火箭爱好者都可以拥有的电子推力测量台(KC测力计核心)——制作,使用,数据处理全教程!!
封面
           可以把它叫做:       电子试车铁架台



所需成本(自身成本)= 200RMB + 一些基本的工具 + 动手能力
QQ截图20150503070231.png


关于为什么选用竖直放置式试车台,理由如下:1.稳定性好。(几乎可以随便找一块结实的平地就可试车,无论推力大小)
                                                                          2.轻便。(因为其优良的稳定性,所以无需各种配重和加固,一个人就可以轻松拿完试车架)
                                                                          3.结构简单。(意味着不需要特别的加工条件,只要有些基础的工具就可以完成制造)


当然有误差较大的缺点,不过可以通过后期的计算,得以较好的解决。    这里有我自己的一些粗浅的讨论    https://www.kechuang.org/t/71344  






引入
                毫无疑问,火箭发动机推力试车台,是每一个想玩好火箭发动机的爱好者所必需的。但是因为各种沉重的原因,推力试车台、特别是方便准确的电子推力试车台,只能是小部分人的专利。所以就集合了广大KCer的智慧和努力,就是希望本帖能将方便准确的电子推力试车台,推送给每一个爱好者。


在这里特别感谢——  广局,以及贡献KC推力计的novakon和其他KCer,在他们的努力下,方便准确的电子推力试车台才可能出现!!还有给予我特别帮助的 百年海军。






目录
           1.KC推力计的制作    (这里为了尊重novakon的原贴  https://www.kechuang.org/t/70215  ,不引用原贴)
                   2.电子试车铁架台的制作
                   3.电子试车铁架台的实际使用
                   4.数据处理和误差优化






正文
1.KC推力计的制作
关于KC推力计的制作 ,(因为需要焊接电路板,所以需要: 电烙铁 + 焊锡 + 一点焊接技术。没有经验的的朋友,可以请别人焊接(比如修电器的门店),其实稍加练习也可以较快掌握)novakon的原贴  https://www.kechuang.org/t/70215  的高级教程已经很详细,这里只讲一些建议和初级教程。
关于  绿色HX711  模块的问题,处理方法较繁琐,所以这里建议用  红色HX711  模块,如图:
QQ截图20150502192310.png


这个的采集频率是可调的。就是模块背面中央的  J1 脚,将J1短接为10HZ,断开是80HZ(实际上也达到了100HZ)。这样关于采集频率的问题,就很容易解决了。但是各个脚的位置就不符合novakon的原贴了,所以就特别给出,由 百年海军 提供的接线方式:


红色HX711 到 传感器
out+(图上显示的是 +,实际是out+) —— 传感器电源(输入)正极
A- —— 传感器信号(输出+-)
A+ ——传感器信号(输出+-)(正接反接都没事,自己选择)
GND —— 传感器电源(输入)负极


红色HX711 到 Arduino
VCC  —— 5V
DO/RX —— 2
CK/TX —— 3
GND —— GND


特别注意下面这条重要的线:(novakon的原贴中,标示得不是很明显。线的作用还请到novakon的原贴中查看)
在Arduino内:GND —— 8


关于传感器的选购,这里是小型的试车台,建议选用50kg左右的传感器,太大的可能无法安装到铁架台上。




还有供电的问题,我直接用充电宝给USB供电了,方便快捷,如图:
QQ截图20150502221226.png


其余的零件采购,以及接线方式请到 novakon的原贴  https://www.kechuang.org/t/70215 中查看。
这是我做出来的硬件成品:
QQ截图20150502221539.png


接下来就是”如何把 novakon 写的程序(在novakon的原贴  https://www.kechuang.org/t/70215 中),正确烧结到Arduino“,这对于一个第一次碰单片机的新人来说是有难度的,而且网上的信息鱼龙混杂,容易造成误导,所以特地写了教程——从零开始烧结程序(可以在下面下载)。
关于KC推力计的制作就到此为止。








