Cómo rastrear el movimiento de una puerta de horno en movimiento

Una sugerencia es tener un conjunto de láseres económicos de baja potencia dispuestos en un arco sobre el plano superior de rotación de la puerta, apuntando directamente hacia abajo. Un arco correspondiente de fotodiodos PIN o fototransistores justo debajo del plano inferior de rotación de la puerta se puede conectar a los pines GPIO de un microcontrolador para detectar la interrupción de la luz de cada haz en secuencia.

He hecho una ilustración aproximada del arreglo, usando ángulos de detección de 5 grados. Esta precisión bien podría reducirse a 1 grado por sensor, si es necesario.

Este láser rojo tipo punto de 5 voltios y 5 mW sería suficiente ( alrededor de $ 1 en eBay, incluido el envío internacional ):

Para el sensor, se puede usar un fotodiodo PIN como el OP906 ( $0.59 en unidades individuales de Digikey ):

En el código de su microcontrolador, los tiempos para las sucesivas interrupciones del rayo láser proporcionarán una velocidad de rotación instantánea precisa entre dos puntos separados por 5 grados, cuando la puerta se abre o se cierra.

La frecuencia de muestreo del ADC, la precisión del temporizador y la velocidad de procesamiento del microcontrolador determinarán la precisión de datos alcanzable.

Una simplificación útil de este diseño ( gracias, @jippie , por hacerme pensar en esta dirección ), si la precisión no es muy crítica, es usar un solo tubo de luz estrecho , como un tubo fluorescente o CFL de 8 vatios, por encima del puerta, para reemplazar los láseres. Los detectores de luz permanecerían como están, la luz hacia ellos se interrumpiría en secuencia a medida que se cierra la puerta.

No soy plenamente consciente del contexto de esta puerta del horno; pero me gustaría aportar una sugerencia.

¿Qué tal un potenciómetro de calidad en la bisagra de la puerta? Considere esto, obtiene tanto la posición como la velocidad de la puerta de esta manera; este método es simple y robusto. Obtener la posición de la puerta es trivial, a través de algunas pruebas y mediciones, puede encontrar qué valores emite el potenciómetro en determinadas entradas o posiciones de la puerta.

Además, si diferencia la posición con respecto al tiempo (en la práctica, puede simplemente dividir la tasa de cambio de posición que obtiene entre la tasa de cambio de tiempo), obtendrá la velocidad angular. Luego, a partir de ahí, puede calcular la velocidad a la que viaja la puerta.

De la imagen de arriba, la velocidad angular sería pequeña omega. V es la velocidad que recorre el extremo de la puerta. V, obviamente obtenido con la velocidad angular multiplicada por el radio.

Me sorprende que nadie haya mencionado el uso de un codificador de cuerdas o un potenciómetro de cuerdas. Es una solución bastante simple y precisa. Básicamente, una cuerda está conectada a un codificador cargado por resorte y el codificador mide el movimiento de la cuerda. Hay muy poca masa en movimiento y no requiere que el eje del codificador sea colineal con la bisagra ni requiera ninguna modificación en la bisagra, como engranajes o correas.

Si el movimiento primario es a lo largo de una trayectoria circular, un solo giroscopio debería dar suficiente precisión. Requeriría algo de matemática para pasar de la velocidad angular a la velocidad del centro de masa, pero ese es un cálculo único.

Básicamente, si la velocidad se limita a la velocidad angular, un giroscopio + matemática generalmente puede darte la velocidad instantánea.

El problema con los enfoques de tipo IMU y de demolición muerta es que durante mucho tiempo se obtiene un error de velocidad compuesto por la integración de la aceleración lineal. Esto sucede porque generalmente no hay una buena manera de determinar genéricamente la velocidad lineal. Esto empeora mucho cuando se trata de determinar la posición, teniendo en cuenta las compensaciones rotacionales de la velocidad lineal, etc., etc.

Según el tipo de prueba que esté realizando, puede aumentar la IMU con un sensor para determinar cuándo la puerta está cerrada/en una posición de parada y luego usar eso para volver a poner a cero la IMU. Con ese enfoque, la IMU solo necesita ser razonablemente precisa durante el tiempo que lleva abrir/cerrar la puerta (presumiblemente solo unos segundos), lo que creo que es razonable.