Digitalt nivå med krysslinjelaser: 15 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Hei alle sammen, i dag skal jeg vise deg hvordan du lager et digitalt nivå med valgfri integrert krysslinjelaser. For omtrent et år siden laget jeg et digitalt multiverktøy. Selv om verktøyet har mange forskjellige moduser, er nivået og vinkelmålingene for meg de mest vanlige og nyttige. Så jeg trodde det ville være produktivt å lage et nytt, mer kompakt verktøy bare fokusert på vinkelsensing. Samlingen er rett frem, så forhåpentligvis blir det et morsomt helgprosjekt for folk.

Jeg har også designet en slede for å holde nivået mens jeg bruker krysslinjelaseren. Den kan justeres med +/- 4 grader i y/x for å hjelpe laserlinjen. Sleden kan også monteres på et kamerastativ.

Du kan finne alle filene som trengs for nivået på min Github: her.

Nivået har fem moduser:

(Du kan se disse i videoen ovenfor. Å se dem vil sannsynligvis gi mer mening enn å lese beskrivelsene)

1. XY-nivå: Dette er som et sirkulært boblenivå. Med nivået på ryggen, rapporterer modusen tiltvinklene om verktøyets øvre/nedre og venstre/høyre ansikt.
2. Rullnivå: Dette er som et vanlig vater. Med nivået stående oppreist på øvre/nedre/venstre/høyre, rapporterer det vinkelen på nivåets topp/bunnflater.
3. Vinkelmåler: Som valsenivået, men nivået ligger flatt på undersiden.
4. Laserpeker: Bare en laser for rett fremover, projisert fra verktøyets høyre side.
5. Cross-Line Laser: Prosjekterer et kryss fra høyre side av nivået. Dette kan også aktiveres når du bruker modusene XY Y eller Roll Level ved å trykke to ganger på "Z" -knappen. Bør være orientert slik at bunnflaten er på linje med laserlinjen.

For å gjøre nivået mer kompakt og enklere å montere, har jeg innarbeidet alle delene på en tilpasset PCB. De minste komponentene er 0805 SMD -størrelse, som enkelt kan loddes for hånd.

Nivåhylsen er 3D-trykt, og måler 74x60x23.8mm med krysslinjelaseren, 74x44x23.8mm uten, noe som gjør verktøyet behagelig i lommestørrelse i begge tilfeller.

Nivået drives av et oppladbart LiPo -batteri. Jeg bør merke meg at LiPo's kan være farlig hvis den håndteres feil. Det viktigste er ikke å korte LiPo, men du bør gjøre noen sikkerhetsforskning hvis du ikke er helt kjent med dem.

Til slutt er de to laserne jeg bruker veldig lav effekt, og selv om jeg ikke anbefaler å peke dem direkte mot øynene dine, bør de ellers være trygge.

Hvis du har spørsmål i det hele tatt, vennligst legg igjen en kommentar, så kommer jeg tilbake til deg.

Rekvisita

PCB:

Du finner Gerber -filen for kretskortet her: her (treff nedlasting nederst til høyre)

Hvis du vil inspisere kretskortet, kan du finne det her.

Med mindre du kan lage PCB lokalt, må du bestille noen fra en prototype PCB -produsent. Hvis du aldri har kjøpt en tilpasset PCB før, er det veldig rett frem; de fleste selskaper har et automatisert tilbudssystem som godtar zipper Gerber -filer. Jeg kan anbefale JLC PCB, Seeedstudio, AllPCB eller OSH Park, selv om jeg er sikker på at de fleste andre også vil fungere. Alle standardkortspesifikasjonene fra disse produsentene vil fungere fint, men sørg for å sette brettets tykkelse til 1,6 mm (bør være standard). Tavlefarge er din preferanse.

Elektroniske deler:

(Vær oppmerksom på at du sannsynligvis kan finne disse delene billigere på nettsteder som Aliexpress, Ebay, Banggood, etc.)

