DIGITAL MULTIFUNKSJONSMÅLEVERKTØY: 21 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Fusion 360 -prosjekter »

Hei alle sammen. Jeg hadde alltid ønsket meg en enhet som ville hjelpe meg med å utjevne 3D -skriveren min og en annen enhet som ville hjelpe meg med å få en omtrentlig lengde på en buet overflate, slik at jeg enkelt kunne klippe ut riktig lengde på klistremerket for å påføre på overflaten og og dermed forhindre sløsing. Så jeg tenkte hvorfor ikke kombinere begge ideene og lage en enkelt gadget som kan gjøre begge deler. Til slutt endte jeg med å bygge en enhet som ikke bare kan måle buede linjer og overflatenivå, men også kan måle rette linjeavstander og vinkel på en linje. Så i utgangspunktet fungerer denne gadgeten som et alt i ett digitalt nivå+linjal+vinkelmåler+rullemål. Enheten er liten nok til å passe i en lomme, og batteriene kan enkelt lades opp med en telefonlader.

Denne enheten bruker et akselerometer og en gyroskopsensor for å måle overflatenivå og vinkel nøyaktig, en skarp IR-sensor for å måle den lineære lengden på en berøringsfri måte og en enkoder med et hjul som kan rulles over en buet overflate eller en buet linje til få lengden.

Navigering gjennom enhetsmoduser og funksjoner gjøres ved hjelp av 3 berøringsknapper merket som M (modus), U (enhet) og 0 (null)

M - Å velge mellom forskjellige typer målinger

U - For å velge mellom enhetene mm, cm, tommer og meter

0 - For å tilbakestille måleverdiene til 0 etter måling av en avstand eller vinkel.

Grunnen til å bruke berøringsknapper er å forsiktig navigere gjennom modusene og enhetene uten å forstyrre posisjonen til enheten mens du måler.

Enheten har en neodymmagnet innebygd i basen, slik at den ikke glir eller glir av metalloverflaten som måles.

Hylsteret er designet for å gjøre enheten så kompakt som mulig og også for å være 3D -printet enkelt.

Trinn 1: KREVEDE KOMPONENTER OG MODULER

Komponentene ble valgt med tanke på at denne enheten er bygget for å passe i en lomme. Så den minste av skjermen, batteriet og sensorene som jeg fant ble brukt.

1. 3d -trykt eske

2. Sharp GP2Y0A41SK0F IR avstandssensor X 1 (Aliexpress)

3. MPU6050 akselerometer/gyroskopmodul X 1 (Aliexpress)

4. Boost+lademodul X 1 (Aliexpress)

5. Grove Mouse encoder X 1 (Aliexpress)

6. 128 X 32 OLED -skjerm 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 berøringsknappmodul X 3 (Aliexpress)

11. 20x10x2mm neodymmagnet X 1 (Aliexpress)

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

13. Emaljert kobbertråd (Aliexpress)

14. 10K motstander X 2

15. 19 (lengde) X2 (dia) mm stålaksel X 1

16. 3 mm led X 1

17. Enhver vinylklistremerke (Aliexpress)

18. Micro USB -kabel

MPU6050

MPU6050 er en mems -enhet som består av et 3 -akset akselerometer og et 3 -akset gyroskop i det. Dette hjelper oss med å måle akselerasjon, hastighet, orientering og forskyvning. Dette er en I2C -basert enhet som kjører på 3.3 til 5v. I dette prosjektet brukes MPU6050 for å måle om en overflate er plan eller ikke og også for å måle vinkelen på en linje.

GROVE MOUSE ENCODER

Dette er en mekanisk inkrementell roterende encoder med tilbakemeldingsdata for rotasjonsretning og rotasjonshastighet. Jeg brukte denne encoderen fordi den var den minste encoderen jeg fant, og programmeringsdelen av den var også enkel. Denne koderen har 24 trinn per rotasjon. Ved å bruke dette kan vi beregne avstanden som hjulet beveger seg på koderen hvis hjuldiameteren er kjent. Beregninger om hvordan du gjør dette diskuteres i de senere trinnene i denne instruksen. Dette prosjektet bruker encoderen til å måle buede linjeavstander.

