Bezdrôtové rozhranie Bluetooth pre strmene a indikátory Mitutoyo: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

V dnešnom svete sú milióny posuvných meradiel, mikrometrov, indikátorov a ďalších zariadení Mitutoyo Digimatic. Mnoho ľudí ako ja používa tieto zariadenia na zhromažďovanie údajov priamo do počítača. To eliminuje potrebu zaznamenávať a zadávať niekedy stovky hodnôt, ale predstavuje aj niektoré problémy súvisiace s prenosným počítačom v obchode, kde môže dôjsť k jeho pádu alebo inému poškodeniu. To platí najmä vtedy, ak sa merania vykonávajú na veľkých častiach alebo v situáciách, keď štandardný dátový kábel Mitutoyo jednoducho nie je dostatočne dlhý.

Pred niekoľkými rokmi som postavil podobné zariadenie založené na moduloch Bluetooth HC-05 a niektorých doskách mikrokontroléra Arduino, ktoré mi umožnili ponechať prenosný počítač v bezpečí na stole a merať sa až 50 stôp. Toto zariadenie fungovalo skvele, ale malo niekoľko problémov. Neexistoval žiadny náznak toho, kedy je batéria vysielača úplne nabitá, žiadna indikácia stavu pripojenia bluetooth a úspešný prenos údajov. Bol tiež veľký a neohrabaný a doslova vyzeral ako vedecký projekt! Aj napriek týmto obmedzeniam dal prednosť ostatným ľuďom v obchode pred dátovým káblom Mitutoyo USB.

Tento projekt prekonáva tieto obmedzenia starého zariadenia, pridáva ďalšie funkcie a je o niečo profesionálnejší za menej ako 100 dolárov.

Krok 1: Ako to funguje:

Rozhranie sa skladá z dvoch častí, vysielača a prijímača. Pripojte vysielač k meradlu pomocou dátového kábla, ktorý je k nemu pevne pripojený, a pomocou micro USB dátového kábla pripojte prijímač k počítaču.

Na vysielači sa zapne posunutím prepínača smerom ku koncu kábla. Na konci prijímača modrá LED dióda pôvodne bliká, čo znamená, že nie je pripojené. Po vytvorení pripojenia LED dióda prestane blikať a bude nepretržite svietiť. Vysielač a prijímač sú teraz prepojené.

Vysielač (spodné zariadenie na fotografii) sa pripojí k meradlu a číta surový dátový tok Mitutoyo pri každom stlačení tlačidla „dáta“. Potom naformátuje údaje pomocou informácií v prúde údajov, ako je umiestnenie desatinnej čiarky, znamienko a jednotky. Potom z týchto údajov zostaví reťazec ASCII a odošle ho cez Bluetooth modul HM-10 vo vysielači do HM-10 na strane prijímača.

Na prijímači (horné zariadenie na fotografii) HM-10 odosiela znaky ASCII odoslané z vysielacieho HM-10 obsahujúceho meranie do Arduino Pro Micro, ktorý ich potom posiela cez USB kábel do PC. Na to emuluje klávesnicu, takže údaje sa potom vložia do otvorenej aplikácie, v mojom prípade do Excelu. Za údajmi nasledujú znaky, ktoré spôsobia, že kurzor klesne na nasledujúci riadok. Pekné na tom je, že to môžete zmeniť tak, aby ste robili čokoľvek, čo potrebujete, ak potrebujete zadávať údaje do vlastného softvéru. Prijímač potom pošle požiadavku na HM-10 na vysielači, aby zablikala modrou stranou diódy LED, aby operátorovi oznámila, že údaje boli úspešne prijaté. Modul prijímača tiež odstráni znaky z prichádzajúceho dátového toku spojeného s diaľkovým ovládaním HM-10 na prijímači.

Nabíjanie vysielača sa vykonáva nabíjaním micro USB alebo káblom zapojeným do zásuvky USB na vysielači, dióda LED na prijímači bude počas nabíjania svietiť červeno a po dokončení nabíjania sa vypne.

