INSTRUMENT DE MĂSURARE MULTIFUNCȚIONAL DIGITAL: 21 de pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Proiecte Fusion 360 »

Buna tuturor. Întotdeauna mi-am dorit un dispozitiv care să mă ajute la nivelarea patului de imprimantă 3D și un alt dispozitiv care să mă ajute să obțin o lungime aproximativă a unei suprafețe curbate, astfel încât să pot tăia cu ușurință lungimea corectă a autocolantului pe care să o aplic pe acea suprafață și prevenind astfel risipa. Așa că m-am gândit de ce să nu combin ambele idei și să creez un singur gadget care să le poată face pe amândouă. În cele din urmă, am ajuns să construiesc un dispozitiv care nu numai că poate măsura liniile curbe și nivelul suprafeței, ci poate măsura și distanțele drepte și unghiul unei linii. Deci, practic acest gadget funcționează ca un nivel digital într-un singur + riglă + transportor + măsurare cu rolă. Dispozitivul este suficient de mic pentru a se potrivi într-un buzunar, iar bateriile sale pot fi reîncărcate cu ușurință folosind un încărcător de telefon.

Acest dispozitiv utilizează un accelerometru și un senzor giroscop pentru a măsura cu exactitate nivelul și unghiul suprafeței, un senzor IR ascuțit pentru a măsura lungimea liniară într-un mod fără contact și un codificator cu o roată care poate fi rulat pe o suprafață curbată sau o linie curbată obțineți lungimea sa.

Navigarea prin modurile și caracteristicile dispozitivului se face folosind 3 butoane tactile marcate ca M (mod), U (unitate) și 0 (zero)

M - A alege între diferite tipuri de măsurători

U - Pentru a alege între unitățile mm, cm, inci și metru

0 - Pentru a reseta valorile măsurate la 0 după măsurarea unei distanțe sau unghi.

Motivul utilizării butoanelor tactile este de a naviga ușor prin moduri și unități fără a perturba poziția dispozitivului în timpul măsurării.

Dispozitivul are un magnet de neodim încorporat în baza sa, astfel încât să nu alunece sau să alunece de pe suprafața metalică măsurată.

Carcasa este concepută pentru a face dispozitivul cât mai compact posibil și, de asemenea, pentru a fi imprimat 3D cu ușurință.

Pasul 1: COMPONENTE ȘI MODULURI NECESARE

Componentele au fost alese ținând cont de faptul că acest dispozitiv este construit pentru a se potrivi într-un buzunar. Așadar, au fost folosite cele mai mici afișaje, baterii și senzori pe care i-am putut găsi.

1. Carcasă imprimată 3D

2. Senzor de distanță IR Sharp GP2Y0A41SK0F X 1 (Aliexpress)

3. Modulul accelerometru / giroscop MPU6050 X 1 (Aliexpress)

4. Boost + modul de încărcare X 1 (Aliexpress)

5. Codificator Grove Mouse X 1 (Aliexpress)

6. Afișaj OLED 128 X 32 X 1 (Aliexpress)

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

8. buzzer de 12 mm X 1 (Aliexpress)

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

10. Modulul de buton tactil TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. Magnet de neodim 20x10x2mm X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 Modul USB la UART TTL X 1 (Aliexpress)

13. Sârmă de cupru emailată (Aliexpress)

14. Rezistențe 10K X 2

15. 19 (lungime) X2 (dia) mm osie din oțel X 1

16. Led de 3 mm X 1

17. Orice rolă de autocolant de vinil (Aliexpress)

18. Cablu micro USB

MPU6050

MPU6050 este un dispozitiv mems care constă dintr-un accelerometru pe 3 axe și un giroscop pe 3 axe. Acest lucru ne ajută să măsurăm accelerația, viteza, orientarea și deplasarea. Acesta este un dispozitiv bazat pe I2C, care rulează de la 3,3 la 5v. În acest proiect, MPU6050 este utilizat pentru a măsura dacă o suprafață este sau nu nivelată și, de asemenea, pentru a măsura unghiul unei linii.

