DigiLevel - digitalni nivo s dvije osi: 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Inspiracija za ovo uputstvo je DIY Digital Spirit Level koji je ovdje pronašao GreatScottLab. Ovaj dizajn mi se dopao, ali sam htio veći ekran sa grafičkim interfejsom. Također sam želio bolje mogućnosti ugradnje elektronike u kućište. Na kraju sam ovaj projekt iskoristio za poboljšanje vještina 3D dizajna (koristeći Fusion 360) i za istraživanje novih elektroničkih komponenti.

DigiLevel će pružiti povratnu informaciju o tome je li površina ravna-i duž x-osi (vodoravno) i osi y (okomito). Prikazani su stepeni od nivoa, kao i grafički prikaz na dvoosnom grafikonu. Osim toga, prikazuje se nivo napunjenosti baterije i prikazuje se trenutna temperatura u Farenhajtu ili Celzijusu (prema podacima čipa akcelerometra). Ovo je minimalna zvučna povratna informacija - početni ton za provjeru snage, a zatim dvostruki ton svaki put kad se nivo pomjeri iz neravnog u nivelirani položaj.

Pružio sam detaljna uputstva o tome kako možete napraviti ovaj digitalni nivo, ali slobodno proširite i izmijenite svoj dizajn, baš kao što sam to učinio na DIY digitalnom libeli.

Korak 1: Materijali

Slijede materijali koji su korišteni za sastavljanje ovog digitalnog nivoa. Većina linkova za kupovinu odnosi se na više komada, koji su obično jeftiniji od kupovine pojedinačnih komponenti. Na primjer, čip TP4056 dolazi s 10 komada za 9 USD (manje od 1 USD/TP4056), ili se može kupiti pojedinačno za 5 USD.

• TP4056 Li -Po punjač baterija (Amazon -
• LSM9DS1 akcelerometar (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• OLED LCD ekran 128x64 (Amazon -
• Piezo zvučnik (Amazon -

• 3,7 V Li -Po baterija (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Samorezni vijci s glavom M2 - potrebna su 4 vijka M2x4, 6 M2x6 i 6 M2x8 (eBay -
• Klizni prekidač (Amazon -

S izuzetkom vijaka, navedene veze će vas odvesti do Amazona. Gotovo svi ovi predmeti, međutim, mogu se kupiti na eBayu ili direktno iz Kine sa značajnim popustom. Samo imajte na umu da naručivanje iz Kine može rezultirati dugim rokovima isporuke (3-4 sedmice nisu neuobičajene).

Također imajte na umu da za mnoge od ovih komponenti postoje alternative. Na primjer, možete zamijeniti drugi akcelerometar za LSM9DS1 (poput MPU-9205). Arduino Nano možete zamijeniti bilo kojim procesorom kompatibilnim s Arduinom s odgovarajućim GPIO pinovima.

Konkretno, LSM9DS1 je onaj koji sam kupio na rasprodaji u Sparkfun -u za manje od 10 USD, ali obično ima višu cijenu; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) pruža slične funkcije po nižoj cijeni.

Ako izvršite zamjenu, vjerojatno ćete morati izmijeniti kućište (ili barem način na koji montirate komponentu u kućište) i vjerojatno ćete morati izmijeniti softver za povezivanje s alternativnom komponentom. Nemam te izmjene - morat ćete istražiti i ažurirati prema potrebi.

Korak 2: Shema ožičenja

Shema ožičenja detaljno opisuje kako su različite elektroničke komponente međusobno povezane. Crvene linije predstavljaju pozitivan napon, dok crne linije predstavljaju uzemljenje. Žute i zelene linije koriste se za signale podataka sa akcelerometra i na OLED LCD ekranu. U sljedećim koracima vidjet ćete kako su ove komponente povezane.

Korak 3: Napravite slučaj

Ako imate 3D štampač, kućište se može lako odštampati. STL datoteke uključene u ovaj Instructable. Ako nemate 3D štampač, možete otpremiti STL datoteke u biro za 3D štampač (poput ovog) i odštampati ih za vas.

