#第六届立创电赛#物流称重助手 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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标准版 Standard

1、简单易用,可快速上手

2、流畅支持300个器件或1000个焊盘以下的设计规模

3、支持简单的电路仿真

4、面向学生、老师、创客

专业版 professional

1、全新的交互和界面

2、流畅支持超过3w器件或10w焊盘的设计规模,支持面板和外壳设计

3、更严谨的设计约束,更规范的流程

4、面向企业、更专业的用户

标准版 #第六届立创电赛#物流称重助手

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暂无简介

开源协议: GPL 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2021-05-22 12:25:19
更新时间: 2023-03-29 16:59:59
描述
 
 

注:* 为必填项

请在报名阶段填写 ↓

 

* 1、项目功能介绍


1.1  物流市场概述

2019年我国社会物流总额298万亿元;

2020年全国社会物流总额300.1万亿元;

物流市场通过智能硬件、物联网、大数据等科学技术的结合,物流系统分析决策和智能执行能力得到更好的提升,物流模式转型成智慧物流是当下的趋势。

快递(包裹)行业新科技如:无人车配送、无人机配送、物流中心智能分拣系统等已经存在且广泛应用,有效降低了人工成本,提升了效率。但在传统的物流行业中由于货物体积和重量的原因以上新科技却无法使用。

 

1.2  物流市场分类

物流按重量可分为以下4类:

1.包裹(0-30公斤/件),货主主要为个人、企业、商户,主要运营为快递公司;

2.小票零担(30-500公斤/件),货主主要为个人、小作坊、商户,主要运营为物流公司、专线、快运公司;

3.大票零担(500-3000公斤/件),货主主要为生产制造企业、三方物流、一二级批发商,主要运营为物流公司、专线、快运公司;

4.整车(3000公斤以上/件),货主主要为生产制造企业、三方物流,主要运营为物流公司。

 

1.3  公路货运市场规模

公路货运市场规模如下图:

 

1.4  当前物流装卸存在的问题

小票零担、大票零担、整车这3种情况下需要进行称重并使用叉车进行装车,物流园中有专门的大地磅进行整车称重,称重一般2元一吨,整车称重一次需几十元,这种地磅占地面积大,价格昂贵,整车称重十分不便,超载后还需开回去卸货,尤其大货车掉头更是耗时费力,没装满又导致运力不满而增加了成本;

 

大地磅称重收费贵、货物重量非装车时实时显示、超载卸货麻烦等原因使得专线运营的商户使用小的1-3吨地磅进行分次称重,手动记下单次重量后进行笔算累计得出整车货物重量,这种称重方式解决了超载的问题,但存在以下缺点:

1. 笔算易错:手动计算重量易算错;

2. 占用空间:小地磅占地约2平米,占用了堆货的地方,假如30平米一年租金15万,那么这2平米一年需要1万租金;

3. 无法称重:对异形的货物如长铁杆无法进行称重,或需要把地磅搬到到空旷的地方才可以称重;

4. 浪费时间:在货物较多的情况下称一个货物需要把其他货物移开,使用不方便;

5. 使用繁琐:称重的时候叉车将货物放上地磅后,为防止叉车影响称重结果,还需将叉车开出来,记下重量后,再次开进去抬起货物;

 

1.5  作品功能特点

本称重助手根据以上物流场景启发解决了叉车装卸货时超载、少装、计价麻烦的痛点,具有单次称重、累计重量、不占体积、单次称重范围40公斤-5000公斤、打印小票、自动休眠、时间温度显示等特点,可广泛用在叉车装车场景,如工厂、物流园、港口码头等;

 

注:主题不限,可以是解决生活/工作中的某个问题、为某个人群/场景设计的方案、毕业设计/课程设计/DIY项目/纯属炫酷项目等。主要讲一下自己通过什么手段解决了什么问题。

 

*2、项目属性


2.1.项目为首次公开
2.2.原创
2.3.未参加其他比赛
2.4.非毕业设计

 

