Trådløs Bluetooth -grænseflade til Mitutoyo -kalipre og indikatorer: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Der er millioner af Mitutoyo Digimatic -kalipre, mikrometer, indikatorer og andre enheder i verden i dag. Mange mennesker som mig bruger disse enheder til at indsamle data direkte til en pc. Dette eliminerer at skulle logge og indtaste nogle gange hundredvis af værdier, men giver også nogle problemer i forbindelse med at have en bærbar computer i butikken, hvor bærbare computere kan blive tabt eller på anden måde blive beskadiget. Dette gælder især, hvis målingerne foretages på store dele eller i situationer, hvor standard Mitutoyo -datakablet bare ikke er længe nok.

For et par år siden byggede jeg en lignende enhed baseret på HC-05 Bluetooth-moduler og nogle Arduino-microcontroller-tavler, der ville give mig mulighed for at efterlade den bærbare computer sikkert på et bord og vandre op til 50 fod ved at tage målinger. Denne enhed fungerede godt, men havde flere problemer. Der var ingen indikation af, hvornår senderbatteriet var fuldt opladet, ingen indikation af status for Bluetooth -forbindelse og indikation af en vellykket datatransmission. Det var også stort og klodset og lignede bogstaveligt talt et videnskabeligt projekt! Selv med disse begrænsninger foretrak han andre fyre i butikken at bruge det frem for Mitutoyo USB -datakabel.

Dette projekt overvinder begrænsningerne ved den gamle enhed, tilføjer flere funktioner og er lidt mere professionelt alt for mindre end $ 100.

Trin 1: Sådan fungerer det:

Interfacet består af to dele, en sender og en modtager. Tilslut senderen til måleren ved hjælp af datakablet, der er permanent tilsluttet den, og tilslut modtageren til en pc ved hjælp af et mikro -USB -datakabel.

På senderen tændes den ved at skubbe kontakten mod kabelenden. På modtagerenden blinker den blå LED i første omgang, hvilket indikerer, at der ikke er nogen forbindelse. Når der er oprettet forbindelse, vil LED'en stoppe med at blinke og være tændt kontinuerligt. Senderen og modtageren er nu tilsluttet.

Senderen (nederste enhed på billedet) opretter forbindelse til måleren og læser den rå Mitutoyo -datastrøm hver gang der trykkes på "data" -knappen. Derefter formaterer det dataene ved hjælp af oplysninger i datastrømmen, f.eks. Decimalpunkts placering, tegn og enheder. Derefter konstruerer den en ASCII-streng fra disse data og sender den gennem HM-10 Bluetooth-modulet i senderen til HM-10 på modtagersiden.

På modtageren (øverste enhed på billedet) sender HM-10 ASCII-tegnene sendt fra den transmitterende HM-10 omfattende målingen til Arduino Pro Micro, som derefter sender dem via USB-kablet til pc'en. Det efterligner et tastatur for at gøre dette, så dataene derefter injiceres i det åbne program, i mit tilfælde dets Excel. Dataene efterfølges af tegn, der får markøren til at falde til den næste linje. En god ting ved dette er, at du kan ændre dette til at gøre hvad du vil, hvis du skal indtaste data i brugerdefineret software. Modtageren sender derefter en anmodning til HM-10 på senderen om at blinke med den blå side af LED'en for at angive for operatøren, at data blev modtaget med succes. Modtagermodulet fjerner også tegn fra den indgående datastrøm, der er forbundet med fjernbetjening af HM-10 på modtageren.

Opladning af senderen udføres med en mikro -USB -opladning eller et kabel tilsluttet USB -stikket på senderen, LED'en på modtageren lyser rødt under opladning og slukker, når opladningen er fuldført.

Der er andre funktioner, der senere behandles med hensyn til behandling, der kan udføres for at sikre, at alle værdier er i metriske eller standardenheder eller for at advare, hvis du ved et uheld har trykket på +/- knappen, så alle målinger er negative. Du kan endda kontrollere transmitterens batterispænding.

