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《仿人機器人原理與實戰》一3.5 附加項目：電加熱板的PID控製
本節書摘來異步社區《仿人機器人原理與實戰》一書中的第3章 ，第3.5節，作者布萊恩·伯傑倫（Bryan Bergeron） 托馬斯B. 塔爾博特（Thomas B. Talbot） 王偉 魏洪興 劉斐 譯, 更多章節內容可以訪問雲棲社區“異步社區”公眾號查看。
3.5 附加項目：電加熱板的PID控製
好了，我們假定你對混合水和電不感興趣。不過你仍然可以將之前的理論和代碼應用到全電加熱係統中，而且隻需要修改少量代碼。如果你的目標隻是為仿人機器人提供熱量，而不需要將其產生的熱量轉移，那麼最簡單的方法是把清單3-3中的PID控製代碼和仿人機器人皮膚下的加熱元件聯合起來。
3.5.1 器材清單
完成這個附加項目，你需要以下器材：
- Arduino Uno或者等效微控製器
- 5Vdc的聚酰亞胺薄膜加熱板
- 給加熱板供電的9～12Vdc電源
- 電機驅動擴展板或者額定電流2A的多通道MOSFET管
- 10kΩ熱電偶
- 10kΩ、1/4W電阻
- PVC管和其他平台
簡而言之，我們已經拋開管子、水泵和其他跟水有關的零件，而改用一個奇特的電阻，也就是圖3-15所示的5cm×15cm聚酰亞胺薄膜加熱板，它由Sparkfun生產，富有彈性、重量輕且價格低廉。這種加熱板跟紙的厚度差不多，由聚酯長絲網和金屬導電纖維組成，在5Vdc供電下消耗600mA電流，在幾分鍾內溫度可以達到120華氏度。如果關注麵積，比如加熱仿人機器人的手心從而獲得溫暖的握手行為，那麼可以考慮使用5cm×10cm的加熱板。這個較小的加熱板在5Vdc供電下消耗電流850mA。
3.5.2 電路
如圖3-16所示，電路由Arduino微控製器（多通道MOSFET管驅動的電加熱板）和熱電偶探頭（提供模擬量輸入）組成。如果已經搭建了基本的水泵驅動電路，那麼你隻需要用加熱板接頭替換水泵接頭就可以了。盡管5Vdc電源夠用了，但是9Vdc或12Vdc電源能夠提供範圍更寬的溫度控製，且不會損壞加熱板。
加熱板其實就是電阻。將它們並聯還是串聯起來取決於電源、電機驅動擴展板容量和所需加熱板數量等因素。將任何電阻串聯或者並聯起來的缺點是你不能控製單個加熱板的溫度。
3.5.3 構造
如果方便，可以將電加熱板繞在跟你手臂直徑差不多的PVC管上，或者直接繞在桌子的某個部分上。唯一需要注意的就是熱電偶的安裝位置。熱電偶應該安裝在加熱板的表麵或者接近表麵的地方。例如，如果你將加熱板繞在3英寸（約7.5cm）直徑的管子上，再在管子上覆蓋乙烯樹脂來模仿手臂，那麼請為熱電偶鑽一個安裝孔，並將其安裝在加熱板的下側。
3.5.4 編程
本實驗的Arduino代碼與清單3-3相同。與之前的項目相同，你必須嚐試不同的修正值PC、積分常數IC和微分常數DC，以便適應特定的係統特性。
3.5.5 操作
這是一個即插即用的係統，你感受到的溫度就是你想要得到的結果。因為這些加熱板用於冬裝加熱器，所以一般不會燙傷手指。但是如果你有紅外溫度計可監視真實溫度，那還是用一下吧，以防萬一。
最後更新：2017-06-21 11:02:00