هل المغناطيس في المركز فعلاً؟ مشاريع تخرج Arduino لمعايرة زاوية AS5600

قراءة زاوية متغيرة على الشاشة لا تعني أن محور الدوران قيس بدقة. في مشاريع تخرج Arduino لهندسة القياس، يمكن تحويل حساس AS5600 إلى تجربة معايرة: ندير قرصاً بعلامات زاوية معروفة، نسجل قراءة الحساس، ثم نكرر القياس بعد إزاحة المغناطيس قليلاً عن المركز. الناتج خريطة خطأ تكشف أثر التركيب بدلاً من الاكتفاء بقول إن الحساس يعمل.

ما الذي يقيسه الحساس؟

يقرأ AS5600 اتجاه المجال المغناطيسي عبر استشعار زاوي ويخرج قيمة رقمية عبر I2C أو خرجاً تناظرياً/ PWM بحسب الإعداد. تبين ورقة البيانات شروط المغناطيس والمحاذاة ومجال التشغيل، لذا ابدأ منها قبل تصميم الحامل. لا تفترض أن أي مغناطيس دائري يصلح: أبعاد المغناطيس وقوته والمسافة تؤثر في جودة المجال الذي يصل إلى الشريحة.

حتى المشفرات الاحترافية تتأثر بعوامل تركيب مثل اللامركزية ومحاذاة الرأس، كما يناقش دليل Renishaw عن أخطاء المشفرات الدوارة. لكن نتائج مشفر بصري أو مغناطيسي صناعي لا تنطبق رقمياً على AS5600؛ نستفيد من تصنيف مصادر الخطأ فقط، ونقيس عينة الطالب بنفسه.

اصنع مرجعاً ميكانيكياً قابلاً للقراءة

ثبت الحساس على قاعدة صلبة، والمغناطيس على قرص بمحمل، وضع تدريجاً ورقياً أو قرصاً محفوراً كل 5 أو 10 درجات. الأفضل استخدام منصة زاوية أو مشفر مرجعي متاح في المختبر للتحقق من العلامات. لا تجعل AS5600 نفسه مرجعاً ثم تقيس خطأه بنفسه. أضف مؤشر قراءة بصرياً على القرص لتقليل اختلاف زاوية الوقوف.

يحتاج النظام إلى Arduino أو ESP32، وأسلاك قصيرة مع مقاومات سحب I2C عند الحاجة، وحامل يسمح بتحريك المغناطيس بمقدار معلوم في اتجاهي X وY وارتفاعاً. استخدم مسطرة أو شيمات معايرة لتحديد الإزاحة، وسجل مستوى المجال المغناطيسي الذي يخرجه الحساس إن كان متاحاً. لا تضع الحديد قرب المغناطيس أثناء الاختبار لأنه قد يشوه المجال.

بروتوكول دورة كاملة

ابدأ من علامة الصفر، ودر القرص في اتجاه واحد على خطوات ثابتة. في كل موضع سجل الزاوية المرجعية، زاوية الحساس، مستوى المجال، الاتجاه، وموضع المغناطيس. أكمل دورة كاملة ثم أعدها بالاتجاه المعاكس؛ الفرق بين المسارين قد يكشف الخلوص الميكانيكي أو تأخر القراءة. بعد خط الأساس، أزح المغناطيس 0.5 مم مثلاً، ثم كرر المسح دون تغيير ارتفاعه أو ضغط الحامل.

احسب الخطأ الدائري مع التفاف الزاوية عند 0/360، حتى لا يظهر فرق 359 درجة بدلاً من درجة واحدة. مثال افتراضي: عند مرجع 90 درجة يقرأ الحساس 92.4، فيكون الخطأ +2.4 درجة. احسب متوسط الخطأ والانحراف الأقصى والمدى عبر الدورة، ولا تعرض المتوسط وحده لأنه قد يخفي أخطاء موجبة وسالبة متعاكسة.

تمييز الإزاحة عن أسباب أخرى

حافظ على المسافة بين المغناطيس والحساس واتجاه قطبيته أثناء اختبار الإزاحة الجانبية. ثم نفذ تجربة منفصلة لتغيير الارتفاع، وتجربة ثالثة لتغيير قطر المغناطيس إن كان ذلك ضمن النطاق. إذا غيرت المتغيرات معاً فلن تعرف أيها سبب الانحراف. وثق درجات الحرارة لأن تغيرها قد يؤثر في المكونات الميكانيكية والإلكترونية معاً.

تأكد من أن البرنامج يقرأ السجل الصحيح من الحساس، وأنه لا يحول قيمة 12 بت إلى زاوية بطريقة معكوسة. افحص عدد العينات المفقودة وسرعة I2C. إذا أظهرت القراءة قفزات عند زاوية بعينها، كررها ببطء وسجل المؤشر المرجعي؛ قد يكون السبب تذبذب المحور أو اتصالاً كهربائياً، لا هندسة المجال.

اختبارات تحقق وحدود الدقة

اختبر قراءة الصفر عند علامات 0 و90 و180 و270، ثم امسح دورة كاملة على نقاط أكثر كثافة. أعد تثبيت الحساس والمغناطيس خمس مرات لتقدير قابلية إعادة التركيب. إذا كان المرجع الورقي مقروءاً فقط لأقرب درجة، لا تدعي دقة أجزاء الدرجة. يجب أن تكون دقة أداة المرجع أفضل من دقة النتيجة المراد نشرها.

اختبار الفشل يكون بإزاحة مقصودة أكبر من حركة الحامل المعتادة. ينبغي أن تظهر الخريطة فرقاً قابلاً للرصد؛ إن لم يظهر، فتأكد من أن الحامل تحرك فعلاً وأن المغناطيس لم يتمركز ذاتياً. اختبر كذلك فقد I2C؛ يجب أن يسجل البرنامج خطأ اتصال بدلاً من تكرار آخر زاوية على أنها قراءة جديدة.

التقرير الذي يفيد فريقاً آخر

اعرض رسم الخطأ مقابل الزاوية لكل حالة إزاحة، وصورة ميكانيكية تبين محور الدوران واتجاه الإزاحة. اذكر رقم الحساس والمغناطيس والمسافة والارتفاع وبرنامج المعايرة ونوع المرجع. لا تستنتج أن تصحيحاً برمجياً يصلح كل تركيب؛ قد يتغير نمط الخطأ عند استبدال المغناطيس أو تحريك الحامل.

هذا نطاق مناسب لفريق مشاريع تخرج Arduino في القياس أو الميكاترونكس، ويمكن ربط مراجعة الدائرة والنموذج الأولي بـخدمة مشاريع التخرج وخدمة Arduino والأنظمة المتصلة. قد تكون الخطوة التالية جدول تصحيح لكل وحدة مع اختبار إعادة التركيب؛ لكن اعرض دقة المرجع والنتيجة المتبقية صراحة، ولا تصف الحساس بأنه مشفر دقيق دون قياس.

تحدد ورقة بيانات AS5600 من ams OSRAM نوع المغناطيس وواجهة القياس؛ ويشرح دليل Renishaw لأخطاء المشفرات كيف تظهر اللامركزية والخلوص ضمن ميزانية الخطأ. الأخير يتناول مشفرات عالية الدقة، ولا ينقل مواصفاتها إلى حساس الطالب.