• En Arduino Pro-mini, 5V ver. Vær oppmerksom på at det er noen forskjellige brettdesigner der ute. Den eneste forskjellen mellom dem er plasseringen av analoge pinner A4-7. Jeg har laget nivåets PCB slik at begge brettene skal fungere. Funnet her.
• Ett MPU6050 breakout board. Funnet her.
• Én 0,96 "SSD1306 OLED. Skjermfarge spiller ingen rolle (selv om den blå/gule versjonen fungerer best). Finnes i to forskjellige pinnekonfigurasjoner, der bakken/vcc -pinnene er reversert. Begge vil fungere for nivået. Funnet her.
• Ett TP4056 1s LiPo laderbrett. Funnet her.
• Ett 1s LiPo -batteri. Enhver type er fin så lenge den passer i et volum på 40x50x10mm. Kapasitet og strømutgang er ikke ekstremt viktig ettersom nivåets strømforbruk er ganske lavt. Du finner den jeg brukte her.
• En 6,5x18 mm 5mw laserdiode. Funnet her.
• En 12x40mm 5mw krysslinjelaserdiode. Funnet her. (valgfri)
• To 2N2222 gjennomgående transistorer. Funnet her.
• En glidebryter på 19 x 6 x 13 mm. Funnet her.
• Fire 1K 0805 motstander. Funnet her.
• To 100K 0805 motstander. Funnet her.
• To 1uf 0805 keramiske kondensatorer i flere lag. Funnet her.
• To 6x6x10mm gjennomgående hull taktile trykknapper. Funnet her.
• 2,54 mm mannlige overskrifter.
• En FTDI -programmeringskabel. Funnet her, selv om andre typer er tilgjengelige på Amazon for mindre. Du kan også bruke en Arduino Uno som programmerer (hvis den har en flyttbar ATMEGA328P -brikke), se en guide for det her.

Andre deler:

• Tjue 6x1 mm runde neodymmagneter. Funnet her.
• En 25x1,5 mm klar akryl firkant. Funnet her.
• En liten lengde med selvklebende borrelås.
• Fire 4 mm M2 skruer.

Verktøy/rekvisita

• 3D -skriver
• Loddejern m/ fin spiss
• Plastlim (for liming av firkantet akryl, tåker superlim det opp)
• Superlim
• Varm limpistol og varmt lim
• Maling+pensel (for fylling av knappetiketter)
• Wire stripper/cutter
• Pincett (for håndtering av SMD -deler)
• Hobbykniv

Aledeler (valgfritt, hvis du legger til krysslinjelaseren)

• Tre M3 nøtter
• Tre M3x16mm skruer (eller lengre, gir deg et større vinkeljusteringsområde)
• En 1/4 "-20 mutter (for kamerastativmontering)
• To 6x1 mm runde magneter (se lenken ovenfor)

Trinn 1: Designnotater (valgfritt)

Før jeg starter med nivåets konstruksjonstrinn, skal jeg spille inn noen notater om design, konstruksjon, programmering osv. Disse er valgfrie, men hvis du vil justere nivået på noen måte, kan de være nyttige.

