CYFROWE WIELOFUNKCYJNE NARZĘDZIE POMIAROWE: 21 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Projekty Fusion 360 »

Cześć wszystkim. Zawsze chciałem mieć urządzenie, które pomogłoby mi w wypoziomowaniu łóżka drukarki 3D i jakieś inne urządzenie, które pomogłoby mi uzyskać przybliżoną długość zakrzywionej powierzchni, abym mógł łatwo wyciąć odpowiednią długość naklejki do nałożenia na tę powierzchnię i zapobiegając w ten sposób marnotrawstwu. Pomyślałem więc, dlaczego nie połączyć obu pomysłów i stworzyć jednego gadżetu, który potrafi obie te rzeczy. W końcu zbudowałem urządzenie, które może nie tylko mierzyć zakrzywione linie i poziomowanie powierzchni, ale także mierzyć odległości w linii prostej i kąt linii. Więc w zasadzie ten gadżet działa jako wszystko w jednym cyfrowym poziomie + linijka + kątomierz + miara przechyłu. Urządzenie jest na tyle małe, że mieści się w kieszeni, a jego baterie można łatwo naładować za pomocą ładowarki do telefonu.

Urządzenie to wykorzystuje akcelerometr i czujnik żyroskopowy do dokładnego pomiaru poziomu i kąta powierzchni, ostry czujnik podczerwieni do pomiaru długości liniowej w sposób bezdotykowy oraz enkoder z kołem, które można przetaczać po zakrzywionej powierzchni lub zakrzywionej linii, aby uzyskać jego długość.

Nawigacja po trybach i funkcjach urządzenia odbywa się za pomocą 3 przycisków dotykowych oznaczonych jako M (tryb), U (jednostka) i 0 (zero)

M - Do wyboru między różnymi typami pomiarów

U - Do wyboru jednostki mm, cm, cale i metry

0 - Aby zresetować zmierzone wartości do 0 po zmierzeniu odległości lub kąta.

Powodem używania przycisków dotykowych jest delikatne poruszanie się po trybach i jednostkach bez zakłócania pozycji urządzenia podczas pomiaru.

Urządzenie ma magnes neodymowy osadzony w podstawie, dzięki czemu nie ześlizgnie się ani nie zsunie z mierzonej metalowej powierzchni.

Obudowa została zaprojektowana tak, aby urządzenie było jak najbardziej kompaktowe, a także łatwe do wydrukowania w 3D.

Krok 1: WYMAGANE KOMPONENTY I MODUŁY

Komponenty zostały wybrane mając na uwadze, że to urządzenie jest zbudowane tak, aby mieściło się w kieszeni. Użyto więc najmniejszego wyświetlacza, baterii i czujników, jakie udało mi się znaleźć.

1. 3d drukowane etui

2. Czujnik odległości IR Sharp GP2Y0A41SK0F X 1 (Aliexpress)

3. Moduł akcelerometru/żyroskopu MPU6050 X 1 (Aliexpress)

4. Boost + moduł ładowania X 1 (Aliexpress)

5. Koder myszy Grove X 1 (Aliexpress)

6. Wyświetlacz OLED 128X32 X 1 (Aliexpress)

7. Arduino pro mini ATMEGA328 5V/16MHz X 1 (Aliexpress)

8. Brzęczyk 12mm X 1 (Aliexpress)

9. Bateria lipo 3.7 v, 1000 mah X 1 (Aliexpress)

10. Moduł przycisku dotykowego TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. Magnes neodymowy 20x10x2mm X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 moduł USB na UART TTL X 1 (Aliexpress)

13. Drut miedziany emaliowany (Aliexpress)

14. Rezystory 10K X 2

15. 19(długość)X2(średnica)mm oś stalowa X 1

16. 3mm led X 1

17. Dowolna rolka z naklejkami winylowymi (Aliexpress)

18. Kabel Micro USB

MPU6050

MPU6050 to urządzenie mems, które składa się z 3-osiowego akcelerometru i 3-osiowego żyroskopu. Pomaga nam to zmierzyć przyspieszenie, prędkość, orientację i przemieszczenie. Jest to urządzenie oparte na I2C, które działa od 3,3 do 5 V. W tym projekcie MPU6050 służy do pomiaru, czy powierzchnia jest pozioma, czy nie, a także do pomiaru kąta linii.