SHARP GP2Y0A41SK0F IR -DISTANSEMODUL

Dette er en analog sensor som gir en variabel spenning som utgang basert på objektets avstand fra sensoren. I motsetning til andre IR -moduler, vil fargen på objektet som oppdages ikke påvirke sensorens utgang. Det er mange versjoner av skarpe sensorer, men den vi bruker har en rekkevidde på 4 - 30 cm. Sensoren driver en spenning mellom 4,5 til 5,5 volt og trekker bare 12 mA strøm. De røde (+) og svarte (-) ledningene er strømledningene og den tredje ledningen (enten hvit eller gul) er den analoge utgangskabelen. Sensoren brukes i dette prosjektet til å måle lineære avstander uten kontakt.

Trinn 2: NØDVENDIG VERKTØY

1. En saks

2. Kasseskjærere eller andre superskarpe kniver

3. pinsett

4. Varm limpistol

5. Øyeblikkelig lim (som superlim)

6. Gummibasert lim (som en fevibinding)

7. Loddejern og bly

8. laserskjærer

9. 3D -skriver

10. Et roterende verktøy med kappeskive

11. Wire cutters

12. Sandpapir

Trinn 3: STL -filer til 3D -utskrift

Etuiet til denne enheten ble designet i Autodesk Fusion 360 -programvare. Det er 3 stykker. STL -filene for disse brikkene er gitt nedenfor.

"LID" - og "wheel" -filene kan skrives ut uten støtte, mens "BODY" -filen trenger støtte. Jeg trykte disse på 0,2 mm laghøyde ved 100% utfylling ved hjelp av grønn PLA. Skriveren som brukes er en TEVO tarantula.

Trinn 4: DEKKING AV HUSET MED VINYL

1. Bruk fint sandpapir for å glatte ut alle de ytre overflatene på de 3D -trykte brikkene slik at vinylklistremerket sitter lett fast.

2. Bruk en våt klut for å kvitte seg med alle de fine partiklene som kan bli igjen på overflatene etter sliping.

3. Etter at overflaten har tørket, legg vinylklistremerket på overflaten. Sørg for at det ikke er noen luftbobler som er fanget.

4. Bruk saks til å klippe av overflødig klistremerke rundt kantene.

5. Påfør nå klistremerke rundt sidene av foringsrøret og trim overflødig.

6. Bruk en boksekutter eller andre barberhøvler til å kutte ut hullene til OLED -skjermen, ladeporten, encoderhjulet og den skarpe IR -sensoren.

ADVARSEL: Vær veldig forsiktig med skarpe kniver og verktøy

Trinn 5: KRETSDIAGRAMMER

PROGRAMMERE EN PRO MINI

I motsetning til Arduino nano kan ikke pro mini programmeres direkte ved å koble til en USB-kabel siden den ikke har en innebygd USB til seriell TTL-omformer. Derfor må vi først koble en ekstern USB til seriell omformer til pro mini for å programmere den. Det første bildet viser hvordan disse forbindelsene skal opprettes.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

KOMPLETT KRETSDIAGRAM

Det andre bildet viser det komplette kretsdiagrammet for dette prosjektet.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (MODE)

D5 - I/O (ENHET)

D6 - I/O (NULL)

D7 - +(1) KODER

D8 - +(2) KODER

A0 - I/O SHARP IR

A1 - + summer

A4 - SDA (OLED OG MPU6050)

A5 - SCL (OLED OG MPU6050)

GND - GND AV ALLE MODULER OG SENSORER OG BOOST -MODUL

VCC - + AV BOOST -MODUL USB -PORT

B + - BATTERI +

B- - BATTERI -

Det tredje bildet ble tatt mens jeg laget koden. Dette er et midlertidig oppsett som ble laget for å teste koden, modulene og kretsen. Det er valgfritt for dere å prøve

Trinn 6: SETTE INN MAGNETEN

1. Påfør øyeblikkelig lim i hulrommet for magneten som er levert under hullet i ladeporten.

2. Plasser magneten i hulrommet og hold den nede til limet tørker med noe ikke-magnetisk.

Magneten hjelper til med å forhindre at enheten glir av eller beveger seg når den brukes på en metalloverflate.

Trinn 7: FORME SENSORENE

For å gjøre enheten så liten som mulig, ble monteringsbrakettene til den skarpe IR -sensoren og encoderen kuttet av ved hjelp av et roterende verktøy med kappeskive.

Trinn 8: PLASSERING AV OLED -DISPLAYEN

1. Merk pinnavnene på baksiden av OLED -skjermen slik at tilkoblinger kan gjøres riktig senere.

2. Plasser OLED -skjermen i riktig posisjon som vist på det andre bildet. Åpningen til skjermen er utformet slik at skjermen litt går inn i veggene. Dette sikrer at skjermen er i riktig posisjon og retning og ikke beveger seg lett.

