Digitalni nivo s križnim laserjem: 15 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Pozdravljeni, danes vam bom pokazal, kako narediti digitalno raven z izbirnim vgrajenim laserskim križem. Pred približno letom dni sem ustvaril digitalno večnamensko orodje. Čeprav to orodje vsebuje veliko različnih načinov, so zame najpogostejši in uporabni načini merjenja ravni in kota. Zato sem mislil, da bi bilo produktivno narediti novo, bolj kompaktno orodje, osredotočeno le na zaznavanje kota. Skupščina je naravnost, zato upajmo, da bo to zabaven vikend projekt za ljudi.

Oblikoval sem tudi sani za držanje nivoja med uporabo laserskega križa. Prilagodite ga lahko za +/- 4 stopinje v y/x, da pomagate izravnati lasersko linijo. Sani lahko namestite tudi na stojalo za fotoaparat.

Vse datoteke, potrebne za raven, najdete na mojem Githubu: tukaj.

Raven ima pet načinov:

(Te si lahko ogledate v zgornjem videoposnetku. Ogled jih bo verjetno bolj smiseln kot branje opisov)

1. Nivo X-Y: To je kot krožni nivo mehurčkov. Ko je nivo na hrbtni strani, način poroča o kotih nagiba okoli zgornje/spodnje in leve/desne strani orodja.
2. Roll Level: To je kot običajna libela. Ko raven stoji navzgor na zgornji/spodnji/levi/desni strani, poroča o nagibnem kotu zgornje/spodnje strani nivoja.
3. Kotomer: Tako kot raven zvitek, vendar nivo leži ravno na spodnji strani.
4. Laserski kazalec: Samo naravnost točkovni laser, projiciran z desne strani orodja.
5. Cross-Line Laser: Projektira križ z desne strani ravni. To lahko aktivirate tudi pri uporabi načinov X-Y Level ali Roll Level z dvojnim dotikom gumba "Z". Usmerjen mora biti tako, da je spodnja stran poravnana z lasersko črto.

Da bi bil nivo bolj kompakten in lažji pri montaži, sem vse dele vgradil na tiskano vezje po meri. Najmanjše komponente so velikosti 0805 SMD, ki jih je mogoče enostavno spajkati ročno.

Ohišje nivoja je 3D-tiskano in meri 74x60x23,8 mm s križnim laserjem, 74x44x23,8 mm brez, zato je orodje udobno žepno v obeh primerih.

Raven napaja LiPo baterija za ponovno polnjenje. Opozoriti moram, da so LiPo lahko nevarni, če z njimi ravnate nepravilno. Glavna stvar je, da ne skrajšate LiPo, vendar morate narediti nekaj varnostnih raziskav, če jih popolnoma ne poznate.

Nazadnje, dva laserja, ki jih uporabljam, imata zelo nizko moč in čeprav ne priporočam, da jih usmerjate neposredno v oči, bi morala biti sicer varna.

Če imate kakršna koli vprašanja, pustite komentar in odgovoril vam bom.

Zaloge

PCB:

Datoteko Gerber za tiskano vezje najdete tukaj: tukaj (kliknite prenos spodaj desno)

Če želite pregledati shemo tiskanega vezja, jo lahko najdete tukaj.

Razen če lahko izdelujete PCB -je lokalno, jih boste morali naročiti pri prototipnem proizvajalcu PCB -ja. Če še nikoli niste kupili tiskanega vezja po meri, je zelo preprosto; večina podjetij ima avtomatiziran sistem citiranja, ki sprejema datoteke Gerber z zadrgo. Priporočam lahko JLC PCB, Seeedstudio, AllPCB ali OSH Park, čeprav sem prepričan, da bo delovala tudi večina drugih. Vse privzete specifikacije plošč teh proizvajalcev bodo delovale v redu, vendar debelino plošče nastavite na 1,6 mm (to bi moralo biti privzeto). Barva plošče je vaša želja.

Elektronski deli:

(upoštevajte, da lahko te dele ceneje najdete na spletnih mestih, kot so Aliexpress, Ebay, Banggood itd.)

