DigiLevel - et digitalt niveau med to akser: 13 trin (med billeder)

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

Inspirationen til dette instruerbare er DIY Digital Water Level fundet her af GreatScottLab. Jeg kunne godt lide dette design, men ønskede en større skærm med en mere grafisk grænseflade. Jeg ville også have bedre monteringsmuligheder for elektronikken i sagen. I sidste ende brugte jeg dette projekt til at forbedre mine 3D -designfærdigheder (ved hjælp af Fusion 360) og til at udforske nye elektroniske komponenter.

DigiLevel vil give feedback om, hvorvidt en overflade er plan-både langs x-aksen (vandret) og y-aksen (lodret). Grader fra niveau vises, samt en grafisk fremstilling på et 2 -akset diagram. Derudover vises batteriniveauet, og den aktuelle temperatur i Fahrenheit eller Celsius vises (som rapporteret af accelerometerchippen). Dette er minimal hørbar feedback - en indledende tone for at verificere strøm, og derefter en dobbelt tone, når niveauet flyttes fra en position uden niveau til en niveauposition.

Jeg har givet detaljerede instruktioner om, hvordan du kan lave dette digitale niveau, men du er velkommen til at udvide og ændre på mit design, ligesom jeg gjorde på DIY Digital Spirit Level.

Trin 1: Materialer

Følgende er de materialer, der bruges til at sammensætte dette digitale niveau. De fleste købelinks er til flere stykker, som typisk er billigere end at købe de enkelte komponenter. Som et eksempel kommer TP4056 -chippen med 10 stykker til $ 9 (mindre end $ 1/TP4056), eller den kan købes individuelt for $ 5.

• TP4056 Li -Po batterioplader (Amazon -
• LSM9DS1 accelerometer (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• 128x64 OLED LCD -skærm (Amazon -
• Piezo -højttaler (Amazon -

• 3,7V Li -Po batteri (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Selvskærende skruer til M2 pandehoved - 4 M2x4, 6 M2x6 og 6 M2x8 skruer er nødvendige (eBay -
• Skubkontakt (Amazon -

Med undtagelse af skruerne tager de medfølgende links dig til Amazon. Næsten alle disse varer kan dog købes på eBay eller direkte fra Kina med en betydelig rabat. Bare husk på, at bestilling fra Kina kan resultere i lange leveringstider (3-4 uger er ikke usædvanligt).

Bemærk også, at der er alternativer til mange af disse komponenter. For eksempel kan du erstatte et andet accelerometer med LSM9DS1 (f.eks. MPU-9205). Du kan udskifte Arduino Nano ved at bruge en hvilken som helst Arduino-kompatibel processor med de korrekte GPIO-ben.

Især LSM9DS1 er en, jeg købte på udsalg hos Sparkfun for mindre end $ 10, men den er normalt til en højere pris; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) giver lignende funktionalitet til en lavere pris.

Hvis du foretager en udskiftning, skal du sandsynligvis ændre sagen (eller i det mindste hvordan du monterer komponenten i sagen), og du skal sandsynligvis ændre softwaren for at oprette forbindelse til den alternative komponent. Jeg har ikke disse ændringer - du bliver nødt til at undersøge og opdatere efter behov.

Trin 2: Ledningsdiagram

Ledningsskemaet beskriver, hvordan de forskellige elektroniske komponenter er forbundet til hinanden. Røde linjer repræsenterer positiv spænding, mens sorte linjer repræsenterer jorden. Gule og grønne linjer bruges til datasignaler fra accelerometeret og til OLED LCD -displayet. Du kan se, hvordan disse komponenter er forbundet til hinanden i de følgende trin.

Trin 3: Lav sagen

Hvis du har en 3D -printer, kan sagen udskrives ret let. STL -filerne inkluderet i denne instruktionsbog. Hvis du ikke har en 3D -printer, kan du uploade STL -filerne til et 3D -printerbureau (f.eks. Denne) og få dem udskrevet for dig.

