Digital nivå med tvärlinjelaser: 15 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Hej alla, idag ska jag visa er hur man gör en digital nivå med valfri integrerad tvärlinjelaser. För ungefär ett år sedan skapade jag ett digitalt multiverktyg. Även om det här verktyget har många olika lägen, är det vanligaste och mest användbara för mig nivå- och vinkelmätningslägen. Så jag trodde att det skulle vara produktivt att göra ett nytt, mer kompakt verktyg som endast fokuseras på vinkelavkänning. Monteringen går rakt fram, så förhoppningsvis blir det ett roligt helgprojekt för människor.

Jag har också konstruerat en släde för att hålla nivån när jag använder tvärlinjelasern. Den kan justeras med +/- 4 grader i y/x för att hjälpa till att jämna ut laserlinjen. Släden kan också monteras på ett kamerastativ.

Du kan hitta alla filer som behövs för nivån på min Github: här.

Nivån har fem lägen:

(Du kan se dessa i videon ovan. Att se dem kommer förmodligen att vara mer meningsfullt än att läsa beskrivningarna)

1. XY-nivå: Det här är som en cirkulär bubblanivå. Med nivån på ryggen rapporterar läget lutningsvinklarna om verktygets övre/nedre och vänstra/högra ansikten.
2. Rullnivå: Detta är som en vanlig vattenpass. Med nivån stående upprätt på dess övre/nedre/vänster/höger, rapporterar den lutningsvinkeln för nivåens övre/nedre ytor.
3. Vinkelmätare: Som rullnivån, men nivån ligger platt på bottenytan.
4. Laserpekare: Bara en rak laser framåt, projicerad från verktygets högra sida.
5. Cross-Line Laser: Projicerar ett kryss från höger sida av nivån. Detta kan också aktiveras när du använder lägena X-Y Level eller Roll Level genom att dubbelklicka på "Z" -knappen. Bör orienteras så att bottenytan är i linje med laserlinjen.

För att göra nivån mer kompakt och lättare att montera har jag införlivat alla delar på ett anpassat kretskort. De minsta komponenterna är 0805 SMD -storlek, som enkelt kan lödas för hand.

Nivåns fodral är 3D-tryckt och mäter 74x60x23.8mm med tvärlinjelasern, 74x44x23.8mm utan, vilket gör verktyget bekvämt i fickformat i båda fallen.

Nivån drivs av ett uppladdningsbart LiPo -batteri. Jag bör notera att LiPos kan vara farligt om det hanteras felaktigt. Det viktigaste är att inte korta LiPo, men du bör göra lite säkerhetsforskning om du är helt okänd med dem.

Slutligen är de två lasrarna jag använder mycket lågdrivna, och även om jag inte rekommenderar att rikta dem direkt mot dina ögon bör de vara säkra annars.

Om du har några frågor alls, lämna en kommentar, så återkommer jag.

Tillbehör

PCB:

Du kan hitta Gerber -filen för kretskortet här: här (träffa nedladdningen längst ner till höger)

Om du vill granska kretskortet kan du hitta det här.

Om du inte kan göra PCB lokalt måste du beställa några från en prototyp PCB -tillverkare. Om du aldrig har köpt ett anpassat kretskort tidigare är det väldigt enkelt; de flesta företag har ett automatiserat noteringssystem som accepterar zippade Gerber -filer. Jag kan rekommendera JLC PCB, Seeedstudio, AllPCB eller OSH Park, även om jag är säker på att de flesta andra också kommer att fungera. Alla standardkortspecifikationer från dessa tillverkare fungerar bra, men se till att ställa in brädans tjocklek till 1,6 mm (bör vara standard). Brädfärg är din preferens.

