DIGITÁLNÍ MULTIFUNKČNÍ MĚŘICÍ NÁSTROJ: 21 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Projekty Fusion 360 »

Ahoj všichni. Vždy jsem chtěl zařízení, které by mi pomohlo vyrovnat postel 3D tiskárny, a nějaké další zařízení, které by mi pomohlo získat přibližnou délku zakřiveného povrchu, abych mohl snadno vystřihnout správnou délku nálepky, která se má na tento povrch aplikovat a čímž se zabrání plýtvání. A tak jsem si řekl, proč nespojit oba nápady a nevytvořit jeden gadget, který zvládne obojí. Nakonec jsem skončil s výrobou zařízení, které dokáže měřit nejen zakřivené čáry a rovinnost povrchu, ale také dokáže měřit vzdálenosti přímých čar a úhel přímky. V zásadě tedy tento gadget funguje jako digitální vše v jedné úrovni+pravítko+úhloměr+měřič svitku. Zařízení je dostatečně malé, aby se vešlo do kapsy, a jeho baterie lze snadno nabíjet pomocí nabíječky telefonu.

Toto zařízení používá akcelerometr a gyroskopický senzor pro přesné měření povrchové roviny a úhlu, ostrý infračervený senzor pro měření lineární délky bezkontaktním způsobem a kodér s kolečkem, které lze přejet po zakřivené ploše nebo zakřivené čáře získejte jeho délku.

Navigace v režimech a funkcích zařízení se provádí pomocí 3 dotykových tlačítek označených jako M (režim), U (jednotka) a 0 (nula)

M - Volit mezi různými typy měření

U - Volba mezi jednotkami mm, cm, palce a metry

0 - Reset měřených hodnot na 0 po měření vzdálenosti nebo úhlu.

Důvodem používání dotykových tlačítek je jemná navigace mezi režimy a jednotkami, aniž by při měření byla narušena poloha zařízení.

Zařízení má v základně zabudovaný neodymový magnet, takže neklouže a nesklouzne z měřeného kovového povrchu.

Pouzdro je navrženo tak, aby bylo zařízení co nejkompaktnější a aby se snadno tisklo 3D.

Krok 1: POŽADOVANÉ KOMPONENTY A MODULY

Komponenty byly vybrány s ohledem na to, že toto zařízení je postaveno tak, aby se vešlo do kapsy. Takže byl použit nejmenší z displeje, baterie a senzorů, které jsem našel.

1. 3d tištěné pouzdro

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

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

4. Boost+nabíjecí 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. Bzučák 12 mm X 1 (Aliexpress)

9. LiPo baterie 3,7 V, 1000 mAh X 1 (Aliexpress)

10. Modul dotykového tlačítka TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. Neodymový magnet 20x10x2mm X 1 (Aliexpress)

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

13. Smaltovaný měděný drát (Aliexpress)

14. 10K odpory X 2

15. 19 (délka) X2 (průměr) mm ocelová osa X 1

16. 3mm LED X 1

17. Jakákoli vinylová nálepka (Aliexpress)

18. Micro USB kabel

MPU6050

MPU6050 je zařízení mems, které se skládá ze 3osého akcelerometru a 3osého gyroskopu. To nám pomáhá měřit zrychlení, rychlost, orientaci a výtlak. Jedná se o zařízení založené na I2C, které běží na 3,3 až 5 V. V tomto projektu se MPU6050 používá k měření, zda je povrch rovný nebo ne, a také k měření úhlu čáry.

GROVE MOUSE ENCODER

Jedná se o mechanický inkrementální rotační snímač se zpětnou vazbou o směru otáčení a rychlosti otáčení. Tento kodér jsem použil, protože je to nejmenší kodér, který jsem našel, a jeho programovací část byla také snadná. Tento kodér má 24 kroků na otáčku. Pomocí toho můžeme vypočítat vzdálenost posunutou kolem na kodéru, pokud je znám průměr kola. Výpočty, jak to provést, jsou popsány v dalších krocích tohoto pokynu. Tento projekt používá kodér k měření vzdáleností zakřivených čar.

SHARP GP2Y0A41SK0F IR DISTANCE MODUL

Jedná se o analogový snímač, který poskytuje proměnné napětí jako výstup na základě vzdálenosti objektu od snímače. Na rozdíl od jiných IR modulů barva detekovaného objektu neovlivní výstup senzoru. Existuje mnoho verzí ostrých senzorů, ale ten, který používáme, má rozsah 4 - 30 cm. Senzor pracuje s napětím mezi 4,5 až 5,5 voltů a odebírá pouze 12 mA proudu. Červený (+) a černý (-) vodič jsou napájecí vodiče a třetí vodič (buď bílý nebo žlutý) je analogový výstupní vodič. Senzor se v tomto projektu používá k měření lineárních vzdáleností bez kontaktu.