GROVE MOUSE ENCODER

Acesta este un codor rotativ mecanic incremental cu date de feedback ale direcției de rotație și vitezei de rotație. Am folosit acest codificator pentru că este cel mai mic codificator pe care l-am putut găsi și partea de programare a acestuia a fost, de asemenea, ușoară. Acest codificator are 24 de pași pe rotație. Folosind aceasta putem calcula distanța mișcată de roată pe codificator dacă diametrul roții este cunoscut. Calculele cu privire la modul de a face acest lucru sunt discutate în pașii ulteriori ai acestui instructable. Acest proiect folosește codificatorul pentru a măsura distanțele liniilor curbe.

SHARP GP2Y0A41SK0F MODUL DE DISTANȚĂ IR

Acesta este un senzor analogic care oferă o tensiune variabilă ca ieșire pe baza distanței obiectului de la senzor. Spre deosebire de alte module IR, culoarea obiectului detectat nu va afecta ieșirea senzorului. Există multe versiuni ale senzorilor ascuțiți, dar cel pe care îl folosim are o rază de acțiune de 4 - 30 cm. Senzorul operează o tensiune între 4,5 și 5,5 volți și atrage doar 12 mA de curent. Firele roșii (+) și negre (-) sunt firele de alimentare, iar al treilea fir (alb sau galben) este firul analogic de ieșire. Senzorul este utilizat în acest proiect pentru a măsura distanțe liniare fără contact.

Pasul 2: INSTRUMENTE NECESARE

1. O foarfeca

2. Cutter-uri sau orice alte lame super ascuțite

3. pensete

4. Pistolul de lipit fierbinte

5. Lipici instant (cum ar fi super lipici)

6. Adeziv pe bază de cauciuc (ca o legătură fevi)

7. Fier de lipit și plumb

8. tăietor cu laser

9. Imprimantă 3D

10. Un instrument rotativ cu tijă de tăiere a discului

11. Freze de sârmă

12. Hârtie de șlefuit

Pasul 3: Fișiere STL pentru imprimare 3D

Carcasa acestui dispozitiv a fost proiectată în software-ul Autodesk Fusion 360. Există 3 piese. Fișierele STL pentru aceste piese sunt date mai jos.

Fișierele „capac” și „roată” pot fi tipărite fără suporturi, în timp ce fișierul „BODY” are nevoie de suport. Le-am tipărit la înălțimea stratului de 0,2 mm la umplutură 100% folosind PLA verde. Imprimanta utilizată este o tarantulă TEVO.

Pasul 4: acoperirea carcasei cu vinil

1. Folosiți șmirghel fin pentru a netezi toate suprafețele exterioare ale pieselor imprimate 3D, astfel încât autocolantul de vinil să rămână ușor.

2. Folosiți o cârpă umedă pentru a scăpa de toate particulele fine care ar putea rămâne pe suprafețe după șlefuire.

3. După ce suprafața se usucă, aplicați autocolantul de vinil pe suprafață. Asigurați-vă că nu există bule de aer prinse.

4. Folosiți foarfece pentru a tăia excesul de autocolant în jurul marginilor.

5. Acum aplicați autocolant în jurul părților laterale ale carcasei și tăiați excesul.

6. Folosiți un cutter sau orice alt aparat de ras pentru a tăia găurile pentru afișajul OLED, portul de încărcare, roata codificatorului și senzorul IR ascuțit.

AVERTISMENT: FII FOARTE ATENȚIONANT CU LAME ȘI UNELTE ASCITE

Pasul 5: DIAGRAMELE CIRCUITULUI

PROGRAMAREA UNUI MINI PRO

Spre deosebire de Arduino nano, pro mini nu poate fi programat direct prin conectarea unui cablu USB, deoarece nu are un convertor încorporat USB la serial TTL. Prin urmare, ar trebui mai întâi să conectăm un USB extern la convertorul serial la pro mini pentru a-l programa. Prima imagine arată cum trebuie realizate aceste conexiuni.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

DIAGRAMA CIRCUITULUI COMPLET

A doua imagine arată schema completă a circuitului acestui proiect.

