DigiLevel - un nivel digital cu două axe: 13 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Inspirația pentru acest instructable este nivelul de spirit digital DIY găsit aici de GreatScottLab. Mi-a plăcut acest design, dar am dorit un ecran mai mare cu o interfață mai grafică. De asemenea, am vrut opțiuni de montare mai bune pentru electronice în carcasă. În cele din urmă, am folosit acest proiect pentru a-mi îmbunătăți abilitățile de proiectare 3D (folosind Fusion 360) și pentru a explora noi componente electronice.

DigiLevel va oferi feedback cu privire la faptul dacă o suprafață este la nivel - atât de-a lungul axei x (orizontală), cât și axa y (verticală). Sunt prezentate gradele de la nivel, precum și o reprezentare grafică pe o diagramă cu 2 axe. În plus, este afișat nivelul bateriei, iar temperatura actuală în Fahrenheit sau Celsius este afișată (așa cum este raportat de cipul accelerometrului). Acesta este un feedback sonor minim - un ton inițial pentru a verifica puterea și apoi un ton dublu de fiecare dată când nivelul este mutat dintr-o poziție fără nivel într-o poziție de nivel.

Am oferit instrucțiuni detaliate despre modul în care puteți realiza acest nivel digital, dar nu ezitați să extindeți și să modificați designul meu, la fel cum am făcut la nivelul Digital Spirit DIY.

Pasul 1: Materiale

Următoarele sunt materialele utilizate la realizarea acestui nivel digital. Majoritatea linkurilor de cumpărare sunt pentru mai multe piese, care sunt de obicei mai ieftine decât cumpărarea componentelor individuale. De exemplu, cipul TP4056 vine cu 10 bucăți la 9 USD (mai puțin de 1 USD / TP4056) sau poate fi cumpărat individual la 5 USD.

• Încărcător de baterie Li-Po TP4056 (Amazon -
• Accelerometru LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• Afișaj LCD OLED 128x64 (Amazon -
• Difuzor piezo (Amazon -

• Baterie Li-Po de 3,7 V (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Șuruburi autofiletante cu cap pană M2 - sunt necesare 4 șuruburi M2x4, 6 M2x6 și 6 M2x8 (eBay -
• Comutator glisant (Amazon -

Cu excepția șuruburilor, legăturile furnizate vă vor duce la Amazon. Cu toate acestea, aproape toate aceste articole pot fi achiziționate de pe eBay sau direct din China, la o reducere semnificativă. Rețineți că comanda din China poate duce la termene de livrare lungi (3-4 săptămâni nu este neobișnuit).

Rețineți, de asemenea, că există alternative pentru multe dintre aceste componente. De exemplu, puteți înlocui un accelerometru diferit cu LSM9DS1 (cum ar fi MPU-9205). Puteți înlocui Arduino Nano utilizând orice procesor compatibil Arduino cu pinii GPIO corespunzători.

În special, LSM9DS1 este unul pe care l-am cumpărat la vânzare la Sparkfun pentru mai puțin de 10 USD, dar în mod normal are un preț mai mare; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) oferă funcționalități similare la un preț mai mic.

Dacă faceți o înlocuire, va trebui probabil să modificați carcasa (sau cel puțin modul în care montați componenta în carcasă) și va trebui probabil să modificați software-ul pentru a vă conecta la componenta alternativă. Nu am aceste modificări - va trebui să cercetați și să actualizați după caz.

Pasul 2: Schema de cablare

Schema de cablare detaliază modul în care diferitele componente electronice sunt conectate între ele. Liniile roșii reprezintă tensiune pozitivă, în timp ce liniile negre reprezintă solul. Liniile galbene și verzi sunt utilizate pentru semnalele de date de la accelerometru și la afișajul LCD OLED. Veți vedea cum sunt conectate aceste componente în următorii pași.

Pasul 3: faceți cazul

Dacă aveți o imprimantă 3D, carcasa poate fi imprimată destul de ușor. Fișierele STL incluse în acest instructabil. Dacă nu aveți o imprimantă 3D, puteți încărca fișierele STL într-un birou de imprimantă 3D (cum ar fi acesta) și le puteți imprima pentru dvs.

