Bezdrátové rozhraní Bluetooth pro posuvná měřítka a indikátory Mitutoyo: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

V dnešním světě jsou miliony třmenů, mikrometrů, indikátorů a dalších zařízení Mitutoyo Digimatic. Mnoho lidí jako já používá tato zařízení ke shromažďování dat přímo do počítače. To eliminuje nutnost protokolovat a zadávat někdy stovky hodnot, ale také představuje některé problémy související s přenosným počítačem v obchodě, kde mohou notebooky spadnout nebo se jinak poškodit. To platí zejména v případě, že jsou měření prováděna na velkých částech nebo v situacích, kdy standardní datový kabel Mitutoyo není dostatečně dlouhý.

Před několika lety jsem postavil podobné zařízení založené na modulech Bluetooth HC-05 a některých deskách mikrokontroléru Arduino, které mi umožnily ponechat notebook v bezpečí na stole a měřit se až 50 stop při měření. Toto zařízení fungovalo skvěle, ale mělo několik problémů. Neexistovaly žádné indikace, kdy je baterie vysílače plně nabitá, žádná indikace stavu připojení bluetooth a indikace úspěšného přenosu dat. Bylo to také velké a neohrabané a doslova to vypadalo jako vědecký projekt! I s těmito omezeními dal přednost ostatním lidem v obchodě před datovým kabelem Mitutoyo USB.

Tento projekt překonává omezení starého zařízení, přidává další funkce a je o něco profesionálnější za méně než 100 $.

Krok 1: Jak to funguje:

Rozhraní se skládá ze dvou částí, vysílače a přijímače. Připojte vysílač k měřidlu pomocí datového kabelu, který je k němu trvale připojen, a připojte přijímač k počítači pomocí datového kabelu micro USB.

Na vysílači jej zapnete posunutím přepínače směrem ke konci kabelu. Na konci přijímače modrá LED dioda zpočátku bliká, což znamená, že není k dispozici žádné připojení. Vysílač a přijímač jsou nyní propojeny.

Vysílač (spodní zařízení na fotografii) se připojí k měřidlu a čte surový datový tok Mitutoyo při každém stisknutí tlačítka „data“. Poté data zformátuje pomocí informací v datovém proudu, jako je umístění desetinné čárky, znak a jednotky. Poté z těchto dat vytvoří řetězec ASCII a odešle jej přes Bluetooth modul HM-10 ve vysílači do HM-10 na straně přijímače.

Na přijímači (horní zařízení na fotografii) HM-10 posílá znaky ASCII odeslané z vysílajícího HM-10 obsahujícího měření do Arduino Pro Micro, který je poté odesílá přes USB kabel do PC. K tomu emuluje klávesnici, takže data jsou poté vložena do otevřené aplikace, v mém případě do aplikace Excel. Za daty následují znaky, které způsobí, že kurzor klesne na další řádek. Hezké na tom je, že to můžete změnit tak, abyste dělali cokoli, co potřebujete, pokud potřebujete zadávat data do vlastního softwaru. Přijímač poté odešle požadavek na HM-10 na vysílači, aby zablikal na modrou stranu LED, aby operátorovi oznámil, že data byla úspěšně přijata. Modul přijímače také odstraní znaky z příchozího datového proudu spojeného s dálkovým ovládáním HM-10 na přijímači.

Nabíjení vysílače se provádí nabíjením micro USB nebo kabelem zapojeným do USB zásuvky na vysílači, LED na přijímači bude během nabíjení svítit červeně a po dokončení nabíjení zhasne.

Existují i další funkce popsané později, pokud jde o zpracování, které lze provést, aby se zajistilo, že všechny hodnoty jsou v metrických nebo standardních jednotkách, nebo varovat, pokud jste omylem stiskli tlačítko +/- a všechna měření byla záporná. Můžete dokonce zkontrolovat napětí baterie vysílače.

Krok 2: Příprava:

Kromě materiálů uvedených v tomto Instructable existuje ještě několik dalších položek pro konfiguraci a programování modulů Bluetooth a mikrokontrolérů HM-10. Ke konfiguraci modulů Bluetooth budete potřebovat sériový adaptér UART USB na TTL UART, Arduino, které bude sloužit jako programátor pro mikrokontrolér ATTiny85 (nebo podobný programátor, který může pracovat s Arduino IDE) a samozřejmě propojovací vodiče pro konfiguraci a programování. ATTiny85 v tomto Instructable byl naprogramován pomocí klonu Arduino Nano a 10 uf elektrolytického kondenzátoru připojeného mezi piny RST a GND. Jiný hardware bude fungovat, pokud jej máte, ale možná budete muset prozkoumat změny v postupu, který je k tomu potřebný. Tento Instructable předpokládá, že jste obeznámeni s Arduino IDE a jste s jeho používáním poněkud spokojeni, jinak je potřeba Google a trocha trpělivosti.

