DigiLevel - en digital nivå med två axlar: 13 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Inspirationen för detta instruerbara är DIY Digital Water Level som hittades här av GreatScottLab. Jag gillade den här designen, men ville ha en större skärm med ett mer grafiskt gränssnitt. Jag ville också ha bättre monteringsalternativ för elektroniken i fodralet. I slutändan använde jag detta projekt för att förbättra mina 3D -designkunskaper (med Fusion 360) och för att utforska nya elektroniska komponenter.

DigiLevel kommer att ge feedback om en yta är plan-både längs x-axeln (horisontell) och y-axeln (vertikal). Grader från nivå visas, liksom en grafisk representation på ett 2 -axligt diagram. Dessutom visas batterinivån och den aktuella temperaturen i Fahrenheit eller Celsius visas (som rapporterats av accelerometerchipet). Detta är minimal hörbar återkoppling - en initial ton för att verifiera ström, och sedan en dubbel ton när nivån flyttas från en icke -nivå till en nivåposition.

Jag har lämnat detaljerade instruktioner om hur du kan göra den här digitala nivån, men gärna utvidga och ändra på min design, ungefär som jag gjorde på DIY Digital Water Level.

Steg 1: Material

Nedan följer det material som används för att sätta ihop denna digitala nivå. De flesta köplänkar är för flera delar, som vanligtvis är billigare än att köpa de enskilda komponenterna. Som ett exempel kommer TP4056 -chipet med 10 stycken för $ 9 (mindre än $ 1/TP4056), eller det kan köpas individuellt för $ 5.

• TP4056 Li -Po batteriladdare (Amazon -
• LSM9DS1 accelerometer (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• 128x64 OLED LCD -skärm (Amazon -
• Piezo -högtalare (Amazon -

• 3,7V Li -Po batteri (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Självgängande skruvar för M2 -pannhuvud - 4 M2x4, 6 M2x6 och 6 M2x8 skruvar behövs (eBay -
• Skjutreglage (Amazon -

Med undantag för skruvarna tar länkarna till Amazon. Nästan alla dessa artiklar kan dock köpas på eBay eller direkt från Kina med en betydande rabatt. Tänk bara på att beställning från Kina kan leda till långa ledtider (3-4 veckor är inte ovanligt).

Observera också att det finns alternativ för många av dessa komponenter. Till exempel kan du ersätta LSM9DS1 med en annan accelerometer (t.ex. MPU-9205). Du kan byta ut Arduino Nano med en Arduino-kompatibel processor med rätt GPIO-stift.

I synnerhet LSM9DS1 är en jag köpte till försäljning på Sparkfun för mindre än $ 10, men det är normalt högre pris; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) ger liknande funktioner till ett lägre pris.

Om du gör ett byte kommer du sannolikt att behöva ändra fodralet (eller åtminstone hur du monterar komponenten i fodralet) och du kommer sannolikt att behöva ändra programvaran för att ansluta till den alternativa komponenten. Jag har inte dessa ändringar - du måste undersöka och uppdatera vid behov.

Steg 2: Anslutningsdiagram

Kabelschemat beskriver hur de olika elektroniska komponenterna är anslutna till varandra. Röda linjer representerar positiv spänning medan svarta linjer representerar mark. Gula och gröna linjer används för datasignaler från accelerometern och till OLED LCD -displayen. Du kommer att se hur dessa komponenter är ihopkopplade i följande steg.

Steg 3: Gör fallet

Om du har en 3D -skrivare kan fodralet skrivas ut ganska enkelt. STL -filerna som ingår i denna instruktionsbok. Om du inte har en 3D -skrivare kan du ladda upp STL -filerna till en 3D -skrivarbyrå (till exempel den här) och få dem att skriva ut åt dig.

