DigiLevel - digitalna raven z dvema osema: 13 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Navdih za to navodilo je DIY Digital Spirit Level, ki ga je našel GreatScottLab. Ta zasnova mi je bila všeč, vendar sem želel večji zaslon z bolj grafičnim vmesnikom. Želel sem tudi boljše možnosti vgradnje elektronike v ohišje. Na koncu sem ta projekt uporabil za izboljšanje veščin 3D oblikovanja (z uporabo Fusion 360) in za raziskovanje novih elektronskih komponent.

DigiLevel bo zagotovil povratne informacije o tem, ali je površina ravna-vzdolž osi x (vodoravno) in osi y (navpično). Prikazane so stopinje od ravni in grafični prikaz na dvoosnem grafikonu. Poleg tega je prikazana raven napolnjenosti baterije in trenutna temperatura v Fahrenheitu ali Celziju (kot poroča čip merilnika pospeška). To je minimalna zvočna povratna informacija - začetni ton za preverjanje moči, nato pa dvojni ton vsakič, ko se nivo premakne iz neravnega položaja v raven položaj.

Zagotovil sem podrobna navodila o tem, kako lahko naredite to digitalno raven, vendar vas prosim, da razširite in spremenite svojo zasnovo, tako kot sem to storil na DIY digitalni ravni.

1. korak: Materiali

Spodaj so materiali, uporabljeni pri sestavljanju te digitalne ravni. Večina nakupnih povezav je za več kosov, ki so običajno cenejši od nakupa posameznih komponent. Na primer, čip TP4056 je na voljo z 10 kosi za 9 USD (manj kot 1 USD/TP4056) ali pa ga lahko kupite posamično za 5 USD.

• Polnilnik baterij TP4056 Li -Po (Amazon -
• Merilnik pospeška LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• 128x64 OLED LCD zaslon (Amazon -
• Piezo zvočnik (Amazon -

• 3,7 V Li -Po baterija (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Samorezni vijaki z glavo M2 - potrebni so 4 vijaki M2x4, 6 M2x6 in 6 M2x8 (eBay -
• Drsno stikalo (Amazon -

Z izjemo vijakov vas bodo povezave pripeljale do Amazonke. Skoraj vse te izdelke pa je mogoče kupiti na eBayu ali neposredno s Kitajske z znatnim popustom. Ne pozabite, da lahko naročanje iz Kitajske povzroči dolge čase (3-4 tedne niso nič nenavadnega).

Upoštevajte tudi, da za mnoge od teh komponent obstajajo alternative. Za LSM9DS1 lahko na primer zamenjate drug merilnik pospeška (na primer MPU-9205). Arduino Nano lahko zamenjate s katerim koli procesorjem, združljivim z Arduino, z ustreznimi zatiči GPIO.

Zlasti LSM9DS1 sem kupil na razprodaji pri Sparkfunu za manj kot 10 USD, vendar je običajno cenejši; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) ponuja podobno funkcionalnost po nižji ceni.

Če naredite zamenjavo, boste verjetno morali spremeniti ohišje (ali vsaj način namestitve komponente v ohišje) in verjetno boste morali spremeniti programsko opremo za povezavo z nadomestno komponento. Teh sprememb nimam - po potrebi boste morali raziskati in posodobiti.

2. korak: Shema ožičenja

Shema ožičenja podrobno opisuje, kako so različne elektronske komponente med seboj povezane. Rdeče črte predstavljajo pozitivno napetost, črne črte pa tla. Rumene in zelene črte se uporabljajo za podatkovne signale od merilnika pospeška in do OLED LCD zaslona. V naslednjih korakih boste videli, kako so te komponente povezane.

3. korak: Ustvarite primer

Če imate 3D tiskalnik, lahko ohišje natisnete dokaj enostavno. Datoteke STL, vključene v ta navodila. Če nimate 3D -tiskalnika, lahko datoteke STL naložite v pisarno 3D -tiskalnikov (kot je ta) in vam jih natisnejo.

