DIGITALNI MULTIFUNKCIJSKI MJERNI ALAT: 21 korak (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Fusion 360 projekti »

Zdravo svima. Oduvijek sam želio uređaj koji bi mi pomogao u izravnavanju kreveta za 3D štampač i neki drugi uređaj koji bi mi pomogao da dobijem približnu dužinu zakrivljene površine kako bih lako izrezao odgovarajuću dužinu naljepnice za nanošenje na tu površinu i čime se sprječava rasipanje. Pa sam pomislio zašto ne kombinirati obje ideje i napraviti jedan gadget koji može oboje. Konačno, na kraju sam izgradio uređaj koji ne može mjeriti samo zakrivljene linije i ravninu površine, već može mjeriti i udaljenosti ravnih linija i kut linije. Dakle, u osnovi ovaj gadžet radi kao sve u jednom digitalnom nivou+ravnalo+kutomjer+mjerač kotrljanja. Uređaj je dovoljno mali da stane u džep, a baterije se lako mogu puniti pomoću punjača za telefon.

Ovaj uređaj koristi akcelerometar i senzor žiroskopa za precizno mjerenje površine i kuta, oštar IR senzor za mjerenje linearne duljine na beskontaktni način i koder s kotačićem koji se može kotrljati po zakrivljenoj površini ili zakrivljenoj liniji do dobije svoju dužinu.

Navigacija kroz načine i funkcije uređaja vrši se pomoću 3 tipke na dodir označene kao M (način rada), U (jedinica) i 0 (nula)

M - Za odabir između različitih vrsta mjerenja

U - za odabir između jedinica mm, cm, inča i metra

0 - Vraćanje izmjerenih vrijednosti na 0 nakon mjerenja udaljenosti ili kuta.

Razlog korištenja dodirnih tipki je lagano kretanje kroz načine i jedinice bez ometanja položaja uređaja tijekom mjerenja.

Uređaj ima neodimijumski magnet ugrađen u bazu tako da neće kliziti ili skliznuti s metalne površine koja se mjeri.

Kućište je dizajnirano da uređaj učini što kompaktnijim i da se lako štampa 3D.

Korak 1: POTREBNI KOMPONENTI I MODULI

Komponente su odabrane imajući na umu da je ovaj uređaj napravljen tako da stane u džep. Tako su korišteni najmanji displej, baterija i senzori koje sam uspio pronaći.

1. 3D štampana kutija

2. Sharp GP2Y0A41SK0F IC senzor udaljenosti X 1 (Aliexpress)

3. MPU6050 Akcelerometar/modul žiroskopa X 1 (Aliexpress)

4. Boost+modul za punjenje X 1 (Aliexpress)

5. Grove Mouse encoder X 1 (Aliexpress)

6. 128 X 32 OLED ekran X 1 (Aliexpress)

7. Arduino pro mini ATMEGA328 5V / 16MHz X 1 (Aliexpress)

8. zujalica 12 mm X 1 (Aliexpress)

9. 3.7v, 1000mah lipo baterija X 1 (Aliexpress)

10. TTP223 Modul dugmeta na dodir X 3 (Aliexpress)

11. Neodimijski magnet 20 x 10 x 2 mm X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 USB na UART TTL modul X 1 (Aliexpress)

13. Emajlirana bakrena žica (Aliexpress)

14. 10K otpornici X 2

15. 19 (dužina) X2 (promjer) mm čelična osovina X 1

16. LED dioda 3 mm X 1

17. Bilo koja naljepnica od vinila (Aliexpress)

18. Mikro USB kabl

MPU6050

MPU6050 je mems uređaj koji se sastoji od troosnog akcelerometra i troosnog žiroskopa u njemu. To nam pomaže u mjerenju ubrzanja, brzine, orijentacije i pomaka. Ovo je uređaj zasnovan na I2C koji radi na 3.3 do 5v. U ovom projektu, MPU6050 se koristi za mjerenje je li površina ravna ili nije, kao i za mjerenje kuta linije.

GROVE MOUSE ENKODER

Ovo je mehanički inkrementalni rotacijski davač s povratnim podacima o smjeru okretanja i brzini okretanja. Koristio sam ovaj koder jer je to najmanji koder koji sam mogao pronaći, a njegov programski dio je također bio jednostavan. Ovaj koder ima 24 koraka po rotaciji. Pomoću ovoga možemo izračunati udaljenost koju kotač premješta na koderu ako je poznat promjer kotača. Izračuni o tome kako to učiniti razmatraju se u kasnijim koracima ovog uputstva. Ovaj projekt koristi koder za mjerenje udaljenosti zakrivljenih linija.