Jeg printede min uden rand eller tømmerflåde (og uden understøtninger) og 20% udfyldning, men du kan udskrive din, uanset om du er vant til at udskrive. Hvert stykke skal udskrives separat og ligge fladt. Du skal muligvis rotere den 45 grader for at få den til at passe til printeren. Mine blev udskrevet ved hjælp af en Monoprice Maker Select Plus med en sengestørrelse på 200 mm x 200 mm - hvert stykke tog cirka 12 timer at udskrive. Hvis du har en mindre seng, passer den muligvis ikke. Skalering anbefales ikke, da beslagene til de elektroniske komponenter derefter ikke skaleres korrekt.

Trin 4: Tilslut komponenterne til et brødbræt for at kontrollere tilslutning (valgfrit)

Jeg anbefaler kraftigt at tilslutte de primære komponenter til et brødbræt for at kontrollere tilslutning, inden du fortsætter med monteringen af komponenterne inde i kassen. Du kan downloade softwaren til Arduino Nano (se næste trin) og for at kontrollere, at OLED LCD -displayet er korrekt kablet og fungerer, og at accelerometeret er korrekt forbundet, og at det rapporterer sine data til Arduino Nano. Dette kan også bruges til at kontrollere funktionen af den piezo -højttaler, der fås som ekstraudstyr.

Jeg tilsluttede ikke batteriet og opladeren til brødbrættet på dette tidspunkt - tilslutning af kontakten for at styre batteriet sker, når du har monteret kontakten på sagen. Det sidste billede viser, hvordan dette ser ud før tilslutning.

Trin 5: Download softwaren til Arduino Nano

Softwaren indlæses til Arduino Nano ved hjælp af Arduino IDE. Dette kan gøres når som helst under opbygningen af DigiLevel, men gøres bedst, når komponenterne er blevet forbundet med et brødbræt (se det foregående trin) for at verificere korrekte ledninger og drift af de elektriske komponenter.

Softwaren kræver, at 2 biblioteker installeres. Det første er U8g2 -biblioteket (af oliver) -du kan installere dette ved at klikke på 'Skitse -> Inkluder bibliotek -> Administrer biblioteker …' i Arduino IDE. Søg efter U8g2, og klik derefter på Installer. Det andet bibliotek er Sparkfun LSM9DS1 -biblioteket. Du kan få instruktioner om, hvordan du installerer det bibliotek her.

Efter bibliotekets specifikationer har softwaren en opsætningssektion og en hovedbehandlingssløjfe. Opsætningsafsnittet initialiserer accelerometeret og OLED LCD -displayet og viser derefter en startskærm, før hoveddisplayet vises. Hvis der er tilsluttet en højttaler, afspiller den et bip på højttaleren for at angive, at strømmen er tændt.

Hovedbehandlingssløjfen er ansvarlig for at læse accelerometeret, opnå x- og y -vinklerne og derefter vise værdierne som et sæt absolutte tal og også billedmæssigt på en graf. Temperaturaflæsning fra accelerometeret vises også (i enten Fahrenheit eller Celsius). Hvis niveauet tidligere var ikke-niveau, vil det, når det vender tilbage til niveauet, generere to bip på højttaleren (hvis tilsluttet).

Endelig opnås spændingen fra batteriet for at bestemme og vise det aktuelle batteriniveau. Jeg ved ikke, hvor nøjagtig denne kode er, men den er præcis nok til at vise et fuldt batteri og en gradvis nedtrapning af batteriniveauet under brug.

Trin 6: Monter og tilslut OLED -skærmen og Piezo -højttaleren

1,3 OLED-skærmen (128x64) monteres på den øverste halvdel af sagen ved hjælp af 4 M2x4 panhoved-selvskærende skruer. Jeg foreslår, at du slutter dine ledninger til skærmen før montering. Dette sikrer, at du kan se, hvordan benene er mærket som du forbinder ledningerne. Når skærmen er monteret, kan du ikke se etiketterne til benene. Du vil bemærke, at jeg tilføjede en etiket på bagsiden af skærmen, så jeg kunne huske pin -værdier (da jeg ikke gjorde dette første gang, og jeg tilsluttede det forkert …).

