Bezprzewodowy interfejs Bluetooth do suwmiarki i wskaźników Mitutoyo: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Na świecie istnieją miliony suwmiarek, mikrometrów, wskaźników i innych urządzeń Mitutoyo Digimatic. Wiele osób takich jak ja używa tych urządzeń do gromadzenia danych bezpośrednio na komputerze. Eliminuje to konieczność logowania i wpisywania czasami setek wartości, ale także stwarza pewne problemy związane z posiadaniem laptopa w sklepie, gdzie laptopy mogą zostać upuszczone lub w inny sposób uszkodzone. Jest to szczególnie ważne, jeśli pomiary są wykonywane na dużych częściach lub w sytuacjach, gdy standardowy kabel danych Mitutoyo po prostu nie jest wystarczająco długi.

Kilka lat temu zbudowałem podobne urządzenie oparte na modułach Bluetooth HC-05 i kilku płytkach mikrokontrolera Arduino, które pozwoliłyby mi bezpiecznie zostawić laptopa na stole i wędrować do 15 metrów wykonując pomiary. To urządzenie działało świetnie, ale miało kilka problemów. Nie było wskazania, kiedy bateria nadajnika była w pełni naładowana, nie było wskazania stanu połączenia Bluetooth ani wskazania pomyślnej transmisji danych. Był też duży i niezgrabny i dosłownie wyglądał jak projekt naukowy! Nawet przy tych ograniczeniach inni faceci w sklepie woleli używać go zamiast kabla danych USB Mitutoyo.

Ten projekt pokonuje te ograniczenia starego urządzenia, dodaje więcej funkcji i jest nieco bardziej profesjonalny, a wszystko to za mniej niż 100 USD.

Krok 1: Jak to działa:

Interfejs składa się z dwóch części, nadajnika i odbiornika. Podłącz nadajnik do miernika za pomocą kabla do transmisji danych przymocowanego do niego na stałe, a odbiornik podłącz do komputera za pomocą kabla danych micro USB.

Na nadajniku przesunięcie przełącznika w kierunku końca kabla włącza go. Po stronie odbiornika niebieska dioda LED początkowo miga wskazując na brak połączenia, po nawiązaniu połączenia dioda przestanie migać i będzie świecić w sposób ciągły. Nadajnik i odbiornik są teraz połączone.

Nadajnik (urządzenie dolne na zdjęciu) łączy się z miernikiem i odczytuje surowy strumień danych Mitutoyo po każdym naciśnięciu przycisku „dane”. Następnie formatuje dane przy użyciu informacji w strumieniu danych, takich jak położenie przecinka dziesiętnego, znak i jednostki. Następnie konstruuje ciąg ASCII z tych danych i wysyła go przez moduł Bluetooth HM-10 w nadajniku do HM-10 po stronie odbiornika.

Na odbiorniku (górne urządzenie na zdjęciu) HM-10 wysyła znaki ASCII wysyłane z transmitującego HM-10 zawierające pomiar do Arduino Pro Micro, który następnie przesyła je kablem USB do komputera. W tym celu emuluje klawiaturę, więc dane są następnie wstrzykiwane do otwartej aplikacji, w moim przypadku do Excela. Po danych następują znaki, które powodują przejście kursora do następnej linii. Fajną rzeczą jest to, że możesz to zmienić, aby robić wszystko, co chcesz, jeśli chcesz wprowadzić dane do niestandardowego oprogramowania. Odbiornik wysyła następnie żądanie do HM-10 na nadajniku, aby błyskał niebieską stroną diody LED, aby wskazać operatorowi, że dane zostały pomyślnie odebrane. Moduł odbiornika usuwa również znaki z przychodzącego strumienia danych związanego ze zdalnym sterowaniem HM-10 w odbiorniku.

Ładowanie nadajnika odbywa się za pomocą ładowarki micro USB lub kabla podłączonego do gniazda USB w nadajniku, dioda LED na odbiorniku będzie świecić na czerwono podczas ładowania i zgaśnie po zakończeniu ładowania.