Elektroniska delar:

(observera att du förmodligen kan hitta dessa delar billigare på webbplatser som Aliexpress, Ebay, Banggood, etc)

• En Arduino Pro-mini, 5V ver. Observera att det finns några olika bräddesigner där ute. Den enda skillnaden mellan dem är placeringen av analoga stift A4-7. Jag har gjort nivåens PCB så att båda brädorna ska fungera. Hittade här.
• En MPU6050 breakout board. Hittade här.
• En 0,96 "SSD1306 OLED. Displayfärg spelar ingen roll (även om den blå/gula versionen fungerar bäst). Finns i två olika stiftkonfigurationer, där mark/vcc -stiften är omvända. Antingen fungerar för nivån. Hittas här.
• Ett TP4056 1s LiPo laddarkort. Hittade här.
• Ett 1s LiPo -batteri. Vilken typ som helst är bra så länge den passar i en 40x50x10mm volym. Kapacitet och strömeffekt är inte oerhört viktigt eftersom nivåens strömförbrukning är ganska låg. Du hittar den jag använde här.
• En 6,5x18 mm 5mw laserdiod. Hittade här.
• En 12x40mm 5mw tvärlinjelaserdiod. Hittade här. (frivillig)
• Två 2N2222 genomgående håltransistorer. Hittade här.
• En 19x6x13mm skjutbrytare. Hittade här.
• Fyra 1K 0805 -motstånd. Hittade här.
• Två 100K 0805 motstånd. Hittade här.
• Två 1uf 0805 flerskiktade keramiska kondensatorer. Hittade här.
• Två 6x6x10mm genomgående hål taktila tryckknappar. Hittade här.
• 2,54 mm hanrubrik.
• En FTDI -programmeringskabel. Hittade här, även om andra typer är tillgängliga på Amazon för mindre. Du kan också använda en Arduino Uno som programmerare (om den har ett avtagbart ATMEGA328P -chip), se en guide för det här.

Andra delar:

• Tjugo 6x1mm runda neodymmagneter. Hittade här.
• En 25x1,5 mm klar akryl kvadrat. Hittade här.
• En liten längd med självhäftande kardborreband.
• Fyra 4 mm M2 -skruvar.

Verktyg/tillbehör

• 3d skrivare
• Lödkolv med fin spets
• Plastlim (för limning av akrylkvadrat, superlim limar upp det)
• Superlim
• Het limpistol och varmt lim
• Måla+pensel (för att fylla på etiketter med knappar)
• Wire stripper/cutter
• Pincett (för hantering av SMD -delar)
• Hobbykniv

Sladdelar (tillval om du lägger till tvärlinjelasern)

• Tre M3 -muttrar
• Tre M3x16mm skruvar (eller längre, ger dig ett större vinkeljusteringsområde)
• En 1/4 "-20 mutter (för kamerastativmontering)
• Två 6x1 mm runda magneter (se länk ovan)

Steg 1: Designanteckningar (valfritt)

Innan jag börjar med nivåens konstruktionssteg ska jag spela in några anteckningar om dess design, konstruktion, programmering etc. Dessa är valfria, men om du vill justera nivån på något sätt kan de vara användbara.