SHARP GP2Y0A41SK0F IR DISTANCE MODUL

Ovo je analogni senzor koji daje promjenjivi napon kao izlaz na osnovu udaljenosti objekta od senzora. Za razliku od drugih IC modula, boja objekta koji se otkriva neće utjecati na izlaz senzora. Postoji mnogo verzija oštrih senzora, ali ovaj koji koristimo ima raspon od 4 - 30 cm. Senzor radi na naponu između 4,5 do 5,5 volti i crpi samo 12 mA struje. Crvena (+) i crna (-) žice su žice za napajanje, a treća žica (bijela ili žuta) je analogna izlazna žica. Senzor se koristi u ovom projektu za mjerenje linearnih udaljenosti bez kontakta.

Korak 2: POTREBNI ALATI

1. Par makaza

2. Rezači za kutije ili bilo koje druge super oštre oštrice

3. pinceta

4. Pištolj za vruće ljepilo

5. Instant ljepilo (poput super ljepila)

6. Ljepilo na bazi gume (poput fevi veze)

7. Lemilica i olovo

8. laserski rezač

9. 3D štampač

10. Okretni alat sa reznim nastavkom za disk

11. Rezači žice

12. Brusni papir

Korak 3: STL datoteke za 3D štampanje

Kućište za ovaj uređaj dizajnirano je u softveru Autodesk Fusion 360. Postoje 3 komada. STL datoteke za ove komade date su u nastavku.

Datoteke "LID" i "wheel" mogu se štampati bez nosača, dok je datoteci "BODY" potrebna podrška. Štampao sam ih na visini sloja od 0,2 mm na 100% ispuni koristeći zelenu PLA. Štampač koji se koristi je TEVO tarantula.

Korak 4: POKRIVANJE KUTIJE VINILOM

1. Upotrijebite fini brusni papir kako biste izravnali sve vanjske površine 3D ispisanih komada tako da se vinil naljepnica lako zalijepi.

2. Vlažnom krpom uklonite sve sitne čestice koje mogu ostati na površinama nakon brušenja.

3. Nakon što se površina osuši, nanesite vinil naljepnicu na površinu. Pazite da nema zarobljenih mjehurića zraka.

4. Škarama odrežite višak naljepnice po rubovima.

5. Sada nalijepite naljepnicu oko stranica kućišta i odrežite višak.

6. Pomoću rezača kutija ili bilo kojeg drugog brijača izrežite rupe za OLED ekran, priključak za punjenje, točkić kodera i oštar IR senzor.

UPOZORENJE: BITI VRLO PAŽLJIVI SA OŠTRIM OŠTRICAMA I ALATIMA

Korak 5: DIJAGRAMI KRUGA

PROGRAMIRANJE PRO MINIJA

Za razliku od Arduino nano, pro mini se ne može programirati izravno priključivanjem USB kabela jer nema ugrađeni USB u serijski TTL pretvarač. Stoga prvo trebamo priključiti vanjski USB na serijski pretvarač na pro mini kako bismo ga programirali. Prva slika prikazuje kako se ove veze trebaju uspostaviti.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

KOMPLETAN DIJAGRAM KOLA

Druga slika prikazuje kompletan dijagram ovog projekta.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (MODE)

D5 - I/O (JEDINICA)

D6 - I/O (ZERO)

D7 - +(1) KODIR

D8 - +(2) KODIR

A0 - I/O SHARP IR

A1 - + zujalica

A4 - SDA (OLED I MPU6050)

A5 - SCL (OLED I MPU6050)

GND - GND SVIH MODULA I SENZORA I MODUL BOOST

VCC - + ULAZNI MODUL USB PORT

B + - BATERIJA +

B- - BATERIJA -

Treća slika je snimljena dok sam stvarao kod. Ovo je privremeno postavljanje napravljeno za testiranje koda, modula i kola. Momci, nije obavezno da isprobate

Korak 6: UMETANJE MAGNETA

1. Nanesite trenutno ljepilo u šupljinu za magnet koji se nalazi ispod otvora za punjenje.

2. Postavite magnet u šupljinu i držite ga dok se ljepilo ne osuši koristeći nešto nemagnetno.

Magnet pomaže u sprječavanju klizanja ili pomicanja uređaja kada se koristi na metalnoj površini.

Korak 7: OBLIKOVANJE SENZORA

Kako bi uređaj bio što manji, montažni držači oštrog IC senzora i davača odrezani su pomoću rotacijskog alata s nastavkom za reznu ploču.

Korak 8: POSTAVLJANJE OLED EKRANA

1. Označite nazive pinova na stražnjoj strani OLED ekrana kako biste kasnije mogli ispravno uspostaviti veze.

2. Postavite OLED ekran u pravilan položaj kao što je prikazano na drugoj slici. Otvor za ekran je dizajniran tako da ekran blago uđe u zidove. Ovo osigurava da je zaslon u ispravnom položaju i orijentaciji te da se neće lako pomicati.