Istnieją inne funkcje omówione później, dotyczące przetwarzania, które można wykonać, aby zapewnić, że wszystkie wartości są w jednostkach metrycznych lub standardowych, lub aby ostrzec, jeśli przypadkowo naciśniesz przycisk +/-, powodując, że wszystkie pomiary są ujemne. Możesz nawet sprawdzić napięcie baterii nadajnika.

Krok 2: Przygotowanie:

Oprócz materiałów wymienionych w tej instrukcji, istnieje kilka innych elementów do konfiguracji i programowania modułów Bluetooth i mikrokontrolerów HM-10. Do konfiguracji modułów Bluetooth potrzebny będzie przejściówka szeregowa USB na TTL UART, Arduino służące jako programator dla mikrokontrolera ATTiny85 (lub podobny programator, który może współpracować z Arduino IDE) i oczywiście przewody połączeniowe do konfiguracji i programowanie. ATTiny85 w tym Instructable został zaprogramowany przy użyciu klonu Arduino Nano i kondensatora elektrolitycznego 10 uf połączonego między pinami RST i GND. Inny sprzęt będzie działał, jeśli go masz, ale być może będziesz musiał zbadać potrzebne do tego zmiany w procedurze. Ten Instruktaż zakłada, że znasz Arduino IDE i czujesz się w pewnym stopniu komfortowo z niego korzystać, w przeciwnym razie potrzebna jest Google i trochę cierpliwości.

Przed konfiguracją modułów Bluetooth dobrze byłoby przeczytać samouczek BLE Martyna Currey'a na https://www.martyncurrey.com/hm-10-bluetooth-4ble-modules/ Ten artykuł zawiera informacje jak rozpoznać prawdziwe moduły z podróbek, skonfiguruj parowanie, role, tryby i informacje o aktualizacji oprogramowania układowego dla modułów HM-10 używanych w tej instrukcji.

Uważaj na podróbki HM-10 na rynku. Link w BOM podany w tej instrukcji dotyczy prawdziwych (lub przynajmniej tych z prawdziwym oprogramowaniem układowym, kiedy kupiłem je zeszłej jesieni). Zdobycie fałszywych nie jest przełomem, ale jeśli skończysz z podróbkami, potrzeba jeszcze kilku kroków, aby działały zgodnie z potrzebami dla Instructable, ponieważ muszą mieć prawdziwe oprogramowanie, zanim będą mogły zostać poprawnie skonfigurowane. Jeśli otrzymasz fałszywe oprogramowanie, możesz sflashować na niego prawdziwe oprogramowanie, korzystając z następującego samouczka https://www.youtube.com/embed/ez3491-v8Og Istnieją inne samouczki na temat flashowania oprogramowania HM-10 na CC2541 moduły (podróbki). Zdjęcia w tym Instructable pokazują fałszywe moduły, które musiałem sflashować za pomocą oprogramowania HM-10 podczas budowania tego interfejsu (jest to trzeci, który zbudowałem). Prawdziwe kosztują około 6 dolarów za parę, a fałszywe 3 dolary za parę, warto więc dodać dodatkowe 3 dolary, aby uzyskać prawdziwe. Gorąco zachęcam do zakupu prawdziwych modułów HM-10!

Kilka definicji nieuwzględnionych domyślnie w Arduino IDE jest potrzebnych dla mikrokontrolera Sparkfun Arduino Pro Micro i ATTiny85 używanego w tej instrukcji.

Możesz dodać obsługę tych części do Arduino IDE, dodając następujące linki do swojego menedżera płyt.

Dla ATTiny85:

raw.githubusercontent.com/damellis/attiny/ide-1.6.x-boards-manager/package_damellis_attiny_index.json

Dla Sparkfun Arduino Pro Micro:

raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

Oddziel te dwa wpisy przecinkami, jak pokazano na rysunku.

Potrzebna będzie również specjalna biblioteka szeregowa o niewielkich rozmiarach dla modułu nadajnika:

SendOnlySoftwareSerial:

Krok 3: TABLICA

Płytę, którą zaprojektowałem dla tego Instructable, można zamówić w JLCPCB lub innej witrynie, takiej jak Seedstudio ect, jeśli używasz plików gerber dołączonych do tego Instructable. Zaprojektowałem go korzystając z easyeda.com. Oto link do tablicy na easyeda. https://easyeda.com/MrFixIt87/mitutoyo-bluematic-spc-smt-mcp73831 Jeśli zainteresowanie jest wystarczające, może zlecię wykonanie kilku płytek i sprzedam je tanio na ebayu.