Spracovanie, ktoré je možné vykonať neskôr, je k dispozícii aj na zaistenie toho, že všetky hodnoty sú v metrických alebo štandardných jednotkách, alebo na varovanie, ak ste omylom stlačili tlačidlo +/-, pričom všetky merania budú negatívne. Môžete dokonca skontrolovať napätie batérie vysielača.

Krok 2: Príprava:

Okrem materiálov uvedených v tomto návode na obsluhu existuje ešte niekoľko ďalších položiek na konfiguráciu a programovanie modulov Bluetooth a mikrokontrolérov HM-10. Na konfiguráciu modulov Bluetooth budete potrebovať sériový adaptér UART USB to TTL UART, Arduino, ktoré bude slúžiť ako programátor pre mikrokontrolér ATTiny85 (alebo podobný programátor, ktorý môže pracovať s Arduino IDE) a samozrejme prepojovacie vodiče na konfiguráciu a programovanie. ATTiny85 v tomto návode bol naprogramovaný pomocou klonu Arduino Nano a 10 uf elektrolytického kondenzátora zapojeného medzi piny RST a GND. Ďalší hardvér bude fungovať, ak ho máte, ale možno budete musieť preskúmať zmeny v postupe, ktoré sú na to potrebné. Tento návod predpokladá, že ste sa zoznámili s IDE Arduino a trochu vám vyhovuje, v opačnom prípade je potrebná spoločnosť Google a určitá trpezlivosť.

Pred konfiguráciou modulov Bluetooth by bolo dobré prečítať si návod BLE Martyn Currey na adrese https://www.martyncurrey.com/hm-10-bluetooth-4ble-modules/ Tento článok obsahuje informácie o tom, ako rozpoznať skutočné moduly. z falzifikátov, nastavte párovanie, role, režimy a informácie o aktualizácii firmvéru pre moduly HM-10 použité v tomto návode.

Dávajte si pozor na falošné HM-10 na trhu. Odkaz v kusovníku poskytnutý v tomto návode je na skutočné (alebo aspoň tie, na ktorých je reálny firmvér, keď som ich kúpil minulú jeseň). Získanie falošných nie je riešením, ale ak skončíte s falzifikátmi, bude potrebné vykonať niekoľko ďalších krokov, aby boli funkčné podľa pokynov pre Instructable, pretože pred správnou konfiguráciou musia mať skutočný firmvér. Ak narazíte na falošný, môžete naň nahrať skutočný firmvér pomocou nasledujúceho tutoriálu https://www.youtube.com/embed/ez3491-v8Og Existujú aj ďalšie návody, ako flashovať firmvér HM-10 na CC2541. moduly (falzifikáty). Fotografie v tomto návode ukazujú falošné moduly, ktoré som pri vytváraní tohto rozhrania musel flashovať firmvérom HM-10 (toto je tretí, ktorý som postavil). Skutočné sú asi 6 dolárov za pár a falošné sú 3 doláre za pár, za získanie tých skutočných stoja ďalšie 3 doláre. Dôrazne vám odporúčam, aby ste si kúpili skutočné moduly HM-10!

Pre mikrokontrolér Sparkfun Arduino Pro Micro a ATTiny85 použitý v tomto návode je potrebných niekoľko definícií, ktoré nie sú predvolene zahrnuté v IDE Arduino.

Podporu pre tieto časti môžete do Arduino IDE pridať pridaním nasledujúcich odkazov do správcu dosiek.

Pre ATTiny85:

raw.githubusercontent.com/damellis/attiny/ide-1.6.x-boards-manager/package_damellis_attiny_index.json

Pre Sparkfun Arduino Pro Micro:

raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

Tieto dva záznamy oddeľte čiarkou, ako je znázornené na obrázku.