Jag skrev ut min utan rand eller flotta (och utan stöd) och 20% fyllning, men du kan skriva ut din hur du än är van att skriva ut. Varje bit ska skrivas ut separat och ligga platt. Du kan behöva rotera den 45 grader för att den ska passa i skrivarsängen. Min trycktes med en Monoprice Maker Select Plus med en sängstorlek på 200 mm x 200 mm - varje bit tog cirka 12 timmar att skriva ut. Om du har en mindre säng kanske den inte passar. Skalning rekommenderas inte eftersom fästena för de elektroniska komponenterna då inte ska skalas på lämpligt sätt.

Steg 4: Anslut komponenterna till ett brödbräda för att verifiera anslutning (tillval)

Jag rekommenderar starkt att leda de primära komponenterna till en brödbräda för att verifiera anslutningen innan du fortsätter med att montera komponenterna inuti väskan. Du kan ladda ner programvaran till Arduino Nano (se nästa steg) och för att verifiera att OLED LCD -skärmen är korrekt ansluten och fungerar, och att accelerometern har anslutits korrekt och att den rapporterar sin data till Arduino Nano. Detta kan också användas för att verifiera hur den piezohögtalaren som tillval fungerar.

Jag anslöt inte batteriet och laddaren till brödbrädan i detta skede - anslutning av strömbrytaren för att styra batteriet görs när du har monterat omkopplaren i fodralet. Den sista bilden visar hur detta ser ut innan kabeldragning.

Steg 5: Ladda ner programvaran till Arduino Nano

Programvaran laddas till Arduino Nano med Arduino IDE. Detta kan göras när som helst under processen med att bygga DigiLevel, men görs bäst när komponenterna har kopplats med en brödbräda (se föregående steg) för att verifiera korrekt kabeldragning och funktion av de elektriska komponenterna.

Programvaran kräver att två bibliotek installeras. Det första är U8g2 -biblioteket (av oliver) -du kan installera detta genom att klicka på 'Sketch -> Include Library -> Manage Libraries …' i Arduino IDE. Sök efter U8g2 och klicka sedan på Installera. Det andra biblioteket är Sparkfun LSM9DS1 -biblioteket. Du kan få instruktioner om hur du installerar det biblioteket här.

Efter bibliotekets specifikationer har programvaran en installationssektion och en huvudbehandlingsslinga. Inställningsdelen initierar accelerometern och OLED LCD -skärmen och visar sedan en startskärm innan huvudskärmen visas. Om en högtalare är ansluten kommer den att spela ett pip på högtalaren för att indikera statusen för påslagning.

Huvudbehandlingsslingan är ansvarig för att läsa av accelerometern, erhålla x- och y -vinklarna och sedan visa värdena som en uppsättning absoluta tal och även bildmässigt på en graf. Temperaturavläsningen från accelerometern visas också (antingen i Fahrenheit eller Celsius). Om nivån tidigare var icke-nivå, kommer den när den återgår till nivån att generera två pip på högtalaren (om den är ansluten).

Slutligen erhålls spänningen från batteriet för att bestämma och visa den aktuella batterinivån. Jag vet inte hur exakt den här koden är, men den är tillräckligt noggrann för att visa ett fullt batteri och gradvis sänka batterinivån under användning.

Steg 6: Montera och anslut OLED -skärmen och Piezo -högtalaren

1,3 OLED-skärmen (128x64) monteras på den övre halvan av höljet med hjälp av 4 M2x4 självhäftande skruvar på pannhuvudet. Jag föreslår att du ansluter dina ledningar till displayen före montering. Detta säkerställer att du kan se hur stiften är märkt när du ansluter trådarna. När displayen är monterad kan du inte se etiketterna för stiften. Du kommer att märka att jag lade till en etikett på baksidan av displayen så att jag kunde komma ihåg pin -värden (eftersom jag inte gjorde detta första gången och jag kopplade det felaktigt …).