Krok 2: POTŘEBNÉ NÁSTROJE

1. Nůžky

2. Nůžky na krabice nebo jiné super ostré čepele

3. pinzeta

4. Horká lepicí pistole

5. Okamžité lepidlo (jako super lepidlo)

6. Lepidlo na bázi gumy (jako lepidlo fevi)

7. Páječka a olovo

8. laserová řezačka

9. 3D tiskárna

10. Rotační nástroj s kotoučovým břitem

11. Nůžky na drát

12. Brusný papír

Krok 3: Soubory STL na 3D tisk

Pouzdro pro toto zařízení bylo navrženo v softwaru Autodesk Fusion 360. K dispozici jsou 3 kusy. Soubory STL pro tyto kusy jsou uvedeny níže.

Soubory „LID“a „kolečko“lze tisknout bez podpor, zatímco soubor „BODY“potřebuje podporu. Vytiskl jsem je na výšku vrstvy 0,2 mm při 100% výplni pomocí zelené PLA. Použitá tiskárna je tarantule TEVO.

Krok 4: KRYTÍ SKŘÍŇE VINYLEM

1. Pomocí jemného smirkového papíru vyhlaďte všechny vnější povrchy 3D tištěných kusů, aby se vinylová nálepka snadno lepila.

2. Mokrým hadříkem se zbavte všech jemných částic, které by na povrchu mohly po broušení zůstat.

3. Poté, co povrch zaschne, naneste na povrch vinylovou nálepku. Ujistěte se, že nejsou zachycené vzduchové bubliny.

4. Pomocí nůžek odstřihněte přebytečnou nálepku kolem okrajů.

5. Nyní naneste nálepku po stranách pouzdra a přebytečný materiál ořízněte.

6. Pomocí vykrajovátka nebo jiného holicího strojku vyřízněte otvory pro OLED displej, nabíjecí port, kolečko kodéru a ostrý infračervený senzor.

UPOZORNĚNÍ: S OSTRÝMI ČEPELMI A NÁŘADÍM buďte VELMI opatrní

Krok 5: SCHÉMA OKRUHU

PROGRAMOVÁNÍ PRO MINI

Na rozdíl od Arduino nano nelze pro mini programovat přímo připojením kabelu USB, protože nemá vestavěný převodník USB na sériový TTL. Proto bychom nejprve měli k pro mini připojit externí převodník USB na sériový port, abychom jej mohli naprogramovat. První obrázek ukazuje, jak mají být tato spojení vytvořena.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

KOMPLETNÍ SCHÉMA OKRUHU

Na druhém obrázku je kompletní schéma zapojení tohoto projektu.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (REŽIM)

D5 - I/O (JEDNOTKA)

D6 - I/O (NULA)

D7 - +(1) ENKODÉR

D8 - +(2) ENKODÉR

A0 - I/O SHARP IR

A1 - + bzučák

A4 - SDA (OLED A MPU6050)

A5 - SCL (OLED A MPU6050)

GND - GND VŠECH MODULŮ A SNÍMAČŮ A MODULU BOOST

VCC - + BOOST MODUL USB PORT

B + - BATERIE +

B- - BATERIE -

Třetí obrázek byl pořízen při vytváření kódu. Toto je dočasné nastavení, které bylo provedeno pro testování kódu, modulů a obvodu. Vyzkoušet si to můžete volitelně

Krok 6: VLOŽENÍ MAGNETU

1. Naneste sekundární lepidlo do dutiny pro magnet poskytnutý pod otvorem nabíjecího portu.

2. Umístěte magnet do dutiny a držte jej, dokud lepidlo nevyschne pomocí něčeho, co není magnetické.

Magnet pomáhá zabránit sklouznutí nebo pohybu zařízení při použití na kovovém povrchu.

Krok 7: TVAROVÁNÍ SENZORŮ

Aby bylo zařízení co nejmenší, byly pomocí rotačního nástroje s uchycením bitu řezacího kotouče odříznuty montážní držáky ostrého infračerveného senzoru a kodéru.

Krok 8: VLOŽENÍ OLED DISPLEJE

1. Označte názvy pinů na zadní straně OLED displeje, aby bylo možné později správně provést připojení.

2. Umístěte OLED displej do správné polohy, jak ukazuje druhý obrázek. Otvor pro displej je navržen tak, aby displej mírně zapadl do stěn. Tím je zajištěno, že je displej ve správné poloze a orientaci a nepohybuje se snadno.

