Measuring wheels Capable of trajectory mapping in 2-D plane COE2009-32 Measuring wheels Capable of trajectory mapping in 2-D plane อาจารย์ที่ปรึกษาโครงการ อ.ดร.นวภัค เอื้ออนันต์ อาจารย์ผู้ร่วมประเมินโครงการ อ.ดร.วิชชา เฟื่องจันทร์ อ.ดร.วาธิส ลีลาภัทร นางสาวพิรุณทิพย์ ขยายผล 483040133-1 นางสาว รัชนก ธรรมสาร 483040140-4

หัวข้อที่จะนำเสนอ หลักการและเหตุผล วัตถุประสงค์ของโครงการ ขอบเขตของโครงการ ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง (เพิ่มเติม) การออกแบบ (ที่แก้ไขแล้ว) หลักการคำนวณ การทำงานของโปรแกรม สรุป ปัญหาและอุปสรรค Q&A

หลักการและเหตุผล อุปกรณ์ล้อวัดระยะทางออกแบบมาเพื่อใช้วัดระยะทาง ซึ่งสามารถใช้เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่ต้องการสำรวจ ระยะทางที่วัดได้สามารถคำนวณได้จากการวัดองศาที่หมุนไปของล้อ แล้วใช้สูตรคำนวณเส้นรอบวง อุปกรณ์นี้มีข้อได้เปรียบคือสามารถวัดระยะทางได้ไม่จำกัดความยาว แต่จะให้ข้อมูลเฉพาะระยะทางรวมที่ล้อเคลื่อนที่ไปได้ สามารถให้ข้อมูลเส้นทางการเดินทางของล้อได้ สามารถนำข้อมูลที่สำรวจทำเป็นแผนที่ได้ อุปกรณ์นี้มีข้อจำกัดคือ สามารถใช้บันทึก เส้นทางการเคลื่อนที่ของล้อในระนาบ 2 มิติ หากพื้นผิวสำรวจไม่ราบเรียบ อาจตีความว่า ล้อมีการเลี้ยวเกิดขึ้น

วัตถุประสงค์ของโครงการ เพื่อพัฒนาล้อวัดระยะทางที่สามารถใช้วัดเส้นทางเดินทางบนระนาบ 2 มิติ นำข้อมูลจากระยะทางที่ได้มาสร้างเป็นแผนที่

ขอบเขตของโครงการ ล้อประกอบด้วยล้อ อย่างน้อย 2 ล้อที่มี IC สำหรับวัดองศาติดตั้งอยู่ โดยเพลาของล้ออยู่ในแนวเดียวกัน ระบบประกอบด้วย Microcontroller ทำหน้าที่รับข้อมูลจาก IC วัดองศาและส่งข้อมูลให้คอมพิวเตอร์ผ่านทาง Serial Port ระบบสามารถวัดได้เฉพาะเส้นทางเดินบนระนาบ 2 มิติ

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง IC วัดองศา AS5045 ลักษณะทั่วไป AS5045 เป็น encoder ที่สัมผัสกับการหมุนของแม่เหล็กสำหรับวัดค่ามุม แม่นยำกว่าหมุนเต็มจำนวน 360 °. การวัดมุมใช้ 2 ขั้วแม่เหล็กที่ต้องหมุนผ่านศูนย์กลางของชิป แม่เหล็กอาจอยู่สูงหรือต่ำกว่า IC การวัดมุมแน่นอน มีความละเอียด 0.0875 ° = 4,096 ตำแหน่ง ข้อมูลเป็นดิจิตอลมีกระแสบิตอนุกรมและเป็นสัญญาณ PWM ความกว้างชีพจร PWM คือ การโปรแกรม 1 μs / step หรือ 2 μs / step (244Hz หรือ 122Hz ความถี่ PWM). มี supplies 3.3V หรือ 5.0V

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง IC วัดองศา AS5045 ลักษณะเด่นของ AS5045 มี 360 ° ตำแหน่ง ความละเอียดสูง User programmable zero pos ผู้ใช้สามารถโปรแกรมที่ตำแหน่งศูนย์ โหมด input สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของ noise เทียบกับความเร็ว ช่วงอุณหภูมิกว้าง - 40 ° C ถึง 125 ° C ระบบสามารถปรับตัวยืดหยุ่นให้เข้ากับ output ใช้งานในสภาพแวดล้อมที่หยาบกระด้างได้ ความน่าเชื่อถือสูงเนื่องจากไม่ติดต่อ ระบบแข็งแรง, ทนทาน

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง IC วัดองศา AS5045 รูปแสดง Synchronous serial interface with absolute angular position data (AS5045) รูปแสดง Pin Configuration

รูปรถที่ทำการปรับปรุงแล้ว Conceptual Design AS5045 แบตเตอรี่แบบก้อน รูปรถที่ทำการปรับปรุงแล้ว