• Monteringsbildene jeg har er av en eldre versjon av kretskortet. Det var noen små problemer som jeg siden har løst med en ny PCB -versjon. Jeg har testet det nye kretskortet, men i min hast med å teste det, glemte jeg helt å ta monteringsbilder. Heldigvis er forskjellene veldig små, og monteringen er stort sett uendret, så de eldre bildene burde fungere fint.
• For notater om MPU6050, SSD1306 OLED og TP4056, se trinn 1 i mitt digitale multiverktøy som kan instrueres.
• Jeg ønsket å gjøre nivået så kompakt som mulig, samtidig som det var enkelt å montere av noen med gjennomsnittlig loddeevne. Derfor valgte jeg å bruke for det meste gjennomgående hullkomponenter og vanlige utbruddsbrett. Jeg brukte 0805 SMD -motstander/kondensatorer fordi de er ganske enkle å lodde, du kan overopphete dem uten å bekymre deg for mye, og de er veldig billige å bytte ut hvis du skulle ødelegge/miste en.
• Ved å bruke ferdiglagde breakout-kort for sensoren/OLED/mikrokontrolleren holder du også det totale delenummeret lavt, så det er lettere å kjøpe alle delene til brettet.
• På mitt digitale multiverktøy brukte jeg en Wemos D1 Mini som hovedmikrokontroller. Dette skyldtes hovedsakelig programmering av minnebegrensninger. For nivået, fordi MPU6050 er den eneste sensoren, valgte jeg å bruke en Arduino Pro-mini. Selv om den har mindre minne, er den litt mindre enn en Wemos D1 Mini, og siden den er et innfødt Arduino -produkt, er programmeringsstøtte inkludert i Arduino IDE. Til slutt kom jeg faktisk veldig nær å maksimere programmeringsminnet. Dette skyldes hovedsakelig størrelsen på bibliotekene for MPU6050 og OLED.
• Jeg valgte å bruke 5v-versjonen av Arduino Pro-Mini over 3.3v-versjonen. Dette er hovedsakelig fordi 5v -versjonen har en dobbel klokkehastighet på 3.3v -versjonen, noe som bidrar til å gjøre nivået mer responsivt. En fulladet 1s LiPo gir ut 4.2v, slik at du kan bruke den til å drive pro-mini direkte fra sin vcc-pin. Å gjøre dette omgår den innebygde 5v spenningsregulatoren, og bør vanligvis ikke gjøres med mindre du er sikker på at strømkilden din aldri vil gå over 5v.
• I tillegg til forrige punkt, godtar både MPU6050 og OLED spenninger mellom 5-3v, så en 1s LiPo vil ikke ha problemer med å drive dem.
• Jeg kunne ha brukt en 5v trinnregulator for å opprettholde en jevn 5v over hele brettet. Selv om dette ville være bra for å sikre en konstant klokkehastighet (den reduseres med synkende spenning), og forhindre at laserne dimmes (noe som egentlig ikke er merkbart), trodde jeg ikke at det var verdt de ekstra delene. På samme måte er en 1s LiPo 95% utladet ved 3,6v, så selv ved den laveste spenningen bør 5v pro-mini fortsatt kjøre raskere enn 3,3v-versjonen.
• Begge knappene har en debounce -krets. Dette forhindrer at et enkelt knappetrykk telles flere ganger. Du kan debounce i programvare, men jeg foretrekker å gjøre det i maskinvare, fordi det bare tar to motstander og en kondensator, og da trenger du ikke å bekymre deg for det noen gang. Hvis du foretrekker å gjøre det i programvare, kan du utelate kondensatoren og lodde en jumper wire mellom 100K motstandens pads. Du bør fortsatt inkludere 1K -motstanden.
• Nivået rapporterer gjeldende LiPo -ladningsprosent øverst til høyre på skjermen. Dette beregnes ved å sammenligne Arduinos interne 1.1V referansespenning med spenningen målt ved vcc -pinnen. Opprinnelig trodde jeg at du måtte bruke en analog pin for å gjøre dette, noe som gjenspeiles på kretskortet, men kan trygt ignoreres.

Trinn 2: PCB -montering Trinn 1:

For å begynne, monterer vi nivåets PCB. For å gjøre monteringen enklere, legger vi trinnvis komponenter til brettet, sortert etter økende høyde. Dette gir deg mer plass til å plassere loddejernet ditt, fordi du bare trenger å håndtere komponenter med lignende høyder til enhver tid.

Først bør du lodde alle SMD -motstandene og kondensatorene på oversiden av brettet. Verdiene er oppført på kretskortet, men du kan bruke det vedlagte bildet som referanse. Ikke bekymre deg for 10K -motstanden, da den ikke er omtalt på brettet ditt. Jeg skulle opprinnelig bruke den til å måle batterispenningen, men jeg fant en alternativ måte å gjøre det på.

Trinn 3: PCB -montering Trinn 2:

Deretter kutter og fjerner du ledningene til den lille laserdioden. Du må sannsynligvis fjerne dem helt til laserens base. Sørg for å holde oversikt over hvilken side som er positiv.