Højttaleren bruges til at afgive en kort tone, når det digitale niveau er tændt for at kontrollere, at batteriet er godt, og at det fungerer. Det udsender også en dobbelt tone, når niveauet flyttes fra en position uden niveau til en niveauposition. Dette er for at give en hørbar feedback, når du placerer niveauet eller hvad niveauet er på. Den er monteret på den øverste halvdel af kassen ved hjælp af 2 M2x4 panhoved selvskærende skruer. Du har ikke brug for en højttaler - DigiLevel fungerer fint uden den, men du mangler ingen hørbar feedback.

Trin 7: Monter og tilslut batteriet, batteriopladeren og kontakten

Kontakten skal monteres på kabinettet, før den tilsluttes batteriet. Dette skyldes, at hvis du først kobler det, kan du ikke montere kontakten uden at afbryde den. Så monter kontakten først, derefter monterer det forudforbundne TP4056 og Li-Po batteri, og færdiggør derefter ledningerne til kontakten.

TP4056 har 4 ledningsplader: B+, B-, Out+, Out-. Du vil gerne tilslutte batteriet til B+ (positiv spænding) og B- (jord) forbindelser. Out-forbindelsen bruges til jorden, der skal gå til Arduino Nano, og Out+ er forbundet til en pin på kontakten. Den anden pin på kontakten forbindes derefter til VIN på Arduino Nano.

Mit loddejob er ikke det bedste - jeg kan godt lide at bruge varmekrympeslange til at dække og isolere loddet led. Du vil bemærke, at på en af de loddede forbindelser her blev varmekrympeslangen påvirket af lodningens varme, og den skrumpede, før jeg kunne flytte den.

Trin 8: Monter og tilslut accelerometeret

Accelerometeret (LSM9DS1) er monteret i midten af den nederste halvdel af kabinettet. Der er fire stifter, der skal forbindes: VCC går til V5 -stiften på Arduino Nano; GND går til jorden; SDA går til A5 -stiften på Arduino Nano; og SCL går til A4 -stiften på Arduino Nano.

Jeg har brugt jumperwires med Dupont -stik til ledninger, men du kan lodde ledningen direkte til stifterne, hvis du foretrækker det. Hvis du lodder ledningerne direkte til benene, vil du sandsynligvis gøre dette, før du monterer accelerometerchippen for at gøre det lettere.

Trin 9: Fuldfør elektronikken ved at tilslutte Arduino Nano

Den sidste ledning udføres ved at forbinde alle de elektriske komponenter til Arduino Nano. Dette gøres bedst, før du monterer Arduino Nano, så USB -porten er tilgængelig for kalibrering og andre softwareændringer i sidste øjeblik.

Start med at tilslutte kontakten til Nano. Den positive ledning (rød) går fra kontakten til VIN -stiften på Nano. Den negative ledning (sort) fra batteriet går GND -stiften på Nano. Der er to GND -ben på Nano, og alle fire elektriske komponenter har en jordledning. Jeg valgte at kombinere de to grunde i bunden af sagen til en ledning forbundet til en af GND -benene. De to grunde fra toppen af sagen kombinerede jeg til en ledning forbundet til de andre GND -ben.

Accelerometeret (LSM9DS1) kan tilsluttes Nano ved at forbinde VDD -stiften på accelerometeret med 3V3 -stiften på Nano. Tilslut IKKE dette til 5V -stiften, da beskadiger du accelerometerchippen. Tilslut SDA til A4 -stiften på Nano og SCL til A5 -stiften på Nano. GND -stiften går til GND -stiften på Nano (kombineret med den negative ledning fra batteriet).

OLED LCD -skærmen kan derefter tilsluttes Nano ved at slutte VCC -stiften på displayet til 5V -stiften på Nano. Tilslut SDA til D2 -stiften på Nano og SCL til D5 -stiften på Nano.

Endelig kan højttaleren tilsluttes ved at slutte den røde ledning (positiv) til D7 -stiften på Nano. Den sorte ledning går til GND sammen med GND på OLED LCD -displayet.