Před konfigurací modulů Bluetooth by bylo dobré přečíst si návod BLE Martyn Currey na adrese https://www.martyncurrey.com/hm-10-bluetooth-4ble-modules/ Tento článek obsahuje informace o tom, jak poznat skutečné z padělků, nastavte párování, role, režimy a informace o aktualizaci firmwaru pro moduly HM-10 použité v tomto Instructable.

Dejte si pozor na falešné HM-10 na trhu. Odkaz v kusovníku poskytnutý v tomto Instructable je na skutečné (nebo alespoň na ty, na kterých je skutečný firmware, když jsem je koupil loni na podzim). Získání falešných není řešením, ale pokud skončíte s padělky, bude to trvat několik dalších kroků, aby je mohli pracovat podle potřeby pro Instructable, protože musí mít skutečný firmware, než je lze správně nakonfigurovat. Pokud se vám podaří padělat, můžete na něj nahrát skutečný firmware pomocí následujícího tutoriálu https://www.youtube.com/embed/ez3491-v8Og Existují další návody, jak flashovat firmware HM-10 na CC2541 moduly (padělky). Fotografie v tomto Instructable ukazují falešné moduly, které jsem musel při vytváření tohoto rozhraní blikat pomocí firmwaru HM-10 (toto je třetí, který jsem postavil). Skutečné jsou asi 6 $ za pár a falešné jsou 3 $ za pár, za získání těch skutečných stojí další 3 $. Důrazně vám doporučuji koupit skutečné moduly HM-10!

Pro mikrokontrolér Sparkfun Arduino Pro Micro a ATTiny85 použitý v tomto Instructable je potřeba několik definic, které nejsou standardně zahrnuty v Arduino IDE.

Podporu těchto částí můžete do Arduino IDE přidat přidáním následujících odkazů do správce desek.

Pro ATTiny85:

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

Pro Sparkfun Arduino Pro Micro:

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

Oddělte tyto dva záznamy čárkou, jak je znázorněno na obrázku.

Také budete potřebovat speciální malou sériovou knihovnu pro modul vysílače:

Seriál SendOnlySoftware:

Krok 3: DESKA

Desku, kterou jsem navrhl pro tento Instructable, lze objednat na JLCPCB nebo na jiném webu, jako je Seedstudio atd., Pokud používáte soubory Gerber připojené k tomuto Instructable. Navrhl jsem to pomocí easyeda.com. Zde je odkaz na tabuli na easyeda. https://easyeda.com/MrFixIt87/mitutoyo-bluematic-spc-smt-mcp73831 Pokud bude dostatečný zájem, možná si nechám vyrobit pár DPS a prodám je levně na ebay.

Tato deska musí být rozřezána na dvě samostatné desky (jedna pro vysílač a druhá pro přijímač). Řezy budou sledovat bílé obrysy ve středu desky plošných spojů na obrázku nad a v jednom rohu desky vysílače. Tyto řezy budou následovat červené čáry nakreslené na obrázku PCB výše. Při řezání desek buďte opatrní, zejména v zářezech v rozích desky vysílače. Tyto řezy se velmi blíží stopám na hrací ploše. Zde se hodí řada jemných souborů.

Většinu komponent lze objednat u Digi-Key nebo Mouser atd., Čísla dílů Digi-Key jsou součástí kusovníku u položek, které mají. Některé položky jsem koupil na eBay, Amazon nebo AliExpress. Do kusovníku jsem podle potřeby zahrnul odkazy na položky na těchto webech.

Soubor BOM.pdf je nejsnadněji čitelný a adresy URL jsou odkazy, na které lze kliknout.

Krok 4: Konfigurace modulu HM-10, programování Arduino Pro Micro

Je dobré získat moduly HM-10 před čímkoli jiným a ujistit se, že je správně nakonfigurujete a fungujete jako pár, protože na trhu je spousta falešných a vyžaduje několik dalších kroků k instalaci skutečných firmware na padělcích. Pouze skutečný firmware HM-10 umožňuje přijímači vzdáleně blikat LED na vysílači po stisknutí tlačítka „data“. Neupgradujte firmware po verzi V6.05.