KODER MYSZY GROVE

Jest to mechaniczny inkrementalny enkoder obrotowy z danymi zwrotnymi dotyczącymi kierunku i prędkości obrotowej. Użyłem tego enkodera, ponieważ jest to najmniejszy enkoder, jaki udało mi się znaleźć, a jego programowanie również było łatwe. Ten enkoder ma 24 kroki na obrót. Korzystając z tego możemy obliczyć odległość przebytą przez koło na enkoderze, jeśli znana jest średnica koła. Obliczenia, jak to zrobić, omówiono w dalszych krokach tej instrukcji. Ten projekt wykorzystuje enkoder do pomiaru odległości zakrzywionych linii.

SHARP GP2Y0A41SK0F MODUŁ ODLEGŁOŚCI NA PODCZERWIEŃ

Jest to czujnik analogowy, który daje zmienne napięcie wyjściowe na podstawie odległości obiektu od czujnika. W przeciwieństwie do innych modułów IR, kolor wykrywanego obiektu nie wpływa na sygnał wyjściowy czujnika. Istnieje wiele wersji ostrych czujników, ale ten, którego używamy, ma zasięg 4 - 30 cm. Czujnik pracuje pod napięciem od 4,5 do 5,5 V i pobiera zaledwie 12 mA prądu. Przewody czerwony (+) i czarny (-) to przewody zasilania, a trzeci przewód (biały lub żółty) to przewód wyjścia analogowego. Czujnik jest używany w tym projekcie do bezdotykowego pomiaru odległości liniowych.

Krok 2: WYMAGANE NARZĘDZIA

1. Para nożyczek

2. Noże do pudełek lub inne super ostre ostrza

3. pęsety

4. Pistolet do klejenia na gorąco

5. Klej błyskawiczny (jak super klej)

6. Klej na bazie gumy (jak Fevi Bond)

7. Lutownica i ołów

8. wycinarka laserowa

9. Drukarka 3D

10. Narzędzie obrotowe z bitem do cięcia tarczy

11. Przecinaki do drutu

12. Papier ścierny

Krok 3: Pliki STL do druku 3D

Obudowa do tego urządzenia została zaprojektowana w oprogramowaniu Autodesk Fusion 360. Są 3 sztuki. Pliki STL dla tych kawałków podano poniżej.

Pliki "LID" i "wheel" można drukować bez podpór, podczas gdy plik "BODY" wymaga podparcia. Wydrukowałem je na wysokości warstwy 0,2 mm przy 100% wypełnieniu, używając zielonego PLA. Użyta drukarka to tarantula TEVO.

Krok 4: POKRYCIE OBUDOWY WINYLEM

1. Użyj drobnego papieru ściernego, aby wygładzić wszystkie zewnętrzne powierzchnie wydrukowanych elementów 3D, aby naklejka winylowa łatwo się przykleiła.

2. Użyj wilgotnej szmatki, aby usunąć wszystkie drobne cząstki, które mogą pozostać na powierzchniach po szlifowaniu.

3. Po wyschnięciu powierzchni nałóż naklejkę winylową na powierzchnię. Upewnij się, że nie ma uwięzionych pęcherzyków powietrza.

4. Użyj nożyczek, aby odciąć nadmiar naklejki wokół krawędzi.

5. Teraz naklej naklejkę po bokach obudowy i przytnij nadmiar.

6. Użyj noża do kartonu lub innej maszynki do golenia, aby wyciąć otwory na wyświetlacz OLED, port ładowania, koło enkodera i czujnik ostrej podczerwieni.

OSTRZEŻENIE: BĄDŹ BARDZO OSTROŻNY Z OSTRYMI NOŻAMI I NARZĘDZIAMI

Krok 5: SCHEMATY OBWODÓW

PROGRAMOWANIE PRO MINI

W przeciwieństwie do Arduino nano, pro mini nie można zaprogramować bezpośrednio przez podłączenie kabla USB, ponieważ nie ma wbudowanego konwertera USB na szeregowy TTL. Dlatego najpierw należy podłączyć zewnętrzny konwerter USB na szeregowy do pro mini, aby go zaprogramować. Pierwszy obraz pokazuje, jak te połączenia mają być wykonane.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

KOMPLETNY SCHEMAT OBWODÓW

Drugie zdjęcie przedstawia kompletny schemat obwodu tego projektu.