注:请说明项目是否首次公开;项目是否为原创;项目是否曾经在其他比赛中获奖,若有获奖则叙述获奖详情;项目是否在学校参加过答辩。

 

* 3、开源协议


 

3.1  开源协议使用立创推荐的GPL3.0

注:利他即利己,请认真阅读下述内容。

  1. 拥抱开源,赋予项目无限价值。建议项目核心功能开源80%以上;
  2. 若某一部分功能不可替代且删掉之后项目无法解决对应的问题,则这一部分实现的功能就是项目的核心功能;比如设计了一台电子负载且设计了一款上位机软件监控功率变化,则电子负载为核心功能,上位机软件为辅助功能;比如电子负载中使用了一款隔离485模块与上位机通信,则此485模块实现的通讯功能为辅助功能;
  3. 项目应选择适合自己的开源协议,若项目引用其他开源项目,应注明来源并遵循原作者的开源协议规定;原创项目推荐使用GPL3.0开源协议;
  4. 直接引用开源项目的原电路或原代码实现的功能不可作为自己项目的核心功能、使用市场上通用模块直接实现的功能不可作为自己项目的核心功能。

 

请在竞赛阶段填写 ↓

 

*4、硬件部分


 

4.1. 设备安装

安装步骤主要分以下4步:

(1)将主机固定在叉车上;

(2)安装传感器;

(3)安装触发开关;

(4)安装电源线;

具体安装见附件中的视频。

 

4.2.设备工作原理和机制

4.2.1原理:

本设备的关键部件为轮辐式压力传感器,将压力传感器安装在叉车螺杆上,传感器受到的主要力为链条拉垫片引起的压力,如下图示:

垫片所受拉力就是链条的重量、货叉重量、货物重量、传动结构的摩擦力之矢量和;

由于叉车静置时液压结构会持续释放一部分力,因此我们需要采用动态称重的方式,即牛顿第二定律。

将货物重量记为X,其他干扰的力记为Y,传感器受到的力为Z,则X=Z-Y。

Z通过模数转换后可以得到,Y即叉车不装货物的时候传感器的值,所以容易求得货物重量X。

 

4.2.2系统框图

 

4.3.工作机制

一次操作称重流程:

称重操作流程

 

叉车按下抬升拉杆时触发开关被按下,设备开始获取传感器的值,计算为重量后实时显示在屏幕上。当货物匀速抬升一定高度后,单片机获取到了足够的数据,锁定重量,屏幕上显示最终计算结果,按下打印键打印出重量。

 

4.4.注意事项:

设备首次使用需要进行标定,见调试方法;

设备使用需要进行校准,见调试方法;

叉车属于专业工程机械,操作需注意安全;

 

4.5.调试方法

4.5.1标定(求Z值对应的重量)

先进行一次空叉车抬升,获取到匀速时Z所对应的值,假设为A;

然后放上重物,例如1吨货物,匀速抬升,记下对应的值为B;

B-A的值就是传感器受到1吨压力时对应的值;

因传感器是线性的,这样即完成标定,2吨对应的值为2*(B-A),3吨对应的值为3*(B-A);

任意货物重量X=Z/(B-A);

 

4.5.2校准(求Y)

因使用叉车时会换货叉(不同重量)、润滑摩擦因数、冷机热机发动机功率不同、检测电路的温度等因素导致Y值不是一直不变的,产生零点漂移现象,因此需要校准,在无货物情况下按住设备上的校准键,屏幕提示匀速抬升,此时抬升即可完成校准。

 

4.6按键说明

设置:进入设置界面,密码0202;

置零:将当前重量和累计重量清零;

累计:当次称重结果计入总重量中;

打印:打印小票;

 

 

注:推荐使用立创EDA。若选择其他EDA工具,请在附件上传PDF格式的原理图,PDF格式的PCB图纸,Gerber格式的PCB文件。这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。