• En Arduino Pro-mini, 5V ver. Upoštevajte, da obstaja nekaj različnih modelov plošč. Edina razlika med njimi je namestitev analognih zatičev A4-7. PCB nivoja sem naredil tako, da bi morale delovati obe plošči. Najdeno tukaj.
• Ena odklopna plošča MPU6050. Najdeno tukaj.
• Eden 0,96 -palčni SSD1306 OLED. Barva zaslona ni pomembna (čeprav modro/rumena različica najbolje deluje). Najdemo jo v dveh različnih konfiguracijah zatičev, kjer sta zemeljski/vcc zatiči obrnjeni. Eden bo deloval za raven. Najdete tukaj.
• Ena polnilna plošča LiPo TP4056 1s. Najdeno tukaj.
• Ena LiPo baterija 1s. Vse vrste so v redu, če ustrezajo prostornini 40x50x10 mm. Zmogljivost in trenutna moč nista zelo pomembna, saj je raven porabe energije dokaj nizka. Tukaj najdete tistega, ki sem ga uporabil.
• Ena laserska dioda 6,5x18 mm 5mw. Najdeno tukaj.
• Ena laserska dioda s prečno linijo 12 x 40 mm 5 mw. Najdeno tukaj. (neobvezno)
• Dva tranzistorja 2N2222 skozi luknje. Najdeno tukaj.
• Eno drsno stikalo 19x6x13 mm. Najdeno tukaj.
• Štirje upori 1K 0805. Najdeno tukaj.
• Dva upora 100K 0805. Najdeno tukaj.
• Dva večplastna keramična kondenzatorja 1uf 0805. Najdeno tukaj.
• Dva taktilna gumba 6x6x10mm skozi luknjo. Najdeno tukaj.
• 2,54 mm moške glave.
• Programski kabel FTDI. Najdeno tukaj, čeprav so druge vrste na voljo za Amazon ceneje. Kot programer lahko uporabite tudi Arduino Uno (če ima odstranljiv čip ATMEGA328P), si oglejte vodnik za to tukaj.

Drugi deli:

• Dvajset okroglih neodim magnetov 6x1 mm. Najdeno tukaj.
• En prozorni akrilni kvadrat 25x1,5 mm. Najdeno tukaj.
• Majhna dolžina lepilnega traku z lepilno podlago.
• Štirje 4 mm vijaki M2.

Orodja/potrebščine

• 3D tiskalnik
• Spajkalnik s fino konico
• Plastično lepilo (za lepljenje akrilnega kvadrata, superlepilo ga zamegli)
• Super lepilo
• Pištola za vroče lepilo in vroče lepilo
• Barva+čopič (za polnjenje nalepk gumbov)
• Odstranjevalec/rezalnik žice
• Pinceta (za rokovanje z deli SMD)
• Hobi nož

Deli za sankanje (neobvezno, če dodajate laserski križ)

• Tri matice M3
• Trije vijaki M3x16 mm (ali daljši, vam omogočajo večje območje nastavitve kota)
• Ena 1/4 "-20 matica (za montažo na stativ fotoaparata)
• Dva okrogla magneta 6x1 mm (glej zgornjo povezavo)

1. korak: Oblikovalske opombe (neobvezno)

Preden se lotim gradbenih korakov, bom posnel nekaj opomb o njenem oblikovanju, konstrukciji, programiranju itd. Te so neobvezne, če pa želite na kakršen koli način spremeniti raven, so lahko koristne.

