? ? ? F3K&F5J 電子重心稱制作

-----這是我2020年初發(fā)表在微信訂閱號的一篇帖子，今天轉(zhuǎn)發(fā)到這里來。

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原創(chuàng)?永遠的新萌 蛙蛙??2020-04-13 19:20

大概2年前（2018年）在github上看到作者奧拉夫·卡爾霍夫德Olav Kallhovd發(fā)布的一款基于Arduino的開源，適用于F3X滑翔機的CG重心秤。該CG重心秤可用于絕大多數(shù)F3K/ F5B/F5J滑翔機CG重心點測量。

GitHub上Olav的CG重心稱項目介紹

自己作為一名菜鳥滑翔機愛好者，一直有想做一臺的想法。工作原因擱置一年多。最近因為疫情期間有相對長閑暇時間，讓做一臺Olav的CG稱有了時間上的前置條件。

開始制作之前需要先評估一下方案。我注意到當(dāng)Olav發(fā)布了他的這臺CG稱項目后，引起了很多愛好者和開發(fā)者共鳴，我們可以在開源平臺上看到基于Olav方案的各種演化版本，在這里有必要對幾個代表性的演化方案做優(yōu)缺點評估來確定最終方案的選擇。

一、具有代表性演化方案內(nèi)容介紹：

演化方案A:? 使用最近幾年流行的8266WIFI物聯(lián)網(wǎng)模塊作為主控，可WIFI連接調(diào)參與顯示。

演化方案B：增加外置鍵盤按鈕設(shè)置傳感器分辨率調(diào)整、

演化方案C：設(shè)置3個傳感器，可實現(xiàn)外形更大更重機型的CG測量

二、方案優(yōu)缺點評估：

演化方案A:基于wifi調(diào)參與顯示計算結(jié)果。F3K CG稱應(yīng)用場景很單一，使用者只需要把自己心愛的小飛機放上去查看重心與重心數(shù)值即可，跟在家里使用廚房電子秤一樣，假設(shè)家里廚房電子稱每次使用的時候還把手機拿出來連上讓稱連上wifi，整個過程感覺還是有點不便，所以這個方案就否掉。

演化方案B：增加外置鍵盤按鈕用于調(diào)整傳感器分辨率與支架尺寸。基于Olav代碼，校準CG稱的時候需要對傳感器分辨率和支架尺寸設(shè)置。這個新增的改進功能看似很好的實現(xiàn)脫機調(diào)參，但是在使用過程中它并沒有預(yù)想中的那么好。這里詳細說下調(diào)參場景，Olav使用Serial口連接Arduino?IDE調(diào)參，壓力傳感器要調(diào)校的比較準需要好幾秒的線性穩(wěn)定，這種線性穩(wěn)定需要返回的AD值在刷新率很快的屏幕上顯示。Arduino?IDE自帶的Serial監(jiān)視器窗口可以很好的做到。而基于演化方案b，卻很難把這個線性反應(yīng)到1602lcd 或者0.96OLED顯示屏上。這也是周圍朋友用這種方案感覺稱比較難調(diào)準的原因之一。

演化方案C：我目前玩的都是較輕的小飛機，所以無需使用到3個或者更多傳感器，所以這個方案也不考慮。

上面提到的三種演化方案，，其核心算法都還是使用的Olav代碼，那我們不妨在回過頭來看看Olav的代碼，一百多行代碼，沒有多余的邏輯判斷，沒有臃腫的擴展，簡潔高效，所以這次制作我個人還是選Olav原版方案。

第一步方案選定后，第二步就準備材料了。項目包里有全部材料的BOM清單，以及外殼架子的3D打印文件，直接切片打印即可。Olav使用的是arduino mini主控板，我手上的mini板是3.3v電壓的版本，但是項目包里使用的傳感器是5v采樣電壓。所以我把mini主控板換成了5v 電壓的nano主控板，清單里的材料都是容易買到的。

接下來就是組裝與調(diào)試。先說組裝，為了把烙鐵焊接導(dǎo)線數(shù)降低到最少，用AD畫個PCB母板，把所有器件都封裝到上面這樣就只需要的導(dǎo)線只有傳感器上的幾根即方便也相對規(guī)范，先畫原理圖。

