DIGITAL MULTIFUNKTIONSMÅLEVÆRKTØJ: 21 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Fusion 360 -projekter »

Hej allesammen. Jeg havde altid ønsket mig en enhed, der ville hjælpe mig med at udjævne min 3D -printer seng og en anden enhed, der ville hjælpe mig med at få en omtrentlig længde af en buet overflade, så jeg let kunne skære den rigtige længde af klistermærket ud på den overflade og og dermed forhindre spild. Så jeg tænkte, hvorfor ikke kombinere begge ideer og lave en enkelt gadget, der kan begge dele. Endelig endte jeg med at bygge en enhed, der ikke kun kan måle buede linjer og overfladeniveau, men også kan måle lige linjeafstande og vinkel på en linje. Så dybest set fungerer denne gadget som et alt i et digitalt niveau+lineal+vinkelmåler+rulle-mål. Enheden er lille nok til at passe ind i en lomme, og dens batterier kan let genoplades ved hjælp af en telefonoplader.

Denne enhed bruger et accelerometer og en gyroskopsensor til nøjagtigt at måle overfladens niveau og vinkel, en skarp IR-sensor til at måle den lineære længde på en berøringsfri måde og en encoder med et hjul, der kan rulles over en buet overflade eller en buet linje til få sin længde.

Navigation gennem enhedens tilstande og funktioner udføres ved hjælp af 3 berøringsknapper markeret som M (tilstand), U (enhed) og 0 (nul)

M - At vælge mellem forskellige typer målinger

U - For at vælge mellem enhederne mm, cm, tommer og meter

0 - For at nulstille måleværdierne til 0 efter måling af en afstand eller vinkel.

Grunden til at bruge berøringsknapper er at forsigtigt navigere gennem tilstande og enheder uden at forstyrre enhedens position under måling.

Enheden har en neodymiummagnet indlejret i basen, så den ikke glider eller glider af den metaloverflade, der måles.

Kabinettet er designet til at gøre enheden så kompakt som muligt og også let at udskrive i 3D.

Trin 1: KRAVEDE KOMPONENTER OG MODULER

Komponenterne blev valgt under hensyntagen til, at denne enhed er bygget til at passe ind i en lomme. Så den mindste af displayet, batteriet og sensorer, som jeg kunne finde, blev brugt.

1. 3d -trykt sag

2. Sharp GP2Y0A41SK0F IR afstandssensor X 1 (Aliexpress)

3. MPU6050 accelerometer/gyroskopmodul X 1 (Aliexpress)

4. Boost+opladningsmodul X 1 (Aliexpress)

5. Grove Mouse encoder X 1 (Aliexpress)

6. 128 X 32 OLED -skærm 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 touch -knap modul X 3 (Aliexpress)

11. 20x10x2mm neodymmagnet X 1 (Aliexpress)

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

13. Emaljeret kobbertråd (Aliexpress)

14. 10K modstande X 2

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

16. 3 mm led X 1

17. Enhver vinylklistermærke (Aliexpress)

18. Micro USB -kabel

MPU6050

MPU6050 er en mems -enhed, der består af et 3 -akset accelerometer og et 3 -akset gyroskop i det. Dette hjælper os med at måle acceleration, hastighed, orientering og forskydning. Dette er en I2C -baseret enhed, der kører på 3.3 til 5v. I dette projekt bruges MPU6050 til at måle, om en overflade er plan eller ej og også til at måle vinklen på en linje.

GROVE MOUSE ENCODER

Dette er en mekanisk inkrementel roterende encoder med feedbackdata for rotationsretning og rotationshastighed. Jeg brugte denne encoder, fordi den var den mindste encoder, jeg kunne finde, og programmeringsdelen af den var også let. Denne encoder har 24 trin pr. Rotation. Ved hjælp af dette kan vi beregne afstanden, der bevæges af hjulet på encoderen, hvis hjuldiameteren er kendt. Beregninger om, hvordan man gør dette, diskuteres i de senere trin i denne instruktive. Dette projekt bruger encoderen til at måle buede liniers afstande.

SHARP GP2Y0A41SK0F IR DISTANCE MODUL

Dette er en analog sensor, der giver en variabel spænding som output baseret på objektets afstand fra sensoren. I modsætning til andre IR -moduler påvirker farven på det objekt, der detekteres, ikke sensorens output. Der er mange versioner af skarpe sensorer, men den vi bruger har en rækkevidde på 4 - 30 cm. Sensoren driver en spænding mellem 4,5 til 5,5 volt og trækker kun 12 mA strøm. De røde (+) og sorte (-) ledninger er strømkablerne, og den tredje ledning (enten hvid eller gul) er den analoge udgangskablet. Sensoren bruges i dette projekt til at måle lineære afstande uden kontakt.