• Slike montaže, ki jih imam, so starejše različice tiskanega vezja. Od takrat sem odpravil nekaj manjših težav z novo različico tiskanega vezja. Novo PCB sem preizkusil, vendar sem v naglici, da bi jo preizkusil, popolnoma pozabil posneti montažne slike. Na srečo so razlike zelo majhne in sestava je večinoma nespremenjena, zato bi starejše slike morale delovati v redu.
• Za opombe o MPU6050, SSD1306 OLED in TP4056 glejte 1. korak mojega navodila za digitalno večnamensko orodje.
• Želel sem, da je nivo čim bolj kompakten, hkrati pa naj ga enostavno sestavi nekdo s povprečnimi sposobnostmi spajkanja. Zato sem se odločil za uporabo večinoma sestavnih delov skozi luknje in običajnih prostih plošč. Uporabil sem 0805 SMD upore/kondenzatorje, ker so dokaj enostavni za spajkanje, jih lahko pregrejete, ne da bi se preveč sekirali, in so zelo poceni za zamenjavo, če jih zlomite/izgubite.
• Z uporabo vnaprej izdelanih odklopnih plošč za senzor/OLED/mikrokrmilnik tudi zmanjšate celotno število delov, zato je lažje kupiti vse dele za ploščo.
• Na svojem digitalnem večnamenskem orodju sem kot glavni mikrokrmilnik uporabil Wemos D1 Mini. To je bilo predvsem posledica programskih omejitev pomnilnika. Za raven, ker je MPU6050 edini senzor, sem se odločil za uporabo Arduino Pro-mini. Čeprav ima manj pomnilnika, je nekoliko manjši od Wemos D1 Mini, in ker je domači izdelek Arduino, je programska podpora izvorno vključena v Arduino IDE. Na koncu sem se zelo približal povečanju programskega pomnilnika. To je predvsem posledica velikosti knjižnic za MPU6050 in OLED.
• Odločil sem se za uporabo 5v različice Arduino Pro-Mini nad različico 3.3v. To je predvsem zato, ker ima različica 5v dvojno taktno frekvenco kot različica 3.3v, kar pomaga povečati odzivnost ravni. Popolnoma napolnjen 1-polni LiPo oddaja 4,2 V, tako da ga lahko uporabite za napajanje pro-mini neposredno iz vcinka vcc. S tem se izognete vgrajenemu 5 -voltnemu regulatorju napetosti in na splošno tega ne bi smeli storiti, razen če ste prepričani, da vaš vir energije nikoli ne bo presegel 5 V.
• Poleg prejšnje točke tako MPU6050 kot OLED sprejemata napetosti med 5-3v, zato 1s LiPo ne bo imel težav z napajanjem.
• Lahko bi uporabil 5v povečevalni regulator, ki vzdržuje stalnih 5v po celotni plošči. Čeprav bi bilo to dobro, če bi zagotovili konstantno taktno frekvenco (z zmanjšanjem napetosti se zmanjšuje) in preprečili zatemnitev laserjev (kar v resnici ni opazno), se mi ni zdelo vredno dodatnih delov. Podobno je 1s LiPo 95-odstotno izpraznjen pri 3,6 V, zato bi tudi pri najnižji napetosti 5v pro-mini še vedno deloval hitreje kot različica 3,3 V.
• Oba gumba imata vezje. S tem preprečite, da bi en pritisk na gumb večkrat prešteli. Lahko se odpoveš programski opremi, jaz pa to raje naredim strojno, saj sta potrebna le dva upora in en kondenzator, potem pa ti ni treba skrbeti. Če bi to raje naredili v programski opremi, lahko izpustite kondenzator in spajkate mostično žico med blazinice upora 100K. Še vedno morate vključiti upor 1K.
• Raven poroča o trenutnem odstotku napolnjenosti LiPo v zgornjem desnem kotu zaslona. To se izračuna s primerjavo Arduinove notranje referenčne napetosti 1,1 V z napetostjo, izmerjeno na vcnu vcc. Sprva sem mislil, da morate za to uporabiti analogni pin, kar se odraža na tiskanem vezju, vendar ga lahko varno prezrete.

2. korak: montaža tiskanega vezja 1. korak:

Za začetek bomo sestavili tiskano vezje na ravni. Za lažjo montažo bomo na ploščo dodajali komponente po stopnjah, razvrščene po višini. To vam daje več prostora za namestitev spajkalnika, saj se morate soočiti le s sestavnimi deli enake višine.

Najprej morate spajati vse upore SMD in kondenzatorje na zgornji strani plošče. Vrednosti so navedene na tiskanem vezju, za referenco pa lahko uporabite priloženo sliko. Ne skrbite za upor 10K, saj ni na vaši plošči. Sprva sem ga nameraval uporabiti za merjenje napetosti akumulatorja, vendar sem našel drug način.

Korak 3: Montaža tiskanega vezja Korak 2:

Nato prerežite in odstranite vodilne žice majhne laserske diode. Verjetno jih boste morali sleči vse do dna laserja. Ne pozabite spremljati, katera stran je pozitivna.

Laser postavite v območje izreza na desni strani tiskanega vezja. Morda boste želeli uporabiti malo lepila, da ga držite na mestu. Spajkanje laserjev vodi do lukenj +/- z oznako "Laser 2", kot je prikazano na sliki.