 

*5、软件部分


 

前面介绍了称重的原理,而工业设备需要经过大量的测试、修改完善才能实现稳定可靠;本设备的研发经过了10多台品牌不一型号不同新旧程度不同的叉车不同抬升速度的几千次称重测试,在持续几个月的调整修改后终于有了满意的效果。

5.1.称重曲线

5.1.1过滤起称阶段重量

某货物5次称重的曲线打印如下图

从上图可以看出计算货物重量的是图中波动较小的部分,大致区间为[80,250]。

由于区间[0,45]内曲线斜率大,因此该部分数值在称重的过程中即可以通过斜率判断进行过滤,判断的方法为相邻的3个数值相加,后3次的值大于前3次的则过滤;

 

5.1.2区分不同称重方法的差异

下图是某叉车过滤起称重量后不同速度下在1600公斤货物时的称重曲线图:

上图可以看到左边3个图形稀疏(曲线1曲线3曲线5),右边则非常密集(曲线2曲线4曲线6),如果采用一样的算法则计算结果偏差大于千分之10,因此需要区分这两种情况采用不同的算法;

 

下图黄色部分为上图6次称重经过算法计算后的结果:

上图中6次称重结果为1607、1604、1609、1608、1608、1606,误差为千分之2.5至千分之5.6,avg表示筛选后波动疏密程度,疏密不同使用不同的算法;

5.2.称重算法

删除前面40个不稳定值,因为此时为加速度阶段,计算之后的100个值的平均值,然后每3个相邻的值相加取平均,计算出跨过平均值的波峰个数,记录第一个最高值和第二个最高值之差,如果差值为平均值的10%以内,且第一个最低值和第二个最低值在平均值的10%以内,则可以使用这个曲线,否则继续称重,若获取的次数超过200次则本次称重失败。

 

从左侧曲线可以看出,曲线3和曲线5点值密集区在1600下方,波峰个数为3,曲线1分布较为均匀,波峰个数为5,所以根据波峰来区分,波峰数小于等于3的曲线3和曲线5使用稀疏时计算方法,曲线1波峰数大于3使用密集时计算方法

 

5.2.1稀疏时计算方法

去掉10%的最大值和10%的最小值,将剩下的值继续平均计算得出重量。由于密集区低于1600而高于1600的点幅度更大,因此平均后重量更接近1600。


5.2.2密集时计算方法

密集时的波形在1600来回震荡,因此波峰必定大于3,去掉更多的最大值和最小值结果就更准确,我选择去掉20%的最大值和20%的最小值,将剩下的60%数据进行平均计算。

 

5.3编译环境

keil

 

5.4工程配置

cubemx

 

5.5烧录方法

使用swd方式进行烧录

注:若您的项目涉及软件开发,请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。

 

*6、BOM清单


 

 

《物流称重助手》-BOM主板元器件

 

称重检测模块

 

注:项目涉及的BOM清单。这个位置请上传BOM的截图。清单详情请以PDF的格式上传到附件中。建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。

 

*7、大赛LOGO验证


7.1 pcb照片

 

模数转换板正反面空板照片:

 

主板正面照片:

 

主板反面照片:

7.2焊接后照片

模数转换板焊接后照片:

 

焊接后主板正面照片:

 

焊接后主板反面照片:

请上传包含大赛logo的项目图片,logo以丝印形式印刷在PCB上面。

点击zip下载大赛logo标识! (大赛标识).zip

 

* 8、演示您的项目并录制成视频上传


 

视频要求:请横屏拍摄,分辨率不低于1280×720,格式Mp4/Mov,单个视频大小限100M内;

视频标题:立创电赛:{项目名称}-{视频模块名称};如立创电赛:《自动驾驶》-团队介绍。

 

更多详情:https://diy.szlcsc.com/posts/06c94d90c2c447dfbd9ed7339ff4a5b1

 

