaper inom Arduino-programmering, Arduinons interna timrar. Det krävs dessutom ett oscilloskop för att diagnosticera och kalibrera kretsen. Därför är detta absolut inte ett projekt för nybörjare.


Generell info om projekten

Ingen av kretsarna i mina projekt kräver någon kunskap inom lödning eller någon lödutrustning, de kan kopplas på så kallade kopplingsbrädor (även kallade "Breadboards") vilka fungerar precis lika bra som en lödd krets för temporära projekt.

Listor med alla delar som behövs för att bygga projekten, bilder och hur kretsarna är kopplade finns här: Ladda ned

Alla mina projekt är byggda på uppdrag av Professor Anders Robertsson vid instutionen för Reglerteknik (LTH) och har konstruerats med hjälp av honom och två av instutionens forskningsingenjörer (Anders Blomdell och Pontus Andersson).

Alla som vill bygga dessa projekt är självklart välkommna att använda min kod, allt man behöver göra för att koden ska fungera med sin egen hårdvara/krets är att justera kP, kD och kI- värdena. En bra guide på hur man gör det finns här. Det krävs dock lite förkunskaper om hur man programmerar en Arduino för alla mina projekt, så jag rekommenderar att man följer någon av guiderna nedan först och lär sig lite om hur man programmerar Arduino om man saknar förkunskaper.


Nybörjarguider och hjälpsamma länkar:

Arduino.cc

Arduino.cc är den officiella hemsidan för Arduino. Där finns det många bra guider för att börja med Arduino samt många projektidéer.

Kjell och Company

Kjell och Company säljer många nybörjarkit för Arduino och böcker för att hjälpa en komma igång, men de säljer även många avancerade tillbehör. De har också gratis guider på nätet.

Instructables Arduino-kurs

Instructables har miljoner guider på allt från hur du knyter en slips till de mest avancerade Arduino-projekten. Om du letar efter något så har de det, så titta gärna in och se vad du hittar för roligt projekt!

Adafruit.com

Adafruit är ett USA-baserat företag som säljer alla möjliga elektronikkomponenter, allt från den billigaste knappen till extremt dyra 3d-printers. Det bästa med dem är att de också har guider på hur man använder det mesta som de säljer, de har även gjort egna projekt som man kan få inspiration av!