Plasser laseren i utskjæringsområdet på høyre side av kretskortet. Det kan være lurt å bruke litt lim for å holde det på plass. Lodd laserene til +/- hullene merket "Laser 2" som vist.

Deretter loddes to 2N2222 på plass i øverste høyre hjørne av brettet. Pass på at de stemmer overens med den trykte retningen på brettet. Når du lodder dem, skyver du dem bare omtrent halvveis inn i brettet som avbildet. Etter at de er loddet, klipp bort overflødige ledninger, og bøy deretter 2N2222 slik at det flate ansiktet er mot toppen av brettet som avbildet.

Trinn 4: PCB -montering Trinn 3:

Snu brettet og lodd enkelt mannlige hoder til hullene i nærheten av laserdioden. Deretter lodder du TP4056 -modulen til topptekstene, som vist på bildet. Sørg for at den er montert på undersiden av brettet, med USB -porten på linje med brettets kant. Klipp bort eventuelle overskytende lengder på overskrifter.

Trinn 5: PCB -montering Trinn 4:

Snu brettet tilbake til oversiden. Ved hjelp av en rad hannhoder, loddes MPU6505 -kortet som avbildet. Prøv å holde MPU6050 så parallell med nivåets PCB som mulig. Dette vil bidra til å holde de første vinkelmålingene nær null. Klipp bort overflødige topplengder.

Trinn 6: PCB -montering Trinn 5:

Lodde hannhoder for Arduino Pro-Mini på plass på oversiden av brettet. Orienteringen deres spiller ingen rolle, bortsett fra den øverste raden med overskrifter. Dette er programmeringsoverskriften for brettet, så det er kritisk at de er orientert slik at langsiden av overskriftene peker ut av oversiden av nivåets PCB. Du kan se dette på bildet. Sørg også for at du bruker A4-7-pinners orientering som matcher din Pro-Mini (min har som en rad langs bunnen av brettet, men noen har dem plassert som par langs den ene kanten).

Neste, selv om det ikke er avbildet, kan du lodde Arduino Pro-Mini på plass.

Deretter lodder du SSD1306 OLED -skjermen på plass på toppen av brettet. Som med MPU6050, prøv å holde skjermen som en parallell til nivåets PCB som mulig. Vær oppmerksom på at SSD1306 -kort ser ut til å komme i to mulige konfigurasjoner, en med GND- og VCC -pinnene reversert. Begge vil fungere med brettet mitt, men du må konfigurere pinnene ved hjelp av jumperputene på baksiden av nivåets PCB. Bare bro de sentrale putene til enten VCC- eller GND -putene for å sette pinnene. Dessverre har jeg ikke et bilde for dette, siden jeg ikke fant ut om de omvendte pinnene før jeg hadde kjøpt og montert den første PCB -en (skjermens pinner var feil, så jeg måtte bestille en helt ny skjerm). Hvis du har spørsmål, vennligst legg ut en kommentar.

Til slutt, klipp bort eventuelle overflødige pinnelengder.

Trinn 7: PCB -montering Trinn 6:

Hvis du ikke gjorde det i forrige trinn, lodder du Arduino Pro-Mini på plass på toppen av kretskortet.

Deretter lodder du de to taktile trykknappene og glidebryteren på plass som på bildet. Du må trimme bort glidebryterens festetapper med en tang.

Trinn 8: PCB -montering Trinn 7:

Fest en liten borrelist på baksiden av nivå -kretskortet og LiPo -batteriet, som vist. Ignorer den ekstra røde ledningen mellom Arduino og displayet i det første bildet. Jeg gjorde en liten kabelfeil når jeg designet PCB. Dette er rettet på din versjon.

Fest deretter batteriet på baksiden av nivåets PCB ved hjelp av borrelås. Klipp deretter av og fjern batteriets positive og negative ledninger. Lodde dem til B+ og B- putene på TP4056 som vist. Batteriets positive ledning bør kobles til B+, og den negative til B-. Før lodding bør du bekrefte hver lednings polaritet ved hjelp av en multimeter. For å unngå kortslutning av batteriet, anbefaler jeg å stripe og lodde en ledning om gangen.