Budete tiež potrebovať špeciálnu malú sériovú knižnicu malého rozmeru pre modul vysielača:

Seriál SendOnlySoftware:

Krok 3: DOSKA

Dosku, ktorú som navrhol pre tento Instructable, je možné objednať na JLCPCB alebo na inom serveri, ako napríklad Seedstudio ect, ak používate súbory gerber pripojené k tomuto Instructable. Navrhol som to pomocou easyeda.com. Tu je odkaz na nástenku na easyeda. https://easyeda.com/MrFixIt87/mitutoyo-bluematic-spc-smt-mcp73831 Ak bude dostatočný záujem, možno si nechám vyrobiť niekoľko DPS a predám ich lacno na ebay.

Táto doska musí byť rozrezaná na dve samostatné dosky (jedna pre vysielač a druhá pre prijímač). Rezy budú nasledovať biele obrysy v strede DPS na obrázku nad a v jednom rohu dosky vysielača. Tieto rezy budú nasledovať červené čiary nakreslené na obrázku PCB vyššie. Pri rezaní dosiek buďte opatrní, najmä v zárezoch v rohoch dosky vysielača. Tieto rezy sa veľmi približujú stopám na doske. Tu príde vhod súbor jemných súborov.

Väčšinu komponentov je možné objednať u spoločnosti Digi-Key alebo Mouser atď., Čísla dielov Digi-Key sú súčasťou kusovníka položiek, ktoré majú. Niektoré z položiek, ktoré som kúpil na eBay, Amazon alebo AliExpress. Do kusovníka som podľa potreby zahrnul odkazy na položky na týchto stránkach.

Súbor BOM.pdf je najľahšie čitateľný a adresy URL sú odkazy, na ktoré je možné kliknúť.

Krok 4: Konfigurácia modulu HM-10, programovanie Arduino Pro Micro

Je dobré získať moduly HM-10 pred čímkoľvek iným a uistiť sa, že sú správne nakonfigurované a fungujú ako pár, pretože na trhu je veľa falošných a na inštaláciu skutočných vyžaduje niekoľko ďalších krokov. firmvér na falošných. Iba skutočný firmvér HM-10 umožňuje prijímaču diaľkovo blikať LED na vysielači po stlačení tlačidla „dáta“. Aktualizáciu firmvéru vykonávajte až po verzii 6.05.

Na to je veľmi užitočný návod Martyna Curreyho. Ak sa ním budete riadiť, nebudete mať žiadne problémy. Uistite sa, že pre tento krok získate aj holé kastrované moduly, ako je ten na pravej strane na obrázku. V prípade potreby ich spájkujte s plošnými spojmi, aby ste mohli pomôcť pri pripájaní dočasných vodičov na konfiguráciu. Nepájkujte žiadne ďalšie súčiastky na žiadnu dosku plošných spojov, kým nemáte pár pracovných modulov BLE. Je potrebné spájkovať iba kolíky 1, 2, 12-15, 21-25.

Na Tx PCB bude HM-10 potrebovať nasledujúcu konfiguráciu:

Párovanie: spárujte s iným HM-10 (pomocou sériového monitora otestujte tok údajov medzi modulmi, keď je pripojený)

Úloha: periférna

Režim: 2

Na Rx PCB bude HM-10 potrebovať nasledujúcu konfiguráciu:

Párovanie: Musí sa spárovať s vyššie uvedeným periférnym HM-10

Úloha: centrálna

Režim: (žiadny, režim majú iba periférne zariadenia)

Naprogramujte Arduino pro micro pomocou náčrtu s názvom Mitutoyo_Keyboard … vyššie. Pri nahrávaní na dosku sa uistite, že ste vybrali správcu dosky Arduino IDE v 3,3 V 8 MHz verzii Arduino Pro micro. Tiež sa uistite, že máte nainštalované všetky odkazované knižnice. Použil som Sparkfun verziu pro micro (červenú), ale klony sú k dispozícii na ebay, ktoré budú tiež fungovať, uistite sa, že dostanete dosku 3,3 V 8 MHz s mikrokontrolérom Atmel 32U4 a NIE ATMega328P. Získajte tiež modrý, ktorý vyzerá ako červený Sparkfun v tomto návode, a nie čierny, čierne sú príliš široké na to, aby zodpovedali vzoru otvorov na doske plošných spojov).