Trin 2: KRÆVET VÆRKTØJ

1. En saks

2. Kasseskærere eller andre superskarpe knive

3. pincet

4. Varm limpistol

5. Øjeblikklim (som superlim)

6. Gummibaseret klæbemiddel (som en fevi -binding)

7. Loddejern og bly

8. laserskærer

9. 3D -printer

10. Et roterende værktøj med skivebor

11. Trådskærere

12. Sandpapir

Trin 3: STL -filer til 3D -udskrivning

Etuiet til denne enhed er designet i Autodesk Fusion 360 -software. Der er 3 stykker. STL -filerne for disse stykker er angivet nedenfor.

"LID" - og "wheel" -filerne kan udskrives uden understøttelser, mens "BODY" -fil har brug for support. Jeg printede disse i 0,2 mm laghøjde ved 100% udfyldning ved hjælp af grøn PLA. Den anvendte printer er en TEVO tarantula.

Trin 4: DÆKNING AF KASSET MED VINYL

1. Brug fint sandpapir til at udjævne alle de ydre overflader af de 3D -trykte stykker, så vinylklistermærket sidder let fast.

2. Brug en våd klud til at slippe af med alle de fine partikler, der kan blive tilbage på overfladerne efter slibning.

3. Når overfladen er tørret, påføres vinylmærkaten på overfladen. Sørg for, at der ikke er fangede luftbobler.

4. Brug en saks til at klippe det overskydende klistermærke af rundt om kanterne.

5. Påfør nu klistermærket rundt om siderne af kabinettet og trim det overskydende.

6. Brug en boxcutter eller andre barbermaskiner til at skære hullerne til OLED -displayet, ladeporten, encoderhjulet og den skarpe IR -sensor ud.

ADVARSEL: VÆR meget omhyggelig med skarpe knive og værktøjer

Trin 5: CIRCUIT DIAGRAMS

PROGRAMMERING AF PRO MINI

I modsætning til Arduino nano kan pro mini ikke programmeres direkte ved at tilslutte et USB-kabel, da den ikke har en indbygget USB til seriel TTL-konverter. Derfor skal vi først tilslutte en ekstern USB til seriel konverter til pro mini for at programmere den. Det første billede viser, hvordan disse forbindelser skal laves.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

KOMPLET CIRCUIT -DIAGRAM

Det andet billede viser det komplette kredsløbsdiagram for dette projekt.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (MODE)

D5 - I/O (ENHED)

D6 - I/O (NUL)

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 AF ALLE MODULER OG SENSORER OG BOOST -MODUL

VCC - + OF BOOST MODULE USB PORT

B + - BATTERI +

B- - BATTERI -

Det tredje billede blev taget, mens jeg lavede koden. Dette er en midlertidig opsætning, der blev lavet til test af koden, modulerne og kredsløbet. Det er valgfrit for jer at prøve

Trin 6: INSÆTNING AF MAGNETEN

1. Påfør øjeblikkelig lim i hulrummet til magneten under opladningsportens hul.

2. Placer magneten i hulrummet, og hold den nede, indtil limen tørrer ved hjælp af noget ikke-magnetisk.

Magneten hjælper med at forhindre enheden i at glide af eller bevæge sig, når den bruges på en metaloverflade.

Trin 7: FORMING AF SENSORERNE

For at gøre enheden så lille som muligt blev monteringsbeslagene på den skarpe IR -sensor og encoderen afskåret ved hjælp af et roterende værktøj med skæreskive.

Trin 8: PLACERING AF OLED -DISPLAYET

1. Marker pin -navnene på bagsiden af OLED -displayet, så forbindelser kan foretages korrekt senere.

2. Placer OLED -displayet i den korrekte position som vist på det andet billede. Åbningen til displayet er designet sådan, at displayet en smule kommer ind i væggene. Dette sikrer, at displayet er i den korrekte position og retning og ikke bevæger sig let.

3. Varm lim påføres forsigtigt omkring displayet. Varm lim foretrækkes, fordi det på en måde fungerer som en støddæmper til displayet og ikke belaster displayet, når det påføres.

