DigiLevel - digitální úroveň se dvěma osami: 13 kroků (s obrázky)

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

Inspirací pro tento návod je digitální vodováha DIY, kterou zde nachází GreatScottLab. Líbil se mi tento design, ale chtěl jsem větší displej s grafičtějším rozhraním. Také jsem chtěl lepší možnosti montáže elektroniky v pouzdře. Nakonec jsem tento projekt použil ke zdokonalení svých dovedností v 3D navrhování (pomocí Fusion 360) a prozkoumání nových elektronických součástek.

DigiLevel poskytne zpětnou vazbu o tom, zda je povrch rovný-jak podél osy x (vodorovně), tak i osy y (svisle). Jsou zobrazeny stupně od úrovně a také grafické znázornění na grafu se 2 osami. Kromě toho se zobrazuje úroveň baterie a aktuální teplota ve stupních Fahrenheita nebo Celsia (podle čipu akcelerometru). Toto je minimální slyšitelná zpětná vazba - počáteční tón pro ověření výkonu a poté dvojitý tón při každém přesunu úrovně z neúrovňové polohy do pozice úrovně.

Poskytl jsem podrobné pokyny, jak můžete vytvořit tuto digitální úroveň, ale můžete svůj design rozšířit a upravit, stejně jako jsem to udělal na digitální duchovní úrovni DIY.

Krok 1: Materiály

Níže jsou uvedeny materiály použité při sestavování této digitální úrovně. Většina nákupních odkazů je na více kusů, které jsou obvykle levnější než nákup jednotlivých komponent. Například čip TP4056 je dodáván s 10 kusy za 9 $ (méně než 1 $/TP4056), nebo jej lze zakoupit samostatně za 5 $.

• Nabíječka baterií TP4056 Li -Po (Amazon -
• Akcelerometr LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• 128x64 OLED LCD displej (Amazon -
• Piezo reproduktor (Amazon -

• 3,7 V Li -Po baterie (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Samorezné šrouby M2 s válcovou hlavou - jsou zapotřebí 4 šrouby M2x4, 6 M2x6 a 6 M2x8 (eBay -
• Posuvný přepínač (Amazon -

S výjimkou šroubů vás uvedené odkazy zavedou do Amazonu. Téměř všechny tyto položky lze však zakoupit na eBay nebo přímo z Číny s výraznou slevou. Mějte na paměti, že objednávání z Číny může mít za následek dlouhé dodací lhůty (3-4 týdny nejsou neobvyklé).

Všimněte si také, že pro mnoho z těchto komponent existují alternativy. Například můžete nahradit jiný akcelerometr pro LSM9DS1 (například MPU-9205). Arduino Nano můžete nahradit jakýmkoli procesorem kompatibilním s Arduino se správnými piny GPIO.

Zejména LSM9DS1 je ten, který jsem koupil ve výprodeji ve Sparkfunu za méně než 10 $, ale obvykle má vyšší cenu; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) poskytuje podobnou funkci za nižší cenu.

Pokud provedete nahrazení, budete pravděpodobně muset upravit pouzdro (nebo alespoň způsob, jakým komponentu do pouzdra připojíte) a pravděpodobně budete muset upravit software tak, aby se připojil k alternativní komponentě. Tyto úpravy nemám - budete je muset podle potřeby prozkoumat a aktualizovat.

Krok 2: Schéma zapojení

Schéma zapojení podrobně popisuje, jak jsou různé elektronické součásti navzájem propojeny. Červené čáry představují kladné napětí, zatímco černé čáry představují zem. Žluté a zelené čáry se používají pro datové signály z akcelerometru a na OLED LCD displej. V následujících krocích uvidíte, jak jsou tyto součásti propojeny dohromady.

Krok 3: Vytvořte případ

Pokud máte 3D tiskárnu, lze pouzdro vytisknout poměrně snadno. Soubory STL zahrnuté v tomto Instructable. Pokud nemáte 3D tiskárnu, můžete soubory STL nahrát do kanceláře 3D tiskárny (jako je tato) a nechat si je vytisknout.