Jaz sem svojega natisnil brez roba ali splava (in brez opore) in 20% polnila, lahko pa natisnete svojega, pa vendar ste vajeni tiskanja. Vsak kos je treba natisniti ločeno. Morda ga boste morali zasukati za 45 stopinj, da se prilega ležišču tiskalnika. Moj je bil natisnjen z Monoprice Maker Select Plus z velikostjo ležišča 200 mm x 200 mm - za tiskanje vsakega kosa je trajalo približno 12 ur. Če imate manjšo posteljo, morda ne ustreza. Skaliranje ni priporočljivo, saj nosilci za elektronske komponente potem ne bodo ustrezno povečani.

4. korak: Povežite komponente s ploščico za preverjanje povezljivosti (neobvezno)

Močno priporočam, da primarne komponente ožičite, da preverite povezljivost, preden nadaljujete z montažo komponent v ohišje. Programsko opremo lahko prenesete na Arduino Nano (glejte naslednji korak) in preverite, ali je zaslon OLED LCD pravilno priključen in deluje ter ali je merilnik pospeška pravilno ožičen in ali svoje podatke sporoča Arduino Nano. To lahko uporabite tudi za preverjanje delovanja izbirnega piezo zvočnika.

Baterije in polnilnika na tej stopnji nisem priključil - stikalo za nadzor baterije se izvede po tem, ko stikalo pritrdite na ohišje. Zadnja slika prikazuje, kako to izgleda pred ožičenjem.

5. korak: Prenesite programsko opremo v Arduino Nano

Programska oprema se naloži v Arduino Nano z uporabo Arduino IDE. To je mogoče storiti kadar koli med gradnjo DigiLevela, najbolje pa je, če so komponente ožičene s pomočjo mize (glej prejšnji korak), da se preveri pravilno ožičenje in delovanje električnih komponent.

Programska oprema zahteva namestitev dveh knjižnic. Prva je knjižnica U8g2 (avtor Oliver) -to lahko namestite tako, da v Arduino IDE kliknete 'Sketch -> Include Library -> Manage Libraries …'. Poiščite U8g2 in kliknite Namesti. Druga knjižnica je knjižnica Sparkfun LSM9DS1. Navodila za namestitev te knjižnice lahko dobite tukaj.

Po specifikacijah knjižnice ima programska oprema razdelek za nastavitev in glavno zanko za obdelavo. Oddelek za nastavitev inicializira merilnik pospeška in zaslon OLED LCD, nato pa prikaže začetni zaslon, preden se prikaže glavni zaslon. Če je zvočnik priključen, bo na zvočniku predvajal en pisk, da označi stanje vklopa.

Glavna procesna zanka je odgovorna za branje merilnika pospeška, pridobivanje kotov x in y ter nato prikaz vrednosti kot niza absolutnih števil in tudi slikovno na grafu. Prikazan je tudi odčitek temperature iz merilnika pospeška (v Fahrenheitu ali Celziju). Če raven ni bila prej na ravni, bo ob zvočniku sprožila dva piska (če je povezan).

Nazadnje dobimo napetost iz akumulatorja, da določimo in prikažemo trenutno stanje baterije. Ne vem, kako natančna je ta koda, vendar je dovolj natančna, da pokaže polno baterijo in postopno zniževanje ravni baterije med uporabo.

Korak 6: Montirajte in ožičite zaslon OLED in piezo zvočnik

1,3-palčni zaslon OLED (128x64) se pritrdi na zgornjo polovico ohišja s pomočjo 4 samoreznih vijakov z glavo M2x4. Predlagam, da svoje žice povežete z zaslonom pred montažo. Tako boste lahko videli, kako so zatiči označeni, ko povezujete žice. Ko je zaslon nameščen, ne boste mogli videti nalepk za nožice. Opazili boste, da sem na zadnjo stran zaslona dodal oznako, da se spomnim pin vrednosti (ker tega nisem storil prvič in sem ga napačno ožičil …).