3. Okolo displeje se opatrně nanáší horké lepidlo. Upřednostňuje se horké lepidlo, protože na displej působí jako tlumič nárazů a při nanášení na displej nepůsobí stres.

Krok 9: PŘIPOJENÍ DOTYKOVÝCH TLAČÍTEK A MPU6050

1. Je použito lepidlo na bázi gumy.

2. Lepidlo se nanáší na oba povrchy.

3. Ujistěte se, že všechny pájecí body směřují k otevřené straně pouzdra, umístěte moduly na svá přiřazená místa, jak je znázorněno na obrázcích.

4. Udržujte modul a kryt jemně přitlačené k sobě po dobu alespoň 2 minut poté, co je slepíte.

Krok 10: BOOST+NABÍJECÍ MODUL

Toto je modul, který jsem vytáhl z levné jednobuněčné powerbanky. Tento modul má jak obvody ochrany baterie, tak převodník zesilovače 5 V, 1 A. Má také tlačítko ON/OFF, které lze použít jako vypínač pro celý projekt. Samičí USB port na modulu byl odstraněn pomocí páječky a dva vodiče byly připájeny k +5v a zemnicím svorkám, jak ukazuje 4. obrázek.

Pájejte 2 samčí kolíkové lišty na B+ a B-, jak je znázorněno na prvních dvou obrázcích, a poté zkontrolujte, zda modul pracuje s bateriemi.

Na platformu poskytnutou pro modul naneste sekundové lepidlo a modul jemně položte, aby byl nabíjecí port a otvor, který to zajišťuje, dokonale zarovnány.

Krok 11: VLOŽENÍ BATERIE A OSTRÉ IR SNÍMAČE

1. Povlak měděného smaltovaného drátu se odstraní zahříváním špičky drátu pomocí páječky nebo zapalovače, dokud se izolace nerozpustí. Vodiče jsou poté opatrně připájeny k OLED displeji. To se nyní provádí, protože po vložení baterií může být obtížné provést totéž.

2. Baterie je zasunuta pod platformu boostovacího modulu tak, aby její drátové konektory směřovaly ke směru OLED displeje, jak je vidět na 3. obrázku.

3. Ostrý infračervený senzor je zasunut do příslušného slotu.

Krok 12: PŘIPOJENÍ ARDUINA A BUZZERU

1. Převodník USB na sériový port je připájen k Arduinu podle dodaného schématu zapojení.

2. Horké lepidlo se používá k přilepení Arduina ke středu pouzdra přes baterie.

3. Dráty jsou připájeny ke svorkám bzučáku a poté je bzučák zasunut do kruhové dutiny na plášti, který je k tomu určen, jak je vidět na 7. obrázku.

Krok 13: ENKODÉR

1. Svorky kodéru se vyčistí pomocí lopatky.

2. Rezistory jsou připájeny ke kodéru.

3. Měděné vodiče jsou připájeny podle schématu zapojení.

4. Ocelová osa je vložena do 3D tištěného kola. Pokud je kolo příliš volné, zajistěte ho sekundovým lepidlem.

5. Vložte nastavení nápravového kola do kodéru. Opět platí, že pokud je uvolněný, použijte sekundové lepidlo. Ale tentokrát buďte velmi opatrní, aby se do mechanismů kodéru nedostalo žádné lepidlo.

6. Umístěte kodér dovnitř skříně tak, aby kola vyčnívala ven poskytnutým otvorem a také se ujistěte, že se volně otáčí.

7. Pomocí horkého lepidla zajistěte kodér na místě.

Krok 14: ZAPOJENÍ A PÁJENÍ

1. Zapojení obvodu se provádí podle schématu zapojení uvedeného v předchozím kroku „SCHÉMA OBVODU“.

2. Kladné a záporné vodiče všech senzorů a modulů jsou připojeny paralelně ke zdroji energie.

3. Ujistěte se, že žádný z vodičů neblokuje výhled na infračervený modul nebo se nezamotá s kolečkem kodéru.

Krok 15: KÓDOVÁNÍ

1. Stáhněte si níže uvedený kód a knihovny.

2. Extrahujte složky knihovny. Zkopírujte tyto složky do složky „knihovny“ve složce „Arduino“, která se nachází v „Moje dokumenty“vašeho počítače (pokud jste uživatel systému Windows).

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

Krok 16: KALIBRACE MPU6050

Protože modul akcelerometru/gyroskopu MPU6050 byl právě nalepen na pouzdru, nemusí být dokonale rovný. Proto jsou k nápravě této nulové chyby dodrženy následující kroky.

KROK 1: Připojte zařízení k počítači a položte jej na povrch, o kterém již víte, že je dokonale rovný (příklad: dlažba)

KROK 2: Přejděte na zařízení do režimu „LEVEL“dotykem tlačítka „M“a poznamenejte si hodnoty X a Y.