På dette tidspunktet er nivåets PCB fullført. Det kan være lurt å teste det før du installerer det i etuiet. For å gjøre det, hopper du over trinnet for opplasting av kode.

Trinn 9: Kassemontering Trinn 1:

Hvis du legger til krysslinjelaseren, skriver du ut "Main Base.stl" og "Main Top.stl". De skal matche delene på bildet.

Hvis du ikke legger til krysslinjelaseren, skriver du ut "Main Base No Cross.stl" og "Main Top No Cross.stl". Disse er de samme som på bildene, men med rommet for tverrlinjelaseren fjernet.

Du finner alle disse delene på min Github: her

For begge tilfeller limer du 1x6 mm runde magneter inn i hvert av hullene på utsiden av saken. Du trenger totalt 20 magneter.

Deretter tar du "Main Top" og limer en 25 mm akryl firkant inn i utskjæringen som på bildet. Ikke bruk superlim for dette fordi det vil tåke opp akrylen. Hvis du planlegger å omprogrammere nivået når det er satt sammen, kan du kutte ut rektangelet i øvre venstre hjørne av "Main Top" ved hjelp av en hobbykniv. Etter at nivået er ferdig montert, gir dette deg tilgang til programmeringsoverskriften. Vær oppmerksom på at dette allerede er kuttet ut på bildene mine.

Til slutt kan du eventuelt bruke litt maling til å trykke på etikettene "M" og "Z".

Trinn 10: Kassemontering Trinn 2:

I begge tilfeller setter du den monterte PCB -en inn i esken. Den skal kunne sitte flatt på sakens interne stigerør. Når du er fornøyd med posisjonen, lim den på plass.

Trinn 11: Last opp kode

Du finner koden på min Github: her

Du må installere følgende biblioteker enten manuelt eller ved å bruke Arduino IDEs biblioteksjef:

• I2C Dev
• Adafruit's SSD1306 -bibliotek
• Spenningsreferanse

Jeg gir æren for arbeidet gjort av Adafruit, Roberto Lo Giacco og Paul Stoffregen med å produsere disse bibliotekene, uten dette hadde jeg nesten ikke klart å fullføre dette prosjektet.

For å laste opp koden må du koble en FTDI-programmeringskabel til sekspinners overskrift over Arduino pro-mini. FTDI -kabelen skal enten ha en svart ledning eller en slags markør for orientering. Når du setter kabelen inn i overskriften, skal den svarte ledningen passe over pinnen merket "blk" på nivåets PCB. Hvis du får det riktig vei, bør strømlampen på Arduino lyse, ellers må du snu kabelen.

Du kan alternativt laste opp koden ved hjelp av en Arduino Uno som beskrevet her.

Når du bruker en av metodene, bør du kunne laste opp koden som du ville gjort til en hvilken som helst annen Arduino. Sørg for å velge Arduino Pro-Mini 5V som brett under verktøymenyen når du laster opp. Før du laster opp koden min, bør du kalibrere MPU6050 ved å kjøre eksempelet "IMU_Zero" (finnes under eksempler -menyen for MPU6050). Ved å bruke resultatene, bør du endre forskyvningene nær toppen av koden min. Når forskyvningene er angitt, kan du laste opp koden min, og nivået skal begynne å fungere. Hvis du ikke bruker krysslinjelaseren, bør du sette "crossLaserEnable" til false i koden.

Nivåets modus endres ved hjelp av "M" -knappen. Hvis du trykker på "Z" -knappen, nullstilles vinkelen eller en av laserne slås på avhengig av modus. Når du er i rullemodus eller x-y-modus, dobbeltklikker du på "Z" -knappen for å krysse laseren hvis den er aktivert. Batteriets ladningsprosent vises øverst til høyre på displayet.

Hvis du ikke kan laste opp koden, må du kanskje sette tavlen som en Arduino Uno ved å bruke verktøymemenyen.

