DIGITÁLNY MULTIFUNKČNÝ MERACÍ NÁSTROJ: 21 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Projekty Fusion 360 »

Ahoj všetci. Vždy som chcel zariadenie, ktoré by mi pomohlo vyrovnať moje lôžko 3D tlačiarne, a nejaké ďalšie zariadenie, ktoré mi pomôže získať približnú dĺžku zakriveného povrchu, aby som mohol ľahko vystrihnúť správnu dĺžku nálepky, ktorá sa má na tento povrch naniesť, a čím sa zabráni plytvaniu. A tak som si povedal, prečo neskombinovať oba nápady a nevytvoriť jeden gadget, ktorý by dokázal oboje. Nakoniec som skončil s výrobou zariadenia, ktoré dokáže nielen merať zakrivené čiary a rovinnosť povrchu, ale môže tiež merať vzdialenosti priamok a uhol čiary. Tento gadget teda v zásade funguje ako digitálna úroveň všetko v jednom+pravítko+uhlomer+mierka. Zariadenie je dostatočne malé na to, aby sa zmestilo do vrecka a jeho batérie je možné ľahko nabíjať pomocou nabíjačky telefónu.

Toto zariadenie používa akcelerometer a gyroskopický senzor na presné meranie povrchovej roviny a uhla, ostrý infračervený snímač na meranie bezkontaktnej lineárnej dĺžky a kodér s kolieskom, ktoré je možné prevrátiť po zakrivenom povrchu alebo zakrivenej čiare, aby sa získať jeho dĺžku.

Navigácia v režimoch a funkciách zariadenia sa vykonáva pomocou 3 dotykových tlačidiel označených ako M (režim), U (jednotka) a 0 (nula)

M - Na výber medzi rôznymi druhmi meraní

U - Na výber medzi jednotkami mm, cm, palcami a metrami

0 - Reset nameraných hodnôt na 0 po zmeraní vzdialenosti alebo uhla.

Dôvodom použitia dotykových tlačidiel je jemná navigácia v režimoch a jednotkách bez narušenia polohy zariadenia pri meraní.

Zariadenie má v základni zabudovaný neodýmový magnet, aby nekĺzal a nekĺzal z meraného kovového povrchu.

Plášť je navrhnutý tak, aby bolo zariadenie čo najkompaktnejšie a aby sa dalo ľahko vytlačiť aj 3D.

Krok 1: POŽADOVANÉ KOMPONENTY A MODULY

Komponenty boli vybrané s ohľadom na to, že toto zariadenie je navrhnuté tak, aby sa zmestilo do vrecka. Použitý bol teda najmenší z displeja, batérie a senzorov, ktoré som našiel.

1. 3d tlačené puzdro

2. IR senzor vzdialenosti Sharp GP2Y0A41SK0F X 1 (Aliexpress)

3. Akcelerometer/gyroskopický modul MPU6050 X 1 (Aliexpress)

4. Boost+nabíjací modul X 1 (Aliexpress)

5. Kodér myši Grove X 1 (Aliexpress)

6. 128 x 32 OLED displej X 1 (Aliexpress)

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

8. Bzučiak 12 mm X 1 (Aliexpress)

9. 3,7v, 1 000 mAh lipo batéria X 1 (Aliexpress)

10. Modul dotykových tlačidiel TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. Neodymový magnet 20 x 10 x 2 mm X 1 (Aliexpress)

12. Modul CP2102 USB na UART TTL X 1 (Aliexpress)

13. Smaltovaný medený drôt (Aliexpress)

14. 10K odpory X 2

15. 19 (dĺžka) X2 (priemer) mm oceľová os X 1

16. LED dióda 3 mm X 1

17. Akýkoľvek kotúč vinylových nálepiek (Aliexpress)

18. Kábel micro USB

MPU6050

MPU6050 je zariadenie mems, ktoré pozostáva z 3 -osového akcelerometra a 3 -osého gyroskopu. Pomáha nám to merať zrýchlenie, rýchlosť, orientáciu a výtlak. Toto je zariadenie založené na I2C, ktoré beží na 3,3 až 5 V. V tomto projekte sa MPU6050 používa na meranie, či je povrch rovný alebo nie, a tiež na meranie uhla čiary.

