《仿人机器人原理与实战》一3.5 附加项目:电加热板的PID控制

3.5 附加项目:电加热板的PID控制

好了,我们假定你对混合水和电不感兴趣。不过你仍然可以将之前的理论和代码应用到全电加热系统中,而且只需要修改少量代码。如果你的目标只是为仿人机器人提供热量,而不需要将其产生的热量转移,那么最简单的方法是把清单3-3中的PID控制代码和仿人机器人皮肤下的加热元件联合起来。
3.5.1 器材清单
完成这个附加项目,你需要以下器材:

  • Arduino Uno或者等效微控制器
  • 5Vdc的聚酰亚胺薄膜加热板
  • 给加热板供电的9~12Vdc电源
  • 电机驱动扩展板或者额定电流2A的多通道MOSFET管
  • 10kΩ热电偶
  • 10kΩ、1/4W电阻
  • PVC管和其他平台

简而言之,我们已经抛开管子、水泵和其他跟水有关的零件,而改用一个奇特的电阻,也就是图3-15所示的5cm×15cm聚酰亚胺薄膜加热板,它由Sparkfun生产,富有弹性、重量轻且价格低廉。这种加热板跟纸的厚度差不多,由聚酯长丝网和金属导电纤维组成,在5Vdc供电下消耗600mA电流,在几分钟内温度可以达到120华氏度。如果关注面积,比如加热仿人机器人的手心从而获得温暖的握手行为,那么可以考虑使用5cm×10cm的加热板。这个较小的加热板在5Vdc供电下消耗电流850mA。

3.5.2 电路

如图3-16所示,电路由Arduino微控制器(多通道MOSFET管驱动的电加热板)和热电偶探头(提供模拟量输入)组成。如果已经搭建了基本的水泵驱动电路,那么你只需要用加热板接头替换水泵接头就可以了。尽管5Vdc电源够用了,但是9Vdc或12Vdc电源能够提供范围更宽的温度控制,且不会损坏加热板。
加热板其实就是电阻。将它们并联还是串联起来取决于电源、电机驱动扩展板容量和所需加热板数量等因素。将任何电阻串联或者并联起来的缺点是你不能控制单个加热板的温度。

3.5.3 构造

如果方便,可以将电加热板绕在跟你手臂直径差不多的PVC管上,或者直接绕在桌子的某个部分上。唯一需要注意的就是热电偶的安装位置。热电偶应该安装在加热板的表面或者接近表面的地方。例如,如果你将加热板绕在3英寸(约7.5cm)直径的管子上,再在管子上覆盖乙烯树脂来模仿手臂,那么请为热电偶钻一个安装孔,并将其安装在加热板的下侧。

3.5.4 编程

本实验的Arduino代码与清单3-3相同。与之前的项目相同,你必须尝试不同的修正值PC、积分常数IC和微分常数DC,以便适应特定的系统特性。

3.5.5 操作

这是一个即插即用的系统,你感受到的温度就是你想要得到的结果。因为这些加热板用于冬装加热器,所以一般不会烫伤手指。但是如果你有红外温度计可监视真实温度,那还是用一下吧,以防万一。

时间: 2017-06-21

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