Nato dva 2N2222 spajkajte v položaj v zgornjem desnem kotu plošče. Prepričajte se, da se ujemajo z natisnjeno orientacijo na plošči. Ko jih spajkate, jih potisnite le do polovice v desko, kot je na sliki. Ko jih spajkate, odrežite vse odvečne kable, nato pa upognite 2N2222 tako, da je ravna ploskev na vrhu plošče, kot je na sliki.

4. korak: montaža tiskanega vezja 3. korak:

Obrnite ploščo in spajkajte enojne moške glave v luknje blizu laserske diode. Nato prilepite modul TP4056 v glave, kot je na sliki. Prepričajte se, da je nameščen na spodnji strani plošče, tako da so vrata USB poravnana z robom plošč. Odrežite vse presežne dolžine glav.

5. korak: montaža tiskanega vezja 4. korak:

Obrnite ploščo nazaj na njeno zgornjo stran. Z uporabo vrstnih moških glav spajkajte ploščo MPU6505, kot je na sliki. Poskusite, da je MPU6050 čim bolj vzporeden s tiskanim vezjem na ravni. To bo pomagalo ohraniti začetne odčitke kota blizu nič. Odrežite vse presežne dolžine glave.

Korak 6: Montaža tiskanega vezja Korak 5:

Spajkajte moške glave za Arduino Pro-Mini na zgornji strani plošče. Njihova usmeritev ni pomembna, razen v zgornji vrstici glav. To je programska glava za ploščo, zato je ključnega pomena, da so usmerjeni tako, da dolga stran glav kaže proti zgornji strani tiskanega vezja nivoja. To lahko vidite na sliki. Prav tako uporabite orientacijo zatičev A4-7, ki se ujema z vašim Pro-Mini (moja ima vrstico na dnu plošče, nekateri pa jih postavite kot pare vzdolž enega roba).

Nato, čeprav ni na sliki, lahko Arduino Pro-Mini spajkate na mestu.

Nato spajkajte zaslon SSD1306 OLED na mesto na vrhu plošče. Tako kot pri modelu MPU6050 poskusite zaslon čim bolj vzporedno s tiskanim vezjem na ravni. Upoštevajte, da so plošče SSD1306 na voljo v dveh možnih konfiguracijah, ena z obrnjenimi nožicami GND in VCC. Oba bosta delovala z mojo ploščo, vendar morate zatiče konfigurirati s pomočjo mostičkov na zadnji strani tiskanega vezja nivoja. Preprosto premostite osrednje blazinice na blazinice VCC ali GND, da nastavite nožice. Na žalost nimam slike za to, saj sem za obrnjene zatiče izvedel šele potem, ko sem kupil in sestavil začetno tiskano vezje (nožice mojega zaslona so bile napačne, zato sem moral naročiti povsem nov zaslon). Če imate kakršna koli vprašanja, napišite komentar.

Na koncu odrežite vse presežne dolžine zatičev.

7. korak: montaža tiskanega vezja 6. korak:

Če tega niste storili v prejšnjem koraku, spajkajte Arduino Pro-Mini na njegovo mesto na vrhu tiskanega vezja.

Nato dva taktilna gumba in drsno stikalo spajkajte na mesto, kot je prikazano na sliki. Odstranite pritrdilne jezičke drsnega stikala s kleščami.

8. korak: montaža tiskanega vezja 7. korak:

Na zadnjo stran nivojskega tiskanega vezja in LiPo baterije pritrdite majhen trak Velcro, kot je na sliki. Ne upoštevajte dodatne rdeče žice med Arduinom in zaslonom na prvi sliki. Pri načrtovanju tiskanega vezja sem naredil majhno napako pri ožičenju. To je bilo popravljeno v vaši različici.

Nato z velcro pritrdite baterijo na zadnjo stran tiskanega vezja nivoja. Nato odrežite in odstranite pozitivne in negativne žice baterije. Spajkajte jih na blazinici B+ in B- na TP4056, kot je prikazano na sliki. Pozitivna žica baterije mora biti priključena na B+, negativna na B-. Pred spajkanjem preverite polarnost vsake žice z večmetrom. Da ne bi prišlo do kratkega stika z baterijo, priporočam stripiranje in spajkanje ene žice naenkrat.