Högtalaren används för att avge en kort ton när den digitala nivån slås på för att verifiera att batteriet är bra och att det fungerar. Det avger också en dubbel ton när nivån flyttas från en icke-nivå position till en nivå position. Detta är för att ge en hörbar feedback när du placerar nivån eller vad nivån är på. Den är monterad på den övre halvan av höljet med 2 M2x4 självhäftande skruvar. Du behöver inte en högtalare - DigiLevel fungerar bra utan den, men du kommer att sakna hörbar feedback.

Steg 7: Montera och anslut batteriet, batteriladdaren och omkopplaren

Omkopplaren måste monteras på fodralet innan den ansluts till batteriet. Detta beror på att om du kopplar den först kan du inte montera omkopplaren utan att koppla bort den. Så montera omkopplaren först, montera sedan det förkablade TP4056- och Li-Po-batteriet, slutför sedan kablarna till omkopplaren.

TP4056 har 4 ledningsplattor: B+, B-, Out+, Out-. Du kommer att vilja koppla batteriet till B+ (positiv spänning) och B- (jord) anslutningar. Out-anslutningen används för marken som kommer att gå till Arduino Nano, och Out+ är ansluten till en stift på omkopplaren. Brytarens andra stift kopplas sedan till VIN på Arduino Nano.

Mitt lödjobb är inte det bästa - jag gillar att använda värmekrympslang för att täcka och isolera den lödda leden. Du kommer att märka att på en av de lödda anslutningarna här påverkades värmekrympslangen av värmen i lödningen och den krympt innan jag kunde flytta den.

Steg 8: Montera och koppla ihop accelerometern

Acceleratorn (LSM9DS1) är monterad i mitten av fodralets nedre halva. Det finns 4 stift som ska kopplas: VCC går till V5 -stiftet på Arduino Nano; GND går till marken; SDA går till A5 -stiftet på Arduino Nano; och SCL går till A4 -stiftet på Arduino Nano.

Jag har använt bygelkablar med Dupont -kontakter för kabeldragning, men du kan löda kabeln direkt till stiften om du föredrar det. Om du lödar trådarna direkt till stiften kommer du förmodligen att göra detta innan du monterar accelerometerchipet för att göra det enklare.

Steg 9: Slutför elektroniken genom att ansluta Arduino Nano

Slutlig kabeldragning görs genom att ansluta alla elektriska komponenter till Arduino Nano. Detta görs bäst innan du monterar Arduino Nano så att USB -porten är tillgänglig för kalibrering och andra programändringar i sista minuten.

Börja med att ansluta omkopplaren till Nano. Den positiva ledningen (röd) går från omkopplaren till VIN -stiftet på Nano. Den negativa ledningen (svart) från batteriet går till GND -stiftet på Nano. Det finns två GND -stift på Nano och alla fyra elektriska komponenter har en jordledning. Jag valde att kombinera de två grunderna på botten av fodralet till en ledning som är ansluten till en av GND -stiften. De två grunderna från toppen av fodralet kombinerade jag till en ledning kopplad till de andra GND -stiften.

Acceleratorn (LSM9DS1) kan anslutas till Nano genom att ansluta VDD -stiftet på accelerometern till 3V3 -stiftet på Nano. Anslut INTE detta till 5V -stiftet annars skadar du accelerometerchipet. Anslut SDA till A4 -stiftet på Nano och SCL till A5 -stiftet på Nano. GND -stiftet går till GND -stiftet på Nano (kombinerat med den negativa ledningen från batteriet).

OLED LCD -skärmen kan sedan anslutas till Nano genom att ansluta VCC -stiftet på displayen till 5V -stiftet på Nano. Anslut SDA till D2 -stiftet på Nano och SCL till D5 -stiftet på Nano.

Slutligen kan högtalaren anslutas genom att ansluta den röda ledningen (plus) till D7 -stiftet på Nano. Den svarta ledningen går till GND tillsammans med GND för OLED LCD -skärmen.