Vytiskl jsem svůj bez okraje nebo voru (a bez podpěr) a s 20% výplní, ale můžete si vytisknout svůj, jakkoli jste na tisk zvyklí. Každý kus by měl být vytištěn samostatně, položený naplocho. Možná jej budete muset otočit o 45 stupňů, aby se vešel do lůžka tiskárny. Můj byl vytištěn pomocí Monoprice Maker Select Plus s velikostí lůžka 200 mm x 200 mm - tisk každého kusu trval přibližně 12 hodin. Pokud máte menší postel, nemusí se hodit. Měřítko se nedoporučuje, protože úchytky elektronických součástek pak nebudou vhodně upraveny.

Krok 4: Připojte součásti k Breadboardu a ověřte připojení (volitelně)

Důrazně doporučuji zapojit primární komponenty na prkénko, aby bylo možné ověřit konektivitu, než budete pokračovat s montáží komponent uvnitř skříně. Software si můžete stáhnout do Arduino Nano (viz další krok) a ověřit, zda je OLED LCD displej správně zapojený a funkční, a zda je akcelerometr správně zapojený a že hlásí svá data do Arduino Nano. Toho lze také použít k ověření činnosti volitelného piezo reproduktoru.

V této fázi jsem baterii a nabíječku nepřipojil k prkénku - připojení spínače k ovládání baterie se provádí po namontování přepínače do pouzdra. Poslední obrázek ukazuje, jak to vypadá před zapojením.

Krok 5: Stáhněte si software do Arduino Nano

Software se načte do Arduino Nano pomocí Arduino IDE. To lze provést kdykoli během procesu vytváření DigiLevel, ale je nejlepší to provést, když jsou součásti zapojeny pomocí prkénka (viz předchozí krok), aby se ověřilo správné zapojení a provoz elektrických komponent.

Software vyžaduje instalaci 2 knihoven. První je knihovna U8g2 (od olivera) -můžete ji nainstalovat kliknutím na „Sketch -> Include Library -> Manage Libraries…“v Arduino IDE. Vyhledejte U8g2 a poté klikněte na Instalovat. Druhou knihovnou je knihovna Sparkfun LSM9DS1. Zde můžete získat pokyny k instalaci této knihovny.

Po specifikaci knihovny má software sekci nastavení a hlavní smyčku zpracování. Sekce nastavení inicializuje akcelerometr a OLED LCD displej a poté zobrazí úvodní obrazovku před zobrazením hlavního displeje. Pokud je připojen reproduktor, ozve se jedno pípnutí na reproduktoru, což značí stav zapnutí.

Hlavní smyčka zpracování je zodpovědná za čtení akcelerometru, získání úhlů x a y a poté zobrazení hodnot jako sadu absolutních čísel a také obrázkově na grafu. Zobrazí se také údaj teploty z akcelerometru (buď ve stupních Fahrenheita nebo Celsia). Pokud byla úroveň dříve neúrovňová, při návratu na úroveň vygeneruje dvě pípnutí na reproduktoru (je-li připojen).

Nakonec se získá napětí z baterie pro určení a zobrazení aktuální úrovně baterie. Nevím, jak přesný je tento kód, ale je dostatečně přesný, aby ukázal plnou baterii a postupné snižování úrovně baterie během používání.

Krok 6: Namontujte a zapojte OLED displej a piezo reproduktor

1,3 OLED displej (128x64) se montuje do horní poloviny pouzdra pomocí 4 samořezných šroubů s hlavou M2x4. Doporučuji, abyste před montáží připojili své vodiče k displeji. Tím zajistíte, že uvidíte, jak jsou piny označené, když připojujete vodiče. Jakmile je displej připojen, neuvidíte štítky pro kolíky. Všimnete si, že jsem na zadní stranu displeje přidal štítek, abych si pamatoval hodnoty pinů (protože jsem to neudělal poprvé a špatně jsem to zapojil …).