Zvočnik se uporablja za oddajanje kratkega tona, ko je vklopljen digitalni nivo, da se preveri, ali je baterija dobra in ali deluje. Oddaja tudi dvojni ton vsakič, ko se nivo premakne iz neravnega položaja v raven položaj. To je za zagotovitev zvočnih povratnih informacij, ko postavljate raven ali karkoli že je na ravni. Pritrjen je na zgornjo polovico ohišja z uporabo 2 samoreznih vijakov z glavo M2x4. Zvočnika ne potrebujete - DigiLevel bo brez njega deloval brezhibno, vendar vam ne bo manjkalo nobenih zvočnih povratnih informacij.

Korak 7: Namestite in ožičite baterijo, polnilnik baterije in stikalo

Stikalo je treba namestiti na ohišje, preden ga priključite na baterijo. To je zato, ker če ga najprej priključite, ne boste mogli namestiti stikala, ne da bi ga odklopili. Zato najprej namestite stikalo, nato namestite vnaprej ožičeno baterijo TP4056 in Li-Po, nato dokončajte ožičenje do stikala.

TP4056 ima 4 ožične blazinice: B+, B-, Out+, Out-. Baterijo boste želeli priključiti na povezavi B+ (pozitivna napetost) in B- (ozemljitev). Out-povezava se uporablja za ozemljitev, ki bo šla na Arduino Nano, Out+ pa je priključen na en pin stikala. Drugi pin stikala je nato priključen na VIN Arduino Nano.

Moje spajkanje ni najboljše - rad uporabljam toplotno skrčljive cevi za pokrivanje in izolacijo spajkanega spoja. Opazili boste, da je na eno od spajkanih povezav na toplotno skrčljivo cev vplivala toplota spajkanja in se je skrčila, preden sem jo lahko premaknil.

8. korak: Montirajte in ožičite merilnik pospeška

Merilnik pospeška (LSM9DS1) je nameščen na sredini spodnje polovice ohišja. Ožičiti je treba 4 zatiče: VCC gre na pin V5 na Arduino Nano; GND gre na tla; SDA gre na pin A5 na Arduino Nano; in SCL gre na pin A4 na Arduino Nano.

Za ožičenje sem uporabil mostične žice s priključki Dupont, vendar lahko žico spajkate neposredno na zatiče, če želite. Če ste žice spajkali neposredno na zatiče, boste to verjetno želeli storiti pred namestitvijo čipa pospeška, da bo olajšano.

9. korak: Dokončajte elektroniko tako, da ožičite Arduino Nano

Končno ožičenje se izvede s priključitvijo vseh električnih komponent na Arduino Nano. To je najbolje narediti pred namestitvijo Arduino Nano, tako da bodo vrata USB dostopna za kalibracijo in vse druge spremembe programske opreme v zadnjem trenutku.

Začnite tako, da stikalo priključite na Nano. Pozitivni vodnik (rdeč) gre od stikala do VIN zatiča Nano. Negativni vod (črn) iz akumulatorja bo šel na nožico GND na Nano. Na Nano sta dva zatiča GND in vse štiri električne komponente imajo ozemljeno žico. Odločil sem se, da združim oba temelja na dnu ohišja v eno žico, priključeno na enega od zatičev GND. Dva razloga z vrha ohišja sem združil v eno žico, priključeno na druge zatiče GND.

Merilnik pospeška (LSM9DS1) lahko priključite na Nano tako, da priključite pin VDD na merilniku pospeška na pin 3V3 na Nano. Tega NE priključite na 5V pin, sicer boste poškodovali čip merilnika pospeška. Priključite SDA na pin A4 na Nano in SCL na pin A5 na Nano. Pin GND gre na pin GND na Nano (skupaj z negativnim kablom iz baterije).

Zaslon OLED LCD lahko nato povežete z Nano tako, da priključite pin VCC na zaslonu na 5V pin na Nano. Priključite SDA na pin D2 na Nano in SCL na pin D5 na Nano.

Nazadnje lahko zvočnik priključite tako, da rdečo žico (pozitivno) priključite na pin D7 na Nano. Črna žica gre do GND skupaj z GND OLED LCD zaslona.

10. korak: Umerjanje

Ko prenesete programsko opremo in preden namestite Arduino Nano, boste morda morali umeriti svojo raven. Prepričajte se, da je plošča merilnika pospeška nameščena. Če bi ga pritrdili z vijaki, bi morala biti plošča ravna, če pa je iz kakršnega koli razloga rahlo izklopljena, bo umerjanje zagotovilo pravilen prikaz.