GROVE MOUSE ENCODER

Jedná sa o mechanický inkrementálny rotačný snímač so spätnoväzbovými údajmi o smere otáčania a rýchlosti otáčania. Použil som tento kodér, pretože je to najmenší kodér, ktorý som mohol nájsť, a jeho programová časť bola tiež jednoduchá. Tento kodér má 24 krokov na otáčanie. Pomocou tohto môžeme vypočítať vzdialenosť posunutú kolesom na snímači, ak je známy priemer kolesa. Výpočty, ako to urobiť, sú prediskutované v ďalších krokoch tohto návodu. Tento projekt používa kodér na meranie vzdialeností zakrivených čiar.

SHARP GP2Y0A41SK0F IR DISTANCE MODUL

Jedná sa o analógový snímač, ktorý poskytuje na výstupe premenlivé napätie na základe vzdialenosti objektu od snímača. Na rozdiel od iných IR modulov, farba detegovaného objektu neovplyvní výstup senzora. Existuje mnoho verzií ostrých senzorov, ale ten, ktorý používame, má rozsah 4 - 30 cm. Senzor pracuje s napätím od 4,5 do 5,5 voltov a odoberá iba 12 mA prúdu. Červený (+) a čierny (-) vodič sú napájacie vodiče a tretí vodič (biely alebo žltý) je analógový výstupný vodič. Senzor sa v tomto projekte používa na meranie lineárnych vzdialeností bez kontaktu.

Krok 2: POTREBNÉ NÁSTROJE

1. Nožnice

2. Krájače boxov alebo akékoľvek iné super ostré čepele

3. pinzeta

4. Horúca lepiaca pištoľ

5. Okamžité lepidlo (ako super lepidlo)

6. Lepidlo na báze gumy (ako fevi lepidlo)

7. Spájkovačka a olovo

8. laserová rezačka

9. 3D tlačiareň

10. Rotačný nástroj s kotúčovým rezacím nástavcom

11. Rezačky drôtov

12. Brúsny papier

Krok 3: Súbory STL na 3D tlač

Puzdro pre toto zariadenie bolo navrhnuté v softvéri Autodesk Fusion 360. K dispozícii sú 3 kusy. Súbory STL pre tieto kusy sú uvedené nižšie.

Súbory „LID“a „koliesko“je možné tlačiť bez podporných súborov, zatiaľ čo súbor „BODY“potrebuje podporu. Tieto som vytlačil na výšku vrstvy 0,2 mm pri 100% výplni pomocou zeleného PLA. Použitá tlačiareň je tarantula TEVO.

Krok 4: KRYTIE KRYTU VINYLOM

1. Jemným brúsnym papierom vyhlaďte všetky vonkajšie povrchy 3D vytlačených dielov, aby sa vinylová nálepka ľahko lepila.

2. Mokrou handrou sa zbavte všetkých jemných čiastočiek, ktoré môžu po brúsení zostať na povrchoch.

3. Po zaschnutí povrchu naneste na povrch vinylovú nálepku. Uistite sa, že nie sú zachytené vzduchové bubliny.

4. Nožnicami odstrihnite prebytočnú nálepku okolo okrajov.

5. Teraz naneste nálepku po stranách puzdra a nadbytočné množstvo orežte.

6. Pomocou rezača boxov alebo iných holiacich strojčekov vyrežte otvory pre OLED displej, nabíjací port, koliesko kodéra a ostrý infračervený senzor.