D2 - INT MPU6050

D3 - I / O (MOD)

D5 - I / O (UNITATE)

D6 - I / O (ZERO)

D7 - + (1) CODIFICATOR

D8 - + (2) CODIFICATOR

A0 - I / O SHARP IR

A1 - + Buzzer

A4 - SDA (OLED ȘI MPU6050)

A5 - SCL (OLED ȘI MPU6050)

GND - GND PENTRU TOATE MODULURILE ȘI SENZORII ȘI MODULUL BOOST

VCC - + PORT USB MODULUL BOOST

B + - BATERIE +

B- - BATERIE -

A treia poză a fost făcută în timp ce cream codul. Aceasta este o configurare temporară care a fost făcută pentru testarea codului, a modulelor și a circuitului. Este opțional pentru voi să încercați

Pasul 6: INSERAREA MAGNETULUI

1. Aplicați lipici instant în cavitate pentru magnetul furnizat sub orificiul orificiului de încărcare.

2. Așezați magnetul în cavitate și țineți-l apăsat până când adezivul se usucă folosind ceva nemagnetic.

Magnetul ajută la prevenirea alunecării sau deplasării dispozitivului atunci când este utilizat pe o suprafață metalică.

Pasul 7: FORMAREA SENZORILOR

Pentru a face dispozitivul cât mai mic posibil, consolele de montare ale senzorului IR ascuțit și ale codificatorului au fost tăiate cu ajutorul unui instrument rotativ cu atașament de biți de disc de tăiere.

Pasul 8: PLASAREA AFIȘATULUI OLED

1. Marcați numele pinilor pe partea din spate a afișajului OLED, astfel încât conexiunile să poată fi realizate corect ulterior.

2. Așezați afișajul OLED în poziția corectă așa cum se arată în a doua imagine. Deschiderea afișajului este proiectată astfel încât afișajul să intre ușor în pereți. Acest lucru asigură afișajul în poziția și orientarea corectă și nu se mișcă ușor.

3. Adezivul fierbinte este aplicat cu atenție în jurul afișajului. Adezivul fierbinte este preferat, deoarece acționează ca un amortizor pentru afișaj și nu va pune stres pe ecran atunci când este aplicat.

Pasul 9: ATAȘAREA BUTONELOR DE ATINGERE ȘI MPU6050

1. Se utilizează un adeziv pe bază de cauciuc.

2. Adezivul se aplică pe ambele suprafețe.

3. Asigurându-vă că toate punctele de lipit sunt orientate spre partea deschisă a carcasei, așezați modulele în locurile atribuite, așa cum se arată în imagini.

4. Țineți modulul și carcasa apăsate ușor timp de cel puțin 2 minute după ce le-ați lipit împreună.

Pasul 10: BOOST + MODUL DE ÎNCĂRCARE

Acesta este un modul pe care l-am scos dintr-o bancă ieftină de energie cu o singură celulă. Acest modul are atât circuite de protecție a bateriei, cât și un convertor de amplificare de 5 v, 1 amp. De asemenea, are un buton ON / OFF care poate fi utilizat ca întrerupător de alimentare pentru întregul proiect. Portul USB feminin de pe modul a fost îndepărtat folosind un fier de lipit și două fire au fost lipite la bornele + 5v și la masă așa cum se arată în imaginea a 4-a.

Lipiți 2 pini antet masculi la B + și B- așa cum se arată în primele două imagini și apoi verificați dacă modulul funcționează cu bateriile.

Aplicați lipici instant pe platforma furnizată pentru modul și plasați-l ușor, asigurându-vă că portul de încărcare și deschiderea pentru acesta sunt aliniate perfect.