D2 - WEWN. MPU6050

D3 - WE/WY (TRYB)

D5 - WE/WY (JEDNOSTKA)

D6 - I/O (ZERO)

D7 - +(1) ENKODER

D8 - +(2) ENKODER

A0 - WE/WY Ostre IR

A1 - + brzęczyk

A4 - SDA (OLED I MPU6050)

A5 - SCL (OLED I MPU6050)

GND - GND WSZYSTKICH MODUŁÓW I CZUJNIKÓW ORAZ MODUŁU BOOST

VCC - + PORTU USB MODUŁU BOOST

B+ - BATERIA +

B- - AKUMULATOR -

Trzecie zdjęcie zostało zrobione podczas tworzenia kodu. Jest to tymczasowa konfiguracja, która została stworzona do testowania kodu, modułów i obwodu. Spróbowanie jest opcjonalne

Krok 6: WKŁADANIE MAGNESU

1. Nałóż klej błyskawiczny we wgłębieniu na magnes znajdujący się pod otworem portu ładowania.

2. Umieść magnes w zagłębieniu i przytrzymaj go, aż klej wyschnie za pomocą czegoś niemagnetycznego.

Magnes pomaga zapobiegać zsuwaniu się lub przesuwaniu urządzenia na metalowej powierzchni.

Krok 7: KSZTAŁTOWANIE CZUJNIKÓW

Aby urządzenie było jak najmniejsze, uchwyty montażowe czujnika ostrego IR oraz enkodera odcięto za pomocą narzędzia obrotowego z nasadką do tarczy tnącej.

Krok 8: UMIESZCZANIE WYŚWIETLACZA OLED

1. Zaznacz nazwy pinów z tyłu wyświetlacza OLED, aby później można było poprawnie wykonać połączenia.

2. Umieść wyświetlacz OLED we właściwej pozycji, jak pokazano na drugim rysunku. Otwór na wyświetlacz jest zaprojektowany tak, aby wyświetlacz lekko wnikał w ściany. Gwarantuje to, że wyświetlacz jest we właściwej pozycji i orientacji i nie porusza się łatwo.

3. Gorący klej jest ostrożnie nakładany na wyświetlacz. Gorący klej jest preferowany, ponieważ działa jak amortyzator dla wyświetlacza i nie obciąża wyświetlacza po nałożeniu.

Krok 9: MOCOWANIE PRZYCISKÓW DOTYKOWYCH I MPU6050

1. Stosowany jest klej na bazie gumy.

2. Klej nakłada się na obie powierzchnie.

3. Upewniając się, że wszystkie punkty lutownicze są skierowane w stronę otwartej strony obudowy, umieść moduły w wyznaczonych miejscach, jak pokazano na zdjęciach.

4. Przytrzymaj moduł i obudowę delikatnie dociśnięte do siebie przez co najmniej 2 minuty po ich sklejeniu.

Krok 10: BOOST + MODUŁ ŁADOWANIA

Jest to moduł, który wyjąłem z taniego jednoogniwowego power banku. Moduł ten posiada zarówno obwód zabezpieczający baterię, jak i konwerter doładowania 5V, 1A. Posiada również przycisk ON/OFF, który może być używany jako wyłącznik zasilania dla całego projektu. Żeński port USB na module został usunięty za pomocą lutownicy, a dwa przewody zostały przylutowane do zacisków +5V i uziemienia, jak pokazano na 4 rysunku.

Przylutuj 2 męskie piny listwy do B+ i B- jak pokazano na pierwszych dwóch zdjęciach, a następnie sprawdź, czy moduł współpracuje z bateriami.

Nałóż błyskawiczny klej na platformę dostarczoną dla modułu i delikatnie umieść moduł, upewniając się, że port ładowania i otwór zapewniają idealne wyrównanie.

Krok 11: UMIESZCZENIE BATERII I OSTRY CZUJNIK PODCZERWIENI

1. Powłokę drutu miedzianego emaliowanego usuwa się przez podgrzanie końcówki drutu za pomocą lutownicy lub zapalniczki, aż do stopienia izolacji. Przewody są następnie starannie lutowane do wyświetlacza OLED. Odbywa się to teraz, ponieważ może to być trudne po włożeniu baterii.