Reproduktor slouží k vydávání krátkého tónu, když je zapnuta digitální úroveň, aby se ověřilo, že je baterie dobrá a že je funkční. Vydává také dvojitý tón, kdykoli je úroveň přesunuta z neúrovňové polohy do pozice úrovně. Toto má poskytnout slyšitelnou zpětnou vazbu, když nastavujete úroveň nebo cokoli, na čem je úroveň. Upevňuje se do horní poloviny pouzdra pomocí 2 samořezných šroubů s válcovou hlavou M2x4. Nepotřebujete reproduktor - DigiLevel bude bez něj fungovat dobře, ale bude vám chybět jakákoli slyšitelná zpětná vazba.

Krok 7: Namontujte a zapojte baterii, nabíječku baterií a vypínač

Před připojením k baterii je třeba spínač namontovat do pouzdra. Důvodem je, že pokud jej nejprve zapojíte, nebudete moci přepínač připojit, aniž byste jej odpojili. Nejprve tedy namontujte spínač, poté namontujte předinstalovanou baterii TP4056 a Li-Po a poté dokončete zapojení k přepínači.

TP4056 má 4 propojovací podložky: B+, B-, Out+, Out-. Budete chtít připojit baterii ke konektorům B+ (kladné napětí) a B- (uzemnění). Připojení Out- se používá pro uzemnění, které přejde k Arduino Nano, a Out+ je připojeno k jednomu kolíku přepínače. Druhý pin přepínače je poté zapojen do VIN Arduino Nano.

Moje pájení není nejlepší - rád používám teplem smrštitelné bužírky k zakrytí a izolaci pájeného spoje. Všimnete si, že na jednom z pájených spojů zde byla smršťovací trubice ovlivněna teplem pájení a zmenšila se, než jsem s ní mohl pohnout.

Krok 8: Namontujte a zapojte akcelerometr

Akcelerometr (LSM9DS1) je upevněn uprostřed spodní poloviny pouzdra. K připojení jsou 4 piny: VCC jde na pin V5 na Arduino Nano; GND jde na zem; SDA jde na pin A5 na Arduino Nano; a SCL jde na pin A4 na Arduino Nano.

Pro zapojení jsem použil propojovací vodiče s konektory Dupont, ale pokud chcete, můžete vodič připájet přímo k pinům. Pokud připájíte dráty přímo k pinům, pravděpodobně to budete chtít udělat před montáží čipu akcelerometru, aby to bylo jednodušší.

Krok 9: Dokončete elektroniku zapojením Arduino Nano

Konečné zapojení se provádí připojením všech elektrických komponent k Arduino Nano. To se nejlépe provádí před montáží Arduino Nano, aby byl port USB přístupný pro kalibraci a jakékoli další změny softwaru na poslední chvíli.

Začněte připojením přepínače k Nano. Kladný vodič (červený) jde z přepínače na pin VIN na Nano. Záporný vodič (černý) z baterie bude směřovat na GND pin na Nano. Na Nano jsou dva piny GND a všechny čtyři elektrické komponenty mají zemnící vodič. Rozhodl jsem se zkombinovat dva důvody ve spodní části skříně do jednoho kabelu připojeného k jednomu z pinů GND. Dva důvody z horní části skříně jsem spojil do jednoho kabelu zapojeného do ostatních pinů GND.

Akcelerometr (LSM9DS1) lze připojit k Nano připojením kolíku VDD na akcelerometru ke kolíku 3V3 na Nano. NEPŘIPOJUJTE to k 5V pinu, jinak poškodíte čip akcelerometru. Připojte SDA ke kolíku A4 na Nano a SCL ke kolíku A5 na Nano. Pin GND jde na pin GND na Nano (v kombinaci se záporným vývodem z baterie).

OLED LCD displej lze dále připojit k Nano připojením VCC pinu na displeji k 5V pinu na Nano. Připojte SDA ke kolíku D2 na Nano a SCL ke kolíku D5 na Nano.

Nakonec lze reproduktor připojit připojením červeného vodiče (kladného) ke kolíku D7 na Nano. Černý vodič vede k GND spolu s GND OLED LCD displeje.

Krok 10: Kalibrace

Jakmile je software stažen a před montáží Arduino Nano, budete možná muset kalibrovat úroveň. Zajistěte, aby byla namontována deska akcelerometru. Montáž pomocí šroubů by měla vést k vodorovné desce, ale pokud je z jakéhokoli důvodu mírně vypnutá, kalibrace zajistí správné zobrazení.