Pasul 11: PLASAREA BATERIEI ȘI SENZORULUI IR ASCUT

1. Învelișul firului de cupru emailat este îndepărtat prin încălzirea vârfului firului folosind fierul de lipit sau o brichetă până când izolația se topește. Firele sunt apoi lipite cu grijă pe afișajul OLED. Acest lucru se face acum, deoarece ar putea fi dificil să procedați la fel după ce bateriile sunt plasate.

2. Bateria este alunecată sub platforma modulului boost, astfel încât conectorii săi să fie orientați spre direcția afișajului OLED, așa cum se vede în imaginea a 3-a.

3. Senzorul IR ascuțit este introdus în fanta prevăzută pentru acesta.

Pasul 12: ATAȘAREA ARDUINO ȘI BUZZER

1. Convertorul USB în serie este lipit pe Arduino conform schemei de circuit furnizate.

2. Adezivul fierbinte este folosit pentru a lipi Arduino de mijlocul carcasei peste baterii.

3. Sârmele sunt lipite la bornele buzzerului și apoi buzzerul este împins în cavitatea circulară de pe carcasa prevăzută pentru acesta, așa cum se vede în imaginea a 7-a.

Pasul 13: ENCODER

1. Terminalele codificatorului sunt curățate cu ajutorul unei lame.

2. Rezistoarele sunt lipite la codificator.

3. Firele de cupru sunt lipite conform schemei de circuit.

4. Axa de oțel este introdusă în roata imprimată 3D. Dacă roata este prea slăbită, fixați-o folosind lipici instant.

5. Introduceți configurarea roții de osie în codificator. Din nou, dacă este slab, folosiți lipici instant. Dar de data aceasta, fiți foarte atenți să nu lăsați niciun adeziv să intre în mecanismele codificatorului.

6. Poziționați codificatorul în interiorul carcasei astfel încât roțile să iasă în afară prin deschiderea prevăzută și, de asemenea, asigurați-vă că se rotește liber.

7. Folosiți lipici fierbinte pentru a fixa codificatorul în poziție.

Pasul 14: Cablare și sudare

1. Cablarea circuitului se face conform schemei de circuite date în pasul „CIRCUIT DIAGRAM” anterior.

2. Cablurile + ve și -ve ale tuturor senzorilor și modulelor sunt conectate paralel la sursa de alimentare.

3. Asigurați-vă că niciunul dintre fire nu blochează vederea modulului IR sau nu se încurcă cu roata codificatorului.

Pasul 15: CODIFICARE

1. Descărcați codul și bibliotecile furnizate mai jos.

2. Extrageți folderele bibliotecii. Copiați aceste foldere în folderul „biblioteci” din folderul „Arduino” care se găsește în „Documentele mele” ale computerului (dacă sunteți utilizator Windows).

3. Deschideți codul furnizat („filal_code”) în Arduino IDE și încărcați-l în Arduino.

Pasul 16: CALIBRAREA MPU6050

Deoarece modulul accelerometru / giroscop MPU6050 a fost doar lipit de carcasă, este posibil să nu fie perfect nivelat. Prin urmare, următorii pași sunt urmați pentru a corecta această eroare zero.

PASUL 1: Conectați dispozitivul la computer și plasați-l pe o suprafață despre care știți deja că este perfect nivelată (exemplu: o pardoseală de gresie)

PASUL 2: Mergeți la modul „LEVEL” de pe dispozitiv atingând butonul „M” și notați valorile X și Y.

PASUL 3: Atribuiți aceste valori variabilelor „calibx” și „caliby” din cod.

PASUL 4: Încărcați din nou programul.

Pasul 17: CALCULUL DISTANȚEI MUTAT PE PASUL CODARULUI

Număr de trepte pe rotație a arborelui codificatorului, N = 24 trepte

Diametrul roții, D = 12,7 mm

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

Prin urmare, distanța deplasată pe pas = C / N = 39,898 / 24 = 1,6625 mm

Dacă utilizați o roată sau un codor cu un diametru diferit cu un număr diferit de pași, găsiți distanța mișcată pe mm înlocuind valorile din formula de mai sus și odată ce ați găsit rezoluția, introduceți această valoare în formula din cod, așa cum se arată în fotografia.