Ta płytka musi zostać pocięta na dwie oddzielne płytki (jedną dla nadajnika i jedną dla odbiornika). Nacięcia będą podążać za białymi konturami na środku płytki drukowanej na powyższym obrazku i jednym rogu płytki nadajnika. Te nacięcia będą podążać za czerwonymi liniami narysowanymi na powyższym obrazku PCB. Zachowaj ostrożność podczas przycinania płytek, szczególnie w wycięciach w rogach płytki nadajnika. Te nacięcia są bardzo zbliżone do śladów na desce. Tutaj przydaje się zestaw dobrych pilników.

Większość komponentów można zamówić w firmie Digi-Key lub Mouser itp. Numery katalogowe Digi-Key są zawarte w zestawieniu komponentów dla posiadanych przez nich elementów. Niektóre z przedmiotów, które kupiłem w serwisie eBay, Amazon lub AliExpress. W BOM umieściłem łącza do elementów w tych witrynach zgodnie z potrzebami.

Plik BOM.pdf jest najłatwiejszy do odczytania, a adresy URL są linkami, które można kliknąć.

Krok 4: Konfiguracja modułu HM-10, programowanie Arduino Pro Micro

Dobrym pomysłem jest zaopatrzenie się w moduły HM-10 przede wszystkim i upewnienie się, że są one odpowiednio skonfigurowane i działają jako para, ponieważ na rynku jest wiele fałszywych modułów i wymaga kilku dodatkowych kroków, aby zainstalować prawdziwe oprogramowanie układowe na podróbkach. Tylko prawdziwe oprogramowanie HM-10 pozwala odbiornikowi na zdalne miganie diody LED na nadajniku po naciśnięciu przycisku „dane”. Nie aktualizuj oprogramowania układowego do wersji V6.05.

Samouczek Martyna Curreya jest do tego bardzo przydatny. Jeśli będziesz go przestrzegał, nie będziesz miał problemów. Upewnij się również, że do tego kroku masz gołe moduły ażurowe, takie jak ten po prawej stronie na zdjęciu. W razie potrzeby przylutuj je do płytki drukowanej, aby pomóc w dołączeniu tymczasowych przewodów do konfiguracji. Nie lutuj żadnych innych elementów na żadnej płytce drukowanej, dopóki nie będziesz mieć pary działających modułów BLE. Tylko piny 1, 2, 12-15, 21-25 muszą być lutowane.

Na PCB Tx HM-10 będzie potrzebował następującej konfiguracji:

Parowanie: sparuj z innym HM-10 (użyj monitora szeregowego, aby przetestować przepływ danych między modułami po podłączeniu)

Rola: peryferyjna

Tryb: 2

Na PCB Rx HM-10 będzie wymagał następującej konfiguracji:

Parowanie: należy sparować z urządzeniem peryferyjnym HM-10 powyżej

Rola: centralna

Tryb: (brak, tylko urządzenie peryferyjne ma tryb)

Zaprogramuj Arduino pro micro za pomocą szkicu o nazwie Mitutoyo_Keyboard… powyżej. Upewnij się, że wybrałeś wersję Arduino Pro micro 3,3 V 8 MHz w menedżerze płytki Arduino IDE podczas przesyłania na płytkę. Upewnij się również, że masz zainstalowane wszystkie biblioteki, do których się odwołuje. Użyłem wersji Sparkfun pro micro (czerwona), ale klony są dostępne w serwisie eBay, które również będą działać, tylko upewnij się, że masz płytę 3,3 V 8 MHz z mikrokontrolerem Atmel 32U4, a NIE ATMega328P. Zdobądź także niebieski, który wygląda jak czerwony Sparkfun w tym Instruktażowym, a nie czarny, czarne są zbyt szerokie, aby pasowały do wzoru otworów na płytce drukowanej).