3. Vruće ljepilo pažljivo se nanosi oko ekrana. Vruće ljepilo je poželjno jer djeluje poput amortizera za zaslon i neće nanijeti stres na ekranu kada se nanese.

Korak 9: PRIKLJUČIVANJE DODIRNIH TIPKA I MPU6050

1. Koristi se ljepilo na bazi gume.

2. Ljepilo se nanosi na obje površine.

3. Uvjerite se da su sve točke lemljenja okrenute prema otvorenoj strani kućišta, postavite module na predviđena mjesta kao što je prikazano na slikama.

4. Držite modul i kućište lagano zajedno najmanje 2 minute nakon što ste ih zalijepili.

Korak 10: BOOST+MODUL ZA PUNJENJE

Ovo je modul koji sam uzeo iz jeftine jednoćelijske banke napajanja. Ovaj modul ima i sklop za zaštitu baterije, kao i pretvarač pojačanja od 5V, 1 amp. Takođe ima dugme za uključivanje/isključivanje koje se može koristiti kao prekidač za uključivanje u ceo projekat. Ženski USB port na modulu uklonjen je lemilicom, a dvije žice su lemljene na +5v i uzemljene terminale kao što je prikazano na 4. slici.

Lemite 2 muška pina zaglavlja na B+ i B- kao što je prikazano na prve dve slike, a zatim proverite da li modul radi sa baterijama.

Nanesite trenutno ljepilo na platformu predviđenu za modul i nježno postavite modul pazeći da priključak za punjenje i otvor za njega budu savršeno poravnani.

Korak 11: POSTAVLJANJE AKUMULATORA I OŠTROG IR SENZORA

1. Premaz emajlirane bakrene žice uklanja se zagrijavanjem vrha žice pomoću lemilice ili upaljača dok se izolacija ne istopi. Žice su zatim pažljivo lemljene na OLED ekranu. To je učinjeno sada jer bi moglo biti teško učiniti isto nakon postavljanja baterija.

2. Baterija je umetnuta ispod platforme modula za pojačavanje tako da su njeni žičani konektori okrenuti u smjeru OLED ekrana kao što se vidi na trećoj slici.

3. Oštri IC senzor umetnut je u predviđeni otvor za njega.

Korak 12: PRIKLJUČIVANJE ARDUINA I BUZZERA

1. USB na serijski pretvarač lemljen je na Arduino prema priloženoj shemi kola.

2. Vruće ljepilo se koristi za lijepljenje Arduina na sredinu kućišta preko baterija.

3. Žice su lemljene na stezaljke zujalice, a zatim se zujalica gura u kružnu šupljinu na predviđenom kućištu, kao što se vidi na 7. slici.

Korak 13: ENKODER

1. Stezaljke davača očiste sečivom.

2. Otpornici su lemljeni na koderu.

3. Bakarne žice su lemljene prema dijagramu kola.

4. Čelična osovina je umetnuta u 3D štampani točak. Ako je kotač previše labav, pričvrstite ga trenutnim ljepilom.

5. Umetnite osovinsko podešavanje kotača u davač. Opet, ako je labav, upotrijebite instant ljepilo. Ali ovaj put budite vrlo oprezni da ne dopustite da ljepilo uđe u mehanizme kodera.

6. Postavite davač unutar kućišta tako da kotači izlaze kroz predviđeni otvor, a također pazite da se slobodno okreće.

7. Vrućim ljepilom učvrstite davač na mjestu.

Korak 14: Ožičenje i lemljenje

1. Ožičenje kruga se vrši prema dijagramu kola koji je prethodno dat u koraku "DIJAGRAM KRUGA".

2. Žice +ve i -ve svih senzora i modula spojene su paralelno na izvor napajanja.

3. Uvjerite se da nijedna od žica ne blokira pogled na IC modul ili se ne zapleće pomoću kotača davača.

Korak 15: KODIRANJE

1. Preuzmite dolje navedeni kôd i biblioteke.

2. Raspakujte fascikle biblioteke. Kopirajte ove mape u mapu "biblioteke" u mapi "Arduino" koja se nalazi unutar "Moji dokumenti" vašeg računala (ako ste korisnik sustava Windows).

3. Otvorite navedeni kôd ("filal_code") u Arduino IDE i postavite ga na Arduino.

Korak 16: KALIBRACIJA MPU6050

Budući da je modul akcelerometra/žiroskopa MPU6050 samo zalijepljen na kućište, možda neće biti savršeno ravan. Stoga se slijede sljedeći koraci za ispravljanje ove nulte greške.

KORAK 1: Priključite uređaj na računar i postavite ga na površinu za koju već znate da je savršeno ravna (primjer: pod od pločica)

KORAK 2: Idite na način "LEVEL" na uređaju dodirom na tipku "M" i zabilježite vrijednosti X i Y.