Trin 9: MONTERING AF BERØRINGSKNAPPERNE OG MPU6050

1. Der bruges et gummibaseret klæbemiddel.

2. Limen påføres på begge overflader.

3. Sørg for, at alle loddepunkter vender mod den åbne side af kabinettet, og placer modulerne på deres tildelte steder som vist på billederne.

4. Hold forsigtigt modulet og kabinettet presset sammen i mindst 2 minutter, efter at de er klæbet sammen.

Trin 10: BOOST+OPLADNINGSMODUL

Dette er et modul, som jeg tog ud af en billig enkeltcellet powerbank. Dette modul har både batteribeskyttelseskredsløb samt en 5v, 1 amp boost -konverter. Det har også en ON/OFF -trykknap, der kan bruges som afbryder til hele projektet. Den kvindelige USB -port på modulet blev fjernet ved hjælp af et loddejern, og to ledninger blev loddet til +5v og jordterminalerne som vist på det 4. billede.

Lod 2 to hovedstifter til B+ og B- som vist på de to første billeder, og kontroller derefter, om modulet fungerer med batterierne.

Påfør øjeblikkelig lim på den platform, der følger med modulet, og anbring modulet forsigtigt, og sørg for, at opladningsporten og åbningen, der sørger for det, er justeret perfekt.

Trin 11: PLACERING AF BATTERIET OG SKARP IR -SENSOR

1. Belægningen af den emaljerede kobbertråd fjernes ved at opvarme trådens spids ved hjælp af loddejernet eller en lighter, indtil isoleringen smelter af. Ledningerne loddes derefter omhyggeligt til OLED -displayet. Dette gøres nu, fordi det kan være svært at gøre det samme, efter at batterierne er placeret.

2. Batteriet glides under boostmodulets platform på en sådan måde, at dets ledningsstik vender i retning af OLED -displayet som det ses på det tredje billede.

3. Den skarpe IR -sensor indsættes i den medfølgende slot.

Trin 12: MONTERING AF ARDUINO OG BUZZER

1. USB til seriel konverter er loddet til Arduino i henhold til det medfølgende kredsløbsdiagram.

2. Varm lim bruges til at holde Arduino til midten af kabinettet over batterierne.

3. Ledninger loddes til summerterminalerne, og derefter skubbes summeren ind i det cirkulære hulrum på huset, der er tilvejebragt til det, som det ses på det 7. billede.

Trin 13: KODER

1. Pulsgiverens terminaler rengøres med et blad.

2. Modstandene er loddet til encoderen.

3. Kobbertrådene er loddet i henhold til kredsløbsdiagrammet.

4. Stålakslen indsættes i det 3D -trykte hjul. Hvis hjulet er for løst, skal det fastgøres med øjeblikkelig lim.

5. Indsæt akselhjulsopsætningen i encoderen. Igen, hvis det er løst, skal du bruge øjeblikkelig lim. Men denne gang skal du være meget forsigtig med ikke at lade lim komme ind i encoder -mekanismerne.

6. Placer encoderen inde i kabinettet, så hjulene stikker ud gennem den medfølgende åbning, og sørg også for, at den drejer frit.

7. Brug varm lim til at fastgøre encoderen på plads.

Trin 14: KOBLING OG SÆLGNING

1. Kredsløbskablerne udføres i henhold til kredsløbsdiagrammet, der blev givet i "CIRCUIT DIAGRAM" -trinet tidligere.

2. Alle +sensorer og modulers ledninger til +ve og -ve er forbundet parallelt med strømkilden.

3. Sørg for, at ingen af ledningerne blokerer visningen af IR -modulet eller vikler sig sammen med encoderhjulet.

Trin 15: KODING

1. Download kode og biblioteker nedenfor.

2. Udpak biblioteksmapperne. Kopier disse mapper til mappen "biblioteker" i "Arduino" -mappen, der findes inde i "Mine dokumenter" på din computer (hvis du er en Windows -bruger).

3. Åbn den angivne kode ("filal_code") i Arduino IDE og upload den til Arduino.

Trin 16: KALIBRERING AF MPU6050

Da MPU6050 accelerometer/gyroskopmodulet lige var limet til kabinettet, er det muligvis ikke helt plant. Derfor følges følgende trin for at rette denne nulfejl.

TRIN 1: Tilslut enheden til din computer, og anbring den på en overflade, som du allerede ved er helt plan (eksempel: et flisegulv)

TRIN 2: Gå til "LEVEL" -tilstand på enheden ved at trykke på "M" -knappen og noter X- og Y -værdierne.