Krok 5: Montaż komponentów, montaż płytek drukowanych w obudowach

W przypadku Tx PCB przylutuj pozostałe elementy do PCB. Dobrym pomysłem jest przylutowanie złącza USB na płycie BLE Tx przed innymi komponentami w tym obszarze. Dobrym pomysłem może być przylutowanie nagłówka ICSP do płyty BLE Tx na końcu. Zwróć uwagę, jak wyprowadzenia na dwukolorowej diodzie LED są „zagięte”, pierwotnie chodziło o to, aby przechodziły przez bok obudowy, ale później zdecydowałem się na użycie półprzezroczystej obudowy, aby dioda LED nie musiała być kręcona choć dziura podczas montażu. Dodaje również ładny efekt, gdy niebieska strona diody LED miga po przesłaniu pomiaru. W przypadku dwukolorowej diody LED najkrótszy przewód jest niebieski, środek to wspólna anoda.

W tym czasie zmierz położenie przełącznika, złącza USB i wykonaj otwory w obudowie na te elementy. Odkryłem, że najlepiej jest wyprowadzić kabel danych z lewej strony (jak na zdjęciu) pudełka (otwór 0,25 wyśrodkowany na szerokości i wysokości obudowy). Ostrożnie przetestuj dopasowanie płytki PCB, dostosowując ją do rozmiaru otwory, aż przełącznik będzie się swobodnie poruszał, a złącze USB wpasuje się w otwór. Zainstaluj 2 śruby nr 2, aby utrzymać płytkę na miejscu (jednak jeśli dopasowanie jest dopasowane, płytka i tak będzie uwięziona i naprawdę nie będzie potrzebować śrub).

Na płytce PCB Rx przylutuj Arduino pro micro do płytki PCB za pomocą dwóch 7-pinowych nagłówków. Wyreguluj otwór po stronie złącza USB obudowy Rx PCB, aby umożliwić mocne przyleganie PCB do wnętrza obudowy. Zauważ na zdjęciu tego zespołu, że dioda LED wystaje poza tablicę. Ma to na celu mocne umiejscowienie płytki drukowanej w pudełku i działa całkiem dobrze z mniejszą przelotką. Ostrożnie wyreguluj długość przewodu diody LED, aby uzyskać dokładne dopasowanie po montażu. Płytka oznaczona jest na czerwono i niebiesko, krótszy przewód na diodzie LED to przewód niebieski, środek to wspólna anoda. Zatrzaśnij pokrywę na obudowie Rx, gotowe.

Krok 6: Zaprogramuj ATTiny85, przylutuj połączenia kabla danych, podłącz baterię

Teraz czas na zaprogramowanie ATTiny85. Użyłem klonu Arduino Nano z przykładowym szkicem Arduino ISP. Nano wymaga kondensatora elektrolitycznego o pojemności 10 uf zainstalowanego między GND a RST (- doprowadzenie do GND) do programowania. Szczegóły połączenia pinów znajdują się w szkicu Arduino ISP. Nagłówek ICSP na płytce drukowanej w tym projekcie ma wytłoczone nazwy pinów, więc połączenia powinny być proste.

Upewnij się, że masz wybrane opcje ATTiny85, 8kB flash i wewnętrznego zegara 8MHz w menedżerze płyty podczas przesyłania do ATTiny85, jak pokazano na rysunku.

Po wykonaniu tej czynności zainstaluj dużą przelotkę. Odetnij kabel danych około 8"-10" od końca przyrządu i zdejmij zewnętrzną osłonę, odsłaniając kilka cali wewnętrznych przewodów. Zostaw nici ekranujące około 1/2 "od pasiastej osłony, jak pokazano. Przylutowałem ekran kabla danych do przełącznika, aby zapewnić mu wytrzymałość na wyciąganie w użyciu, chociaż w tym przypadku jest też duży otwór w płytce drukowanej jeśli chcesz iść tą drogą. Przylutuj poszczególne przewody do płytki drukowanej, jak pokazano, kolory przewodów danych są sitodrukiem na płytce drukowanej w odpowiednich otworach.

Podłącz akumulator tak, jak pokazano, uważaj na polaryzację, ponieważ odwrócenie spowoduje spalenie w krótkim czasie ładowarki/układu zarządzającego LiPo na płytce drukowanej (nie pytaj skąd wiem…)

Krok 7: Testuj, używaj, menu zaawansowanych funkcji

Teraz zainstaluj pokrywę. Jesteś skończony!