2. Akumulator jest wsunięty pod platformę modułu doładowania w taki sposób, aby jego złącza przewodów były skierowane w stronę wyświetlacza OLED, jak pokazano na trzecim rysunku.

3. Ostry czujnik podczerwieni wkłada się do przewidzianego dla niego gniazda.

Krok 12: MOCOWANIE ARDUINO I BRZĘCZYKA

1. Konwerter USB na szeregowy jest lutowany do Arduino zgodnie z dostarczonym schematem połączeń.

2. Gorący klej służy do przyklejenia Arduino do środka obudowy nad bateriami.

3. Do zacisków brzęczyka przylutowuje się przewody, a następnie brzęczyk wsuwa się do okrągłego wgłębienia na obudowie przewidzianego do tego celu, jak widać na rysunku 7..

Krok 13: KODER

1. Zaciski enkodera są czyszczone za pomocą ostrza.

2. Rezystory są przylutowane do enkodera.

3. Przewody miedziane są lutowane zgodnie ze schematem obwodu.

4. Stalowa oś jest wkładana do drukowanego w 3D koła. Jeśli koło jest zbyt luźne, zabezpiecz je klejem błyskawicznym.

5. Włóż konfigurację oś-koło do enkodera. Ponownie, jeśli jest luźny, użyj kleju błyskawicznego. Ale tym razem uważaj, aby żaden klej nie dostał się do mechanizmów enkodera.

6. Umieść enkoder wewnątrz obudowy tak, aby koła wystawały przez przewidziany otwór, a także upewnij się, że obraca się swobodnie.

7. Użyj gorącego kleju, aby zabezpieczyć enkoder na miejscu.

Krok 14: OKABLOWANIE I LUTOWANIE

1. Okablowanie obwodu jest wykonane zgodnie ze schematem obwodu podanym wcześniej w kroku „SCHEMAT OBWODU”.

2. Przewody +ve i -ve wszystkich czujników i modułów są podłączone równolegle do źródła zasilania.

3. Upewnij się, że żaden z przewodów nie blokuje widoku modułu IR ani nie zaplątuje się w koło enkodera.

Krok 15: KODOWANIE

1. Pobierz kod i biblioteki podane poniżej.

2. Wyodrębnij foldery biblioteki. Skopiuj te foldery do folderu „biblioteki” w folderze „Arduino”, który znajduje się w „Moich dokumentach” na twoim komputerze (jeśli jesteś użytkownikiem systemu Windows).

3. Otwórz dostarczony kod („filal_code”) w Arduino IDE i prześlij go do Arduino.

Krok 16: KALIBRACJA MPU6050

Ponieważ moduł akcelerometru/żyroskopu MPU6050 został dopiero co przyklejony do obudowy, może nie być idealnie wypoziomowany. Dlatego należy wykonać następujące kroki w celu skorygowania tego błędu zerowego.

KROK 1: Podłącz urządzenie do komputera i umieść je na idealnie równej powierzchni (przykład: podłoga z płytek)

KROK 2: Przejdź do trybu „LEVEL” na urządzeniu, dotykając przycisku „M” i zanotuj wartości X i Y.

KROK 3: Przypisz te wartości do zmiennych "calibx" i "caliby" w kodzie.

KROK 4: Ponownie wgraj program.

Krok 17: OBLICZANIE ODLEGŁOŚCI PRZESUWANEJ NA KROK ENKODERA

Liczba kroków na obrót wału enkodera, N = 24 kroki

Średnica koła, D = 12,7 mm

Obwód koła, C = 2*pi*(D/2) = 2*3,14*6,35 = 39,898 mm

Dlatego odległość przeniesiona na krok = C/N = 39,898/24 = 1,6625 mm

Jeśli używasz innej średnicy koła lub enkodera z inną liczbą kroków, znajdź odległość przemieszczoną na mm, zastępując swoje wartości w powyższym wzorze, a gdy znajdziesz rozdzielczość, wprowadź tę wartość do wzoru w kodzie, jak pokazano w zdjęcie.

