DIGITAL MULTIFUNKTIONSMÄTVERKTYG: 21 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:42

Fusion 360 -projekt »

Hej allihopa. Jag hade alltid velat ha en enhet som skulle hjälpa mig att jämna ut min 3D -skrivarsäng och någon annan enhet som skulle hjälpa mig att få en ungefärlig längd på en böjd yta så att jag enkelt kunde klippa ut rätt längd på klistermärket för att applicera på den ytan och vilket förhindrar slöseri. Så jag tänkte varför inte kombinera båda idéerna och göra en enda pryl som kan göra båda. Till slut slutade jag med att bygga en enhet som inte bara kan mäta krökta linjer och ytnivå utan också kan mäta raka linjeavstånd och vinkel på en linje. Så i princip fungerar den här gadgeten som en allt i en digital nivå+linjal+vinkelmätare+rullmått. Enheten är liten nog att rymma i en ficka och batterierna kan enkelt laddas med en telefonladdare.

Denna enhet använder en accelerometer och gyroskopsensor för att exakt mäta ytnivå och vinkel, en skarp IR-sensor för att mäta den linjära längden på ett kontaktfritt sätt och en kodare med ett hjul som kan rullas över en krökt yta eller en krökt linje till få sin längd.

Navigering genom enhetslägen och funktioner görs med 3 peksknappar markerade som M (läge), U (enhet) och 0 (noll)

M - För att välja mellan olika typer av mätningar

U - För att välja mellan enheterna mm, cm, tum och meter

0 - För att återställa mätvärdena till 0 efter mätning av avstånd eller vinkel.

Anledningen till att använda touchknappar är att försiktigt navigera genom lägena och enheterna utan att störa enhetens position under mätningen.

Enheten har en neodymiummagnet inbäddad i basen så att den inte glider eller glider av metallytan som mäts.

Höljet är utformat för att göra enheten så kompakt som möjligt och även för att enkelt kunna skrivas ut i 3D.

Steg 1: KRAV KOMPONENTER OCH MODULER

Komponenterna valdes med tanke på att denna enhet är byggd för att passa inuti en ficka. Så den minsta av displayen, batteriet och sensorerna som jag kunde hitta användes.

1. 3D -tryckt fodral

2. Sharp GP2Y0A41SK0F IR avståndssensor X 1 (Aliexpress)

3. MPU6050 accelerometer/gyroskopmodul X 1 (Aliexpress)

4. Boost+laddningsmodul X 1 (Aliexpress)

5. Grove Mouse encoder X 1 (Aliexpress)

6. 128 X 32 OLED -skärm X 1 (Aliexpress)

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

8. 12 mm summer X 1 (Aliexpress)

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

10. TTP223 peksknappsmodul X 3 (Aliexpress)

11. 20x10x2mm neodymmagnet X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 USB till UART TTL -modul X 1 (Aliexpress)

13. Emaljerad koppartråd (Aliexpress)

14. 10K motstånd X 2

15. 19 (längd) X2 (dia) mm stålaxel X 1

16. 3 mm led X 1

17. Vilken vinylklisterrulle som helst (Aliexpress)

18. Micro USB -kabel

MPU6050

MPU6050 är en mems -enhet som består av en 3 -axlig accelerometer och ett 3 -axligt gyroskop i den. Detta hjälper oss att mäta acceleration, hastighet, orientering och förskjutning. Detta är en I2C -baserad enhet som körs på 3.3 till 5v. I detta projekt används MPU6050 för att mäta om en yta är plan eller inte och även för att mäta vinkeln på en linje.

GROVE MOUSE Encoder

Detta är en mekanisk inkrementell roterande kodare med återkopplingsdata för rotationsriktning och rotationshastighet. Jag använde den här pulsgivaren eftersom den var den minsta pulsgivaren jag kunde hitta och programmeringsdelen av den var också enkel. Denna kodare har 24 steg per rotation. Med hjälp av detta kan vi beräkna avståndet som rörs av hjulet på kodaren om hjuldiametern är känd. Beräkningar om hur man gör detta diskuteras i de senare stegen i denna instruerbara. Detta projekt använder pulsgivaren för att mäta krökta linjeavstånd.