TRIN 3: Tildel disse værdier til variablerne "calibx" og "caliby" i koden.

TRIN 4: Upload programmet igen.

Trin 17: BEREGNING AF AFSTAND, DER flyttes pr. Trin i indkoderen

Antal trin pr. Rotation af encoderakslen, N = 24 trin

Hjulets diameter, D = 12,7 mm

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

Derfor flyttes afstand pr. Trin = C/N = 39.898/24 = 1.6625 mm

Hvis I bruger et hjul eller en encoder med en anden diameter med et andet trinantal, skal De finde den flyttede afstand pr. Mm ved at erstatte dine værdier i ovenstående formel, og når du finder opløsningen, skal du indtaste denne værdi i formlen inden for koden som vist i billedet.

Kompilér og upload koden til Arduino igen.

Når kalibreringen af encoderen er udført, og det modificerede program er uploadet, kan du desolde og fjerne USB til serielt TTL -konvertermodul fra Arduino Pro Mini.

Trin 18: TEST AF ALT, FØR LUKKET SLUTES

Ting at teste:

1. Hvis opladeren let kan sættes i porten, og hvis batterierne oplades korrekt.

2. Tænd/sluk -knappen fungerer eller ej.

3. OLED viser alt i den korrekte retning og position med den rigtige afstand.

4. Berøringsknapperne fungerer alle korrekt og er korrekt mærket.

5. Hvis encoderen angiver afstandsværdierne, når den drejes.

6. MPU6050- og SHARP IR -modulerne fungerer og giver de korrekte aflæsninger.

7. summeren lyder.

8. Sørg for, at intet indeni opvarmes, når den tændes. Hvis der opstår opvarmning, betyder det, at ledningen er forkert et eller andet sted.

9. Sørg for, at alt er fastgjort på plads og ikke bevæger sig rundt i kabinettet.

Trin 19: PLACERING AF PUSH -KNAPFORLÆNGEREN OG BINDNING AF SAGEN

BRUG AF EN LED FOR AT FORLÆNGE PUSH -KNAPPAKSELET

Akslen på trykknappen på opladningsmodulet er for kort til at komme ud gennem åbningen på kabinettet. Så et 3 mm LED -hoved bruges som forlænger.

1. Benene på lysdioderne skæres af ved hjælp af en trådskærer.

2. Den flade side af LED'en er gjort glat og plan ved hjælp af sandpapir. Hvis LED'en er for lille til at håndtere i hånden, skal du bruge en pincet.

3. Placer LED -hovedet i det medfølgende hul på låget, som vist på billedet. Sørg for, at LED'en ikke er stram, da den skal glide ind og ud, når der trykkes på knappen

Binding af sagen

1. Påfør gummibaserede klæbemidler (jeg brugte Fevi Bond) forsigtigt langs kanten på både kroppen og hætten.

2. Vent i 5 til 10 minutter, til limen tørrer lidt, og tryk derefter begge halvdele sammen. Sørg for, at den frie ende af stålakslen på encoderhjulet går ind i hullet til dækslet.

3. Brug en tung belastning (jeg brugte et UPS -batteri) til at holde begge stykker trykket, mens limen tørrer.

Et gummibaseret klæbemiddel blev anbefalet her, fordi hvis huset i fremtiden skal åbnes for udskiftning af batterier eller omprogrammering, kan det let gøres ved at køre et skarpt blad eller en kniv langs leddet.

Trin 20: MÆRKNING AF RØRKNAPPERNE

Mærkningen udføres for let at identificere berøringsknappens positioner og funktioner.

Alfabeterne blev skåret ud af et hvidt klistermærke med min hjemmelavede laserskærer.

De afskårne stykker blev fjernet fra hovedarket ved hjælp af en pincet og derefter påført enheden i den korrekte position og retning.

Maksimal alfabethøjde: 8 mm

Maks. Alfabetbredde: 10 mm

ADVARSEL: BÆR LASERBLOKERENDE SIKKERHEDSGLASSE, NÅR DU ARBEJDER MED EN LASERGRAVER ELLER SKÆRER

Trin 21: RESULTATER

Enheden er endelig færdig. Hvis du er i tvivl eller har forslag til projektet, så lad mig det vide gennem kommentarerne.

TAK SKAL DU HAVE

Første præmie i Pocket Sized Contest