Trin 10: Kalibrering

Når softwaren er downloadet, og før du installerer Arduino Nano, skal du muligvis kalibrere dit niveau. Sørg for, at accelerometerkortet er monteret. Montering med skruerne bør resultere i et niveaubræt, men hvis det af en eller anden grund er lidt slukket, vil kalibrering sikre et korrekt display.

Læg bundkassen på en overflade, der vides at være plan (ved hjælp af et bobleniveau eller på andre måder). Læs de viste værdier for X og Y. Hvis begge er ikke-nul, skal du opdatere softwaren med kalibreringsmængden. Dette gøres ved at indstille enten xCalibration -variablen eller yCalibration -variablen til den passende mængde (hvad der vises).

// // Indstil disse variabler med passende værdier // bool displayF = true; // sand for Fahrenheit, falsk for Celsius int xCalibration = 0; // kalibreringsbeløb til udjævning af x-aksen int yCalibration = 0; // kalibreringsmængde til udjævning af y-aksen lange irvCalibration = 1457; // kalibreringsmængde for intern referencespænding

På dette tidspunkt bør du også indstille værdien af displayF til den passende indstilling, afhængigt af om du vil have temperaturen vist i Fahrenheit eller Celsius.

Genindlæsning af softwaren på Nano skulle nu resultere i en 0/0 læsning på en kendt overflade.

Trin 11: Monter Arduino Nano og saml kassen

Når kalibreringen er fuldført, kan du montere Arduino Nano i etuiet ved at påføre varm lim på skinnerne og placere Arduino Nano på disse skinner, med stifterne opad og USB -porten vendt indvendigt i kabinettet.

Etuiet, der indeholder al elektronikken, kan nu samles ved at sætte de to halvdele sammen og bruge 4 M2x8 selvskærende skruer.

Trin 12: Kontroller, hvordan dit nye digitale niveau fungerer

Sørg for, at Li-Po-batteriet er opladet. Hvis sagen er samlet, kan du ikke se opladnings -LED -indikatorerne direkte. Hvis du vil kontrollere opladningsfunktionen ved at se opladningslamperne direkte, skal du åbne sagen, men du skal kunne se den røde glød, der angiver, at opladning sker med sagen lukket.

Når det er opladet og samlet, skal du tænde det digitale niveau og kontrollere dets funktion. Hvis det ikke virker, er de to sandsynlige fejlpunkter ledningerne til OLED LCD -displayet og ledningerne til accelerometeret. Hvis displayet ikke viser noget, skal du starte med OLED LCD -ledningerne. Hvis displayet fungerer, men H- og V -etiketterne begge viser 0 og temperaturen er 0 (C) eller 32 (F), er accelerometeret sandsynligvis ikke forbundet korrekt.

Trin 13: Endelige tanker …

Jeg sammensatte dette digitale niveau (og det instruerbare) primært som en læringsoplevelse. Det var mindre vigtigt for mig at lave et fungerende niveau, da det var at udforske de forskellige komponenter og deres evner og derefter sætte dem sammen på en måde, der tilføjer værdi.

Hvilke forbedringer ville jeg foretage? Der er flere, jeg overvejer til en fremtidig opdatering:

• Udsæt USB -porten på Arduino Nano gennem sagen ved at ændre den måde, den er monteret på. Dette ville muliggøre lettere opdateringer af softwaren (hvilket under alle omstændigheder burde være sjældent).
• 3D -print sagen ved hjælp af en træfilament. Jeg har eksperimenteret med Hatchbox Wood filament, og jeg er meget tilfreds med de resultater, jeg har fået. Jeg tror, at dette ville give DigiLevel et bedre overblik.
• Opdater designet til at bruge MPU-9250 accelerometer til at sænke omkostningerne, uden at det påvirker funktionen.

Dette er min første instruerbare, og jeg glæder mig over feedback. Selvom jeg har forsøgt at undgå det, er jeg sikker på, at dette stadig har et mere USA -centreret perspektiv - så undskyld for dem uden for USA.

Hvis du syntes det var interessant, kan du stemme på mig i forfatterens første konkurrence. Tak fordi du læste med til slut!

Runner Up i første gang forfatter