原理圖畫好后就可以畫PCB了

傳給PCB工廠打樣，一周后得到實物。

Olav項目包里顯示屏是沒有支架的，就像這樣，只有導(dǎo)線連接顯示屏。

Olav的代碼里顯示屏使用的是i2c 協(xié)議 1602 LCD，此顯示屏優(yōu)點是穩(wěn)定性與可靠性相對比較高，成本便宜也容易買到。待機功耗比較低，但是當(dāng)背光點亮的情況下功耗相對就不低了，畢竟這臺CG稱使用電池作為電源，這算是缺點之一。

最近幾年，極客們流行使用一種尺寸為0.96的OLED顯示屏，這種自發(fā)光顯示屏優(yōu)點是沒有單獨背光光源，每個像素點都可以自發(fā)光。當(dāng)所有像素點都被點亮才是該顯示屏的最大功率，價格也相對1602要貴一些。在Olav的代碼上只需要把原本調(diào)用1602的驅(qū)動庫替換成OLDE的驅(qū)動庫即可。我在淘寶上購買了的OLED是1.3寸的，因為總感覺0.96小了那么一點點。在淘寶上購買OLED屏的時候一定要注意，很多這個oled屏排線都是手工焊接的，價格也便宜很多。周圍朋友在使用一段時間后大概率會出現(xiàn)花屏黑屏啥的。

這是1.3跟0.96的實物對比

顯示屏選好以后還需要給顯示屏畫個屏外框跟支架，，這個不是太難。繪圖完成后使用500元的3D打印機搞定外框與支架。

所有的材料都準備好以后就可以開始組裝啦。因為有PCB母板，組裝過程沒啥難度，組裝過程我就用圖來略過。

還算清爽

接下來我說下重點，代碼調(diào)試與傳感器校準。前面說到，Olav代碼是調(diào)用的1602驅(qū)動庫，在這里我們只需要注釋掉即可。調(diào)用新的庫文件，注意你買的oled屏有可能是sh1106或 ssd1306兩種不同驅(qū)動的，調(diào)用驅(qū)動庫文件的時候注意對應(yīng)就行。我買的是SSD1306驅(qū)動的OLED，在arduino ide里面我選了Adafruit的驅(qū)動庫，測試了下穩(wěn)定性還不錯，開機復(fù)位之后有LOGO顯示，此LOGO可自定義編輯，適合geek們。

組裝好以后，需要先注釋掉代碼里L(fēng)CD顯示的代碼，使用IDE里提供的SERIAL監(jiān)視器校準傳感器，這一步很重要，稱準不準就看這一步是否耐心了。拿出砝碼套娃，哈哈哈。

校準的注意：arduino ide里serial 輸出是0.01精度，刷新率也比較快，這樣容易通過肉眼發(fā)現(xiàn)起相對穩(wěn)定曲線，傳感器穩(wěn)定與否可以通過紅框刷新數(shù)值跳變大還是小來判斷，校準盡量做到跳變的數(shù)值在0.10之內(nèi)。

每個砝碼的校準值盡量校準在0.10之內(nèi)?；趥鞲衅魑锢硖匦?，最小砝碼與最大砝碼中間可能是條曲線，盡量把這條曲線調(diào)直，越直稱的精度就越高。砝碼校傳感器的時候可以做下圖黃色這種砝碼小托盤輔助小工具，這種小托盤能幫助砝碼受力點在秤盤的軸點上，這樣盡可能保證誤差最小。

砝碼校準后，還需要第二步，設(shè)定前后支架上托盤軸點的距離以及前軸點到機翼前緣標桿的距離，這兩個距離的數(shù)據(jù)在代碼里都是可以精確到4位數(shù)，所以我們必須用游標測量到4位數(shù)的軸距。只有做到上面2步驟后，CG數(shù)據(jù)的計算才能有準確的前提。

經(jīng)過上面2步的校準后，就可以把之前代碼里注釋掉的LCD釋放，重啟之后就可以了。

翻出宜家買的軟質(zhì)小腳墊，稍加休整后粘在小托盤上。哈哈！一臺F3K&F5J的CG重心稱就制作并調(diào)試完成了。在這里讓我們?yōu)?/span>Olav Kallhovd點贊，謝謝你Olav！