Ja sam svoje štampao bez oboda ili splava (i bez oslonaca) i ispune od 20%, ali vi možete odštampati svoj kako god ste navikli na štampanje. Svaki komad treba odštampati zasebno, položen ravno. Možda ćete morati da ga okrenete za 45 stepeni da biste ga uklopili u ležište štampača. Moj je štampan pomoću Monoprice Maker Select Plus sa krevetom veličine 200 mm x 200 mm - svakom komadu je trebalo oko 12 sati za štampanje. Ako imate manji krevet, možda neće odgovarati. Skaliranje se ne preporučuje jer nosači za elektroničke komponente tada neće biti odgovarajuće povećani.

Korak 4: Povežite komponente na matičnu ploču radi provjere povezanosti (opcionalno)

Toplo preporučujem ožičenje primarnih komponenti na matičnoj ploči radi provjere povezanosti prije nego što nastavite s ugradnjom komponenti unutar kućišta. Možete preuzeti softver na Arduino Nano (pogledajte sljedeći korak) i provjeriti je li OLED LCD zaslon ispravno ožičen i radi, te da je mjerač ubrzanja ispravno ožičen i da svoje podatke prijavljuje Arduinu Nano. Također, ovo se može koristiti za provjeru rada opcionalnog piezo zvučnika.

U ovoj fazi nisam spojio bateriju i punjač na matičnu ploču - spajanje prekidača za kontrolu baterije vrši se nakon što sklopku postavite na kućište. Posljednja slika prikazuje kako ovo izgleda prije ožičenja.

Korak 5: Preuzmite softver na Arduino Nano

Softver se učitava na Arduino Nano pomoću Arduino IDE -a. To se može učiniti u bilo koje vrijeme tijekom procesa izgradnje DigiLevela, ali najbolje je to učiniti kada su komponente ožičene pomoću matične ploče (pogledajte prethodni korak) kako biste provjerili ispravno ožičenje i rad električnih komponenti.

Softver zahtijeva instaliranje 2 biblioteke. Prva je biblioteka U8g2 (by oliver) -ovo možete instalirati klikom na 'Sketch -> Include Library -> Manage Libraries …' u Arduino IDE -u. Potražite U8g2, a zatim kliknite Instaliraj. Druga biblioteka je Sparkfun LSM9DS1 biblioteka. Ovdje možete dobiti upute o tome kako instalirati tu biblioteku.

Nakon specifikacija biblioteke, softver ima odjeljak za postavljanje i glavnu petlju za obradu. Odeljak za podešavanje pokreće akcelerometar i OLED LCD ekran, a zatim prikazuje početni ekran pre prikazivanja glavnog ekrana. Ako je zvučnik priključen, pustit će jedan zvučni signal na zvučniku kako bi označio status uključenosti.

Glavna petlja za obradu odgovorna je za čitanje akcelerometra, dobijanje uglova x i y, a zatim prikazivanje vrijednosti kao skupa apsolutnih brojeva i slikovno na grafikonu. Očitavanje temperature sa akcelerometra je takođe prikazano (u Farenhajtu ili Celzijusu). Ako nivo prethodno nije bio na nivou, kada se vrati na nivo, generisaće dva zvučna signala na zvučniku (ako je povezan).

Konačno, dobiva se napon iz baterije za određivanje i prikaz trenutnog nivoa baterije. Ne znam koliko je ovaj kôd tačan, ali je dovoljno precizan da pokaže punu bateriju i postepeno smanjenje nivoa baterije tokom upotrebe.

Korak 6: Montirajte i ožičite OLED ekran i piezo zvučnik

OLED ekran dijagonale 1,3 (128x64) montira se na gornju polovicu kućišta pomoću 4 samorezna vijka s glavom M2x4. Predlažem da svoje žice spojite na zaslon prije montaže. To osigurava da vidite kako su igle označeni dok povezujete žice. Nakon što se zaslon montira, nećete moći vidjeti oznake za pinove. Primijetit ćete da sam dodao oznaku na stražnju stranu ekrana kako bih se mogao sjetiti pin vrijednosti (pošto ovo nisam učinio prvi put i povezao sam ga pogrešno …).