Trin 2: Forberedelse:

Ud over de materialer, der er nævnt i denne instruktionsbog, er der et par andre elementer til konfiguration og programmering af HM-10 Bluetooth-modulerne og mikrokontrollerne. Du skal bruge en USB til TTL UART seriel adapter for at konfigurere Bluetooth -modulerne, en Arduino til at fungere som programmør for ATTiny85 mikrokontroller (eller lignende programmør, der kan arbejde med Arduino IDE) og selvfølgelig jumper -ledninger til at udføre konfigurationen og programmering. ATTiny85 i denne Instructable blev programmeret ved hjælp af en Arduino Nano -klon og en 10 uf elektrolytisk kondensator forbundet mellem RST- og GND -benene. Anden hardware fungerer, hvis du har det, men du skal muligvis undersøge de ændringer i proceduren, der er nødvendig for det. Denne instruks forudsætter, at du kender Arduino IDE og er lidt behagelig at bruge den, Google og lidt tålmodighed er påkrævet ellers.

Inden du konfigurerer Bluetooth-modulerne, ville det være en god idé at læse Martyn Curreys BLE-tutorial på https://www.martyncurrey.com/hm-10-bluetooth-4ble-modules/ Denne artikel indeholder oplysninger om, hvordan du fortæller de rigtige fra forfalskninger, opsæt parring, roller, tilstande og firmwareopdateringsoplysninger for HM-10-modulerne, der bruges i denne instruktionsbog.

Pas på falske HM-10'er på markedet. Linket i styklisten i denne instruktionsbog er til rigtige (eller i det mindste dem med ægte firmware på dem, da jeg købte dem sidste efterår). At få falske er ikke en deal breaker, men hvis du ender med forfalskninger, tager det et par flere trin for at få dem til at fungere efter behov for Instructable, da de skal have den rigtige firmware, før de kan konfigureres korrekt. Hvis du får en falsk, kan du blinke den rigtige firmware på den ved hjælp af følgende selvstudie https://www.youtube.com/embed/ez3491-v8Og Der er andre vejledninger om, hvordan du blinker HM-10-firmware på CC2541 moduler (forfalskninger). Billederne i denne Instructable viser falske moduler, som jeg måtte blinke med HM-10 firmware, da jeg byggede denne grænseflade (dette er den tredje, jeg har bygget). Ægte koster cirka $ 6 pr. Par, og falske er $ 3 pr. Par, det er de ekstra $ 3 værd for at få de rigtige. Jeg opfordrer dig kraftigt til at købe ægte HM-10 moduler!

Et par definitioner, der ikke er inkluderet som standard i Arduino IDE, er nødvendige for Sparkfun Arduino Pro Micro og ATTiny85 mikrokontroller, der bruges i denne Instructable.

Du kan tilføje support til disse dele til Arduino IDE ved at tilføje følgende links til din boards manager.

Til ATTiny85:

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

Til Sparkfun Arduino Pro Micro:

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

Adskil disse to poster med et komma som vist på billedet.

Du skal også bruge et specielt lille fodaftryk serielt bibliotek til transmittermodulet:

SendOnlySoftwareSerial:

Trin 3: Tavlen

Tavlen, som jeg har designet til denne Instructable, kan bestilles fra JLCPCB eller et andet websted, f.eks. Seedstudio ect, hvis du bruger de gerber -filer, der er knyttet til denne Instructable. Jeg designede det ved hjælp af easyeda.com. Her er et link til bestyrelsen på easyeda. https://easyeda.com/MrFixIt87/mitutoyo-bluematic-spc-smt-mcp73831 Hvis der er interesse nok, kan jeg få lavet et par printkort og sælge dem billigt på ebay.

Dette kort skal skæres i to separate tavler (et til senderen og et til modtageren). Snittene følger de hvide konturer i midten af printkortet på billedet ovenfor og et hjørne af senderkortet. Disse nedskæringer følger de røde linjer, der er tegnet på billedet af printkortet ovenfor. Vær forsigtig, når du skærer brædderne, især i indhak i hjørnerne af senderkortet. Disse snit kommer meget tæt på spor på tavlen. Et sæt fine filer kommer godt med her.

De fleste komponenter kan bestilles fra Digi-Key eller Mouser osv. Digi-Key varenumre er inkluderet i styklisten for varer, de har. Nogle af de varer, jeg købte på eBay, Amazon eller AliExpress. Jeg har inkluderet links til elementer på disse websteder efter behov i styklisten.

BOM.pdf -filen er den letteste at læse, og webadresserne er klikbare links.