Na tej točki je PCB na ravni končan. Preden ga namestite v ohišje, ga boste morda želeli preizkusiti. Če želite to narediti, preskočite korak nalaganja kode.

9. korak: Montaža ohišja 1. korak:

Če dodajate križni laser, natisnite "Main Base.stl" in "Main Top.stl". Ujemati se morajo s slikami.

Če laserskega križanja ne dodajate, natisnite "Main Base No Cross.stl" in "Main Top No Cross.stl". To so enaki deli na sliki, vendar z odstranjenim predelkom za laserski križ.

Vse te dele najdete na mojem Githubu: tukaj

V obeh primerih lepite okrogle magnete 1x6 mm v vsako luknjo na zunanji strani ohišja. Skupaj boste potrebovali 20 magnetov.

Nato vzemite "Main Top" in v izrez prilepite 25 mm akrilni kvadrat, kot je na sliki. Za to ne uporabljajte super lepila, ker bo zameglilo akril. Če nameravate reprogramirati raven, ko je sestavljena, lahko izrežete pravokotnik v zgornjem levem kotu "glavnega vrha" z nožem za hobi. Ko je nivo popolnoma sestavljen, boste imeli dostop do glave za programiranje. Upoštevajte, da je to že izrezano na mojih slikah.

Nazadnje lahko po želji uporabite nekaj barve za črnilo na nalepkah gumbov "M" in "Z".

10. korak: Montaža ohišja 2. korak:

V obeh primerih vstavite sestavljeno raven PCB v ohišje. Moral bi lahko sedeti ravno na notranjih dvižnih ohišjih ohišja. Ko ste zadovoljni s svojim položajem, ga vroče lepite.

11. korak: Nalaganje kode

Kodo najdete na mojem Githubu: tukaj

Naslednje knjižnice boste morali namestiti ročno ali z uporabo upravitelja knjižnic Arduino IDE:

• I2C Dev
• Knjižnica Adafruit's SSD1306
• Referenčna napetost

Pripisujem si zasluge za delo, ki so ga pri izdelavi teh knjižnic opravili Adafruit, Roberto Lo Giacco in Paul Stoffregen, brez katerega skoraj zagotovo ne bi mogel dokončati tega projekta.

Če želite naložiti kodo, morate priključiti programski kabel FTDI na šest-polno glavo nad Arduino pro-mini. Kabel FTDI mora imeti črno žico ali kakšno oznako za orientacijo. Ko kabel vstavite v glavo, mora črna žica stati na zatiču z oznako "blk" na tiskanem vezju nivoja. Če ga dobite pravilno, okrog napajalne lučke na Arduinu naj zasveti, sicer boste morali kabel obrniti.

Kodo lahko naložite tudi z uporabo Arduino Uno, kot je opisano tukaj.

Ko uporabljate katero koli metodo, bi morali kodo naložiti tako kot v kateri koli drug Arduino. Pri nalaganju ne pozabite izbrati Arduino Pro-Mini 5V kot ploščo v meniju orodij. Preden naložite mojo kodo, morate kalibrirati svoj MPU6050 tako, da zaženete primer "IMU_Zero" (najdete ga v meniju z primeri za MPU6050). Z uporabo rezultatov bi morali spremeniti odmike pri vrhu moje kode. Ko so nastavljeni odmiki, lahko naložite mojo kodo in raven bi morala začeti delovati. Če ne uporabljate križnega laserja, morate v kodi nastaviti "crossLaserEnable" na false.

Način ravni se spremeni s tipko "M". Če pritisnete gumb "Z", boste izničili kot ali vklopili enega od laserjev, odvisno od načina. Ko ste v načinu zvijanja ali x-y ravni, dvakratni pritisk gumba "Z" vklopi navzkrižni laser, če je omogočen. Odstotek napolnjenosti baterije je prikazan v zgornjem desnem kotu zaslona.

Če kode ne morete naložiti, boste morda morali v meniju z orodji nastaviti ploščo kot Arduino Uno.