KORAK 3: Dodijelite ove vrijednosti varijablama "calibx" i "caliby" u kodu.

KORAK 4: Ponovo učitajte program.

Korak 17: IZRAČUN KRETANJA DALJINSTVA PO KORAKU KODIRAČA

Broj koraka po rotaciji vratila davača, N = 24 koraka

Prečnik točka, D = 12,7 mm

Opseg kotača, C = 2*pi*(D/2) = 2*3,14*6,35 = 39,889 mm

Stoga je udaljenost pomaknuta po koraku = C/N = 39.898/24 = 1.6625 mm

Ako koristite kotačić ili koder drugog promjera s različitim brojem koraka, pronađite udaljenost pomaknutu po mm zamjenom vaših vrijednosti u gornjoj formuli i nakon što pronađete rezoluciju, unesite ovu vrijednost u formulu unutar koda kako je prikazano u sliku.

Ponovo sastavite i prenesite kôd na Arduino.

Nakon što je kalibracija kodera izvršena i učitani izmijenjeni program, možete odspojiti i ukloniti USB na serijski TTL pretvarački modul iz Arduino Pro Mini.

Korak 18: TESTIRAJTE SVE PRIJE ZAKLJUČANJA SLUČAJA

Stvari koje treba testirati:

1. Ako se punjač može lako priključiti u priključak i ako se baterije pravilno pune.

2. Dugme za uključivanje/isključivanje radi ili ne.

3. OLED prikazuje sve u ispravnoj orijentaciji i položaju s pravim razmakom.

4. Svi tasteri na dodir pravilno rade i pravilno su označeni.

5. Ako koder daje vrijednosti udaljenosti kada se okrene.

6. MPU6050 i SHARP IR moduli rade i daju ispravna očitanja.

7. Zvučni signal se oglašava.

8. Uverite se da se unutra ništa ne zagreva kada je UKLJUČEN. Ako dođe do zagrijavanja, to znači da je ožičenje negdje pogrešno.

9. Uvjerite se da je sve dobro pričvršćeno i da se ne kreće po kućištu.

Korak 19: POSTAVLJANJE PROŠIRIVAČA TASTERA I POVEZIVANJE KUTIJE

KORIŠTENJE LED -A ZA PRODUŽENJE VRATILA TASTERA

Vratilo dugmeta na modulu za punjenje je prekratko da bi izašlo kroz otvor na kućištu. Tako se LED glava od 3 mm koristi kao produživač.

1. Noge LED dioda odsječene su rezačem žice.

2. Ravna strana LED diode je glatka i ravna pomoću brusnog papira. Ako je LED premala za rukovanje rukom, koristite pincetu.

3. Postavite LED glavu u predviđeni otvor na poklopcu kućišta kao što je prikazano na slici. Uvjerite se da LED dioda nije zategnuta jer bi trebala kliziti unutra i van kada se pritisne dugme

POVEZIVANJE SLUČAJA

1. Pažljivo nanesite bilo koje ljepilo na bazi gume (ja sam koristio Fevi Bond) duž ruba na tijelu i na kapici.

2. Sačekajte 5 do 10 minuta da se lepak malo osuši, a zatim pritisnite obe polovine zajedno. Uvjerite se da slobodni kraj čelične osovine kotača davača ide u predviđenu rupu na poklopcu.

3. Upotrijebite veliko opterećenje (koristio sam UPS bateriju) kako biste držali oba dijela pritisnuta dok se ljepilo suši.

Ovdje je preporučeno ljepilo na bazi gume, jer u slučaju da se kućište u budućnosti mora otvoriti radi zamjene ili ponovnog programiranja baterije, to se može lako učiniti trčanjem oštrog noža ili noža duž spoja.

Korak 20: OZNAČAVANJE DODIRNIH TIPKA

Označavanje se vrši radi lakše identifikacije položaja i funkcija dodirnog dugmeta.

Abecede su izrezane s bijelog lista naljepnica mojim domaćim laserskim rezačem.

Izrezani komadi uklonjeni su s glavnog lista pincetom, a zatim naneseni na uređaj u ispravnom položaju i orijentaciji.

Maksimalna visina abecede: 8 mm

Maksimalna širina abecede: 10 mm

UPOZORENJE: NOSITE SIGURNOSNE NAOČALE KOJE BLOKIRAJU LASERIMA KAD RADITE S LASERSKIM GRAVEROM ILI REZAČEM

Korak 21: REZULTATI

Uređaj je konačno gotov. Ako imate bilo kakvih nedoumica ili prijedloga u vezi projekta, javite mi se putem komentara.

HVALA TI

Prva nagrada u džepnom takmičenju