Trin 4: HM-10-modulkonfiguration, Arduino Pro Micro-programmering

Det er en god idé at skaffe HM-10-modulerne før alt andet og sørge for at få dem konfigureret korrekt og fungere som et par, da der er mange falske på markedet, og det kræver et par ekstra trin for at installere den rigtige firmware på forfalskningerne. Kun den ægte HM-10-firmware tillader, at modtageren fjernblinker LED'en på senderen, når der trykkes på "data" -knappen. Opgrader ikke firmwaren ud over V6.05.

Martyn Curreys tutorial er meget praktisk til dette. Hvis du følger den, har du ingen problemer. Sørg også for at få bare kastellerede moduler som den på højre side på billedet til dette trin. Lod dem til printkortet, hvis det er nødvendigt for at hjælpe med at fastgøre midlertidige ledninger til konfiguration. Lod ikke andre komponenter på begge printkort, før du har et par fungerende BLE -moduler. Kun ben 1, 2, 12-15, 21-25 skal loddes.

På Tx PCB skal HM-10 bruge følgende konfiguration:

Parring: par med andre HM-10 (brug en seriel skærm til at teste datastrøm mellem moduler, når de er tilsluttet)

Rolle: perifer

Tilstand: 2

På Rx PCB skal HM-10 bruge følgende konfiguration:

Parring: Skal parres med perifer HM-10 ovenfor

Rolle: central

Tilstand: (ingen, kun perifer udstyr har en tilstand)

Programmer Arduino pro micro med skitsen ved navn Mitutoyo_Keyboard … ovenfor. Sørg for at vælge 3.3V 8MHz -versionen af Arduino Pro micro i board manager for Arduino IDE, når du uploader til kortet. Sørg også for, at du har alle de refererede biblioteker installeret. Jeg brugte Sparkfun -versionen af pro micro (rød), men kloner er tilgængelige på ebay, som også vil fungere, bare sørg for at få et 3,3V 8MHz kort med Atmel 32U4 mikrokontroller og IKKE en ATMega328P. Få også en blå, der ligner den røde Sparkfun i denne Instructable og ikke en sort, de sorte er for brede til at passe til hulmønsteret på printet).

Trin 5: Komponentmontering, montering af printkort i kabinetter

Til Tx PCB loddetin de andre komponenter på PCB. Det er en god idé at lodde USB -stikket på BLE Tx -kortet først før de andre komponenter i dette område. Det kan være en god idé at lodde ICSP -headeren sidst på BLE Tx -pladen. Bemærk hvordan ledningerne på den tofarvede LED er "foldet", oprindeligt var tanken at få dette til at gå gennem siden af kabinettet, men jeg besluttede senere at bruge et gennemskinneligt kabinet, så LED'en ikke behøvede at blive vredet dog et hul under samling. Det tilføjer også en flot effekt, når den blå side af LED'en blinker, efter at en måling er blevet transmitteret. For tofarvet LED er den korteste ledning blå, midten er almindelig anode.

På dette tidspunkt måles kontakten, USB -stikket og lav huller i kabinettet til disse emner. Jeg har fundet ud af, at det er bedst at føre datakablet ud af boksens venstre side (som vist) (0,25 hul centreret om bredden og højden på kabinettet). Test omhyggeligt PCB'et og foretag justeringer af størrelsen på huller, indtil kontakten bevæger sig frit, og USB -stikket passer ind i åbningen. Installer 2 #2 skruer for at holde printkortet på plads (men hvis pasformen sidder tæt, vil printkortet alligevel være fanget og virkelig ikke have brug for skruer).

På Rx PCB loddet Arduino pro micro på PCB ved hjælp af de to 7 -pins headers. Juster åbningen på USB -stikets side af Rx PCB -kabinettet, så printkortet sidder fast mod indersiden af kabinettet. Bemærk på billedet af denne samling, at LED'en strækker sig væk fra kortet. Dette er for at fastgøre printkortet i boksen og fungerer ganske godt faktisk med den mindre gennemføring. Juster forsigtigt LED -længden på LED'en, så der opnås en god pasform efter montering. PCB'et er markeret som rødt og blåt, den kortere ledning på LED'en er den blå ledning, midten er almindelig anode. Snap dækslet på Rx -kabinettet, det er færdigt.