• Monteringsbilderna jag har är av en äldre version av kretskortet. Det var några små problem som jag sedan har åtgärdat med en ny PCB -version. Jag har testat det nya kretskortet, men i min brådska att testa det glömde jag helt att ta monteringsbilder. Lyckligtvis är skillnaderna väldigt små, och monteringen är i stort sett oförändrad, så de äldre bilderna borde fungera bra.
• För information om MPU6050, SSD1306 OLED och TP4056, se steg 1 i mitt digitala multiverktyg instruerbart.
• Jag ville göra nivån så kompakt som möjligt, samtidigt som den var enkel att montera av någon med genomsnittlig lödningskunskap. Därför valde jag att använda mestadels genomgående hålskomponenter och vanliga brytskivor på hyllan. Jag använde 0805 SMD -motstånd/kondensatorer eftersom de är ganska lätta att löda, du kan överhetta dem utan att behöva oroa dig för mycket, och de är väldigt billiga att byta ut om du skulle gå sönder/tappa en.
• Genom att använda färdiga breakout-kort för sensorn/OLED/mikrokontrollern håller du också det totala antalet delar lågt, så det är lättare att köpa alla delar till kortet.
• På mitt digitala multiverktyg använde jag en Wemos D1 Mini som huvudmikrokontroller. Detta berodde mest på att programmera minnesbegränsningar. För nivån, eftersom MPU6050 är den enda sensorn, valde jag att använda en Arduino Pro-mini. Även om det har mindre minne, är det lite mindre än en Wemos D1 Mini, och eftersom det är en inbyggd Arduino -produkt ingår programmeringsstöd inbyggt i Arduino IDE. I slutändan kom jag faktiskt väldigt nära att maximera programmeringsminnet. Detta beror främst på storleken på biblioteken för MPU6050 och OLED.
• Jag valde att använda 5v-versionen av Arduino Pro-Mini över 3.3v-versionen. Detta beror främst på att 5v -versionen har en dubbel klockfrekvens på 3.3v -versionen, vilket hjälper till att göra nivån mer lyhörd. En fulladdad 1s LiPo matar ut 4,2v, så att du kan använda den för att driva pro-mini direkt från sin vcc-stift. Detta går förbi den inbyggda 5v spänningsregulatorn, och bör i allmänhet inte göras om du inte är säker på att din strömkälla aldrig kommer att gå över 5v.
• Förutom den föregående punkten accepterar både MPU6050 och OLED spänningar mellan 5-3v, så en 1s LiPo har inga problem med att driva dem.
• Jag kunde ha använt en 5v stegregulator för att upprätthålla en stabil 5v över hela linjen. Även om detta skulle vara bra för att säkerställa en konstant klockhastighet (det minskar med minskande spänning) och förhindra att lasrarna dimmar (vilket inte är märkbart), trodde jag inte att det var värt de extra delarna. På samma sätt är en 1s LiPo 95% urladdad vid 3,6v, så även vid den lägsta spänningen bör 5v pro-mini fortfarande köras snabbare än 3,3v-versionen.
• Båda knapparna har en avstängningskrets. Detta förhindrar att en knapptryckning räknas flera gånger. Du kan debounce i programvara, men jag föredrar att göra det i hårdvara, eftersom det bara tar två motstånd och en kondensator, och då behöver du inte oroa dig för det någonsin. Om du föredrar att göra det i mjukvara kan du utelämna kondensatorn och löd en bygelkabel mellan 100K -motståndets kuddar. Du bör fortfarande inkludera 1K -motståndet.
• Nivån rapporterar den aktuella LiPo -laddningsprocenten i det övre högra hörnet av displayen. Detta beräknas genom att jämföra Arduinos interna 1.1V referensspänning med spänningen som mäts vid vcc -stiftet. Ursprungligen trodde jag att du behövde använda en analog stift för att göra detta, vilket återspeglas på kretskortet, men kan säkert ignoreras.

Steg 2: Montering av kretskort Steg 1:

Till att börja med monterar vi nivåens kretskort. För att göra monteringen enklare lägger vi till komponenter på brädan i etapper, sorterade efter ökad höjd. Detta ger dig mer utrymme att placera ditt lödkolv, eftersom du bara behöver hantera komponenter med liknande höjder samtidigt.

Först bör du löda alla SMD -motstånd och kondensatorer på ovansidan av brädet. Värdena anges på kretskortet, men du kan använda den bifogade bilden som referens. Oroa dig inte för 10K -motståndet, eftersom det inte finns på ditt bräde. Jag tänkte ursprungligen använda den för att mäta batterispänningen, men jag hittade ett alternativt sätt att göra det.

Steg 3: Montering av kretskort Steg 2:

Klipp och ta sedan av ledningarna på den lilla laserdioden. Du kommer antagligen att behöva ta bort dem hela vägen till basen av lasern. Var noga med att hålla reda på vilken sida som är positiv.