Wszystkie 4 zbudowane przeze mnie do tej pory jednostki posiadają rzepy do przymocowania nadajnika do instrumentu, a odbiornika do górnej części pokrywy laptopa. W praktyce działa to bardzo dobrze. Przymocuj zamazaną stronę (pętelkę) na rzep do górnej części pokrywy laptopa, a szorstką (z haczykiem) stronę do obudowy odbiornika. Zamontuj rozmytą (pętlę) stronę do obudowy nadajnika, a chropowatą (haczyk) stronę z tyłu zacisku lub wskaźnika. W ten sposób możesz przechowywać nadajnik i odbiornik razem, gdy nie są używane, a także ma miękką, zamazaną stronę na pokrywie laptopa.

Przetestuj ładowanie akumulatora, podłączając kabel micro USB do złącza USB w module Tx, jeśli akumulator nie jest w pełni naładowany, dioda LED powinna zaświecić się na czerwono. Czasami LiPo jest tak blisko pełnego naładowania, że ładowarka IC nie naładuje go, więc nie martw się, jeśli dioda LED nie zaświeci się początkowo.

Teraz możesz podłączyć kabel danych do suwmiarki lub wskaźnika (wszystko, co pasuje do rodzaju użytego kabla).

Podłącz końcówkę Rx do kabla danych micro USB (musi to być kabel do transmisji danych, a nie tylko kabel do ładowania) i do portu USB w komputerze. Może być konieczne zainstalowanie sterownika, który pozwoli mu działać jako klawiatura, ale powinno to być automatyczne. Włącz moduł Tx za pomocą przełącznika. Dioda LED na module Rx powinna migać przez kilka sekund, a następnie świecić po nawiązaniu połączenia.

Przetestuj, naciskając przycisk danych na kablu łączącym suwmiarkę z modułem nadajnika. Powinieneś zobaczyć pomiar na ekranie komputera. Arduino Pro Micro działa jak klawiatura HID i wstawia przychodzące pomiary bezpośrednio tam, gdzie znajduje się kursor na komputerze.

Programowanie w module nadajnika pozwala na opcje. Dostęp do tego menu można uzyskać, mierząc 0 pięć razy z rzędu. W trybie menu, aby wybrać opcję menu, zmierz wartość ujemną, zaczynając od numeru opcji w menu, na przykład, aby automatycznie przekonwertować wszystkie pomiary na metryczne, zmierz wartość ujemną z 1 jako pierwszą niezerową cyfrą. (na przykład -1,xx mm lub -0,1 cala). Aby wrócić do normalnego trybu, zmierz 0 pięć razy, a następnie zmierz wartość ujemną, która zaczyna się od 3 jako pierwszej niezerowej cyfry). Jest zaprogramowany w ten sposób, aby uniknąć przypadkowej konfiguracji opcji. Jeśli w trybie menu ponownie pomiar 0 lub jakakolwiek wartość dodatnia automatycznie anuluje tryb menu i powraca do normalnego trybu.

Opcje menu to:

1. Automatycznie przekonwertuj wszystkie pomiary na jednostki metryczne (w razie potrzeby)
2. Automatycznie przekonwertuj wszystkie pomiary na jednostki standardowe (w razie potrzeby)
3. Anuluj automatyczną konwersję jednostek
4. Odrzuć pomiary ujemne (drukuje komunikat ostrzegawczy)
5. Anuluj odrzucenie negatywnych pomiarów
6. Zmierz i wydrukuj napięcie baterii nadajnika (nieudokumentowane w menu)

Po wejściu do trybu menu wszystkie obowiązujące opcje są drukowane na górze jako przypomnienie o obowiązujących opcjach. Wszystkie opcje są przechowywane w pamięci EEPROM i są zachowywane po wyłączeniu urządzenia lub wyczerpaniu baterii. Żywotność baterii dla jednostek, które zbudowałem, wynosi około 45 godzin ciągłego użytkowania, a ładowanie trwa około 3 godzin od całkowitego wyczerpania.