Trin 6: Programmer ATTiny85, lodning i datakabelforbindelser, tilslut batteri

Nu er det tid til at programmere ATTiny85. Jeg brugte en Arduino Nano -klon, der kørte Arduino ISP -eksempelskitsen. Nano kræver en 10uf elektrolytisk kondensator installeret mellem GND og RST (- fører til GND) til programmering. Stiftforbindelsesdetaljerne er i Arduino ISP -skitsen. ICSP -headeren på printkortet i dette projekt har stiftnavnene stensileret på, så forbindelserne skal være lige frem.

Sørg for, at du har valgt ATTiny85, 8 kB flash og interne 8 MHz urmuligheder i board manager, når du uploader til ATTiny85 som vist på billedet.

Når dette er gjort, skal du installere den store gennemføring. Skær datakablet ca. 8 "-10" fra instrumentenden, og fjern den ydre kappe, der viser et par centimeter af de indvendige ledninger. Lad afskærmningstrådene være cirka 1/2 "fra det stribede dæksel som vist. Jeg loddet datakablets afskærmning til kontakten for at give det styrke mod udtræk i brug, selvom der også er et stort hul i printkortet til dette hvis du vil gå den vej. Lod de enkelte ledninger til printkortet som vist, silketrådfarverne silkescreenes på printkortet i de relevante huller.

Tilslut batteriet som vist, vær forsigtig med polaritet, da det vender om, vil brænde LiPo -oplader/managerchippen på PCB kort (spørg ikke, hvordan jeg ved det …)

Trin 7: Test, brug, menu med avancerede funktioner

Installer nu dækslet. Du er færdig!

Alle 4 af de enheder, jeg hidtil har bygget, har velcro til at fastgøre senderen til instrumentet og modtageren til toppen af laptop -låget. I praksis fungerer dette meget godt. Installer velcro fuzzy (loop) side til toppen af låget til den bærbare computer, den ru (krog) side til modtageren. Installer den fuzzy (loop) side på transmitterhuset og den ru (hook) side på bagsiden af caliper eller indikator. Hvis du gør det på denne måde, kan du gemme senderen og modtageren sammen, når den ikke er i brug, og har også den bløde fuzzy side på dit bærbare dæksel.

Test batteriopladningen ved at tilslutte et mikro -USB -kabel til USB -stikket på Tx -modulet, hvis batteriet ikke er fuldt opladet, skal LED'en lyse rødt. Nogle gange er LiPo så tæt på fuldt opladet, at opladerens IC ikke oplader det, så rolig, hvis LED'en ikke lyser i starten.

Nu kan du slutte datakablet til en tykkelse eller indikator (alt hvad der tager den type kabel, du brugte).

Tilslut Rx -enden til et mikro -USB -datakabel (skal være et datakabel og ikke kun et ladekabel) og til en USB -port på din pc. Det kan være nødvendigt at installere driveren, der gør det muligt at fungere som et tastatur, men det skal være automatisk. Tænd for Tx -modulet ved hjælp af kontakten. Lysdioden på Rx -modulet skal blinke i et par sekunder og derefter forblive tændt, når der er etableret en forbindelse.

Test ved at trykke på dataknappen på kablet, der forbinder tykkelsen til transmittermodulet. Du bør se målingen på pc -skærmen. Arduino Pro Micro fungerer som et HID -tastatur og indsætter indgående målinger direkte, uanset hvor markøren er på din pc.

Programmeringen i transmittermodulet giver mulighed for valgmuligheder. Du kan få adgang til denne menu ved at måle 0 fem gange i træk. Når du er i menutilstand, skal du for at vælge en menupunkt måle en negativ værdi, der begynder med valgmulighedsnummeret i menuen, f.eks. For automatisk at konvertere alle målinger til metriske, måle en negativ værdi med et 1 som det første ikke-nul ciffer. (-1.xx mm eller -0,1 tommer f.eks.). For at gå tilbage til normal tilstand måles 0 fem gange og derefter måles en negativ værdi, der starter med et 3 som det første ikke-nul ciffer). Det er programmeret på denne måde for at undgå at konfigurere muligheder ved et uheld. Hvis man i menutilstand måler 0 igen eller en positiv værdi automatisk annullerer menutilstanden og vender tilbage til normal tilstand.