Zvučnik se koristi za emitovanje kratkog tona kada je uključen digitalni nivo da se proveri da li je baterija ispravna i da li radi. Takođe emituje dvostruki ton svaki put kada se nivo pomeri iz nivelisane u nivelisanu poziciju. Ovo služi za pružanje zvučnih povratnih informacija dok postavljate nivo ili šta god da je nivo na njemu. Montira se na gornju polovicu kućišta pomoću 2 samorezna vijka s glavom M2x4. Ne trebate zvučnik - DigiLevel će bez njega raditi sasvim dobro, međutim neće vam nedostajati zvučne povratne informacije.

Korak 7: Postavite i ožičite bateriju, punjač baterije i prekidač

Pre nego što ga priključite na bateriju, prekidač je potrebno montirati na kućište. To je zato što ako ga prvo spojite, nećete moći montirati prekidač bez isključivanja. Dakle, prvo montirajte prekidač, zatim montirajte prethodno ožičenu bateriju TP4056 i Li-Po, a zatim dovršite ožičenje do prekidača.

TP4056 ima 4 jastučića za ožičenje: B+, B-, Out+, Out-. Želite spojiti bateriju na B+ (pozitivni napon) i B- (uzemljenje) priključke. Out-veza se koristi za uzemljenje koje će ići na Arduino Nano, a Out+ je spojen na jedan pin prekidača. Drugi pin prekidača je zatim spojen na VIN Arduino Nano.

Moj posao lemljenja nije najbolji - volim koristiti termoskupljajuće cijevi za pokrivanje i izolaciju lemljenog spoja. Primijetit ćete da je na jednoj od lemljenih veza ovdje na toplinski skupljajuću cijev utjecala toplina lemljenja i da se smanjila prije nego što sam je uspio pomaknuti.

Korak 8: Montirajte i povežite mjerač brzine

Akcelerometar (LSM9DS1) montiran je u sredini donje polovine kućišta. Postoje 4 pina za ožičenje: VCC ide na V5 pin na Arduino Nano; GND ide na zemlju; SDA ide na A5 pin na Arduino Nano; i SCL ide na A4 pin na Arduino Nano.

Koristio sam kratkospojne žice s Dupont konektorima za ožičenje, međutim možete po želji lemiti žicu direktno na pinove. Ako lemite žice izravno na pinove, vjerojatno ćete to htjeti učiniti prije postavljanja čipa akcelerometra kako biste olakšali.

Korak 9: Dovršite elektroniku ožičenjem Arduino Nano

Završno ožičenje izvodi se spajanjem svih električnih komponenti na Arduino Nano. To je najbolje učiniti prije postavljanja Arduino Nano tako da USB priključak bude dostupan za kalibraciju i bilo koju drugu izmjenu softvera u zadnjem trenutku.

Počnite spajanjem prekidača na Nano. Pozitivni provodnik (crveno) ide od prekidača do VIN pina Nano -a. Negativni vod (crni) iz baterije ide na GND pin na Nano -u. Na Nano -u postoje dva GND pina i sve četiri električne komponente imaju žicu za uzemljenje. Odlučio sam spojiti dva uzemljenja na dnu kućišta u jednu žicu povezanu s jednim od GND pinova. Dvije osnove s gornje strane kućišta spojio sam u jednu žicu povezanu s drugim GND pinovima.

Akcelerometar (LSM9DS1) može se spojiti na Nano spajanjem VDD pina na mjeraču ubrzanja s pinom 3V3 na Nano -u. NEMOJTE ovo spajati na 5V pin ili ćete oštetiti čip akcelerometra. Spojite SDA na A4 pin na Nano -u, a SCL na A5 pin na Nano -u. GND pin ide na GND pin na Nano -u (u kombinaciji sa negativnim provodnikom iz baterije).

OLED LCD ekran se zatim može spojiti na Nano povezivanjem VCC pina na ekranu sa 5V pinom na Nano -u. Spojite SDA na pin D2 na Nano -u, a SCL na pin D5 na Nano -u.

Na kraju, zvučnik se može spojiti povezivanjem crvene žice (pozitivne) na D7 pin na Nano -u. Crna žica ide u GND zajedno sa GND na OLED LCD ekranu.