UPOZORNENIE: S OSTROJMI A OSTROJMI NARIADENIA buďte VEĽMI opatrní

Krok 5: SCHÉMA OKRUHU

PROGRAMOVANIE PRO MINI

Na rozdiel od Arduino nano, pro mini nemožno programovať priamo zapojením kábla USB, pretože nemá vstavaný prevodník USB na sériový TTL. Preto by sme najskôr mali k pro mini pripojiť externý prevodník USB na sériový port, aby sme ho mohli naprogramovať. Prvý obrázok ukazuje, ako sa tieto spojenia majú vytvoriť.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

KOMPLETNÝ SCHÉMA OKRUHU

Druhý obrázok zobrazuje kompletnú schému zapojenia tohto projektu.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (REŽIM)

D5 - I/O (JEDNOTKA)

D6 - I/O (NULA)

D7 - +(1) KÓDER

D8 - +(2) KÓDER

A0 - I/O SHARP IR

A1 - + bzučiak

A4 - SDA (OLED A MPU6050)

A5 - SCL (OLED A MPU6050)

GND - GND VŠETKÝCH MODULOV A SNÍMAČOV A MODULU BOOST

VCC - + BOOST MODUL USB PORT

B + - BATÉRIA +

B- - BATÉRIA -

Tretí obrázok bol urobený pri vytváraní kódu. Toto je dočasné nastavenie, ktoré bolo vyrobené na testovanie kódu, modulov a obvodu. Vyskúšať si to môžete, chlapci

Krok 6: VLOŽENIE MAGNETU

1. Do dutiny pre magnet dodanú pod otvorom pre nabíjací port naneste sekundové lepidlo.

2. Vložte magnet do dutiny a podržte ho, kým lepidlo nevyschne pomocou niečoho, čo nie je magnetické.

Magnet pomáha predchádzať skĺznutiu alebo pohybu zariadenia pri použití na kovovom povrchu.

Krok 7: VYTVORENIE SENZOROV

Aby bolo zariadenie čo najmenšie, boli montážne konzoly ostrého infračerveného senzora a snímača odrezané pomocou rotačného nástroja s pripevnením bitov rezného kotúča.

Krok 8: UMIESTNENIE OLED DISPLEJA

1. Označte názvy pinov na zadnej strane OLED displeja, aby sa neskôr dalo správne nadviazať spojenie.

2. Umiestnite OLED displej do správnej polohy podľa druhého obrázku. Otvor pre displej je navrhnutý tak, aby displej mierne prechádzal do stien. To zaisťuje, že je displej v správnej polohe a orientácii a nepohybuje sa ľahko.

3. Horúce lepidlo sa opatrne nanáša okolo displeja. Uprednostňuje sa horúce lepidlo, pretože funguje ako tlmič nárazov a pri nanášaní nevyvíja na displej napätie.

Krok 9: PRIPOJENIE TLAČIDIEL DOTYKU A MPU6050

1. Použije sa lepidlo na báze gumy.

2. Lepidlo sa nanáša na oba povrchy.

3. Uistite sa, že všetky spájkovacie body smerujú k otvorenej strane puzdra, umiestnite moduly na určené miesta, ako je znázornené na obrázkoch.

4. Modul a kryt držte jemne pritlačené k sebe najmenej 2 minúty po ich prilepení.

Krok 10: MODUL BOOST+NABÍJANIE

Toto je modul, ktorý som vybral z lacnej jednobunkovej energetickej banky. Tento modul má obvody na ochranu batérie a tiež zosilňovač zosilňovača 5 V, 1 A. Má tiež tlačidlo ON/OFF, ktoré je možné použiť ako vypínač celého projektu. Samičí port USB na module bol odstránený pomocou spájkovačky a dva vodiče boli spájkované na svorky +5 V a uzemnenie, ako je to znázornené na 4. obrázku.

Spájkujte 2 kolíkové kolíky samice na B+ a B-, ako je to znázornené na prvých dvoch obrázkoch, a potom skontrolujte, či modul funguje s batériami.

Na plošinu určenú pre modul naneste sekundové lepidlo a modul jemne položte tak, aby bol nabíjací port a otvor, ktoré k nemu slúžia, dokonale zarovnané.

Krok 11: UMIESTNENIE BATÉRIE A OSTRÉHO IR SENZORA

1. Povlak z medeného smaltovaného drôtu sa odstráni zahrievaním hrotu drôtu pomocou spájkovačky alebo zapaľovača, kým sa izolácia neroztopí. Vodiče sa potom opatrne spájkujú s OLED displejom. Teraz sa to robí, pretože to isté môže byť ťažké aj po vložení batérií.