Spodnji del ohišja postavite na površino, za katero je znano, da je ravna (z uporabo nivoja mehurčkov ali na kakšen drug način). Preberite prikazane vrednosti za X in Y. Če je eno od nič nič, boste morali posodobiti programsko opremo z zneskom umerjanja. To naredite tako, da spremenljivko xCalibration ali spremenljivko yCalibration nastavite na ustrezno količino (kar je prikazano).

// // Nastavimo te spremenljivke z začetnimi vrednostmi // bool displayF = true; // velja za Fahrenheit, napačno za Celzius int xCalibration = 0; // kalibracijska količina za izravnavo osi x int yCalibration = 0; // kalibracijska količina za izravnavo dolge osi y irvCalibration = 1457; // kalibracijska količina za notranjo referenčno napetost

V tem času morate nastaviti vrednost prikazaF na ustrezno nastavitev, odvisno od tega, ali želite, da je temperatura prikazana v Fahrenheitu ali Celziju.

Ponovno nalaganje programske opreme na Nano bi moralo povzročiti 0/0 odčitavanje na površini znane ravni.

11. korak: Montirajte Arduino Nano in sestavite ohišje

Ko je kalibracija končana, lahko Arduino Nano v ohišje namestite tako, da na tirnice nanesete vroče lepilo in na ta tirnice položite Arduino Nano, z zatiči navzgor in vrati USB proti notranjosti ohišja.

Ohišje, ki vsebuje vso elektroniko, lahko zdaj sestavite tako, da obe polovici sestavite skupaj in uporabite 4 samorezne vijake z glavo M2x8.

12. korak: Preverite delovanje svoje nove digitalne ravni

Prepričajte se, da je Li-Po baterija napolnjena. Če je ohišje sestavljeno, LED indikatorjev polnjenja ne boste mogli videti neposredno. Če želite preveriti polnjenje tako, da neposredno pogledate polnilne lučke, boste morali odpreti ohišje, vendar bi morali videti rdeč sijaj, ki označuje, da se polnjenje izvaja pri zaprtem ohišju.

Ko napolnite in sestavite, vklopite digitalno raven in preverite njeno delovanje. Če ne deluje, sta dve možni težavi ožičenje za OLED LCD zaslon in ožičenje za merilnik pospeška. Če zaslon ne prikazuje ničesar, začnite z ožičenjem OLED LCD. Če zaslon deluje, vendar oznake H in V prikazujeta 0 in je temperatura 0 (C) ali 32 (F), potem merilnik pospeška verjetno ni pravilno priključen.

Korak: Zadnje misli…

To digitalno raven (in Instructable) sem sestavil predvsem kot učno izkušnjo. Zame je bilo manj pomembno, da naredim raven delovanja, saj sem raziščela različne komponente in njihove zmogljivosti ter jih nato združila na način, ki dodaja vrednost.

Kakšne izboljšave bi naredil? Za prihodnjo posodobitev razmišljam o več:

• Odprite vrata USB Arduino Nano skozi ohišje tako, da spremenite način namestitve. To bi omogočilo lažje posodobitve programske opreme (kar bi v vsakem primeru moralo biti redko).
• 3D natisnite ohišje z uporabo lesene nitke. Eksperimentiral sem z nitko Hatchbox Wood in zelo sem zadovoljen z rezultati, ki sem jih dosegel. Mislim, da bi s tem DigiLevel zagotovil boljši celoten videz.
• Posodobite zasnovo, tako da uporabite merilnik pospeška MPU-9250, da znižate stroške in ne vplivate na funkcijo.

To je moj prvi pouk in pozdravljam povratne informacije. Čeprav sem se temu poskušal izogniti, sem prepričan, da ima to še vedno bolj ameriško usmerjeno perspektivo - zato se opravičujem tistim zunaj ZDA.

Če se vam je zdelo zanimivo, vas prosim, da glasujete zame na prvem natečaju avtorjev. Hvala, ker ste prebrali do konca!

Avtorica prvega mesta