Korak 10: Kalibracija

Nakon preuzimanja softvera i prije montaže Arduino Nano, možda ćete morati kalibrirati svoj nivo. Uvjerite se da je ploča akcelerometra postavljena. Ugradnjom s vijcima trebala bi nastati ravna ploča, međutim ako je iz nekog razloga blago isključena, kalibracija će osigurati ispravan prikaz.

Donji okvir stavite na površinu za koju se zna da je ravna (pomoću mjehurića ili na neki drugi način). Pročitajte prikazane vrijednosti za X i Y. Ako nijedno nije nula, morat ćete ažurirati softver s količinom kalibracije. To se postiže postavljanjem ili varijable xCalibration ili varijable yCalibration na odgovarajući iznos (ono što je prikazano).

// // Postavite ove varijable s početnim vrijednostima prema potrebi // bool displayF = true; // istina za Fahrenheit, netačno za Celsius int xCalibration = 0; // iznos kalibracije za izravnavanje osi x int yCalibration = 0; // iznos kalibracije za nivelisanje duge osi y irvCalibration = 1457; // iznos kalibracije za interni referentni napon

U ovom trenutku također trebate postaviti vrijednost displayF na odgovarajuću postavku ovisno o tome želite li da se temperatura prikazuje u Fahrenheitu ili Celzijusu.

Ponovno učitavanje softvera na Nano sada bi trebalo rezultirati očitanjem 0/0 na poznatoj površini.

Korak 11: Montirajte Arduino Nano i sastavite kućište

Nakon što je kalibracija završena, Arduino Nano možete montirati u kućište tako da nanesete vruće ljepilo na šine i postavite Arduino Nano na te tračnice, s iglicama prema gore i USB priključkom prema unutrašnjosti kućišta.

Kućište koje sadrži svu elektroniku sada se može sastaviti spajanjem dvije polovice i upotrebom 4 samorezna vijka s glavom M2x8.

Korak 12: Provjerite rad vašeg novog digitalnog nivoa

Uverite se da je Li-Po baterija napunjena. Ako je kućište sastavljeno, nećete moći direktno vidjeti LED indikatore punjenja. Ako želite provjeriti rad punjenja izravno gledajući svjetla za punjenje, morat ćete otvoriti kućište, međutim trebali biste moći vidjeti crveni sjaj koji označava da se punjenje odvija sa zatvorenim kućištem.

Nakon što se napuni i sastavi, uključite digitalni nivelir i provjerite njegov rad. Ako ne radi, dvije vjerojatne točke problema su ožičenje za OLED LCD zaslon i ožičenje za mjerač ubrzanja. Ako zaslon ne prikazuje ništa, počnite s ožičenjem OLED LCD -a. Ako zaslon radi, ali oznake H i V prikazuju 0 i temperatura je 0 (C) ili 32 (F), tada mjerač ubrzanja vjerojatno nije pravilno ožičen.

Korak 13: Završne misli…

Sastavio sam ovaj digitalni nivo (i Instructable) prvenstveno kao iskustvo učenja. Bilo mi je manje važno napraviti funkcionalni nivo, jer sam istraživao različite komponente i njihove sposobnosti, a zatim ih spojio na način koji dodaje vrijednost.

Koja poboljšanja bih napravio? Nekoliko ih razmatram za buduće ažuriranje:

• Izložite USB priključak Arduino Nano kroz kućište mijenjanjem načina postavljanja. To bi omogućilo lakše ažuriranje softvera (što bi u svakom slučaju trebalo biti rijetko).
• 3D ispis kućišta pomoću drvene niti. Eksperimentirao sam sa Hatchbox Wood filamentom i jako sam zadovoljan rezultatima koje sam postigao. Mislim da bi ovo pružilo bolji ukupni izgled DigiLevelu.
• Ažurirajte dizajn tako da upotrijebite mjerač ubrzanja MPU-9250 za smanjenje troškova, a da pritom ne utječete na funkciju.

Ovo je moje prvo uputstvo i pozdravljam povratne informacije. Iako sam to pokušavao izbjeći, siguran sam da ovo i dalje ima više američku perspektivu - pa se ispričavam onima izvan SAD -a.

Ako vam se učinilo zanimljivim, glasajte za mene na Prvom takmičenju autora. Hvala što ste pročitali do kraja!

Drugoplasirani po prvi put Autor