Hvis skjermen ikke slås på, må du kontrollere I2C -adressen til hvem du kjøpte den fra. Som standard er koden 0x3C. Du kan endre ved å endre DISPLAY_ADDR øverst i koden. Hvis dette ikke fungerer, må du fjerne nivåets PCB fra saken og bekrefte at displayets pins samsvarer med de på nivåets PCB. Hvis de gjør det, har du sannsynligvis en ødelagt skjerm (de er ganske skjøre og kan bli ødelagte i forsendelsen), og du må fjerne den.

Trinn 12: Cross-Line Laser Assembly:

Hvis du ikke bruker en krysslinjelaser, kan du hoppe over dette trinnet. Hvis du er det, kan du ta lasermodulen og sette den inn i etuiet som vist på bildet.

Ta deretter lasertrådene og slange dem under skjermen til Laser 1 -porten på nivåets PCB. Strip og lodd ledningene til +/- posisjonene som vist. Den røde ledningen skal være positiv.

For å gjøre krysslinjelaseren nyttig må den justeres med nivåets sak. For å gjøre dette brukte jeg et indekskort bøyd i en rett vinkel. Plasser både nivået og indekskortet på samme overflate. Slå på krysslaseren og pek den mot indekskortet. Bruk en pinsett eller en tang til å rotere laserens riflete frontlinsedeksel til laserkrysset er på linje med de horisontale linjene på indekskortet. Når du er fornøyd, fest både linsedekselet og laserlinjen på tvers av linjen med varmt lim.

Trinn 13: Sluttmontering

Ta "Main Top" på saken og trykk den på toppen av "Main Base" i saken. Du må kanskje vinkle den litt for å få den rundt skjermen.

Oppdatering 2/1/2021, endret toppen for å feste med fire 4 mm M2 skruer. Bør være rett frem.

På dette tidspunktet er nivået ditt komplett! Jeg vil deretter gå over hvordan du bygger presisjonssleden, som du eventuelt kan lage.

Hvis du stopper her, håper jeg at du finner nivået nyttig, og jeg takker deg for at du leser! Hvis du har spørsmål, vennligst legg igjen en kommentar, så skal jeg prøve å hjelpe.

Trinn 14: Presisjonsslede Montering Trinn 1:

Jeg skal nå gå over monteringstrinnene for presisjonssleden. Sleden er beregnet på å brukes sammen med XY-nivåmodus. De tre justeringsknappene gir deg fin kontroll over nivåets vinkel, noe som er nyttig når du skal håndtere ujevne overflater. Sleden inneholder også plass til en 1/4 -20 mutter, som lar deg montere nivået på et kamerastativ.

Å være ved å skrive ut en "Precision Sled.stl" og Three av både "Adjustment Knob.stl" og "Adjustment Foot.stl" (bildet ovenfor mangler en justeringsknapp)

På bunnen av sleden setter du inn tre M3 -muttere som vist, og limer dem på plass.

Trinn 15: Presisjonsslede Montering Trinn 2:

Ta tre 16 mm M3 -bolter (ikke to som vist på bildet) og sett dem inn i justeringsknappene. Boltets hode skal være i flukt med toppen av knotten. Dette bør passe til friksjonen, men du må kanskje legge til litt lim for å binde knottene og boltene sammen.

Trekk deretter M3 -boltene gjennom M3 -mutrene du satte inn i sleden i trinn 1. Kontroller at siden med justeringsknappen er på toppen av sleden som på bildet.

Lim en justeringsfot på enden av hver av M3 -boltene med superlim.

Etter å ha gjort dette for alle tre føttene, er presisjonssleden komplett!:)

Du kan eventuelt sette inn en 1/4 -20 mutter og to 1x6 mm runde magneter i hullene i midten av sleden (sørg for at magnetpolaritetene er motsatt dem på bunnen av nivået). Dette lar deg montere sleden og nivå på et kamerastativ.

Hvis du har kommet så langt, takk for at du leser! Jeg håper du fant dette informativt/nyttig. Hvis du har spørsmål, vennligst legg igjen en kommentar.

Andreplass i konkurransen Bygg et verktøy