2. Batéria je zasunutá pod plošinu posilňovacieho modulu tak, aby jeho drôtové konektory smerovali k OLED displeju, ako je vidieť na 3. obrázku.

3. Ostrý infračervený snímač je vložený do otvoru, ktorý je k nemu určený.

Krok 12: PRIPOJENIE ARDUINA A BUZZERA

1. Prevodník USB na sériový port je spájkovaný s Arduino podľa dodanej schémy zapojenia.

2. Horúce lepidlo sa používa na prilepenie Arduina k stredu puzdra cez batérie.

3. Drôty sú spájkované na koncovky bzučiaka a potom je bzučiak zatlačený do kruhovej dutiny na puzdre, ktoré je k tomu určené, ako je vidieť na 7. obrázku.

Krok 13: KÓDER

1. Svorky snímača sa vyčistia pomocou lopatky.

2. Rezistory sú spájkované s kodérom.

3. Medené drôty sú spájkované podľa schémy zapojenia.

4. Oceľová os je vložená do 3D tlačeného kolesa. Ak je koleso príliš voľné, zaistite ho sekundovým lepidlom.

5. Vložte zostavu náprav a kolesa do snímača polohy. Opäť, ak je sypké, použite sekundové lepidlo. Ale tentokrát buďte veľmi opatrní, aby sa do mechanizmov kodéra nedostalo žiadne lepidlo.

6. Umiestnite kodér dovnútra skrine tak, aby kolesá vyčnievali von poskytnutým otvorom a tiež sa uistite, že sa voľne otáča.

7. Pomocou horúceho lepidla zaistite kodér na mieste.

Krok 14: KABELÁŽ A SPOJENIE

1. Zapojenie obvodu sa vykonáva podľa schémy zapojenia uvedenej v predchádzajúcom kroku „SCHÉMA OKRUHU“.

2. Kladné a záporné vodiče všetkých senzorov a modulov sú paralelne zapojené do zdroja energie.

3. Zaistite, aby žiadny z drôtov nebránil výhľadu na IR modul alebo aby nebol zamotaný do kolesa snímača.

Krok 15: KÓDOVANIE

1. Stiahnite si kód a knižnice uvedené nižšie.

2. Extrahujte priečinky knižnice. Skopírujte tieto priečinky do priečinka „knižnice“v priečinku „Arduino“, ktorý sa nachádza v priečinku „Moje dokumenty“vo vašom počítači (ak ste používateľom systému Windows).

3. Otvorte poskytnutý kód („filal_code“) v Arduino IDE a nahrajte ho do Arduina.

Krok 16: KALIBRÁCIA MPU6050

Pretože modul akcelerometra/gyroskopu MPU6050 bol práve prilepený k puzdru, nemusí byť úplne vodorovný. Na opravu tejto nulovej chyby sa preto používajú nasledujúce kroky.

KROK 1: Pripojte zariadenie k počítaču a položte ho na povrch, o ktorom už viete, že je dokonale rovný (príklad: dlažba)

KROK 2: Dotykom na tlačidlo „M“prejdite na zariadení do režimu „LEVEL“a poznačte si hodnoty X a Y.

KROK 3: Priraďte tieto hodnoty k premenným „calibx“a „caliby“v kóde.

KROK 4: Znova nahrajte program.

Krok 17: VÝPOČET VZDIALENOSTI POHYBOVANEJ KROKU KÓDERU

Počet krokov na otáčku hriadeľa snímača, N = 24 krokov

Priemer kolesa, D = 12,7 mm

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

Preto vzdialenosť posunutá na krok = C/N = 39,898/24 = 1,6625 mm

Ak používate koleso alebo kodér s iným priemerom s iným počtom krokov, nájdite vzdialenosť posunutú na mm nahradením hodnôt vo vyššie uvedenom vzorci a akonáhle nájdete rozlíšenie, zadajte túto hodnotu do vzorca v kóde, ako je uvedené v obrázok.