2.电子试车铁架台的制作
关于电子试车铁架台的制作(需要电钻打孔),就是对到处都买得到的 化学实验会用到的铁架台的简单改造,用螺栓固定传感器。
需要完整的一套铁架台(整个试车台的骨架) + 一个砝码(测量校准时使用),如图:
QQ截图20150502221810.png


必须注意!!由于市售铁架台底座的铸铁材质不同,硬度不同。碰上坚硬的底座,普通不锈钢钻头将无法打孔(那得用合金钢钻头)。应该管用的辨别方法:去选购时带一把不锈钢小刀,在老板的同意下,找一个棱角用不锈钢刀用力削,如果能顺利削出明显铁屑的,就为”合格“;反之,为”不合格“:还有敲起来声音发闷的为上佳。

下面开工,先确定传感器的位置,保证推力作用点在铁架台的内部就行。然后就是,根据传感器的尺寸和位置:  划线 > 定点 >  打孔
定点后,用样冲,或者是小钻头先加工一下,为的是防止待会大钻头加工时滑脱。
在打孔时,因为加工精度比较差,建议用更大号的钻头(我这里得用6mm的螺栓固定,就用了8mm的钻头),这样待会安装时会有余量,保证安装成功。
之后就是用螺栓固定传感器,得选用尺寸合适传感器固定孔的螺栓,长短要合适。过长,可以用螺母把传感器垫高,或者截掉多余的。
(传感器是依靠形变工作的,所以必须用螺母将传感器隔空,而且要足够高;用螺母或是其他规则的金属零件,加固(塞满)传感器固定面),如图:
QQ截图20150503071724.png


电子试车铁架台就做好了,很简单吧,其实就是打两个孔,用螺栓将传感器固定好就行了。








3.电子试车铁架台的实际使用
关于电子试车铁架台的实际使用,分为连接电脑和SD卡记录(SD卡要满足novakon原贴中的  https://www.kechuang.org/t/70215 要求) 两种。
链接电脑的话,请到以下的帖子中学习,这里不再阐述。
liushang100——  https://www.kechuang.org/t/67413
novakon——  https://www.kechuang.org/t/65777


SD卡记录的使用方法,其实也很简单,只是要特别注意一些细节,可以为后面的数据处理提供巨大的方便。
首先把已经测试好能正常工作试车台接电,待arduino板上的闪烁灯停止闪烁,在发动机将要放置的位置,放上一个标准砝码,然后马上拔掉arduino板上的8号线(不是电源线),停止记录,再拔电源,然后再准备固定发动机等一系列工作。(每浪费一秒钟就会多出100个垃圾数据,增添数据处理的麻烦。)
QQ截图20150503090647.png




QQ截图20150503123144.png




固定发动机时,夹子不能夹死,要保证发动机能自由滑动!!
完成所有准备工作后,在点火之前,接通已重新连接8号线的arduino板的电源,待指示灯停止闪烁,就可以点火了,发动机开始咆哮!!
发动机工作结束后,马上拔掉8号线,停止记录,再拔电源。(理由同上)


到此,推力数据已存入SD卡中,接下来就是把SD卡带回去,插上电脑,处理数据。








4.数据处理和误差优化
因为使用SD卡记录,没有了上位机的辅助数据处理,再加上得到的绝大部分都是垃圾(无用)数据,所以处理的步骤 ,过程是比较复杂的。(如果了解 传感器的工作原理,和 信号干扰误差 的过程,处理起来还是简单的)
先把数据复制到一个新建的Excel文档中,再打开文件,这里有3000个数据,有用的不到200个,如图:
QQ截图20150503113322.png


(关于数据的处理,建议先学会使用上位机的测量方法,这样才能更好地理解以下步骤,两种方法本质上是一样的)

1.先把A列“归零”到B列。在这些前面的数据(必须为传感器空载时,即传感器上什么都没放时,的对应的数据)中选一个中位数  >  在B2格输入  “ =A2 - XXX”  (XXX即为那个中位数) >  Enter  >  拖动B2格填充完成B列  >  (最后这里得看具体传感器,200只是一个笼统的说法)把B列小于200的数据删除(大概会删掉上千个...)。