KROK 3: Přiřaďte tyto hodnoty k proměnným „calibx“a „caliby“v kódu.

KROK 4: Nahrajte program znovu.

Krok 17: VÝPOČET VZDÁLENOSTI POHYBOVANÉ ZA KROK ENKODÉRU

Počet kroků na otáčku hřídele kodéru, N = 24 kroků

Průměr kola, D = 12,7 mm

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

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

Pokud používáte kolečko nebo kodér s jiným průměrem s jiným počtem kroků, najděte vzdálenost posunutou na mm nahrazením hodnot ve výše uvedeném vzorci a jakmile zjistíte rozlišení, zadejte tuto hodnotu do vzorce v kódu, jak je uvedeno v obrázek.

Zkompilujte a znovu nahrajte kód do Arduina.

Jakmile je kalibrace kodéru dokončena a nahraný program je nahrán, můžete odpojit a vyjmout modul převodníku USB na sériový TTL z Arduino Pro Mini.

Krok 18: TESTOVÁNÍ VŠEHO PŘED ZAVŘENÍM PŘÍPADU

Věci k testování:

1. Pokud lze nabíječku snadno zapojit do portu a zda se baterie správně nabíjejí.

2. Tlačítko ON/OFF napájení funguje nebo nefunguje.

3. OLED zobrazuje vše ve správné orientaci a poloze se správnými mezerami.

4. Dotyková tlačítka fungují správně a jsou správně označena.

5. Pokud kodér při otočení udává hodnoty vzdálenosti.

6. Moduly MPU6050 a SHARP IR fungují a poskytují správné hodnoty.

7. Zní bzučák.

8. Ujistěte se, že se nic uvnitř nezahřívá, když je zapnutý. Dojde -li k zahřívání, znamená to, že je někde nesprávné zapojení.

9. Ujistěte se, že je vše zajištěno na svém místě a nepohybuje se ve skříni.

Krok 19: VLOŽENÍ EXTenderu tlačítka a vyrovnání pouzdra

POUŽITÍ LED K ROZŠÍŘENÍ HŘÍDELE TLAČÍTKA

Hřídel tlačítka na nabíjecím modulu je příliš krátká na to, aby vyšla otvorem ve skříni. Jako prodlužovač je tedy použita 3mm LED hlava.

1. Nohy LED diod jsou odříznuty pomocí řezačky drátu.

2. Plochá strana LED je hladká a rovná pomocí smirkového papíru. Pokud je dioda LED příliš malá na to, abyste ji zvládli ručně, použijte pinzetu.

3. Umístěte hlavu LED do určeného otvoru na víku pouzdra, jak je znázorněno na obrázku. Ujistěte se, že dioda LED není utažená, protože se má při stisknutí tlačítka zasouvat dovnitř a ven

VÁZÁNÍ PŘÍPADU

1. Opatrně naneste jakákoli lepidla na bázi gumy (použil jsem Fevi Bond) podél okraje na tělo i víčko.

2. Počkejte 5 až 10 minut, než lepidlo mírně zaschne, a poté obě poloviny přitiskněte k sobě. Zajistěte, aby volný konec ocelové osy kola kodéru směřoval do otvoru, který je pro něj určen na víčku.

3. Použijte velkou zátěž (použil jsem baterii UPS), aby byly oba kusy přitlačeny, zatímco lepidlo schne.

Zde bylo doporučeno lepidlo na bázi gumy, protože v případě, že bude nutné v budoucnu otevřít kryt pro výměnu baterie nebo přeprogramování, lze to snadno provést spuštěním ostré čepele nebo nože podél spoje.

Krok 20: OZNAČENÍ DOTYKOVÝCH TLAČÍTEK

Označování se provádí za účelem snadné identifikace poloh a funkcí dotykových tlačítek.

Abecedy byly vystřiženy z bílé samolepky pomocí mé domácí laserové řezačky.

Odřezané kusy byly odstraněny z hlavního listu pomocí pinzety a poté naneseny na zařízení ve správné poloze a orientaci.

Maximální výška abecedy: 8 mm

Maximální šířka abecedy: 10 mm

UPOZORNĚNÍ: NABÍJEJTE BEZPEČNOSTNÍ BRÝLE BLASERU PŘI PRÁCI S LASEROVÝM RYBREM NEBO ŘEZAČEM

Krok 21: VÝSLEDKY

Zařízení je konečně hotové. Pokud máte nějaké pochybnosti nebo návrhy týkající se projektu, dejte mi prosím vědět prostřednictvím komentářů.

DĚKUJI

První cena v kapesní soutěži