Am tipărit-o pe a mea fără bord sau plută (și fără suporturi) și 20% umplutură, dar o puteți imprima pe a dvs. oricum sunteți obișnuiți să tipăriți. Fiecare piesă trebuie tipărită separat, așezată plat. Poate fi necesar să îl rotiți cu 45 de grade pentru a se potrivi cu patul imprimantei. A mea a fost tipărită folosind un Monoprice Maker Select Plus cu dimensiunea patului de 200 mm x 200 mm - fiecare piesă a durat aproximativ 12 ore pentru a fi tipărită. Dacă aveți un pat mai mic, este posibil să nu se potrivească. Scalarea nu este recomandată, deoarece suporturile pentru componentele electronice nu vor fi scalate corespunzător.

Pasul 4: conectați componentele la o placă de verificare pentru a verifica conectivitatea (opțional)

Vă recomandăm să conectați componentele primare la o placă de verificare pentru a verifica conectivitatea înainte de a continua cu montarea componentelor în interiorul carcasei. Puteți descărca software-ul pe Arduino Nano (consultați pasul următor) și pentru a verifica dacă afișajul LCD OLED este corect conectat și funcțional și că accelerometrul a fost corect cablat și că raportează datele sale la Arduino Nano. De asemenea, aceasta poate fi utilizată pentru a verifica funcționarea difuzorului piezo opțional.

Nu am conectat bateria și încărcătorul la panoul de control în această etapă - conectarea comutatorului pentru a controla bateria se face după ce ați montat comutatorul pe carcasă. Ultima imagine arată cum arată acest lucru înainte de cablare.

Pasul 5: Descărcați software-ul pe Arduino Nano

Software-ul este încărcat pe Arduino Nano folosind Arduino IDE. Acest lucru se poate face oricând în timpul procesului de construire a DigiLevel, dar cel mai bine se face atunci când componentele au fost conectate cu ajutorul unei plăci de verificare (a se vedea pasul anterior) pentru a verifica cablarea și funcționarea corectă a componentelor electrice.

Software-ul necesită instalarea a 2 biblioteci. Prima este biblioteca U8g2 (de către oliver) - o puteți instala dând clic pe „Schiță -> Includeți bibliotecă -> Gestionați bibliotecile …” în IDE Arduino. Căutați U8g2 și apoi faceți clic pe Instalare. A doua bibliotecă este biblioteca Sparkfun LSM9DS1. Aici puteți obține instrucțiuni despre cum să instalați acea bibliotecă.

După specificațiile bibliotecii, software-ul are o secțiune de configurare și o buclă principală de procesare. Secțiunea de configurare inițializează accelerometrul și afișajul LCD OLED, apoi afișează un ecran de pornire înainte de afișarea afișajului principal. Dacă un difuzor este conectat, acesta va reda un bip pe difuzor pentru a semnifica starea de pornire.

Bucla principală de procesare este responsabilă pentru citirea accelerometrului, obținerea unghiurilor x și y și apoi afișarea valorilor ca un set de numere absolute și, de asemenea, pictural pe un grafic. Citirea temperaturii din accelerometru este, de asemenea, afișată (fie Fahrenheit, fie Celsius). Dacă nivelul era anterior non-nivel, atunci când revine la nivel, va genera două bipuri pe difuzor (dacă este conectat).

În cele din urmă, tensiunea de la baterie este obținută pentru a determina și afișa nivelul curent al bateriei. Nu știu cât de exact este acest cod, dar este suficient de corect pentru a arăta o baterie plină și reducerea treptată a nivelului bateriei în timpul utilizării.

Pasul 6: Montați și conectați afișajul OLED și difuzorul piezo

Afișajul OLED de 1,3 (128x64) se montează în jumătatea superioară a carcasei utilizând 4 șuruburi autofiletante cu cap pan M2x4. Vă sugerez să vă conectați firele la afișaj înainte de montare. Acest lucru vă asigură că puteți vedea cum sunt pinii etichetat pe măsură ce conectați firele. Odată ce ecranul este montat, nu veți mai putea vedea etichetele pinilor. Veți observa că am adăugat o etichetă în partea din spate a afișajului, astfel încât să-mi amintesc valori pin (deoarece nu am făcut asta prima dată și l-am conectat incorect …).