2.校准。(这里也得看具体传感器,一般精确+-1g的就是2位+-10g的就是3位,这里是前者)因为电磁干扰,数据的最后2位是没有意义的,这里将他们除去:
在C2格输入  “=LEFT(B2,LEN(B2)-2)  > Enter  >  拖动C2格填充完成C列。


3.初步度量。按照放上去的砝码,给数据定义正真的含义,原理---力与数据成正比:
在C列找到砝码放上去时对应的数据(事实上并不难找,用脑子想一下就行)>  在D2格输入”=C2/XXX“(XXX即为砝码对应的数据)>  Enter  >  拖动D2格填充完成D列。


4.完成度量。经处理后,D列的含义为 砝码的个数,即 推力相当于 N个砝码所受到的重力:
在E2格输入”=D2*m*9.8“(m为砝码的质量,单位kg)>  Enter  >  拖动E2格填充完成E列。


5.还原时间轴。用SD卡记录是没有时间轴的。时间轴的单位长度由采集频率(可以由上位机测得)而定,下面以100HZ为例子:
我们把时间的单位定为  毫秒(1秒=1000毫秒),在F2,F3格分别输入”10“”20“  >  同时拖动F2,F3格填充完成F列。


6.画曲线图。利用Excel的表格功能,选择发动机工作时的那一段数据,以F列为x轴(毫秒),E列为y轴(牛顿)即可。


7.总冲的计算。在E列选择发动机工作时的那一段数据求和,再乘以1/100(采集频率为100HZ时),即可得 发动机总冲。


到此数据处理完毕,结果如图:
123.png




数据整理到此结束,以下是误差优化。




使用竖直放置试试车台的优点多多,但是一个很大的缺点是,直接测得的数据不只有发动机的推力成分,还包含了一些其他的杂量。
这里有我自己的一些粗浅的讨论    https://www.kechuang.org/t/71344
至于帖子里公式的推导比较烦,所以这里直接使用帖子里推导的成果:
QQ截图20150503101131.png




下面将用 发动机的实际运算来说明 公式(11)和(13)的作用。
QQ截图20150503130647.png


QQ截图20150503142355.png







这样优化后,还是有误差的,不过已降到比较小,误差优化到此结束,想了解更多  请到   https://www.kechuang.org/t/71344  。








最后
           我相信认真看完本帖(重点是介绍数据处理的方法),不论是从哪个部分获取经验,大家都能制作和使用一个属于自己的方便准确的电子推力试车台了,这正是所有KCer的梦想!!希望有不懂或是错误的,实际操作中的困难,请尽量指出或在帖子里提问。(毕竟连续两天的工作很累人)本帖图片较少,是为了凸显,或更方便的查看文字教程,所以只上了重要的图,请大家见谅。




从零开始烧结程序.docx
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[修改于 3 年前 - 2016-08-21 17:24:34]

+1  学术分    科创论坛   2015-05-09   很好的教程
来自 喷气推进
 
2015-5-3 15:10:05
1楼
为什么不用arduino pro mini或者nano? 那样的话体积会小很多
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2楼
谢谢数据处理方面
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FROZEN巨擘(作者)
3楼
引用 liushang100:
为什么不用arduino pro mini或者nano? 那样的话体积会小很多
要考虑到不是每个人都会弄的,Uno的要弄很简单了,这也是平时使用的,简单最重要。
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4楼
引用 FROZEN巨擘:
要考虑到不是每个人都会弄的,Uno的要弄很简单了,这也是平时使用的,简单最重要。
芯片是一样的,所需的程序也是一样的,就连接口都是一样的。

也就是说使用起来是一样的,但体积却比UNO小很多
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5楼
引用 liushang100:
芯片是一样的,所需的程序也是一样的,就连接口都是一样的。

