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自制微信刷步搖擺機

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原創 aa阿瓜 發表于 2016-11-17 18:55:53 | 只看該作者 |只看大圖 |閱讀模式 打印 上一主題 下一主題
本帖最后由 aa阿瓜 于 2016-11-18 22:37 編輯

第一次在這里分享我的作品,不是什么高級的東西,不過也確實花費了我一點心思。
順便想吐槽一下,明明我是好久偶爾才登陸一次網站,然而每次登錄都發現我的積分下載幣多了好多,之前也沒怎么發過帖子,難不成是有人拿我的號來刷評論?

已更新視頻
可能會有很多人不理解我做這個東西的意義何在。
如果做這個刷步機純粹是為了占領別人的封面,那確實太愚蠢了。
我們DIY一個東西,更多是為了享受制作的過程。
對我而言,我可以接觸到未曾接觸過的機械結構和硬件模塊。
同時更多是為了學習stm32單片機,增加調試經驗。
至于為什么選擇做搖擺機,答,好玩。
原文:

作者:廣大電協阿瓜
日期:2016/11/17

      
                                    實物圖1   

  

                               實物圖2


下面我將介紹我做這臺機器的幾個主要過程。

1.畫概念圖
       這個idea好像是我在晚上入睡前思考人生的黃金時間中想到的,簡單的把手機放在一個擺籃里,用步進電機帶動擺籃來回擺動,模擬人正常走路時手機采集重力變化的姿態,簡約的東西既能充當刷步機,又能起擺飾作用(至少我是這么認為的)。
  
      上圖是用Solidworks 機械繪圖軟件畫的3D模型圖,我本人是電子相關專業,solidworks是自學的,多一門技能多一門手藝哈。機器的支撐骨架用的是2020鋁型材,所看到的平面板用的都是亞克力板,步進電機轉軸通過圓柱形聯軸器跟粗螺栓相連,然后整個擺籃就通過那個四只腳的東西(自己畫的零件,用3d打印機打印)掛在螺栓上面(里面有軸承,減小摩擦),黃色的零件是萬向聯軸器,用來連接金屬桿和亞克力板,后來在板子四周加裝了角鐵,保證手機不會飛出(一開始沒有畫是因為還沒想到好辦法),擺籃下面預留了一定的空間,保證其擺起來不會有磕碰。(擺籃上面放的是魅族MX4!逼不逼真!)(ps:加下劃線的是所用到的材料和機械零件,僅供參考)
      寫到這里才想起我應該上tb搜索一下,然后都千篇一律長這樣,看了下介紹,
原理我想大概是搖籃下掛一個配重的磁鐵,底座電池供電給內部線圈產生磁場,給搖籃一個初始動力后,配重磁鐵和線圈相互吸引來保持轉動慣性。好吧我承認這種方案比我做的要先進,沒有噪音,而且也更加精致小巧,但是,我的看起來更加高大上啊!



2.組裝機器
      像鋁型材、聯軸器、金屬桿、角鐵、軸承這些金屬零件可直接上淘寶買,然后亞克力板是之前做的項目的余料,也是在淘寶上定制的,然后那個四只腳的零件則是在學校實驗室里的3D打印機打印得到。這是組裝完成后的樣子,沒有任何硬件電路(除了步進電機)(同學送的),組裝過程沒有拍太多照片。



