การจ่ายสารในอุตสาหกรรม: เครื่องจ่ายผงอัตโนมัติ

เครื่องให้อาหารสัตว์เลี้ยง Arduino มาตรฐานใช้เซอร์โวแบบง่ายเพื่อเปิดและปิดฝาถัง โดยเทอาหารเม็ดออกมาในปริมาณที่ไม่ทราบแน่ชัดและสุ่ม แต่ Automated Powder Dispenser (เครื่องจ่ายผงอัตโนมัติ) นี้ต้องการความแม่นยำระดับอากาศยาน โดยผสานสกรูอาร์คิมิดีสที่ปรับแต่งมาโดยเฉพาะ (กลไกเกลียวลำเลียง) เข้ากับการตอบสนองน้ำหนักจากโหลดเซลล์แบบไดนามิก เพื่อจ่ายผงแห้งให้แม่นยำถึงระดับกรัม

วงจรป้อนกลับของโหลดเซลล์ (HX711)

ระบบไม่สามารถพึ่งพาเวลาเพียงอย่างเดียวได้ ("สั่งให้เกลียวลำเลียงทำงาน 3 วินาที") เนื่องจากความชื้นอาจทำให้ผงจับตัวเป็นก้อนและส่งผลให้อัตราการไหลไม่คงที่ ระบบจึงต้องชั่งน้ำหนักส่วนประกอบ (payload) แบบเรียลไทม์

1. ถ้วยรับผงจะวางอยู่บนคานอะลูมิเนียมจริงที่เรียกว่า Load Cell (Strain Gauge)
2. เมื่อถ้วยเต็มไปด้วยผง คานอะลูมิเนียมจะเกิดการงอเพียงเล็กน้อยในระดับจุลภาค
3. การงอนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กมาก (เพียงไม่กี่มิลลิโวลต์)
4. ชิปขยายสัญญาณ HX711 Amplifier Chip จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กนี้ เพื่อให้ Arduino สามารถอ่านค่าได้
5. ในโค้ด Arduino จะใช้ไลบรารี <HX711.h> เพื่อตรวจสอบ scale.get_units() อย่างต่อเนื่อง!

การออกแบบการทำงานของมอเตอร์

คุณป้อนค่าเป้าหมาย: Target: 40 Grams

1. อัตราการจ่ายผงจำนวนมาก: Arduino จ่ายไฟให้กับ NEMA 17 Stepper Motor ที่แข็งแรง ซึ่งเชื่อมต่อกับสกรูเกลียวลำเลียง (auger screw) ที่พิมพ์ด้วย 3D เนื่องจากเป้าหมายคือ 40 กรัม มอเตอร์จึงหมุนด้วยความเร็วเต็มที่ ผลักผงออกจากรางอย่างรวดเร็ว
2. การชะลอความเร็วแบบไดนามิก (กับดัก PID): โหลดเซลล์จะส่งน้ำหนักกลับมาอย่างต่อเนื่อง: Weight: 20g... 30g... 35g...
3. ทันทีที่น้ำหนักเกิน 35g Arduino จะเข้าสู่ลูป "Precision Finish" (การจ่ายอย่างแม่นยำ) โดยจะลดความเร็วของ Stepper Motor ลงอย่างมากจนเกือบหยุด
4. เมื่อเครื่องชั่งวัดได้ 39.9g Arduino จะสั่งให้ Stepper Motor หยุด และหมุนย้อนกลับครึ่งสเต็ป (motor.step(-200)) เพื่อดูดผงกลับอย่างรวดเร็ว และป้องกันการหกเลอะเทอะจากการจ่ายเกิน!

ส่วนประกอบที่จำเป็นของระบบ

• Arduino Mega/Uno: โปรเซสเซอร์สำหรับการประมวลผลแบบเรียลไทม์พร้อม Interrupt
• Aluminum Load Cell (เช่น ขีดจำกัดสูงสุด 1 กก.) และ HX711 24-Bit ADC Module
• NEMA 17 Stepper motor และ A4988 Driver
• เครื่องพิมพ์ 3D สำหรับสร้าง Archimedes Screw (Auger) แบบกำหนดเองและถังเก็บ (Storage Hopper)
• (หมายเหตุ: Stepper Motor ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ 12V 2A ที่เข้มงวด!)