也就是说使用起来是一样的,但体积却比UNO小很多
uno上的1 2 3 4 5 6 7 8 9 10什么的没有
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6楼
引用 h13:
uno上的1 2 3 4 5 6 7 8 9 10什么的没有
你到底见到过板子没有? 数字输入/输出端口、模拟输入端口、电源接口、串行程序接口明明都有
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7楼
引用 liushang100:
你到底见到过板子没有? 数字输入/输出端口、模拟输入端口、电源接口、串行程序接口明明都有
板子谁没见过…………
所以forzen才说:“要考虑到不是每个人都会弄的,Uno的要弄很简单了,这也是平时使用的,简单最重要。”
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8楼
引用 liushang100:
你到底见到过板子没有? 数字输入/输出端口、模拟输入端口、电源接口、串行程序接口明明都有
而且novakon在他自己的帖子(说道arduino的选择时)中也说了:“只限懂折腾人士”
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2015-05-05 14:39:23
2015-5-5 14:39:23
9楼
虽然还很多不懂,如此用心发帖,怎可不顶
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2015-05-09 09:49:02
2015-5-9 09:49:02
10楼
引用 liushang100:
你到底见到过板子没有? 数字输入/输出端口、模拟输入端口、电源接口、串行程序接口明明都有
“你到底见到过板子没有?”
这又不是土豪的专利……
为何我不能见到板子
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11楼
引用 h13:
“你到底见到过板子没有?”
这又不是土豪的专利……
为何我不能见到板子
因为你说“uno上的1 2 3 4 5 6 7 8 9 10什么的没有”
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12楼
引用 liushang100:
因为你说“uno上的1 2 3 4 5 6 7 8 9 10什么的没有”
我说的是 Uno上的 1 2 3 4 5 6 7 8 9在你说的板子上没有(只有A+数字 b+数字什么的)
上面的名称不一样,ok?
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13楼
楼主能够发一篇数据处理的教程么,刷程序的很简单,数据处理的就……(本人不会用)
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14楼
引用 h13:
我说的是 Uno上的 1 2 3 4 5 6 7 8 9在你说的板子上没有(只有A+数字 b+数字什么的)
上面的名称不一样,ok?
数字输入/输出端口、模拟输入端口、电源接口、串行程序接口明明都有
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15楼
引用 liushang100:
数字输入/输出端口、模拟输入端口、电源接口、串行程序接口明明都有
反正像我这种电子学被物理老师给坑过的人不懂
估计会改的比不会改的少
没记错的话,你的试机台仍然在用Uno
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2015-05-10 13:31:24
2015-5-10 13:31:24
FROZEN巨擘(作者)
16楼
引用 liushang100:
芯片是一样的,所需的程序也是一样的,就连接口都是一样的。