Placera lasern i det utskurna området på höger sida av kretskortet. Du kanske vill använda lite lim för att hålla det på plats. Lödning av lasrarna leder till +/- hålen märkta "Laser 2" enligt bilden.

Löd sedan två 2N2222 på plats i det övre högra hörnet av brädet. Se till att de matchar utskriftsriktningen på tavlan. När du lödder dem, skjut dem bara ungefär halvvägs in i brädet enligt bilden. Efter att de har lödts, trimma bort eventuella överflödiga ledningar och böj sedan 2N2222 så att den plana ytan ligger mot brädans ovansida som på bilden.

Steg 4: Montering av kretskort Steg 3:

Vänd brädan och löd enstaka manliga huvuden till hålen nära laserdioden. Löd sedan TP4056 -modulen till rubrikerna, som på bilden. Se till att den är monterad på undersidan av kortet, med USB -porten i linje med brädans kant. Klipp bort eventuella överskottslängder.

Steg 5: Montering av kretskort Steg 4:

Vänd brädet tillbaka till ovansidan. Löd MPU6505 -kortet enligt bilden med hjälp av en rad hanrubriker. Försök att hålla MPU6050 så parallell med nivåens kretskort som möjligt. Detta hjälper till att hålla sina initiala vinkelavläsningar nära noll. Klipp bort överflödiga sidhuvudlängder.

Steg 6: Montering av kretskort Steg 5:

Lödhandrullar för Arduino Pro-Mini på plats på ovansidan av brädet. Deras inriktning spelar ingen roll, förutom den översta raden med rubriker. Detta är programmeringshuvudet för brädet, så det är kritiskt att de är orienterade så att huvudets långsida pekar ut från ovansidan av nivåens kretskort. Du kan se det här på bilden. Se också till att du använder A4-7-stifts orienteringen som matchar din Pro-Mini (min har en rad längs botten av brädet, men vissa har dem placerade som par längs ena kanten).

Även om det inte är på bilden kan du lödda Arduino Pro-Mini på plats.

Löd sedan SSD1306 OLED -skärmen på plats på toppen av brädet. Precis som med MPU6050, försök att hålla skärmen så parallell som nivåens kretskort som möjligt. Observera att SSD1306 -kort verkar ha två möjliga konfigurationer, en med GND- och VCC -stiften omvända. Båda fungerar med mitt kort, men du måste konfigurera stiften med hjälp av bygelkuddarna på baksidan av nivåens kretskort. Brygg bara de centrala kuddarna till antingen VCC- eller GND -kuddarna för att ställa in stiften. Tyvärr har jag ingen bild för detta, eftersom jag inte fick reda på om de omvända stiften förrän efter att jag hade köpt och monterat det första kretskortet (min skärmens stift var fel, så jag var tvungen att beställa en helt ny skärm). Skicka en kommentar om du har några frågor.

Slutligen, klipp bort alla överflödiga stiftlängder.

Steg 7: Montering av kretskort Steg 6:

Om du inte gjorde det i föregående steg, löd Arduino Pro-Mini på plats ovanpå kretskortet.

Löd sedan de två taktila tryckknapparna och skjutreglaget på plats som på bilden. Du måste klippa bort glidomkopplarens fästflikar med en tång.

Steg 8: Montering av kretskort Steg 7:

Fäst en liten kardborreband på baksidan av nivåkortet och LiPo -batteriet, som på bilden. Ignorera den extra röda tråden mellan Arduino och displayen i den första bilden. Jag gjorde ett litet kabelfel när jag utformade kretskortet. Detta har korrigerats på din version.

Fäst sedan batteriet på baksidan av nivåens kretskort med kardborrebandet. Klipp sedan av och ta bort batteriets positiva och negativa ledningar. Lödda dem på B+ och B- plattorna på TP4056 som på bilden. Batteriets positiva ledning bör anslutas till B+, och den negativa till B-. Innan lödningen bör du bekräfta varje tråds polaritet med hjälp av en multimätare. För att undvika kortslutning av batteriet rekommenderar jag att du tar bort och lödar en tråd i taget.