Nieudokumentowaną funkcją jest wejście w tryb menu (0 pięć razy), a następnie zmierzenie wartości ujemnej, zaczynając od 6 jako pierwszej niezerowej cyfry, co powoduje zmierzenie i wydrukowanie aktualnego napięcia baterii, jak pokazano na załączonym filmie.

Moje doświadczenie z jednostkami 3, które zbudowałem, jest takie, że zasięg wynosi do około 50 stóp w środowisku otwartego sklepu.

Krok 8: Ostatnie przemyślenia - Potencjalne modyfikacje / Nowe funkcje / Możliwość hakowania

Chociaż w tym momencie będziesz miał doskonale użyteczny interfejs, który może być używany z milionami urządzeń na świecie, w żadnym wypadku nie jest on skończony w tym sensie, że nic więcej nie można zrobić. Jedną ze słodkich rzeczy w takim podejściu zamiast kupowania Mitutoyo U-Wave jest to, że masz teraz urządzenie, które można dostosować na wiele sposobów.

Możesz użyć innych kabli Mitutoyo do podłączenia do nadajnika zamiast tego, którego użyłem do tej instrukcji, jeśli twoje urządzenie używa innego kabla. Kolory wewnętrznych przewodów i sygnałów powinny być takie same na wszystkich kablach Mitutoyo. Pamiętaj tylko, że kabel wymagałby przycisku danych do wyzwalania pomiaru lub opracowano inne środki do wyzwalania pomiaru. Prośbę o pomiar można wysłać do miernika poprzez krótkie podłączenie pary przewodów zielony/biały do uziemienia (niebieski przewód w kablu miernika). Można to zrobić, instalując przełącznik lub gniazdo audio 1/8 w skrzynce nadajnika podłączonego do tych przewodów i podłączając przez niego przełącznik zewnętrzny. Jeśli masz wskaźnik zamontowany w uchwycie lub nie musisz dotykać miernika, podejście audio jack byłoby idealne.

Jeśli wszystko, czego potrzebujesz, to dane szeregowe (RS232 TTL, SPI, I2C itp.), które można osiągnąć poprzez zmianę kodu w odbiorniku i podłączenie bezpośrednio do pinów w Pro Micro, które zdecydujesz się użyć do wyprowadzania danych.

Zdalne sterowanie: Inną ciekawą możliwością byłoby podłączenie tranzystora między parą zielono-białą a niebieską masą z miernika z bramką podłączoną do pinu 26 HM-10. Następnie po stronie odbiornika podłącz zdalny detektor IR 38kHz z pin wyjściowy do odbiornika Arduino Pro Micro pin 7. następnie zmodyfikuj kod na tym mikrokontrolerze, aby wyszukać określone polecenia z dowolnego pilota na podczerwień, a następnie wyzwolić tranzystor zainstalowany w nadajniku poprzez zdalne wywołanie AT+PI031 / AT+PI030 podobne do sposób, w jaki teraz miga niebieską diodą LED na nadajniku. Dałoby to możliwość wyzwalania odczytów ze zdalnej lokalizacji, co w pewnych okolicznościach może być bardzo przydatne. Mogę zaprojektować inną płytkę drukowaną z wbudowaną taką funkcjonalnością.

Jestem pewien, że istnieje wiele innych funkcji, które są możliwe, prosimy o komentarze z sugestiami, przemyśleniami i pomysłami.

Obecnie dostępne jest komercyjne urządzenie do bezprzewodowej transmisji danych od Mitutoyo, ale kiedy sprawdziłem, jego cena wynosiła około 800 dolarów za system. Całkowity koszt budowy tego urządzenia wynosi około 100 USD i może być niższy, zwłaszcza jeśli używasz Arduino Pro Micro i/lub masz kabel danych Mitutoyo leżący w pobliżu do podłączenia do miernika, ponieważ są to dwa najbardziej kosztowne elementy w BOM. Poważnie wątpię, czy Mitutoyo U-Wave można zhakować, aby dodać funkcje takie jak ta.

Mam nadzieję, że podobał ci się ten Instructable, to mój pierwszy!

Prosimy o zostawianie komentarzy, pytań, opinii, pomysłów i sugestii! Jeśli Ci się spodoba, zagłosuj na nią w konkursie PCB! Dziękuję!!!!

Drugie miejsce w konkursie PCB