也就是说使用起来是一样的,但体积却比UNO小很多
那还得加个USB插口模块,uno直接就有用了...
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FROZEN巨擘(作者)
17楼
引用 h13:
uno上的1 2 3 4 5 6 7 8 9 10什么的没有
你说的是arduino pro mini吧...
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FROZEN巨擘(作者)
18楼
引用 h13:
楼主能够发一篇数据处理的教程么,刷程序的很简单,数据处理的就……(本人不会用)
数据处理那部分,之前的有漏洞,现在已经都改过了,应该没问题了。建议先学会使用上位机的测量方法,这样才能更好地理解步骤,两种方法本质上是一样的。
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2015-05-13 16:31:46
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19楼
我也做了个推力测试德威,和楼主的差不多,不同的是我用的是STC89C52,同样工作很好,同时数据记录在AT24C08中,这样就不用和电脑相连,2秒可以采集100个数据,迟些我也把它发上来。计算比冲的话,可以用maple软件,一个数学软件,我老师告诉我的
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20楼
为何会采集到那么多数据?我做法是,用while循环不断检测推力,当没有产生推力时,就一直循环,当数据大于某个值,比如说10克,就说明产生推力,跳出循环,然后就将数据存储记录下来,记录100个数据后,就停止
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21楼
同时程序在记录推力数据进入SD卡前,可以减掉那个起始8388000,这样就基本上是真实的推力值,搜集回来的数据处理起来也方便些
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22楼
我记得电子称上有个“去皮”功能 能减掉原始重量
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2015-05-15 20:30:32
2015-5-15 20:30:32
23楼
绿色和红色有差别么,打样都是一样的钱还
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2015-05-16 00:52:56
24楼
引用 mould:
我记得电子称上有个“去皮”功能 能减掉原始重量
发动机在工作过程中,燃料不断消耗,质量是不断减轻的,并不是一个恒定值,不能简单的减去。
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25楼
称重传感器的灵敏度是多少
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2015-05-17 12:51:14
FROZEN巨擘(作者)
26楼
引用 沙暴:
为何会采集到那么多数据?我做法是,用while循环不断检测推力,当没有产生推力时,就一直循环,当数据大于某个值,比如说10克,就说明产生推力,跳出循环,然后就将数据存储记录下来,记录100个数据后,就停止
这个想法不错,以后试一下,再加个自动拾取基准值的程序。
目前的问题是要有个基准值作对比,大家用的传感器都不一样,要从源代码中修改,不是每个人都做得来的...
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FROZEN巨擘(作者)
27楼
引用 fuwen0202:
绿色和红色有差别么,打样都是一样的钱还
绿色的我没用过,不清楚。不过看其他帖子的讨论,差别挺大的。
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FROZEN巨擘(作者)
28楼
引用 cgcc:
称重传感器的灵敏度是多少
跟传感器质量有关,我用的那个标称高精度,实测精度能到1g
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2016-02-13 18:55:28
2016-2-13 18:55:28
29楼
@Frozen巨擘 Thanks a lot.[s:20]
那么问题来了:1.SD卡用SDHC的可否(后两网址均为SDHC卡)?
SD卡模块中SD卡该用横卡(小卡,如https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a1z0d.6639537.1997196601.25.XLd7H3&id=41984274255 )还是竖卡(大卡,如https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a230r.1.14.44.FiIyx4&id=523052555463&ns=1&abbucket=14&sku_properties=5919063:6536025 )?
3.用多少MB的SD卡合适?
求解答!
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30楼
引用 chemistry02:
@Frozen巨擘 Thanks a lot.
那么问题来了:1.SD卡用SDHC的可否(后两网址均为SDHC卡)?
SD卡模块中SD卡该用横卡(小卡,如https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a1z0d...
@FROZEN巨擘
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FROZEN巨擘(作者)
31楼
引用 chemistry02:
@FROZEN巨擘
这是我的主题帖。。。不用@我,我也看得到你的回复的。。。逐个回答你的问题。
1.根据核心作者novakon的建议,所以不要用SDHC。
2.用大卡。
3.建议用容量小的SD卡(几百MB)。
其实1和3是同一个问题,SDHC为高容量SD存储卡,(因为协议较高级可能导致兼容性问题----本人的猜测),容量小的卡较为原始,比较好对付。
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32楼
引用 FROZEN巨擘:
这是我的主题帖。。。不用@我,我也看得到你的回复的。。。逐个回答你的问题。
1.根据核心作者novakon的建议,所以不要用SDHC。
2.用大卡。
3.建议用容量小的SD卡(几百MB)。
其实1和3是同一个问题,SDHC为高容量S...
OK,thanks!
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2016-05-14 19:32:07
2016-5-14 19:32:07
33楼
有这个套件吗?我想要一套
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2016-05-15 14:33:38
FROZEN巨擘(作者)
34楼
引用 爱火箭的峰:
有这个套件吗?我想要一套
完全可以自己动手的,如遇上实际问题,俺会尽量提供帮助的!
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2016-05-22 12:25:28
2016-5-22 12:25:28
35楼
能给我你的一个联系方式吗咱
私聊
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FROZEN巨擘(作者)
36楼
引用 爱火箭的峰:
能给我你的一个联系方式吗咱
私聊
我资料里有。。可能6月中旬后才有空。。。
不过还是建议把问题发上来,个人问题也是大家的问题,这样更有借鉴意义。
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2019-03-25 20:18:02
2019-3-25 20:18:02
37楼
引用:虎哥 发表于24 楼的内容:
发动机在工作过程中,燃料不断消耗,质量是不断减轻的,并不是一个恒定值,不能简单的减去。

为什么不把试车台改成横式的,这样就不必这么麻烦涉及到质量的减少问题了

[修改于 8 个月前 - 2019-03-25 20:20:24]

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