Krok 5: Zostavenie komponentu, osadenie DPS do skriniek

Pre Tx PCB spájkujte ostatné komponenty na PCB. Je dobré najskôr spájkovať konektor USB na doske BLE Tx pred ostatnými komponentmi v tejto oblasti. Mohlo by byť dobré spájať hlavičku ICSP na dosku BLE Tx ako poslednú. Všimnite si toho, ako sú zvody na dvojfarebných diódach LED „zložené“, pôvodne išlo o to, aby to prešlo bočnou stranou krytu, ale neskôr som sa rozhodol použiť priesvitný kryt, aby sa dióda LED nemusela vytáčať. hoci diera pri montáži. Má tiež pekný efekt, keď po prenose merania bliká modrá strana diódy LED. Pre dvojfarebnú LED je najkratší vodič modrý, stred je spoločná anóda.

V tomto čase zmerajte umiestnenie prepínača, konektora USB a vytvorte otvory v kryte pre tieto položky. Zistil som, že je najlepšie viesť dátový kábel z ľavej strany (ako na obrázku) krabice (otvor 0,25 palca so stredom na šírku a výšku krytu). Starostlivo otestujte, či je doska plošných spojov prispôsobená a upravte veľkosť diery, kým sa vypínač voľne nepohybuje a konektor USB nezapadne do otvoru. Nainštalujte 2 skrutky č. 2, ktoré držia DPS na mieste (ak však bude dobre priliehať, DPS bude v každom prípade v zajatí a skutočne nebude potrebovať skrutky).

Na doske Rx PCB spájajte Arduino pro micro na dosku pomocou dvoch 7 -kolíkových konektorov. Upravte otvor na strane USB konektora v skrinke Rx PCB tak, aby PCB pevne sedela na vnútornej strane skrinky. Na obrázku tejto zostavy si všimnite, že dióda LED siaha od dosky. Toto má pevne lokalizovať DPS v krabici a funguje celkom dobre s menšou priechodkou. Starostlivo nastavte dĺžku LED diódy tak, aby po montáži dobre sedela. Doska plošných spojov je označená červenou a modrou farbou, kratší vodič na dióde LED je modrý vodič, stred je spoločná anóda. Zacvaknite kryt na kryte Rx, je hotovo.

Krok 6: Naprogramujte ATTiny85, spájkovanie v údajových kábloch, pripojte batériu

Teraz je čas na programovanie ATTiny85. Použil som klon Arduino Nano, na ktorom je spustený príklad náčrtu Arduino ISP. Nano vyžaduje na programovanie 10uf elektrolytický kondenzátor nainštalovaný medzi GND a RST (- viesť k GND). Podrobnosti o zapojení pinov sú v náčrte Arduino ISP. Hlavička ICSP na doske plošných spojov v tomto projekte má vzorové názvy pinov, takže spojenia by mali byť priame.

Pri nahrávaní do ATTiny85 skontrolujte, či máte v správcovi dosky vybraté možnosti ATTiny85, 8kB flash a interné 8MHz hodiny, ako je znázornené na obrázku.

Akonáhle to urobíte, nainštalujte veľkú priechodku. Odrežte dátový kábel asi 8 „–10“od konca prístroja a odstráňte vonkajší plášť, ktorý odhalí niekoľko palcov vnútorných drôtov. Ponechajte tienené pramene asi 1/2 palca od pruhovaného krytu, ako je to znázornené. Tienenie dátového kábla som prepájal k prepínaču, aby získal silu proti vyťahovaniu pri použití, aj keď v doske plošných spojov je aj veľký otvor, pretože sú na to určené ak chcete ísť touto cestou. Spájkujte jednotlivé vodiče na DPS podľa obrázku, farby dátových vodičov sú na PCB v príslušných otvoroch hodvábne tienené.

Pripojte batériu podľa obrázku, dávajte pozor na polaritu, pretože pri obrátení sa v krátkom čase spáli nabíjací/manažérsky čip LiPo na doske (nepýtajte sa, ako viem …)

Krok 7: Test, použitie, ponuka pokročilých funkcií

Teraz nainštalujte kryt. Hotovo!