Steg 10: Kalibrering

När programvaran har laddats ner och innan du monterar Arduino Nano kan du behöva kalibrera din nivå. Se till att accelerometerkortet har monterats. Att montera den med skruvarna bör resultera i en nivåbräda, men om den av något skäl är något avstängd kommer kalibreringen att säkerställa en korrekt visning.

Lägg bottenhöljet på en yta som är känd för att vara jämn (med hjälp av en bubblanivå eller på annat sätt). Läs de visade värdena för X och Y. Om det ena är icke-noll måste du uppdatera programvaran med kalibreringsmängden. Detta görs genom att antingen xCalibration -variabeln eller yCalibration -variabeln ställs in på lämplig mängd (vad som visas).

// // Ställ in dessa variabler med initiala värden som lämpligt // bool displayF = true; // true för Fahrenheit, false för Celsius int xCalibration = 0; // kalibreringsbelopp för utjämning av x-axeln int yCalibration = 0; // kalibreringsbelopp för utjämning av y-axelns långa irvCalibration = 1457; // kalibreringsmängd för intern referensspänning

För närvarande bör du också ställa in värdet på displayF till lämplig inställning beroende på om du vill att temperaturen ska visas i Fahrenheit eller Celsius.

Ladda om programvaran till Nano bör nu resultera i en 0/0 avläsning på en känd nivå.

Steg 11: Montera Arduino Nano och montera fodralet

När kalibreringen är klar kan du montera Arduino Nano i fodralet genom att applicera varmt lim på skenorna och placera Arduino Nano på dessa skenor, med stiften uppåt och USB -porten vänd inuti fodralet.

Lådan som innehåller all elektronik kan nu monteras genom att sätta ihop de två halvorna och använda 4 M2x8 självhäftande skruvar.

Steg 12: Verifiera hur din nya digitala nivå fungerar

Se till att Li-Po-batteriet är laddat. Om fodralet är monterat kommer du inte att kunna se laddnings -LED -indikatorerna direkt. Om du vill verifiera laddningsfunktionen genom att titta på laddningslamporna direkt måste du öppna fodralet, men du bör kunna se den röda glöd som indikerar att laddning sker med fodralet stängt.

När den är laddad och monterad, slå på den digitala nivån och kontrollera att den fungerar. Om det inte fungerar är de två troliga problempunkterna kablarna för OLED LCD -skärmen och kablarna för accelerometern. Om displayen inte visar något, börja med OLED LCD -kablarna. Om displayen fungerar, men H- och V -etiketterna båda visar 0 och temperaturen är 0 (C) eller 32 (F), är antagligen accelerometern inte korrekt ansluten.

Steg 13: Slutliga tankar …

Jag satte ihop denna digitala nivå (och den instruerbara) främst som en lärandeupplevelse. Det var mindre viktigt för mig att göra en fungerande nivå eftersom det var att utforska de olika komponenterna och deras kapacitet, och sedan sätta ihop dem på ett sätt som ger mervärde.

Vilka förbättringar skulle jag göra? Det finns flera jag funderar på för en framtida uppdatering:

• Exponera USB -porten på Arduino Nano genom fodralet genom att ändra hur det är monterat. Detta skulle möjliggöra enklare uppdateringar av programvaran (vilket i alla fall borde vara sällsynt).
• 3D -skriv ut höljet med en träfilament. Jag har experimenterat med Hatchbox Wood -filament och är mycket nöjd med de resultat jag har fått. Jag tror att detta skulle ge DigiLevel ett bättre övergripande utseende.
• Uppdatera designen för att använda MPU-9250-accelerometern för att sänka kostnaden utan att påverka funktionen.

Detta är min första instruerbara och jag välkomnar feedback. Även om jag har försökt att undvika det, är jag säker på att detta fortfarande har ett mer USA -centriskt perspektiv - så ursäkta för dem utanför USA.

Om du tyckte det var intressant, vänligen rösta på mig i författarens första tävling. Tack för att du läste till slutet!

Tvåa i första gången författare