SHARP GP2Y0A41SK0F IR -DISTANSMODUL

Detta är en analog sensor som ger en variabel spänning som utgång baserat på objektets avstånd från sensorn. Till skillnad från andra IR -moduler kommer färgen på objektet som detekteras inte att påverka sensorns utsignal. Det finns många versioner av vassa sensorer men den vi använder har en räckvidd på 4 - 30 cm. Sensorn driver en spänning mellan 4,5 och 5,5 volt och drar bara 12 mA ström. De röda (+) och svarta (-) trådarna är strömkablarna och den tredje ledningen (antingen vit eller gul) är den analoga utgångstråden. Sensorn används i detta projekt för att mäta linjära avstånd utan kontakt.

Steg 2: KRÄVLIGT VERKTYG

1. En sax

2. Boxskärare eller andra superskarpa blad

3. pincett

4. Het limpistol

5. Snabblim (som superlim)

6. Gummibaserat lim (som en fevi -bindning)

7. Lödkolv och bly

8. laserskärare

9. 3D -skrivare

10. Ett roterande verktyg med skivbits

11. Trådskärare

12. Sandpapper

Steg 3: STL -filer till 3D -utskrift

Fodralet för den här enheten har utformats i Autodesk Fusion 360 -programvaran. Det finns 3 stycken. STL -filerna för dessa bitar ges nedan.

"LID" - och "wheel" -filerna kan skrivas ut utan stöd medan "BODY" -filen behöver stöd. Jag skrev ut dessa på 0,2 mm lagerhöjd vid 100% fyllning med grön PLA. Den skrivare som används är en TEVO -tarantel.

Steg 4: TÄCKNING AV Höljet MED VINYL

1. Använd fint sandpapper för att släta ut alla de yttre ytorna på de 3D -tryckta bitarna så att vinylklistermärket fastnar lätt.

2. Använd en våt trasa för att bli av med alla fina partiklar som kan ligga kvar på ytorna efter slipning.

3. Efter att ytan torkat, applicera vinylklistermärket på ytan. Se till att det inte finns några fångade luftbubblor.

4. Använd en sax för att klippa bort överflödigt klistermärke runt kanterna.

5. Applicera nu klistermärke runt sidorna av höljet och trimma överskottet.

6. Använd en boxskärare eller andra rakhyvlar för att klippa ut hålen för OLED -skärmen, laddningsporten, kodarhjulet och den skarpa IR -sensorn.

VARNING: VAR MYCKET FÖRSIKTIG MED SKARPKNIV OCH VERKTYG

Steg 5: CIRCUIT DIAGRAMS

PROGRAMMERAR EN PRO MINI

Till skillnad från Arduino nano kan pro mini inte programmeras direkt genom att ansluta en USB-kabel eftersom den inte har en inbyggd USB till seriell TTL-omvandlare. Därför bör vi först ansluta en extern USB till serieomvandlare till pro mini för att programmera den. Den första bilden visar hur dessa anslutningar ska göras.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

KOMPLETT CIRCUIT -DIAGRAM

Den andra bilden visar det fullständiga kretsschemat för detta projekt.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (MODE)

D5 - I/O (ENHET)

D6 - I/O (NOLL)

D7 - +(1) KODARE

D8 - +(2) KODARE

A0 - I/O SHARP IR

A1 - + summer

A4 - SDA (OLED OCH MPU6050)

A5 - SCL (OLED OCH MPU6050)

GND - GND AV ALLA MODULER OCH SENSORER OCH BOOST -MODUL

VCC - + AV BOOST -MODUL USB -PORT

B + - BATTERI +

B- - BATTERI -

Den tredje bilden togs medan jag skapade koden. Detta är en tillfällig installation som gjordes för att testa koden, modulerna och kretsen. Det är valfritt för er att prova

Steg 6: SÄTTA IN MAGNETEN

1. Applicera omedelbart lim i hålrummet för magneten som finns under laddningsportens hål.

2. Placera magneten i hålrummet och håll den intryckt tills limmet torkar med något icke-magnetiskt.

Magneten hjälper till att förhindra att enheten glider av eller rör sig när den används på en metallyta.

Steg 7: FORMA SENSORERNA

För att göra enheten så liten som möjligt, avbröts monteringsfästena för den skarpa IR -sensorn och givaren med ett roterande verktyg med skärfäste.