Všetky 4 jednotky, ktoré som doteraz postavil, majú suchý zips na pripevnenie vysielača k nástroju a prijímača k hornej časti veka prenosného počítača. V praxi to funguje veľmi dobre. Nainštalujte fuzzy (slučku) stranu so suchým zipsom na hornú časť veka prenosného počítača, hrubú (háčikovú) stranu na puzdro prijímača. Nainštalujte fuzzy (slučkovú) stranu na puzdro vysielača a hrubú (háčikovú) stranu na zadnú stranu strmeňa alebo indikátora. Takto to umožní uložiť vysielač a prijímač dohromady, keď sa nepoužíva, a tiež má mäkkú fuzzy stranu na veku prenosného počítača.

Nabíjanie batérie vyskúšajte pripojením kábla micro USB ku konektoru USB na module Tx, ak batéria nie je úplne nabitá, kontrolka LED by mala svietiť červeno. LiPo je niekedy tak blízko úplne nabitému, že ho integrovaný obvod nabíjačky nenabije, takže sa nemusíte báť, ak sa LED dióda pôvodne nerozsvieti.

Teraz môžete dátový kábel pripojiť k posuvnému meradlu alebo indikátoru (čokoľvek, čo zodpovedá typu použitého kábla).

Pripojte koniec Rx k dátovému káblu micro USB (musí to byť dátový kábel, nielen nabíjací kábel) a k portu USB na počítači. Možno bude potrebné nainštalovať ovládač, ktorý mu umožní fungovať ako klávesnica, ale malo by to byť automatické. Zapnite modul Tx pomocou prepínača. LED dióda na module Rx by mala niekoľko sekúnd blikať a potom zostať svietiť, keď sa vytvorí spojenie.

Otestujte stlačením dátového tlačidla na kábli spájajúcom strmeň s modulom vysielača. Meranie by ste mali vidieť na obrazovke počítača. Arduino Pro Micro funguje ako klávesnica HID a bude vkladať prichádzajúce merania priamo tam, kde je kurzor na vašom počítači.

Programovanie v module vysielača poskytuje možnosti. Do tejto ponuky sa dostanete po meraní 0 päťkrát za sebou. Keď ste v režime ponuky, na výber možnosti ponuky zmerajte zápornú hodnotu začínajúcu číslom možnosti v ponuke, napríklad aby ste automaticky previedli všetky merania na metrické hodnoty, zmerajte zápornú hodnotu s hodnotou 1 ako prvou nenulovou číslicou. (Napríklad -1,1 mm alebo -0,1 palca). Ak sa chcete vrátiť do normálneho režimu, zmerajte päťkrát 0 a potom zmerajte zápornú hodnotu, ktorá začína na 3 ako prvú nenulovú číslicu). Je naprogramovaný týmto spôsobom, aby sa zabránilo neúmyselnej konfigurácii možností. Ak v režime menu meranie 0 alebo akákoľvek kladná hodnota automaticky zruší režim ponuky a vráti sa do normálneho režimu.

Možnosti ponuky sú:

1. Automaticky prevádzať všetky merania na metrické jednotky (v prípade potreby)
2. Automaticky previesť všetky merania na štandardné jednotky (v prípade potreby)
3. Zrušte automatickú konverziu jednotiek
4. Odmietnuť negatívne merania (vytlačí sa varovná správa)
5. Zrušte odmietnutie negatívnych meraní
6. Zmerajte a vytlačte napätie batérie vysielača (nie je zdokumentované v ponuke)

Pri vstupe do režimu ponuky sa v hornej časti vytlačia všetky platné možnosti ako pripomienka platných možností. Všetky možnosti sú uložené v pamäti EEPROM a zostanú zachované aj po vypnutí jednotky alebo vybití batérie. Životnosť batérie jednotiek, ktoré som postavil, je asi 45 hodín nepretržitého používania a nabitie trvá približne 3 hodiny, kým sa úplne vybije.