Difuzorul este folosit pentru a emite un ton scurt atunci când nivelul digital este pornit pentru a verifica dacă bateria este bună și că funcționează. De asemenea, emite un ton dublu ori de câte ori nivelul este mutat dintr-o poziție fără nivel pe o poziție de nivel. Aceasta este pentru a oferi un feedback sonor pe măsură ce poziționați nivelul sau oricare ar fi nivelul. Se montează în jumătatea superioară a carcasei folosind 2 șuruburi autofiletante cu cap pan M2x4. Nu aveți nevoie de difuzor - DigiLevel va funcționa foarte bine fără acesta, totuși veți pierde orice feedback sonor.

Pasul 7: Montați și conectați bateria, încărcătorul și comutați

Comutatorul trebuie montat pe carcasă înainte de conectarea la baterie. Acest lucru se datorează faptului că, dacă îl conectați mai întâi, nu veți putea monta comutatorul fără a-l deconecta. Așadar, montați mai întâi comutatorul, apoi montați bateria pre-cablată TP4056 și Li-Po, apoi completați cablarea la comutator.

TP4056 are 4 plăcuțe de cablare: B +, B-, Out +, Out-. Veți dori să conectați bateria la conexiunile B + (tensiune pozitivă) și B- (la masă). Conexiunea Out-Out este utilizată pentru pământul care va merge la Arduino Nano, iar Out + este conectat la un pin al comutatorului. Al doilea pin al comutatorului este apoi conectat la VIN-ul Arduino Nano.

Lucrul meu de lipire nu este cel mai bun - îmi place să folosesc tuburi termocontractabile pentru a acoperi și a izola îmbinarea lipită. Veți observa că pe una dintre conexiunile lipite aici, tubulatura termocontractibilă a fost afectată de căldura lipirii și s-a micșorat înainte să o pot muta.

Pasul 8: Montați și conectați accelerometrul

Accelerometrul (LSM9DS1) este montat în mijlocul jumătății inferioare a carcasei. Există 4 pini care trebuie conectați: VCC merge la pinul V5 de pe Arduino Nano; GND merge la sol; SDA merge la pinul A5 de pe Arduino Nano; iar SCL merge la pinul A4 de pe Arduino Nano.

Am folosit fire jumper cu conectori Dupont pentru cablare, cu toate acestea puteți lipi firul direct la pini, dacă preferați. Dacă lipiți firele direct pe știfturi, probabil că veți dori să faceți acest lucru înainte de a monta cipul accelerometrului pentru ao ușura.

Pasul 9: Finalizați electronica prin cablarea Arduino Nano

Cablarea finală se face prin conectarea tuturor componentelor electrice la Arduino Nano. Acest lucru se face cel mai bine înainte de montarea Arduino Nano, astfel încât portul USB să fie accesibil pentru calibrare și orice alte modificări de software de ultimă oră.

Începeți prin conectarea comutatorului la Nano. Conductorul pozitiv (roșu) trece de la comutator la pinul VIN al Nano. Cablul negativ (negru) de la baterie va merge pinul GND de pe Nano. Există două pini GND pe Nano și toate cele patru componente electrice au un fir de împământare. Am ales să combin cele două motive de pe fundul carcasei într-un singur cablu conectat la unul dintre pinii GND. Cele două motive din partea superioară a carcasei le-am combinat într-un singur cablu conectat la celelalte știfturi GND.

Accelerometrul (LSM9DS1) poate fi conectat la Nano prin conectarea pinului VDD de pe accelerometru la pinul 3V3 de pe Nano. NU conectați acest lucru la pinul de 5V sau veți deteriora cipul accelerometrului. Conectați SDA la pinul A4 de pe Nano și SCL la pinul A5 de pe Nano. Pinul GND merge la pinul GND de pe Nano (combinat cu cablul negativ de la baterie).

Afișajul LCD OLED poate fi conectat la Nano prin conectarea pinului VCC de pe afișaj la pinul de 5V de pe Nano. Conectați SDA la pinul D2 de pe Nano și SCL la pinul D5 de pe Nano.

În cele din urmă, difuzorul poate fi conectat prin conectarea firului roșu (pozitiv) la pinul D7 de pe Nano. Firul negru merge la GND împreună cu GND-ul afișajului LCD OLED.