3. Varmt lim påføres forsiktig rundt displayet. Varmt lim er å foretrekke fordi det fungerer som en støtdemper for skjermen og ikke vil legge stress på skjermen når det påføres.

Trinn 9: FESTE PÅ KNAPPENE OG MPU6050

1. Et gummibasert lim brukes.

2. Limet påføres begge overflatene.

3. Sørg for at alle loddepunktene vender mot den åpne siden av saken, og plasser modulene på de tildelte stedene som vist på bildene.

4. Hold modulen og huset forsiktig presset sammen i minst 2 minutter etter at de er festet sammen.

Trinn 10: BOOST+LADEMODUL

Dette er en modul som jeg tok ut av en billig enkeltcellet strømbank. Denne modulen har både batteribeskyttelseskretser samt en 5v, 1 amp boost -omformer. Den har også en PÅ/AV -trykknapp som kan brukes som strømbryter for hele prosjektet. Den kvinnelige USB -porten på modulen ble fjernet ved hjelp av et loddejern, og to ledninger ble loddet til +5v og jordklemmene som vist på det fjerde bildet.

Lodd 2 to toppstifter til B+ og B- som vist på de to første bildene, og kontroller deretter om modulen fungerer med batteriene.

Påfør øyeblikkelig lim på plattformen som følger med modulen, og plasser modulen forsiktig, og pass på at ladeporten og åpningen sørger for at den er justert perfekt.

Trinn 11: PLASSERING AV BATTERIET OG SKARP IR -SENSOR

1. Belegget av den emaljerte kobbertråden fjernes ved å varme trådens spiss ved hjelp av loddejernet eller en lighter til isolasjonen smelter av. Ledningene blir deretter nøye loddet til OLED -skjermen. Dette gjøres nå fordi det kan være vanskelig å gjøre det samme etter at batteriene er plassert.

2. Batteriet skyves under boostmodulens plattform på en slik måte at ledningskontaktene vender mot OLED -skjermen i retning av det tredje bildet.

3. Den skarpe IR -sensoren settes inn i sporet som følger med den.

Trinn 12: FESTE ARDUINOEN OG BUZZEREN

1. USB til serieomformeren er loddet til Arduino i henhold til det medfølgende kretsdiagrammet.

2. Varmt lim brukes til å feste Arduino til midten av foringsrøret over batteriene.

3. Ledninger er loddet til summerterminalene, og deretter blir summeren skjøvet inn i det sirkulære hulrommet på foringsrøret for det, sett på det syvende bildet.

Trinn 13: KODER

1. Terminalene på koderen rengjøres med et blad.

2. Motstandene er loddet til koderen.

3. Kobbertrådene er loddet i henhold til kretsdiagrammet.

4. Stålakslen settes inn i det 3D -trykte hjulet. Hvis hjulet er for løst, fest det med øyeblikkelig lim.

5. Sett inn akselhjulsoppsettet i encoderen. Igjen hvis det er løst, bruk øyeblikkelig lim. Men denne gangen, vær veldig forsiktig så du ikke lar lim komme inn i kodermekanismene.

6. Plasser encoderen inne i huset slik at hjulene stikker ut gjennom åpningen og sørg også for at den svinger fritt.

7. Bruk varmt lim for å feste koderen på plass.

Trinn 14: KOBLING OG SELDING

1. Kretsledningen utføres i henhold til kretsdiagrammet som er gitt i "CIRCUIT DIAGRAM" -trinnet tidligere.

2. +ve og -ve ledningene til alle sensorene og modulene er parallelt koblet til strømkilden.

3. Sørg for at ingen av ledningene blokkerer visningen av IR -modulen eller vikler seg inn i encoderhjulet.

Trinn 15: KODING

1. Last ned kode og biblioteker nedenfor.

2. Pakk ut bibliotekmappene. Kopier disse mappene til "biblioteker" -mappen i "Arduino" -mappen som finnes inne i "Mine dokumenter" på datamaskinen din (hvis du er Windows -bruker).

3. Åpne den oppgitte koden ("filal_code") i Arduino IDE og last den opp til Arduino.

Trinn 16: KALIBRERING AV MPU6050

Siden MPU6050 akselerometer/gyroskopmodul nettopp ble limt på foringsrøret, er det kanskje ikke helt nivå. Derfor blir følgende trinn fulgt for å rette opp denne nullfeilen.