Steg 8: PLACERING AV OLED -SKÄRMEN

1. Markera stiftnamnen på baksidan av OLED -displayen så att anslutningarna kan göras korrekt senare.

2. Placera OLED -skärmen i rätt läge som visas på den andra bilden. Öppningen för displayen är utformad så att displayen lätt går in i väggarna. Detta säkerställer att skärmen är i rätt position och orientering och inte rör sig lätt.

3. Varmt lim appliceras försiktigt runt displayen. Varmt lim är att föredra eftersom det fungerar som en stötdämpare för skärmen och inte kommer att lägga stress på skärmen när den appliceras.

Steg 9: FÄSTA KNAPPARNA OCH MPU6050

1. Ett gummibaserat lim används.

2. Limet appliceras på båda ytorna.

3. Se till att alla lödpunkterna är vända mot den öppna sidan av fodralet. Placera modulerna på sina tilldelade platser som visas på bilderna.

4. Håll försiktigt ihop modulen och höljet i minst 2 minuter efter att de har fästs ihop.

Steg 10: BOOST+LADDNINGSMODUL

Detta är en modul som jag tog ut från en billig encells kraftbank. Denna modul har både batteriskyddskretsar samt en 5v, 1 amp boost -omvandlare. Den har också en ON/OFF -knapp som kan användas som strömbrytare för hela projektet. Den kvinnliga USB -porten på modulen togs bort med hjälp av ett lödkolv och två trådar löddes till +5v och jordterminalerna som visas på den fjärde bilden.

Löd 2 stifthakar till B+ och B- som visas på de två första bilderna och kontrollera sedan om modulen fungerar med batterierna.

Applicera omedelbart lim på plattformen för modulen och placera modulen försiktigt och se till att laddningsporten och öppningen för den är perfekt anpassade.

Steg 11: PLACERING AV BATTERIET OCH SKARP IR -SENSOR

1. Beläggningen av den emaljerade koppartråden avlägsnas genom att värma trådens spets med hjälp av lödkolven eller en tändare tills isoleringen smälter av. Ledningarna löds sedan försiktigt till OLED -skärmen. Detta görs nu eftersom det kan vara svårt att göra detsamma efter att batterierna har placerats.

2. Batteriet skjuts under boostmodulens plattform så att dess kabelanslutningar är riktade mot OLED -skärmens riktning, så som det syns på den tredje bilden.

3. Den skarpa IR -sensorn sätts in i facket som medföljer den.

Steg 12: FÄSTA ARDUINO OCH BUZZER

1. USB till serieomvandlaren löds till Arduino enligt det medföljande kretsschemat.

2. Varmt lim används för att fästa Arduino i mitten av höljet över batterierna.

3. Ledningar löds till summerterminalerna och därefter trycks summern in i det cirkulära hålrummet på höljet som tillhandahålls för det, som ses på den 7: e bilden.

Steg 13: KODAR

1. Givarens terminaler rengörs med ett blad.

2. Motstånden löds till givaren.

3. Koppartrådarna löds enligt kretsschemat.

4. Stålaxeln sätts in i det 3D -tryckta hjulet. Om hjulet är för löst, säkra det med hjälp av lim.

5. Sätt in axelhjulsinställningen i givaren. Återigen, om det är löst, använd omedelbart lim. Men den här gången, var mycket försiktig så att inget lim kommer in i kodningsmekanismerna.

6. Placera givaren inuti höljet så att hjulen sticker ut genom den medföljande öppningen och se också till att det vrids fritt.

7. Använd varmt lim för att fästa pulsgivaren på plats.

Steg 14: KOPPLING OCH SÄLJNING

1. Kretsledningen görs enligt det kretsschema som ges i steget "CIRCUIT DIAGRAM" tidigare.

2. Kablarna +ve och -ve för alla sensorer och moduler är parallellt anslutna till strömkällan.

3. Se till att ingen av trådarna blockerar IR -modulens syn eller trasslar in sig i kodarhjulet.

Steg 15: KODNING

1. Ladda ner kod och bibliotek nedan.

2. Extrahera bibliotekets mappar. Kopiera dessa mappar till mappen "bibliotek" i "Arduino" -mappen som finns i "Mina dokument" på din dator (om du är en Windows -användare).

3. Öppna den angivna koden ("filal_code") i Arduino IDE och ladda upp den till Arduino.