Vid denna tidpunkt är nivåens PCB klar. Du kanske vill testa det innan du installerar det i fodralet. För att göra det, hoppa över steget för uppladdning av kod.

Steg 9: Montering av fodral Steg 1:

Om du lägger till tvärlinjelasern skriver du ut "Main Base.stl" och "Main Top.stl". De ska matcha delarna på bilden.

Om du inte lägger till tvärlinjelasern skriver du ut "Main Base No Cross.stl" och "Main Top No Cross.stl". Dessa är desamma som de visade delarna, men med facket för tvärlinjelasern borttagen.

Du hittar alla dessa delar på min Github: här

För båda fallen klistrar du in 1x6mm runda magneter i vart och ett av hålen på fodralets utsida. Du behöver totalt 20 magneter.

Ta sedan "Huvudtoppen" och lim en 25 mm akrylkvadrat i utskärningen som på bilden. Använd inte superlim för detta eftersom det kommer att dimma upp akryl. Om du planerar att omprogrammera nivån när den är monterad kan du klippa ut rektangeln i det övre vänstra hörnet av "Main Top" med en hobbykniv. När nivån är helt monterad ger detta dig tillgång till programmeringsrubriken. Observera att detta redan är utklippt i mina bilder.

Slutligen kan du eventuellt använda lite färg för att bläcka i etiketterna "M" och "Z".

Steg 10: Montering av fodral Steg 2:

För båda fallen, sätt in den monterade PCB -enheten i fodralet. Det ska kunna sitta platt på fallets interna stigerör. När du är nöjd med positionen, lim det på plats.

Steg 11: Uppladdning av kod

Du hittar koden på min Github: här

Du måste installera följande bibliotek antingen manuellt eller med hjälp av Arduino IDEs bibliotekshanterare:

• I2C Dev
• Adafruits SSD1306 -bibliotek
• Spänningsreferens

Jag ger kredit för det arbete som Adafruit, Roberto Lo Giacco och Paul Stoffregen utfört med att producera dessa bibliotek, utan vilket jag nästan inte hade kunnat slutföra detta projekt.

För att ladda upp koden måste du ansluta en FTDI-programmeringskabel till sexstiftshuvudet ovanför Arduino pro-mini. FTDI -kabeln ska antingen ha en svart tråd eller någon slags markör för orientering. När du sätter in kabeln i rubriken ska den svarta tråden passa över stiftet märkt "blk" på nivåens kretskort. Om du får det på rätt sätt bör strömlampan på Arduino tändas, annars måste du vända kabeln.

Du kan alternativt ladda upp koden med en Arduino Uno enligt beskrivningen här.

När du använder någon av metoderna bör du kunna ladda upp koden som du skulle göra till någon annan Arduino. Var noga med att välja Arduino Pro-Mini 5V som kort under verktygsmenyn när du laddar upp. Innan du laddar upp min kod bör du kalibrera din MPU6050 genom att köra "IMU_Zero" -exempel (finns under exempelmenyn för MPU6050). Med hjälp av resultaten bör du ändra förskjutningar nära toppen av min kod. När förskjutningarna är inställda kan du ladda upp min kod och nivån bör börja fungera. Om du inte använder tvärlinjelasern bör du ställa in "crossLaserEnable" till falskt i koden.

Nivåns läge ändras med "M" -knappen. Att trycka på "Z" -knappen kommer att nollställa vinkeln eller slå på en av lasrarna beroende på läge. När du är i antingen rull- eller xy-nivåläge, kommer du att trycka på "Z" -knappen för att aktivera krysslasern om den är aktiverad. Batteriets laddningsprocent visas längst upp till höger på displayen.

Om du inte kan ladda upp koden kan du behöva ställa in kortet som en Arduino Uno med hjälp av verktygsmenyn.