Pasul 10: Calibrare

Odată ce software-ul este descărcat și înainte de montarea Arduino Nano, poate fi necesar să vă calibrați nivelul. Asigurați-vă că placa accelerometrului a fost montată. Montarea acestuia cu șuruburile ar trebui să conducă la o placă de nivel, cu toate acestea, dacă este ușor oprită din orice motiv, calibrarea va asigura un afișaj corect.

Puneți carcasa inferioară pe o suprafață despre care se știe că este nivelată (folosind un nivel cu bule sau alte mijloace). Citiți valorile afișate pentru X și Y. Dacă oricare este diferită de zero, va trebui să actualizați software-ul cu valoarea calibrării. Acest lucru se face prin setarea variabilei xCalibration sau a variabilei yCalibration la cantitatea corespunzătoare (ceea ce este afișat).

// // Setați aceste variabile cu valorile inițiale după caz // bool displayF = true; // adevărat pentru Fahrenheit, fals pentru Celsius int xCalibration = 0; // cantitatea de calibrare pentru nivelarea axei x int yCalibration = 0; // cantitate de calibrare pentru nivelarea axului y lung irv Calibrare = 1457; // cantitatea de calibrare pentru tensiunea de referință internă

În acest moment, ar trebui să setați și valoarea afișajului F la setarea corespunzătoare, în funcție de dacă doriți ca temperatura să fie afișată în Fahrenheit sau Celsius.

Reîncărcarea software-ului pe Nano ar trebui să ducă la o citire 0/0 pe o suprafață de nivel cunoscut.

Pasul 11: Montați Arduino Nano și asamblați carcasa

Odată ce calibrarea este finalizată, puteți monta Arduino Nano în carcasă, aplicând adeziv fierbinte pe șine și așezând Arduino Nano pe aceste șine, cu pinii orientați în sus și portul USB orientat spre interiorul carcasei.

Carcasa care conține toate componentele electronice poate fi acum asamblată punând cele două jumătăți împreună și folosind 4 șuruburi autofiletante cu cap pan M2x8.

Pasul 12: Verificați funcționarea noului dvs. nivel digital

Asigurați-vă că bateria Li-Po este încărcată. Dacă carcasa este asamblată, nu veți putea vedea direct indicatorii LED de încărcare. Dacă doriți să verificați operațiunea de încărcare vizualizând direct luminile de încărcare, va trebui să deschideți carcasa, totuși ar trebui să puteți vedea strălucirea roșie care indică faptul că încărcarea are loc cu carcasa închisă.

După încărcare și asamblare, porniți nivelul digital și verificați funcționarea acestuia. Dacă nu funcționează, cele două puncte de probleme probabile sunt cablarea pentru afișajul LCD OLED și cablarea pentru accelerometru. Dacă afișajul nu afișează nimic, începeți cu cablarea LCD OLED. Dacă afișajul funcționează, dar etichetele H și V arată ambele 0 și temperatura este 0 (C) sau 32 (F), atunci accelerometrul probabil nu este conectat corect.

Pasul 13: Gânduri finale …

Am realizat acest nivel digital (și Instructable) în primul rând ca o experiență de învățare. A fost mai puțin important pentru mine să creez un nivel de funcționare, deoarece a fost să explorez diferitele componente și capacitățile lor și apoi să le pun împreună într-un mod care să adauge valoare.

Ce îmbunătățiri aș face? Sunt mai multe pe care le iau în considerare pentru o viitoare actualizare:

• Expuneți portul USB al Arduino Nano prin carcasă modificând modul în care este montat. Acest lucru ar permite actualizări mai ușoare ale software-ului (care în orice caz ar trebui să fie rare).
• Imprimați carcasa 3D folosind un filament din lemn. Am experimentat cu filament Hatchbox Wood și sunt foarte mulțumit de rezultatele obținute. Cred că acest lucru ar oferi un aspect general mai bun pentru DigiLevel.
• Actualizați designul pentru a utiliza accelerometrul MPU-9250 pentru a reduce costul fără a afecta funcția.

Acesta este primul meu instructable și primesc feedback. Deși am încercat să o evit, sunt sigur că aceasta are încă o perspectivă mai centrată în SUA - deci scuze pentru cei din afara SUA.

Dacă vi s-a părut interesant, vă rog să mă votați la Concursul de Autori pentru prima dată. Vă mulțumim că ați citit până la capăt!

Locul doi în prima dată autor