Projekt "Balancer" - platforma balansująca położenie kulki

Jednym z naszych pierwszych projektów w kole była platforma balansująca położenie kulki, którą nazwaliśmy Balancerem. Celem naszego projektu było poznanie metody regulacji PID. Platforma ma za zadanie regulować zadane położenie kulki na podstawie odczytów z panelu rezystancyjnego. Jak to działa? Uproszczony schemat sterowania przedstawiono na grafice poniżej. Na panelu rezystancyjnym dokonywane są pomiary dwóch napięć, które odczytywane są przez mikrokontroler, a następnie przeliczane na pozycję w osi X oraz Y. Otrzymujemy tym samym pozycję kulki na platformie. Dane te przekazywane są do dwóch regulatorów PID z czego każdy steruje położeniem kulki w innej osi. Kod odpowiedzialny za regulację PID oblicza wartość nachylenia kątowego jaką należy zadać serwomechanizmowi. Otrzymana wartość przekazywana jest do klasy sterującej serwomechanizmami i przeliczana na procent wypełnienia sygnału PWM, który jest ustawiany na wyjściu mikrokontrolera i odpowiada za sterowanie serwomechanizmem.

W projekcie stworzono również aplikację – interfejs użytkownika, która pozwala na zmianę parametrów regulacji PID, zmianę zadanej pozycji, wyświetlanie położenia kulki, wykreślanie wykresów położenia oraz ich zapis do pliku CSV.

Jak działają panele rezystancyjne? W swojej budowie posiadają dwie folie. Pierwsza naniesiona jest na sztywne podłoże, a druga na elastyczne. Między foliami znajduje się materiał oporowy. Naciśnięcie panelu powoduje zwarcie dwóch warstw, z czego każda warstwa posiada dwie elektrody na obu końcach. Zwarcie powoduje utworzenie dzielnika napięcia, elektrody podłączyć można pod przetwornik ADC, co pozwoli mikrokontrolerowi na pomiar napięcia, a następnie przeliczenie napięcia na położenie

Poniższa grafika przedstawia złącza panelu rezystancyjnego 4-pinowego oraz 5-pinowego. W panelach z czterema wyprowadzeniami elektrody umieszczone są na bokach panelu, natomiast w panelach z pięcioma wyprowadzeniami elektrody umieszczone są na rogach. Panele o pięciu złączach wymagają zastosowania wzoru linearyzującego, jednak ich zaletą jest większa trwałość.

Poniżej nagranie prezentujące działanie naszego projektu 🙂