Om displayen inte slås på, kontrollera dess I2C -adress med vem du köpte den från. Som standard är koden 0x3C. Du kan ändra genom att ändra DISPLAY_ADDR högst upp i koden. Om detta inte fungerar måste du ta bort nivåens kretskort från fodralet och bekräfta att skärmens stift matchar dem på nivåens kretskort. Om de gör det har du förmodligen en trasig skärm (de är ganska ömtåliga och kan komma att gå sönder i frakten) och du måste ta bort den.

Steg 12: Cross-Line Laser Assembly:

Om du inte använder en tvärlinjelaser kan du hoppa över det här steget. Om du är det, ta lasermodulen och sätt in den i fodralet som på bilden, den ska snäppa in i de rundade utskärningarna för lasern.

Ta sedan lasertrådarna och orm dem under skärmen till Laser 1 -porten på nivåens kretskort. Strip och löd trådarna till +/- positionerna som på bilden. Den röda tråden ska vara positiv.

För att göra gränslinjelasern användbar måste den anpassas till nivån. För att göra detta använde jag ett indexkort böjt i en rät vinkel. Placera både nivån och indexkortet på samma yta. Slå på korslasern och rikta den mot indexkortet. Använd en pincett eller tång för att vrida laserskruvens främre linslock tills laserkrysset är i linje med indexkortets horisontella linjer. När du är nöjd, säkra både linsskyddet och tvärlinjelasermodulen med varmt lim.

Steg 13: Slutmontering

Ta "huvuddelen" på fodralet och tryck den på toppen av "huvudbasen" på fodralet. Du kan behöva vinkla den något för att få den runt displayen.

Uppdatering 2/1/2021, ändrade toppen för att fästa med fyra 4 mm M2 -skruvar. Bör vara rakt fram.

Vid denna tidpunkt är din nivå klar! Jag kommer därefter att gå igenom hur man bygger precisionssläden, som du kan göra.

Om du stannar här hoppas jag att du tycker att nivån är användbar, och jag tackar dig för att du läste! Om du har några frågor, vänligen lämna en kommentar så ska jag försöka hjälpa till.

Steg 14: Precisionssläde Montering Steg 1:

Jag ska nu gå igenom monteringsstegen för precisionssläden. Släden är avsedd att användas tillsammans med X-Y-nivåläget. Dess tre justeringsknappar ger dig fin kontroll över nivåens vinkel, vilket är användbart när du hanterar ojämna ytor. Släden innehåller också plats för en 1/4 -20 mutter, som låter dig montera nivån på ett kamerastativ.

Genom att skriva ut en "Precision Sled.stl" och Three av både "Adjustment Knob.stl" och "Adjustment Foot.stl" (bilden ovan saknar en justeringsknapp)

På undersidan av släden sätter du in tre M3 -muttrar som på bilden och klistrar fast dem.

Steg 15: Precisionssläde Montering Steg 2:

Ta tre 16 mm M3 -bultar (inte två som på bilden) och sätt in dem i justeringsknapparna. Bultens huvud ska ligga i linje med vredets ovansida. Detta bör vara en friktionspassning, men du kan behöva lägga till lite superlim för att binda ihop vred och bultar.

Trä sedan M3 -bultarna genom M3 -muttrarna som du satte in i släden i steg 1. Se till att sidan med justeringsknappen är ovanpå släden som på bilden.

Limma en justeringsfot på slutet av var och en av M3 -bultarna med superlim.

Efter att ha gjort detta för alla tre fötterna är precisionssläden komplett!:)

Du kan eventuellt sätta in en 1/4 -20 mutter och två 1x6 mm runda magneter i hålen i mitten av släden (se till att magnetpolariteten är motsatt dem på botten av nivån). Detta låter dig montera släden och nivå på ett kamerastativ.

Om du har kommit så här långt, tack för att du läste! Jag hoppas att du tyckte att detta var informativt/användbart. Om du har några frågor, vänligen lämna en kommentar.

Andraplats i tävlingen Bygg ett verktyg