TRINN 1: Koble enheten til datamaskinen og plasser den på en overflate som du allerede vet er helt plan (eksempel: et flislagt gulv)

TRINN 2: Gå til "LEVEL" -modus på enheten ved å trykke på "M" -knappen og noter ned X- og Y -verdiene.

TRINN 3: Tilordne disse verdiene til variablene "calibx" og "caliby" i koden.

TRINN 4: Last opp programmet på nytt.

Trinn 17: BEREGNING AV DISTANSEN BEVEGET PER TRINN AV KODEREN

Antall trinn per rotasjon av giraksel, N = 24 trinn

Diameteren på hjulet, D = 12,7 mm

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

Derfor flyttet avstand per trinn = C/N = 39.898/24 = 1.6625 mm

Hvis du bruker et hjul eller en enkoder med annen diameter med et annet trinntall, finner du avstanden som flyttes per mm ved å erstatte verdiene i formelen ovenfor, og når du finner oppløsningen, skriver du inn denne verdien i formelen i koden som vist i bildet.

Kompiler og last opp koden til Arduino igjen.

Når kalibreringen av koderen er utført og det modifiserte programmet er lastet opp, kan du desolde og fjerne USB til seriell TTL -omformermodul fra Arduino Pro Mini.

Trinn 18: TESTE ALT FØR DU SLUTTER SAKEN

Ting å teste:

1. Hvis laderen enkelt kan plugges inn i porten og hvis batteriene lades skikkelig.

2. Strøm PÅ/AV -knappen fungerer eller ikke.

3. OLED viser alt i riktig retning og posisjon med riktig avstand.

4. Berøringsknappene fungerer som de skal og er korrekt merket.

5. Hvis giveren gir avstandsverdiene når den vendes.

6. MPU6050- og SHARP IR -modulene fungerer og gir de riktige avlesningene.

7. Summeren høres.

8. Pass på at ingenting inne varmes opp når den slås PÅ. Hvis det oppstår oppvarming, betyr det at ledningen er feil et sted.

9. Sørg for at alt er festet på plass og ikke beveger seg i huset.

Trinn 19: PLASSERE PUSH -KNAPPFORLENGEREN OG Binde saken

BRUKE EN LED FOR Å FORLENGE PUSH -KNAPPAKSET

Akselen til trykknappen på lademodulen er for kort til å komme ut gjennom åpningen på foringsrøret. Så et 3 mm LED -hode brukes som forlenger.

1. Benene på LED -lampene kuttes av med en trådkutter.

2. Den flate siden av LED -en er gjort glatt og plan med sandpapir. Hvis lysdioden er for liten til å håndtere for hånd, bruk pinsett.

3. Plasser LED -hodet i hullet som er gitt for det på lokket, som vist på bildet. Sørg for at LED -en ikke er stram, da den skal gli inn og ut når du trykker på knappen

BINNER Saken

1. Påfør gummibasert lim (jeg brukte Fevi Bond) forsiktig langs kanten på både kroppen og hetten.

2. Vent i 5 til 10 minutter til limet tørker litt, og trykk deretter begge halvdelene sammen. Sørg for at den frie enden av stålakslen på encoderhjulet går inn i hullet som er gitt for det på lokket.

3. Bruk en tung last (jeg brukte et UPS -batteri) for å holde begge bitene trykket mens limet tørker.

Et gummibasert lim ble anbefalt her fordi i tilfelle huset må åpnes i fremtiden for batteribytte eller omprogrammering, kan det enkelt gjøres ved å kjøre et skarpt blad eller en kniv langs skjøten.

Trinn 20: MERKING AV RØRKNAPPENE

Merkingen er gjort for å enkelt identifisere posisjonene og funksjonene på berøringsknappene.

Alfabetene ble skåret ut fra et hvitt klistremerke ved hjelp av min hjemmelagde laserskjærer.

De kuttede bitene ble fjernet fra hovedarket ved hjelp av pinsett og deretter påført enheten i riktig posisjon og retning.

Maks alfabethøyde: 8 mm

Maks. Alfabetbredde: 10 mm

ADVARSEL: SLIKKER LASER SIKKERHETSGLASSE NÅR DU ARBEIDER MED LASERGRAVER ELLER KUTTER

Trinn 21: RESULTATER

Enheten er endelig ferdig. Hvis du har tvil eller forslag angående prosjektet, vennligst gi meg beskjed gjennom kommentarene.

TAKK SKAL DU HA

Førstepremie i Pocket Sized Contest