K tomu je velmi užitečný tutoriál Martyna Curreyho. Pokud se jím budete řídit, nebudete mít žádné problémy. Pro tento krok také určitě získejte holé kastlované moduly, jako je ten na pravé straně na obrázku. V případě potřeby je připájejte k desce plošných spojů, aby pomohly při připojování dočasných vodičů pro konfiguraci. Nepájejte žádné jiné součásti na žádnou desku plošných spojů, dokud nemáte pár pracovních modulů BLE. Je třeba pájet pouze kolíky 1, 2, 12-15, 21-25.

Na Tx PCB bude HM-10 potřebovat následující konfiguraci:

Párování: spárujte s jiným HM-10 (použijte sériový monitor k testování toku dat mezi moduly, když jste připojeni)

Role: periferní

Režim: 2

Na desce Rx PCB bude HM-10 potřebovat následující konfiguraci:

Párování: Musí se spárovat s periferním HM-10 výše

Role: centrální

Režim: (žádný, pouze periferní zařízení má režim)

Naprogramujte Arduino pro micro pomocí náčrtu s názvem Mitutoyo_Keyboard … výše. Při nahrávání na desku nezapomeňte ve správci desek Arduino IDE zvolit verzi 3.3V 8MHz Arduino Pro micro. Také se ujistěte, že máte nainstalovány všechny odkazované knihovny. Použil jsem Sparkfun verzi pro micro (červenou), ale klony jsou k dispozici na ebay, což bude také fungovat, jen se ujistěte, že dostanete 3,3V 8MHz desku s mikrokontrolérem Atmel 32U4 a NE ATMega328P. Získejte také modrý, který vypadá jako červený Sparkfun v tomto Instructable a ne černý, černé jsou příliš široké, aby odpovídaly vzoru otvorů na DPS).

Krok 5: Sestavení součásti, montáž desek plošných spojů do skříní

U Tx PCB pájejte ostatní komponenty na PCB. Je dobré nejprve pájet konektor USB na desce BLE Tx před ostatními součástmi v této oblasti. Mohlo by být dobré pájet ICSP záhlaví jako poslední na desku BLE Tx. Všimněte si, jak jsou svody na dvoubarevných LED „složené“, původně šlo o to, aby to prošlo bočním okrajem skříně, ale později jsem se rozhodl použít průsvitný kryt, aby se LED dioda nemusela protahovat při montáži díra. Přidává také pěkný efekt, když po přenosu měření bliká modrá strana LED. U dvoubarevných LED je nejkratší svod modrý, střed je společná anoda.

V tuto chvíli změřte umístění přepínače, konektoru USB a vytvořte otvory v krytu pro tyto položky. Zjistil jsem, že je nejlepší vést datový kabel z levé strany (jak je na obrázku) krabice (otvor 0,25 se středem na šířku a výšku skříně). Pečlivě vyzkoušejte, zda je deska s plošnými spoji přizpůsobena a upravte velikost otvory, dokud se přepínač volně nepohybuje a konektor USB nezapadne do otvoru. Nainstalujte 2 šrouby č. 2, které udrží desku plošných spojů na místě (pokud však bude tvar dobře přiléhat, bude deska plošných spojů v zajetí a ve skutečnosti nebude potřebovat šrouby).

Na Rx PCB pájte Arduino pro micro na PCB pomocí dvou 7pólových konektorů. Upravte otvor na straně konektoru USB skříně Rx PCB tak, aby deska PCB pevně dosedla na vnitřní stranu skříně. Všimněte si na obrázku této sestavy, že LED dioda sahá daleko od desky. To má pevně lokalizovat desku plošných spojů v krabici a ve skutečnosti funguje docela dobře s menší průchodkou. Opatrně upravte délku svodu LED tak, aby po montáži dobře přiléhala. Deska plošných spojů je označena červeně a modře, kratší svod na LED je modrý, střed je společná anoda. Zaklapněte kryt skříně Rx, je hotovo.

Krok 6: Naprogramujte ATTiny85, Pájka v připojení datového kabelu, Připojte baterii

Nyní je čas naprogramovat ATTiny85. Použil jsem klon Arduino Nano s příkladem skici Arduino ISP. Pro programování Nano vyžaduje 10uf elektrolytický kondenzátor instalovaný mezi GND a RST (- vést k GND). Podrobnosti o připojení pinů jsou ve skice Arduino ISP. Záhlaví ICSP na desce plošných spojů v tomto projektu obsahuje názvy pinů, takže spojení by měla být přímá.