Steg 16: KALIBRERING AV MPU6050

Eftersom MPU6050 -accelerometer/gyroskopmodulen precis limmades på höljet är den kanske inte helt jämn. Följande steg följs därför för att korrigera detta nollfel.

STEG 1: Anslut enheten till din dator och placera den på en yta som du redan vet är helt plan (exempel: ett klinkergolv)

STEG 2: Gå till "LEVEL" -läget på enheten genom att trycka på "M" -knappen och notera X- och Y -värdena.

STEG 3: Tilldela dessa värden till variablerna "calibx" och "caliby" i koden.

STEG 4: Ladda upp programmet igen.

Steg 17: BERÄKNING AV DISTANS RÖRD PER STEG AV KODAREN

Antal steg per rotation av givaraxeln, N = 24 steg

Hjulets diameter, D = 12,7 mm

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

Därför flyttas avståndet per steg = C/N = 39.898/24 = 1.6625 mm

Om ni använder ett hjul eller en kodare med annan diameter med olika stegräkning, hitta avståndet som flyttas per mm genom att ersätta dina värden i formeln ovan och när du har hittat upplösningen anger du detta värde i formeln inom koden som visas i bilden.

Kompilera och ladda upp koden till Arduino igen.

När kalibreringen av kodaren är klar och det modifierade programmet har laddats upp kan du avlödda och ta bort USB till seriell TTL -omvandlarmodul från Arduino Pro Mini.

Steg 18: TESTA ALLT INNAN STÄLLNINGEN SLUTAS

Saker att testa:

1. Om laddaren enkelt kan anslutas till porten och om batterierna laddas korrekt.

2. På/av -knappen fungerar eller inte.

3. OLED visar allt i rätt riktning och position med rätt avstånd.

4. Peksknapparna fungerar korrekt och är korrekt märkta.

5. Om givaren anger avståndsvärdena när den vrids.

6. MPU6050- och SHARP IR -modulerna fungerar och ger korrekta avläsningar.

7. Summern ljuder.

8. Se till att inget inuti värms upp när det är PÅ. Om uppvärmning inträffar betyder det att ledningen är fel någonstans.

9. Se till att allt sitter på plats och inte rör sig i höljet.

Steg 19: PLACERING AV PUSH -KNAPPFÖRLÄNGARE OCH BINDNING AV FODRALET

ANVÄNDA EN LED för att förlänga PUSH -KNAPPAXLET

Axeln på tryckknappen på laddningsmodulen är för kort för att komma ut genom öppningen på höljet. Så ett 3 mm LED -huvud används som förlängare.

1. Benen på lysdioderna skärs av med en trådskärare.

2. Den platta sidan av lysdioden är slät och jämn med sandpapper. Om lysdioden är för liten för att hantera för hand, använd pincett.

3. Placera LED -huvudet i hålet som medföljer det på locket enligt bilden. Se till att lysdioden inte är tät eftersom den ska glida in och ut när tryckknappen trycks in

Bindande av fallet

1. Applicera alla gummibaserade lim (jag använde Fevi Bond) försiktigt längs fälgen på både kroppen och locket.

2. Vänta i 5 till 10 minuter tills limmet torkat något och tryck sedan ihop båda halvorna. Se till att den fria änden av stålaxeln på givarhjulet går in i hålet för locket.

3. Använd en tung last (jag använde ett UPS -batteri) för att hålla båda bitarna intryckta medan limmet torkar.

Ett gummibaserat lim rekommenderades här, för om höljet måste öppnas i framtiden för batteribyte eller omprogrammering, kan det enkelt göras genom att köra ett skarpt blad eller en kniv längs fogen.

Steg 20: MÄRKNING AV RÖRKNAPPARNA

Märkningen görs för att enkelt identifiera peksknappens positioner och funktioner.

Alfabeten klipptes ut från ett vitt klistermärke med min hemlagade laserskärare.

De skurna bitarna avlägsnades från huvudarket med hjälp av pincett och applicerades sedan på enheten i rätt position och riktning.

Max alfabethöjd: 8 mm

Max alfabetbredd: 10MM

VARNING: BÄR LASERBLOCKERANDE SÄKERHETSglasögon när du arbetar med en lasergraver eller skärare

Steg 21: RESULTAT

Enheten är äntligen klar. Om ni har några tvivel eller förslag angående projektet, vänligen meddela mig genom kommentarerna.

TACK

Första pris i Pocket Sized Contest