Nedokumentovanou funkciou je vstup do režimu ponuky (päťkrát 0) a potom zmerajte zápornú hodnotu začínajúcu na 6 ako prvú nenulovú číslicu, čo spôsobí, že zmeria a vytlačí aktuálne napätie batérie, ako je znázornené na priloženom videu.

Moja skúsenosť s 3 jednotkami, ktoré som postavil, je, že dosah je až 50 stôp v otvorenom obchodnom prostredí.

Krok 8: Záverečné myšlienky - potenciálne úpravy / nové funkcie / hackovateľnosť

Aj keď v tomto mieste budete mať dokonale použiteľné rozhranie, ktoré je možné použiť s miliónmi zariadení na svete, nie je to zďaleka dokončené v tom zmysle, že sa už nedá nič robiť. Jednou zo sladkých vecí na tomto prístupe pred kúpou Mitutoyo U-Wave je, že teraz máte zariadenie, ktoré je možné mnohými spôsobmi prispôsobiť.

Ak vaše zariadenie používa iný kábel, na pripojenie k vysielaču môžete použiť iné káble Mitutoyo namiesto toho, ktorý som použil pre tento návod. Farby vnútorných vodičov a signálov by mali byť na všetkých kábloch Mitutoyo rovnaké. Majte na pamäti, že kábel bude potrebovať dátové tlačidlo na spustenie merania alebo by boli navrhnuté iné prostriedky na spustenie merania. Žiadosť o meranie je možné odoslať na meradlo krátkym prepojením dvojice zeleno/bielych vodičov so zemou (modrý vodič v kábli meradla). To sa dá dosiahnuť inštaláciou spínača alebo 1/8 zvukového konektora do skrinky vysielača pripojeného k týmto vodičom a prepojením externého spínača cez neho. Ak máte v zariadení namontovaný indikátor alebo sa nepotrebujete dotýkať meradla, audio jack prístup by bol ideálny.

Ak všetko, čo potrebujete, sú sériové údaje (RS232 TTL, SPI, I2C atď.), Ktoré je možné dosiahnuť zmenami kódu na prijímači a pripojením priamo k pinom na Pro Micro, ktoré sa rozhodnete použiť na výstup údajov.

Diaľkové ovládanie: Ďalšou zaujímavou možnosťou by bolo pripojiť tranzistor medzi zeleno/biely pár a modrú zem z meradla s bránou pripojenou k pinu 26. HM-10. Potom na koniec prijímača pripojte 38kHz IR diaľkový detektor s výstupný kolík do prijímača Arduino Pro Micro pin 7. potom upravte kód na tomto mikrokontroléri, aby vyhľadal konkrétne príkazy z akéhokoľvek infračerveného diaľkového ovládača a potom spustite tranzistor nainštalovaný vo vysielači prostredníctvom diaľkového volania AT+PI031 / AT+PI030 podobného spôsob, akým teraz bliká modrá LED na vysielači. To by dávalo možnosť spustiť čítanie zo vzdialeného miesta, čo by za určitých okolností mohlo byť veľmi praktické. Môžem navrhnúť ďalší PCB s touto vstavanou funkciou.

Som si istý, že existuje mnoho ďalších funkcií, ktoré sú možné. Napíšte do komentárov návrhy, nápady a nápady.

Teraz je k dispozícii komerčné bezdrôtové zariadenie pre dátovú komunikáciu od Mitutoyo, ale keď som skontroloval, jeho cena bola asi 800 dolárov za systém. Celkové náklady na stavbu tohto zariadenia sú asi 100 dolárov a môžu byť nižšie, najmä ak používate Arduino Pro Micro alebo máte na pripojenie k meradlu položený dátový kábel Mitutoyo, pretože to sú dve najnákladnejšie položky v BOM. Vážne pochybujem, že Mitutoyo U-Wave je možné hacknúť a pridať funkcie, ako je táto.

Dúfam, že sa vám tento Instructable páčil, je to môj prvý!

Zanechajte prosím komentáre, otázky, spätnú väzbu, nápady a návrhy! Ak sa vám páči, hlasujte zaň v súťaži o PCB! Vďaka!!!!

Druhé miesto v súťaži o PCB