Při nahrávání na ATTiny85 zkontrolujte, zda máte ve správci desky vybrány možnosti ATTiny85, 8kB flash a interní 8MHz takt, jak je znázorněno na obrázku.

Jakmile to bude hotové, nainstalujte velkou průchodku. Odřízněte datový kabel asi 8 "-10" od konce nástroje a sejměte vnější plášť a odhalte pár palců vnitřních vodičů. Ponechejte stínící prameny asi 1/2 "od proužkovaného krytu, jak je znázorněno na obrázku. Pájení stínění datového kabelu jsem připájel k přepínači, aby bylo při používání odolné proti vytažení, i když v PCB je také velký otvor, protože jsou na to pokud chcete jít touto cestou. Pájejte jednotlivé vodiče na desku plošných spojů podle obrázku, barvy datových vodičů jsou na desce plošných spojů hedvábně stíněny v příslušných otvorech.

Připojte baterii podle obrázku, dávejte pozor na polaritu, protože při obrácení se v krátké době spálí nabíjecí/manažerský čip LiPo na desce plošných spojů (neptejte se, jak to vím …)

Krok 7: Test, použití, nabídka pokročilých funkcí

Nyní nainstalujte kryt. Jsi hotový!

Všechny 4 jednotky, které jsem dosud postavil, mají suchý zip pro připevnění vysílače k nástroji a přijímače k horní části víka notebooku. V praxi to funguje velmi dobře. Nainstalujte stranu s fuzzy (smyčkou) suchého zipu na horní část víka notebooku, hrubou (háčkovou) stranou na pouzdro přijímače. Nainstalujte fuzzy (smyčkovou) stranu na pouzdro vysílače a drsnou (hákovou) stranu na zadní stranu třmenu nebo indikátoru. Tímto způsobem vám umožní uložit vysílač a přijímač společně, když je nepoužíváte, a také má měkkou fuzzy stranu na víku notebooku.

Vyzkoušejte nabíjení baterie připojením kabelu micro USB ke konektoru USB na modulu Tx, pokud není baterie plně nabitá, kontrolka LED by měla svítit červeně. Někdy je LiPo tak blízko plně nabitému, že jej nabíjecí IC nenabije, takže si nedělejte starosti, pokud se LED dioda původně nerozsvítí.

Nyní můžete datový kabel připojit ke třmenu nebo indikátoru (cokoli, co odpovídá typu použitého kabelu).

Připojte konec Rx k datovému kabelu micro USB (musí to být datový kabel, nikoli pouze nabíjecí kabel) a do portu USB v počítači. Možná bude nutné nainstalovat ovladač, který mu umožní fungovat jako klávesnice, ale mělo by to být automatické. Pomocí přepínače zapněte modul Tx. LED na modulu Rx by měla několik sekund blikat a poté zůstat svítit, když je navázáno připojení.

Otestujte stisknutím datového tlačítka na kabelu spojujícím třmen s modulem vysílače. Měření byste měli vidět na obrazovce počítače. Arduino Pro Micro funguje jako klávesnice HID a bude vkládat příchozí měření přímo kamkoli, kde je kurzor na vašem počítači.

Programování v modulu vysílače umožňuje volby. Do této nabídky se dostanete měřením 0 pětkrát za sebou. Jakmile jste v režimu nabídky, pro výběr možnosti nabídky změřte zápornou hodnotu počínaje číslem možnosti v nabídce, například chcete-li automaticky převést všechna měření na metrická, změřte zápornou hodnotu s 1 jako první nenulovou číslicí. (Například -1,1 mm nebo -0,1 palce). Chcete-li se vrátit do normálního režimu, změřte pětkrát 0 a poté změřte zápornou hodnotu, která začíná 3 jako první nenulovou číslicí). Je naprogramován tak, aby se vyhnul nechtěné konfiguraci možností. Pokud v režimu menu měření 0 znovu nebo jakákoli kladná hodnota automaticky zruší režim nabídky a vrátí se do normálního režimu.