3.繪制硬件連接原理圖
3.1 stm32f103c8t6核心板
在淘寶買的模塊,因為flash被鎖被大量吐槽,我也是嘗試了好久才能正常使用。
               



3.2 A4988步進電機驅動模塊
第一次使用這個模塊(以前用的是TB6560),因為便宜。但便宜有便宜的缺點,TB6560驅動模塊使用起來感覺特別的順,即使相位引腳亂接都能照樣能順暢地轉動;但是這個A4988的使用效果就差一點了,一是相位標法跟正常不同,這里的2B2A應該是正常的A+A-1A1B是正常的B+B-,而且相位沒接對的話電機會一直堵轉并發出難聽的噪聲,我摸索了很久才能讓它正常轉動;其次是我在測試不同頻率下的轉速時內部線圈有時會跟不上節拍而出現堵轉的現象,雖然TB6560有時也會這樣,但也只是轉得不順暢而已,不會完全堵轉;再其次是只能通過MS1MS2MS3調節細分步數,而且要手焊而不是用撥碼開關;最后一點,我想也是造成使用效果較差的一點,就是驅動電路和控制電路沒有用光耦隔離,是共地的!難怪用起來總感覺那么“抖“,在電機轉動的時候數碼管和指示燈總是會閃爍!

3.3數碼管驅動電路
使用6位共陽數碼管(但我只用了5位,最大計數99999步),正端用NPN三極管9013驅動,IO輸出低電平NPN不導通時有效;負端用ULN2803 八位達林頓晶體管來驅動,因為有反相,所以同樣是IO輸出高電平有效。

3.4 按鍵蜂鳴器驅動電路
按鍵IO口配置為上拉輸入,然后配置下降沿觸發中斷。
蜂鳴器同樣是用NPN三極管來驅動(后來因為太吵而舍棄)
3.5 霍爾傳感器模塊
這是網上搜的原理圖,原理很簡單。霍爾傳感器輸出信號通過LM393比較器和參考電壓比較,大于則輸出高電平,小于則輸出低電平。實際使用時我把LM39323腳對調了,因為要用負跳變觸發的外部中斷。

3.6 DC12VDC5V  LM2596穩壓模塊
直接上淘寶買的模塊,比自己做更有保障。(25762596用法相同,只是2596的開關頻率更高,工作效率高一些)




4.測試硬件電路  
這是我做這部機器最關鍵、也是最困難的部分,由于剛剛入門stm32(之前學的51arduino),如果直接搭建好所有電路再一個個調試我肯定吃不消,所以只好先單獨連接各個部分的硬件,如數碼管、蜂鳴器、按鍵、步進電機,并測試好各部分的代碼,確定無誤后再將所有電路和代碼進行合并。因為這是我第一次使用stm32作為核心控制器的作品,最初我甚至花了很長時間在解決燒錄不進程序的問題上,然后又被各種問題像IO的配置、定時器的頻率、步進電機的節拍時序困擾了很久,導致調試的進度非常緩慢。


5.搭建硬件電路,測試總代碼  
連接所有硬件電路(飛線有點凌亂),測試過程就不詳細寫了。

下面是在調試過程中遇到的問題及解決辦法:
(1) 一開始在淘寶買的stm32f103c8t6核心板一直燒不進程序,看賣家才知道原來是核心板在出廠時默認燒錄了flash保護程序,要用swd下載方式解鎖了才行。
(2) PB5一直輸出高電平,不受單片機控制 。解除jtag綁定,正常。
(3) 我用flymcu燒錄器來下載程序,燒錄是要手動切換boot0電平并復位的,然后下載成功后不知什么鬼程序運行不正常,因為經驗不足一直以為是程序問題困擾了好久,后來才發現要把boot0打回低電平并復位才行,被燒錄器上面的“編程后執行”選項給坑了,燒錄后只會運行main函數的程序,其它程序如定時器中斷函數并不會執行!
(4) 定時器問題,我看正點原子計算定時頻率公式是:72M÷時鐘分頻系數PSC÷自動重裝載值ARR ,但是實際運行時頻率(示波器測量)卻比計算值小9倍,不解。
(5) 應該同樣是定時器的定時問題,導致在用定時器給蜂鳴器報警延時和控制步進電機轉動節拍時效果一直不理想。后來只好舍棄蜂鳴器,步進電機改用便宜的A4988驅動模塊來控制(一開始用的uln2003)。
(6) 最初想著完全用定時器來控制擺籃擺動的頻率,但是有兩個嚴峻的問題。一是擺動的頻率難以測量,雖然通過實測可知不管擺動幅度多大這個頻率都是固定的(至少大概相等),但是要用定時器準確模擬出這個頻率不大可能,多多少少會存在誤差。這時候我偶然想起我在很久之前做的霍爾傳感器模塊,將霍爾傳感器固定在一側,并在擺籃上粘一磁鐵,這樣擺籃經過傳感器被檢測到信號后,單片機才控制電機轉動不就行了!同時還能用來計步數!二是難以確定電機轉動的速度和時間,轉得太快擺得太高,轉得太慢又擺不起來,而且轉動時間跟擺籃的搖擺不同步的話又會導致整個機身劇烈晃動。后來我的解決辦法是不將電機轉軸跟聯軸器完全固定,讓它們有一定相對摩擦,然后利用這些摩擦來讓擺籃擺動。(這樣帶來的問題是轉久之后擺籃容易脫落,后來我又想到的辦法是用一個橡皮筋把它們給套住,這是后話)
(7) 在調試時發現即使磁鐵離霍爾傳感器遠遠的,一旦我把雙手靠近它也會檢測到!然后我轉了下精密電位器把靈敏度降低了才不會被檢測到,莫非是當時靈敏度太高連我的人體靜電也被它檢測到了?!