设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
未生成预览图,请在编辑器重新保存一次
ID Name Designator Footprint Quantity
1 MS621FE-FL11E BT1 SEIK-MS621FE-FL11E-2_V 1
2 PS1440P02BT BUZZER1 BUZ-TH_BD14.0-P5.00-D0.7-FD 1
3 100nF (104) 10% 16V C1,C2,C3,C4,C5,C6,C9,C10,C7 CAPC0402_N 9
4 20pF (200) 5% 50V C7,C8 CAPC0402_N 2
5 220uF C11,C19 CAP-SMD_BD6.3-L6.6-W6.6-FD 2
6 0.01uf C17 CAPC0402_N 1
7 100uF C18,C26,C31,C13 CAP-SMD_BD6.3-L6.6-W6.6-FD 4
8 0.1uf C20,C21 CAPC0402_N 2
9 0.1uF C22,C25,C27,C30,C8,C9,C12 CAPC0402_N 7
10 10uF C23,C24,C28,C29,C1,C2,C5,C10,C11 CAPC0603_N 9
11 SS12_C353243 D1 SMAF_L3.5-W2.6-LS4.7-RD 1
12 B340A D2 SMA_L4.3-W2.6-LS5.2-RD 1
13 210S-1*2P H2,H3,H4 210S-1X2P 3
14 68714014522 J1 68714014522 1
15 22uH L1 IND-SMD_L5.0-W5.0_LVS505040 1
16 Header 4 P1 HDR1X4 1
17 M2501VS-04P P2,P4,P7,P1,P5 M2501VS-04P 5
18 M2501VS-04P P3 M2010VS-04P 1
19 M2501VS-02P P9,P10 M2501VS-02P 2
20 M2501VS-03P P11,P12 M2501VS-03P 2
21 SI2301CDS-T1-GE3 Q1 SOT23-3_N 1
22 SS8050 Q2 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
23 Si9435DY Q4 SOIC8_M 1
24 SI2302DS Q5 SOT23-3_N 1
25 10K__ (1002) __1% R1,R2,R3,R4,R7,R10,R11,R12,R13,R14,R15,R16,R27,R28 RESC0402_N 14
26 1K R5 RESC0603_N 1
27 0__ (0R0) __1% R6 RESC0402_N 1
28 10 R8 RESC0603_N 1
29 4.7K R9 RESC0402_N 1
30 10K R25,R1,R3 RESC0402_N 3
31 27K R26 RESC0402_N 1
32 100K__ (1003) __1% R29,R30,R31,R32,R34 RESC0402_N 5
33 4.7K__ (4701) __1% R33 RESC0402_N 1
34 470K R35 RESC0402_N 1
35 200K R36 RESC0402_N 1
36 TS-1109S-C-C SW1,SW2,SW3,SW4 SW-SMD_4P-L6.2-W6.2-P4.00-LS10.0 4
37 RX8025 U2 RX8025 1
38 MX25Q6406EM U3 IC-SOIC8 1
39 TPS5430DDAR U5 SOIC-8_L5.0-W4.0-P1.27-LS6.0-BL-EP 1
40 AX1117AE33A U6,U7,U2 SOT-223_L6.5-W3.5-P2.30-LS7.0-BR 3
41 VDA2410CTA U8 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
42 10MHZ 20PF 10PPM TCXO Y1 XTAL-3225 1
43 STM32F103RBT6TR U1 STM-LQFP64_V 1
44 330__ __25% 100MHz L1,L2 INDC0603_N 2
45 Header-Male-2.54_1x1 P2,P3 HDR-TH_1P-P2.54-V-M 2
46 SS8550_C8542 Q1 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
47 10K R2,R5 RESC0603_N 2
48 10R R4,R6 RESC0603_N 2
49 100R R7,R8 RESC0603_N 2
50 HX711 U1 SOP-16_L10.0-W3.9-P1.27-LS6.0-BL 1

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