Skompilujte a znova nahrajte kód do Arduina.

Akonáhle je kalibrácia kodéra dokončená a nahraný program je nahraný, môžete z Arduino Pro Mini odpojiť a odpojiť modul prevodníka USB na sériový TTL.

Krok 18: TESTOVANIE VŠETKÉHO PRED zatváraním puzdra

Veci na testovanie:

1. Ak je možné nabíjačku ľahko zapojiť do portu a či sa batérie správne nabíjajú.

2. Tlačidlo zapnutia/vypnutia funguje alebo nie.

3. OLED zobrazuje všetko v správnej orientácii a polohe so správnym rozstupom.

4. Dotykové tlačidlá fungujú správne a sú správne označené.

5. Ak snímač otáčok udáva hodnoty vzdialenosti.

6. Moduly MPU6050 a SHARP IR fungujú a poskytujú správne hodnoty.

7. Znie bzučiak.

8. Uistite sa, že sa nič vnútri nezohrieva, keď je ZAPNUTÝ. Ak dôjde k zahriatiu, znamená to, že niekde je nesprávne zapojenie.

9. Uistite sa, že je všetko zaistené na svojom mieste a nepohybuje sa v kryte.

Krok 19: UMIESTNENIE TLAČIARNEHO TLAČIARNEHO TLAČIDLA A VIAZANIE PRÍPADU

Použitie LED diódy na predĺženie tlačidlového hriadeľa

Hriadeľ tlačidla na nabíjacom module je príliš krátky na to, aby vyšiel von otvorom v kryte. Ako predlžovač sa teda používa 3 mm LED hlava.

1. Nohy LED diód sú odrezané pomocou rezačky drôtu.

2. Plochá strana LED je hladká a rovná pomocou brúsneho papiera. Ak je dióda LED príliš malá na to, aby ste ju zvládli ručne, použite pinzetu.

3. Umiestnite hlavu LED do otvoru, ktorý je k dispozícii na veku skrinky, ako je to znázornené na obrázku. Uistite sa, že LED dióda nie je utiahnutá, pretože sa má po stlačení tlačidla zasúvať dovnútra a von

VIAZANIE PRÍPADU

1. Opatrne naneste akékoľvek lepidlá na báze gumy (použil som Fevi Bond) pozdĺž okraja na telo a viečko.

2. Počkajte 5 až 10 minút, kým lepidlo mierne zaschne a potom stlačte obe polovice k sebe. Zaistite, aby voľný koniec oceľovej osi kolesa snímača smeroval do otvoru, ktorý je na ňom umiestnený na uzávere.

3. Použite veľkú záťaž (použil som batériu UPS), aby boli oba diely stlačené, kým lepidlo schne.

Tu bolo odporúčané lepidlo na báze gumy, pretože v prípade, že bude v budúcnosti potrebné puzdro otvoriť kvôli výmene batérie alebo preprogramovaniu, dá sa to ľahko vykonať spustením ostrej čepele alebo noža pozdĺž spoja.

Krok 20: OZNAČENIE DOTYKOVÝCH TLAČIDIEL

Označovanie sa vykonáva s cieľom ľahko identifikovať polohy a funkcie dotykových tlačidiel.

Abecedy boli vystrihnuté z bieleho listu nálepiek pomocou mojej domácej laserovej rezačky.

Odrezané kusy boli odstránené z hlavného listu pomocou pinzety a potom aplikované na zariadenie v správnej polohe a orientácii.

Maximálna výška abecedy: 8 mm

Maximálna šírka abecedy: 10 mm

UPOZORNENIE: NOSTE LASEROVÉ BLOKUJÚCE BEZPEČNOSTNÉ POHÁRY, PRI PRÁCI S LASEROVÝM RYBRÍKOM ALEBO REZAČOU

Krok 21: VÝSLEDKY

Zariadenie je konečne hotové. Ak máte akékoľvek pochybnosti alebo návrhy týkajúce sa projektu, dajte mi prosím vedieť prostredníctvom komentárov.

ĎAKUJEM

Prvá cena vo vreckovej súťaži