Umístěte spodní skříň na povrch, o kterém je známo, že je rovný (pomocí bublinové úrovně nebo jiným způsobem). Odečtěte zobrazené hodnoty pro X a Y. Pokud některý z nich není nenulový, budete muset software aktualizovat o kalibrační množství. To se provádí nastavením proměnné xCalibration nebo yCalibration na příslušnou částku (co se zobrazí).

// // Nastavit tyto proměnné s počátečními hodnotami podle potřeby // bool displayF = true; // true for Fahrenheit, false for Celsius int xCalibration = 0; // množství kalibrace pro vyrovnání osy x int yCalibration = 0; // množství kalibrace pro vyrovnání dlouhé irvCalibration = 1457; // kalibrační množství pro vnitřní referenční napětí

V tuto chvíli byste měli také nastavit hodnotu displejeF na příslušné nastavení v závislosti na tom, zda chcete zobrazit teplotu ve stupních Fahrenheita nebo Celsia.

Opětovné načtení softwaru na Nano by nyní mělo vést ke čtení 0/0 na povrchu známé úrovně.

Krok 11: Namontujte Arduino Nano a sestavte pouzdro

Jakmile je kalibrace dokončena, můžete Arduino Nano namontovat do pouzdra nanesením horkého lepidla na kolejnice a umístěním Arduino Nano na tyto kolejnice kolíky nahoru a port USB směřovat dovnitř skříně.

Pouzdro obsahující veškerou elektroniku lze nyní sestavit spojením obou polovin dohromady a pomocí 4 samořezných šroubů M2x8 s válcovou hlavou.

Krok 12: Ověřte fungování vaší nové digitální úrovně

Zkontrolujte, zda je baterie Li-Po nabitá. Pokud je pouzdro sestaveno, nebudete moci LED indikátory nabíjení přímo vidět. Chcete -li ověřit provoz nabíjení přímým zobrazením nabíjecích světel, budete muset otevřít pouzdro, ale měli byste vidět červenou záři, která indikuje, že nabíjení probíhá se zavřeným pouzdrem.

Po nabití a sestavení zapněte digitální úroveň a ověřte její fungování. Pokud nefunguje, dva pravděpodobné problémové body jsou kabeláž pro OLED LCD displej a kabeláž pro akcelerometr. Pokud displej nic nezobrazuje, začněte zapojením OLED LCD. Pokud displej funguje, ale štítky H a V ukazují 0 a teplota je 0 (C) nebo 32 (F), akcelerometr pravděpodobně není zapojen správně.

Krok 13: Závěrečné myšlenky…

Tuto digitální úroveň (a instruktabilní) jsem sestavil především jako zkušenost s učením. Bylo pro mě méně důležité vytvořit funkční úroveň, protože bylo třeba prozkoumat různé komponenty a jejich schopnosti a poté je spojit dohromady tak, aby to mělo přidanou hodnotu.

Jaká vylepšení bych provedl? Pro budoucí aktualizaci zvažuji několik:

• Vystavte USB port Arduina Nano skrz pouzdro změnou způsobu jeho montáže. To by umožnilo snadnější aktualizace softwaru (což by v každém případě mělo být vzácné).
• 3D tisk případu pomocí dřevěného vlákna. Experimentoval jsem s filamentem Hatchbox Wood a jsem velmi spokojen s výsledky, kterých jsem dosáhl. Myslím, že by to poskytlo lepší celkový pohled na DigiLevel.
• Aktualizujte design tak, aby používal akcelerometr MPU-9250 ke snížení nákladů, aniž by to mělo vliv na funkci.

Toto je můj první návod a vítám zpětnou vazbu. I když jsem se tomu snažil vyhýbat, jsem si jistý, že to má stále perspektivu více zaměřenou na USA - takže se omlouvám za ty mimo USA.

Pokud vás to zaujalo, hlasujte pro mě v soutěži Prvního autora. Děkujeme, že jste dočetli až do konce!

Runner Up in the First Time Author