Če se zaslon ne vklopi, preverite njegov naslov I2C pri komur koli ste ga kupili. Privzeto je v kodi 0x3C. Spremenite lahko tako, da spremenite DISPLAY_ADDR na vrhu kode. Če to ne deluje, boste morali odstraniti tiskano vezje nivoja iz ohišja in potrditi, da se zatiči zaslona ujemajo s tistimi na tiskanem vezju ravni. Če se to zgodi, imate verjetno pokvarjen zaslon (so precej krhki in se lahko poškodujejo pri pošiljanju), zato ga boste morali odstraniti.

Korak: Sestavljanje laserskega navzkrižnega črta:

Če ne uporabljate križnega laserja, lahko ta korak preskočite. Če ste, vzemite laserski modul in ga vstavite v ohišje, kot je prikazano na sliki, naj se zaskoči v zaobljene izreze za laser.

Nato vzemite laserske žice in jih potisnite pod zaslon do vrat Laser 1 na tiskanem vezju nivoja. Odstranite in spajkajte žice v položaje +/-, kot je na sliki. Rdeča žica mora biti pozitivna.

Zdaj, da bo laserski križni laser uporaben, ga je treba uskladiti z ohišjem nivoja. Za to sem uporabil indeksno kartico, upognjeno pod pravim kotom. Raven in indeksno kartico postavite na isto površino. Vklopite navzkrižni laser in ga usmerite proti indeksni kartici. S parom pincete ali klešč zavrtite laserski pokrovček leče, ki je narebljen, dokler laserski križ ni poravnan z vodoravnimi črtami kazala. Ko ste zadovoljni, pritrdite pokrovček objektiva in laserski modul s prečno linijo z vročim lepilom.

13. korak: Končna montaža

Vzemite "Main Top" ohišja in ga pritisnite na vrh "Main Base" ohišja. Morda ga boste morali rahlo nagniti, da se obrne okoli zaslona.

Posodobitev 2/1/2021, zgornji del spremenjen v pritrditev s štirimi 4 mm vijaki M2. Moral bi biti naravnost.

Na tej točki je vaša raven končana! Nato bom opisal, kako sestaviti natančne sani, ki jih lahko poljubno izdelate.

Če se tukaj ustavite, upam, da vam bo raven koristna, in zahvaljujem se vam za branje! Če imate kakršna koli vprašanja, pustite komentar in poskusil vam bom pomagati.

Korak 14: Sestavljanje natančnih sani 1. korak:

Zdaj bom šel skozi korake montaže natančnih sani. Sani so namenjene uporabi v povezavi z načinom ravni X-Y. Njegovi trije nastavitveni gumbi omogočajo natančen nadzor nad kotom nivoja, kar je v pomoč pri ravnanju z neravnimi površinami. Sani vključujejo tudi prostor za 1/4 -20 matico, ki omogoča montažo nivoja na stojalo za fotoaparat.

Tiskanje enega "Precision Sled.stl" in treh "Adjustment Knob.stl" in "Adjustment Foot.stl" (na zgornji sliki manjka en nastavitveni gumb)

Na dno sani vstavite tri matice M3, kot je na sliki, in jih prilepite.

Korak 15: Sestavljanje natančnih sani 2. korak:

Vzemite tri 16 mm vijake M3 (ne dva, kot je na sliki) in jih vstavite v nastavitvene gumbe. Glava vijaka mora biti poravnana z vrhom gumba. To bi moralo biti primerno za trenje, vendar boste morda morali dodati malo superlepila, da povežete gumbe in vijake skupaj.

Nato zavijte vijake M3 skozi matice M3, ki ste jih vstavili v sani v 1. koraku. Prepričajte se, da je stran z nastavitvenim gumbom na vrhu sani, kot je prikazano na sliki.

Na konec vsakega vijaka M3 z uporabo super lepila prilepite nastavitveno nogo.

Ko ste to naredili za vse tri noge, so natančne sani končane!:)

Po želji lahko v luknje na sredini sani vstavite 1/4 -20 matico in dva okrogla magneta 1x6 mm (pazite, da bodo polaritete magnetov nasprotne od tistih na dnu nivoja). Tako boste lahko montirali sani in poravnajte na stojalu fotoaparata.

Če ste prišli tako daleč, hvala za branje! Upam, da ste našli to informativno/uporabno. Če imate kakršna koli vprašanja, pustite komentar.

Drugo mesto na natečaju Build a Tool