หลักการคำนวณ

ซึ่งเมื่อนำมาคำนวณเทียบกับระบบพิกัด xy ทำได้จากรูป ดังนี้ ทำการ translate ไป -P1 จากนั้น Rotate ไปเป็นมุม 2α1 ทิศทวนเข็ม จะได้ P2 P2 = [ Rot (2α0) ][ tr(-P1) ] P2 ́ สามารถคำนวณ Rotate และ translate ได้จากสูตรดังนี้

การเคลื่อนที่ขั้นที่ 3 ในระบบพิกัด x́ ́́ý ́ P3 ́ ́= P2 ́ ́+ ( A2 cosθ2 , A2 sinθ2 ) , ซึ่งเมื่อนำมาคำนวณเทียบกับระบบพิกัด xy ทำได้ ดังนี้ ทำการ translate ไป –P2́ แล้ว Rotate ไปเป็นมุม 2α2 จะได้ระนาบแกน x́ý จากนั้นทำการ translate ไป -P1 แล้ว จากนั้น Rotate ไปเป็นมุม 2α1 จะได้ระนาบแกน xy จะได้ P3 P3 = [ Rot (2α0) ][ tr(-P1) ][ Rot (2α1) ][ tr(-P2́) ] P3 ́ ́

Pn n-1 = Pn-1 n-1+ ( An-1 cosθn-1 , An-1 sinθn-1 ) ,ซึ่งเมื่อนำมาคำนวณเทียบกับระบบพิกัด xy ทำได้ ดังนี้ ทำการ translate ไป –Pn-1n-2 แล้ว Rotate ไปเป็นมุม 2αn-1 จะได้ระนาบแกน xn-2 yn-2 จากนั้นทำการ translate ไป –Pn-2n-3 แล้ว จากนั้น Rotate ไปเป็นมุม 2αn-2 จะได้ระนาบแกน xn-3yn-3 ทำจนกว่าจะได้ระนาบ xy จึงจะได้ Pn Pn = [ Rot (2α0) ][ tr(-P1) ][ Rot (2α1) ][ tr(-P2́) ]… [ Rot (2αn-1) ][ tr(-Pn-1n-2) ]Pnn-1

กดปุ่ม Start เพื่อเริ่มทำงาน การทำงานของโปรแกรม กดปุ่ม Start เพื่อเริ่มทำงาน โปรแกรมเริ่มการทำงาน

กดปุ่ม Stop เพื่อหยุดทำงาน ตั้งชื่อไฟล์และเลือกที่เก็บไฟล์ โปรแกรมหยุดการทำงาน

เซตให้ค่าเริ่มต้นเป็น (0,0) แสดงทาง Notepad เซตให้ค่าเริ่มต้นเป็น (0,0) Px Py Px แสดงทาง Console Py

เขียนโปรแกรม เพื่ออ่านค่าใน Notepad แล้วนำค่าที่ได้มา plot กราฟในโปรแกรม MATLAB แล้วคำนวณหาระยะทางทั้งหมดที่รถเคลื่อนที่ได้ โดยเขียนโปรแกรมเพิ่มเติมดังภาพ

ระยะทางที่รถวิ่งได้ทั้งหมด ตั้งแต่กดปุ่ม Start จน Stop ภาพจากโปรแกรม MATLAB ที่ได้จากการ plot กราฟ ที่รถสามารถเคลื่อนที่ไปได้ทั้งหมด ณ จุดต่างๆ

สรุป สามารถอ่านค่ามุมที่ได้จากชิป AS5045 ที่เกิดจากการหมุนของล้อได้ สามารถนำค่ามุมที่ได้ มาคำนวณหาค่าจุดศูนย์กลางระหว่างล้อ แล้วนำจุดที่ได้มา plot เป็นเส้นทางการเดินของรถได้ สามารถหาระยะทางรวมที่รถเดินทางได้ สามารถใช้โปรแกรม MATLAB อ่านค่าจากไฟล์ที่บันทึกไว้เป็น *.txt มาเขียนโปรแกรมเพื่อสร้างเป็นกราฟ และแสดงเส้นทางการเดินของรถแต่ละจุดได้

ปัญหาและอุปสรรค มีระยะเวลาที่จำกัด เนื่องจากทำ pre-project และ project ในภาคเรียนเดียวกัน มีความรู้ด้านคณิตศาสตร์ในการคิดสูตรการคำนวณระยะทางน้อย มีความยุ่งยากในการคำนวณมุมและระยะต่างๆ เนื่องจาก ถ้ามุมมีการเปลี่ยน quarand จะทำให้เกิดการคำนวณผิดพลาด การติดชิป เนื่องจากชิป AS5045 มีความละเอียดในการอ่านค่าสูง ทำให้มีปัญหาเรื่องระยะห่างระหว่างแม่เหล็กและตัวชิป

Q&A