6.正常使用測試
經過多次修改轉速和轉動頻率后,現在擺動幅度基本合適,而且數碼管顯示的計數值能跟微信運動上的基本吻合,哈哈!但是現在還是存在一些問題,比如擺動起來慣性有時還是有點大,整個機器也跟著左右輕微晃動,我已經在底板上粘了防滑墊了還是這樣;因為電機轉軸跟聯軸器沒有完全固定,擺久了擺籃容易脫落,還好擺籃是穩穩地跳出來的,不然手機就慘了。最后附一段使用視頻,看官們請輕噴。

7.最最后再附上我的高中學霸同桌(現在上海交大巴黎學院)對小球(擺籃)進行單擺運動,從不同高度下擺的擺動周期的計算過程。

然后我簡單總結一下(反正我是看不懂):
忽略空氣阻力,θ為擺動夾角,ω為小球角速度,R為桿的長度,g為重力加速度
因為擺籃的擺動幅度肯定要足夠大才能被手機檢測到,所以可以忽略第一種情況而只看第二種情況,因此可以得出這么個結論:
擺籃的擺動頻率只跟桿長有關,而跟擺動幅度基本無關,所以別指望這臺搖擺機能夠以不同的步速來刷步了!


全文完。

最后附上pdf格式原文和作品的源程序(百度云,免下載幣),歡迎對作品提出意見!
鏈接:http://pan.baidu.com/s/1jHTb5P0 密碼:urec


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精彩評論22

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23#
shspdxl 發表于 2018-12-31 19:53:40 | 只看該作者
高手玩的,我等只能圍觀學習!
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22#
明月幾時有 發表于 2018-5-17 09:37:42 | 只看該作者
有理論依據 有實際結果  難得的好貼
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21#
兇惡自己人 發表于 2018-5-5 16:51:00 | 只看該作者
這個創意有啟發,謝謝。
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20#
123qweasdzxc 發表于 2018-5-3 19:28:36 | 只看該作者

暫時用不到,但還是贊個
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19#
無心戲命 發表于 2018-5-3 09:15:04 | 只看該作者
優秀的一批,666+666
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18#
DSWW37 發表于 2018-3-29 15:53:35 | 只看該作者
                        這才叫好貼
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17#
swordshrimp 發表于 2018-1-23 18:15:00 | 只看該作者
哈哈 這個 以后就可以在家里走幾萬步了
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16#
zhoucl123 發表于 2016-12-24 22:22:02 | 只看該作者
cmh_love 發表于 2016-11-22 11:14
看了以后感覺東西真心不錯,但是為了打死一只蒼蠅而研究出一個專門的核武器

我的天啊,,,,學文學的吧,,,,說話那么有藝術感。。。
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15#
魏1472 發表于 2016-12-24 21:28:01 | 只看該作者
創意也是沒誰了  懶人的福利
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