Menupunkterne er:

1. Konverter alle målinger automatisk til metriske enheder (hvis det er nødvendigt)
2. Konverter alle målinger automatisk til standardenheder (hvis det er nødvendigt)
3. Annuller automatisk konvertering af enheder
4. Afvis negative målinger (udskriver advarselsmeddelelse)
5. Annuller afvisning af negative målinger
6. Mål og udskriv transmitterens batterispænding (ikke dokumenteret i menuen)

Når du går ind i menutilstanden, udskrives alle gældende valgmuligheder øverst som en påmindelse om de gældende muligheder. Alle optioner gemmes i EEPROM og bevares, når enheden er slukket eller batteri er opbrugt. Batterilevetiden for de enheder, jeg har bygget, er cirka 45 timers kontinuerlig brug, og genopladning tager cirka 3 timer, før den er helt løbet tør.

En ikke-dokumenteret funktion er at gå ind i menutilstand (0 fem gange) og derefter måle en negativ værdi startende med 6 som det første ikke-nul ciffer, der får det til at måle og udskrive den aktuelle batterispænding som vist i den vedhæftede video.

Min erfaring med de 3 enheder, jeg har bygget, er, at rækkevidden er op til ca. 50 fod i et åbent butiksmiljø.

Trin 8: Endelige tanker - Potentielle ændringer / nye funktioner / hackbarhed

Selvom du på dette tidspunkt vil have en perfekt brugbar grænseflade, der kan bruges med millioner af enheder i verden, er den på ingen måde færdig i den forstand, at der ikke kan gøres noget yderligere. En af de søde ting ved at tage denne fremgangsmåde frem for at købe Mitutoyo U-Wave er, at du nu har en enhed, der kan tilpasses på mange måder.

Du kan bruge andre Mitutoyo -kabler til at oprette forbindelse til senderen i stedet for den, jeg brugte til denne Instructable, hvis din enhed bruger et andet kabel. Farverne på de interne ledninger og signaler skal være de samme på alle Mitutoyo -kabler. Bare husk på, at kablet ville have brug for en dataknap for at udløse måling, eller at der ville have været udtænkt andre midler til at udløse måling. En anmodning om måling kan sendes til måleren ved kortvarigt at forbinde det grøn/hvide ledningspar med jord (den blå ledning i målekablet). Dette kan gøres ved at installere en switch eller 1/8 lydstik i senderboksen, der er forbundet til disse ledninger, og tilslutte en ekstern switch igennem den. Hvis du har en indikator monteret i et armatur eller ikke behøver at røre måleren, lydstik tilgang ville være ideel.

Hvis alt du har brug for er serielle data (RS232 TTL, SPI, I2C osv.), Der kan opnås ved kodeændringer på modtageren og tilslutning direkte til benene på Pro Micro, som du vælger at bruge til at udsende dataene.

Fjernbetjening: En anden interessant mulighed ville være at tilslutte en transistor mellem det grøn/hvide par og den blå jord fra måleren med porten tilsluttet HM-10-stiften 26. Tilslut derefter en modtager på 38 kHz IR-fjernbetjening i modtagerenden med udgangsstiften til modtageren Arduino Pro Micro pin 7. modificer derefter koden på denne mikrokontroller for at lede efter specifikke kommandoer fra enhver infrarød fjernbetjening og derefter udløse transistoren installeret i senderen via et AT+PI031 / AT+PI030 fjernopkald svarende til den måde, den blinker den blå LED på senderen nu. Dette ville give mulighed for at udløse aflæsninger fra et fjerntliggende sted, hvilket under visse omstændigheder kan være meget praktisk. Jeg kan designe en anden PCB med denne indbyggede funktionalitet.

Jeg er sikker på, at der er mange andre funktioner, der er mulige. Kommenter venligst med forslag, tanker og ideer.

Nu er der en kommerciel trådløs datakommunikationsenhed tilgængelig fra Mitutoyo, men da jeg tjekkede prisen på det var omkring $ 800 for systemet. De samlede omkostninger ved at bygge denne enhed er omkring $ 100 og kan være mindre, især hvis du bruger en Arduino Pro Micro og eller har et Mitutoyo -datakabel liggende til brug for at oprette forbindelse til måleren, da det er to af de mest brugte varer i BOM. Jeg tvivler alvorligt på, at Mitutoyo U-Wave er hackbar for at tilføje funktioner som denne.

Jeg håber, at du nød denne Instructable, det er min første!

Efterlad venligst kommentarer, spørgsmål, feedback, ideer og forslag! Hvis du kan lide det, skal du stemme på det i PCB -konkurrencen! Tak!!!!

Runner Up i PCB -konkurrencen