Ponownie skompiluj i prześlij kod do Arduino.

Po kalibracji enkodera i wgraniu zmodyfikowanego programu można wylutować i wyjąć moduł konwertera USB na szeregowy TTL z Arduino Pro Mini.

Krok 18: TESTOWANIE WSZYSTKIEGO PRZED ZAMKNIĘCIEM SPRAWY

Rzeczy do przetestowania:

1. Czy ładowarkę można łatwo podłączyć do portu i czy baterie ładują się prawidłowo.

2. Przycisk włączania/wyłączania zasilania działa, czy nie.

3. OLED wyświetla wszystko we właściwej orientacji i pozycji z odpowiednim odstępem.

4. Wszystkie przyciski dotykowe działają prawidłowo i są prawidłowo oznakowane.

5. Jeśli enkoder podaje wartości odległości po obróceniu.

6. Moduły MPU6050 i SHARP IR pracują i podają prawidłowe odczyty.

7. Rozlega się brzęczyk.

8. Upewnij się, że nic w środku nie nagrzewa się po włączeniu. Jeśli wystąpi ogrzewanie, oznacza to, że okablowanie jest gdzieś nie tak.

9. Upewnij się, że wszystko jest zabezpieczone na swoim miejscu i nie porusza się w obudowie.

Krok 19: UMIESZCZENIE PRZEDŁUŻACZA Z PRZYCISKAMI I KLEJENIE OBUDOWY

KORZYSTANIE Z DIODY LED DO WYDŁUŻENIA WAŁKA PRZYCISKU

Trzon przycisku na module ładującym jest za krótki, aby wyjść przez otwór w obudowie. Tak więc głowica LED 3mm jest używana jako przedłużacz.

1. Nogi diod LED są odcinane za pomocą przecinaka do drutu.

2. Płaska strona diody LED jest gładka i wypoziomowana za pomocą papieru ściernego. Jeśli dioda LED jest zbyt mała, aby można ją było nosić ręcznie, użyj pęsety.

3. Umieść głowicę LED w przewidzianym dla niej otworze w pokrywie obudowy, jak pokazano na rysunku. Upewnij się, że dioda nie jest napięta, ponieważ powinna się wsuwać i wysuwać po naciśnięciu przycisku

KLEJENIE OBUDOWY

1. Ostrożnie nałóż wszelkie kleje na bazie gumy (ja użyłem Fevi Bond) wzdłuż obręczy zarówno na korpusie, jak i na nakrętce.

2. Odczekaj 5 do 10 minut, aż klej lekko wyschnie, a następnie dociśnij obie połówki do siebie. Upewnij się, że wolny koniec stalowej osi koła enkodera wchodzi w otwór przewidziany dla niego na nasadce.

3. Użyj dużego obciążenia (ja użyłem akumulatora UPS), aby utrzymać oba kawałki wciśnięte podczas wysychania kleju.

Zalecono tutaj klej na bazie gumy, ponieważ w przypadku konieczności otwarcia obudowy w przyszłości w celu wymiany baterii lub przeprogramowania, można to łatwo zrobić, przesuwając ostrym ostrzem lub nożem wzdłuż złącza.

Krok 20: ZNAKOWANIE PRZYCISKÓW DOTYKOWYCH

Etykietowanie odbywa się w celu łatwej identyfikacji pozycji i funkcji przycisków dotykowych.

Alfabety zostały wycięte z białego arkusza naklejek za pomocą mojej domowej roboty wycinarki laserowej.

Wycięte kawałki zostały usunięte z głównego arkusza za pomocą pęsety, a następnie nałożone na urządzenie we właściwej pozycji i orientacji.

Maksymalna wysokość alfabetu: 8mm

Maksymalna szerokość alfabetu: 10 MM

OSTRZEŻENIE: NALEŻY NOSIĆ OKULARY OCHRONNE BLOKUJĄCE LASER PODCZAS PRACY Z LASEREM DO GRAWEROWANIA LUB TNĄCĄ

Krok 21: WYNIKI

Urządzenie jest w końcu gotowe. Jeśli macie jakiekolwiek wątpliwości lub sugestie dotyczące projektu, proszę o informację w komentarzach.

DZIĘKUJĘ CI

I nagroda w konkursie kieszonkowym