Možnosti nabídky jsou:

1. Automaticky převést všechna měření na metrické jednotky (v případě potřeby)
2. Automaticky převést všechna měření na standardní jednotky (v případě potřeby)
3. Zrušte automatickou konverzi jednotek
4. Odmítnout negativní měření (vytiskne varovnou zprávu)
5. Zrušte odmítnutí negativních měření
6. Změřte a vytiskněte napětí baterie vysílače (není zdokumentováno v nabídce)

Při vstupu do režimu nabídky se v horní části vytisknou všechny platné možnosti jako připomínka platných možností. Všechny možnosti jsou uloženy v paměti EEPROM a zůstanou zachovány i po vypnutí jednotky nebo vybití baterie. Životnost baterie u jednotek, které jsem postavil, je asi 45 hodin nepřetržitého používání a nabití trvá přibližně 3 hodiny od úplného vybití.

Nedokumentovanou funkcí je vstup do režimu nabídky (pětkrát 0) a poté změřit zápornou hodnotu počínaje 6 jako první nenulovou číslicí, což způsobí, že změří a vytiskne aktuální napětí baterie, jak ukazuje přiložené video.

Moje zkušenost s 3 jednotkami, které jsem postavil, je, že dosah je až 50 stop v otevřeném obchodním prostředí.

Krok 8: Závěrečné myšlenky - potenciální úpravy / nové funkce / hackovatelnost

Ačkoli v tomto okamžiku budete mít dokonale použitelné rozhraní, které lze použít s miliony zařízení na světě, není v žádném případě dokončeno v tom smyslu, že nelze dále nic dělat. Jednou ze sladkých věcí, které se týkají tohoto přístupu, než nákupu Mitutoyo U-Wave, je to, že nyní máte zařízení, které lze mnoha způsoby přizpůsobit.

Pokud vaše zařízení používá jiný kabel, můžete k vysílači použít jiné kabely Mitutoyo než ten, který jsem použil pro tento Instructable. Barvy vnitřních vodičů a signálů by měly být stejné na všech kabelech Mitutoyo. Mějte na paměti, že kabel by ke spuštění měření potřeboval datové tlačítko nebo by byly pro spuštění měření navrženy jiné prostředky. Požadavek na měření lze odeslat na měřidlo krátkým spojením páru zeleného/bílého vodiče se zemí (modrý vodič v kabelu měřidla). Toho lze dosáhnout instalací přepínače nebo audio konektoru 1/8 do krabice vysílače připojeného k těmto vodičům a připojením externího spínače přes něj. Pokud máte indikátor namontovaný v zařízení nebo se nemusíte dotýkat měřidla, audio jack přístup by byl ideální.

Pokud vše, co potřebujete, jsou sériová data (RS232 TTL, SPI, I2C atd.), Která lze dosáhnout změnami kódu na přijímači a připojením přímo k pinům na Pro Micro, které se rozhodnete použít pro výstup dat.

Dálkové ovládání: Další zajímavou možností by bylo připojit tranzistor mezi zeleno/bílý pár a modrou zem z měřidla s bránou připojenou k pinu 26. HM-10. Poté na konec přijímače připojte IR dálkový detektor 38kHz s výstupní pin do přijímače Arduino Pro Micro pin 7. poté upravte kód na tomto mikrokontroléru tak, aby vyhledával konkrétní příkazy z jakéhokoli infračerveného dálkového ovladače a poté spustil tranzistor instalovaný ve vysílači pomocí dálkového volání AT+PI031 / AT+PI030 podobného způsob, jakým nyní bliká modrá LED na vysílači. To by dalo možnost spouštět čtení ze vzdáleného místa, což by za určitých okolností mohlo být velmi užitečné. Mohu navrhnout další desku plošných spojů s touto integrovanou funkcí.

Jsem si jist, že existuje mnoho dalších funkcí, které jsou možné, prosím, komentujte s návrhy, myšlenkami a nápady.

Nyní je k dispozici komerční bezdrátové datové komunikační zařízení od společnosti Mitutoyo, ale když jsem zkontroloval, cena za tento systém byla asi 800 $. Celkové náklady na stavbu tohoto zařízení jsou přibližně 100 USD a mohou být nižší, zvláště pokud používáte Arduino Pro Micro nebo máte datový kabel Mitutoyo, který se používá k připojení k měřidlu, protože to jsou dvě z nejnákladnějších položek v BOM. Vážně pochybuji, že Mitutoyo U-Wave je hacknutelné pro přidání funkcí, jako je tato.

Doufám, že se vám tento Instructable líbil, je to můj první!

Zanechte prosím komentáře, dotazy, zpětnou vazbu, nápady a návrhy! Pokud se vám líbí, hlasujte pro něj v soutěži PCB! Dík!!!!

Runner Up v PCB Contest