Compilați și încărcați din nou codul pe Arduino.

Odată ce calibrarea codificatorului este terminată și programul modificat este încărcat, puteți desolda și scoate modulul convertor USB la serial TTL din Arduino Pro Mini.

Pasul 18: TESTAREA TOTUL ÎNAINTE DE ÎNCHIDEREA CAZULUI

Lucruri de testat:

1. Dacă încărcătorul poate fi conectat cu ușurință la port și dacă bateriile se încarcă corect.

2. Butonul de pornire / oprire funcționează sau nu.

3. OLED afișează totul în orientarea și poziția corectă, cu spațiul corect.

4. Butoanele tactile funcționează corect și sunt etichetate corect.

5. Dacă codificatorul dă valorile distanței la rotire.

6. Modulele MPU6050 și SHARP IR funcționează și oferă citiri corecte.

7. Buzzerul sună.

8. Asigurați-vă că nimic din interior nu se încălzește atunci când este pornit. Dacă are loc încălzirea, înseamnă că cablarea este greșită undeva.

9. Asigurați-vă că totul este fixat în poziție și nu se mișcă în carcasă.

Pasul 19: PLASAREA BUTONULUI DE ÎNTÂRZIERE ȘI LEGAREA CAZULUI

Folosind un LED pentru a extinde arborele butonului

Arborele butonului de pe modulul de încărcare este prea scurt pentru a ieși prin deschiderea de pe carcasă. Deci, un cap LED de 3 mm este folosit ca extensor.

1. Picioarele LED-urilor sunt tăiate cu ajutorul unui tăietor de sârmă.

2. Partea plană a LED-ului este netedă și uniformă folosind șmirghel. Dacă LED-ul este prea mic pentru a fi manipulat manual, folosiți o pensetă.

3. Așezați capul LED în orificiul prevăzut pentru acesta pe capacul carcasei, așa cum se arată în imagine. Asigurați-vă că ledul nu este strâns, deoarece ar trebui să alunece în interiorul și în afară atunci când butonul este apăsat

LEGAREA CAZULUI

1. Aplicați cu atenție orice adeziv pe bază de cauciuc (am folosit Fevi Bond) de-a lungul jantei, atât pe corp, cât și pe capac.

2. Așteptați 5 până la 10 minute pentru ca adezivul să se usuce ușor și apoi apăsați ambele jumătăți împreună. Asigurați-vă că capătul liber al osiei din oțel a roții codificatorului intră în orificiul prevăzut pentru aceasta pe capac.

3. Folosiți o încărcătură grea (am folosit o baterie UPS) pentru a menține ambele piese apăsate în timp ce adezivul se usucă.

Aici s-a recomandat un adeziv pe bază de cauciuc, deoarece în cazul în care carcasa trebuie deschisă în viitor pentru înlocuirea sau reprogramarea bateriei, se poate face cu ușurință rulând o lamă ascuțită sau un cuțit de-a lungul articulației.

Pasul 20: ETICHETAREA BUTONELOR DE ATINGERE

Etichetarea se face pentru a identifica cu ușurință pozițiile și funcțiile butoanelor tactile.

Alfabetele au fost decupate dintr-o foaie de autocolant alb folosind tăietorul laser de casă.

Piesele tăiate au fost îndepărtate de pe foaia principală folosind o pensetă și apoi au fost aplicate pe dispozitiv în poziția și orientarea corectă.

Înălțimea maximă a alfabetului: 8 mm

Lățimea maximă a alfabetului: 10 mm

AVERTISMENT: PORTAȚI OCHELARI DE SIGURANȚĂ CU BLOCARE LASER LA LUCRAREA CU UN GRAVATOR CU LASER

Pasul 21: REZULTATE

Dispozitivul este terminat. Dacă aveți dubii sau sugestii cu privire la proiect, vă rugăm să ne anunțați prin comentarii.

MULȚUMESC

Premiul I la Concursul de buzunar