EINA DE MESURA MULTI-FUNCIÓ DIGITAL: 21 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Projectes Fusion 360 »

Hola a tothom. Sempre havia volgut un dispositiu que m’ajudés a anivellar el llit de la meva impressora 3D i algun altre dispositiu que m’ajudés a obtenir una longitud aproximada d’una superfície corba per poder retallar fàcilment la longitud adequada de l’adhesiu per aplicar sobre aquesta superfície i evitant així el malbaratament. Així que vaig pensar per què no combinar les dues idees i crear un sol gadget que les pugui fer totes dues. Per fi, vaig acabar construint un dispositiu que no només pot mesurar línies corbes i nivells de superfície, sinó que també pot mesurar distàncies de la línia recta i l’angle d’una línia. Així, bàsicament, aquest gadget funciona com un nivell digital tot en un + regla + transportador + mesura de rotllo. El dispositiu és prou petit per cabre dins d’una butxaca i les seves bateries es poden recarregar fàcilment mitjançant un carregador de telèfon.

Aquest dispositiu utilitza un acceleròmetre i un sensor de giroscopi per mesurar amb precisió el nivell i l’angle de la superfície, un sensor IR clar per mesurar la longitud lineal de manera sense contacte i un codificador amb una roda que es pot fer rodar sobre una superfície corba o una línia corba fins a obtenir la seva longitud.

La navegació pels modes i funcions del dispositiu es fa mitjançant 3 botons tàctils marcats com a M (mode), U (unitat) i 0 (zero)

M - Triar entre diferents tipus de mesures

U - Per triar entre les unitats mm, cm, polzades i metre

0 - Per restablir els valors mesurats a 0 després de mesurar una distància o un angle.

La raó per utilitzar botons tàctils és navegar suaument pels modes i les unitats sense molestar la posició del dispositiu mentre es mesura.

El dispositiu té un imant de neodimi incrustat a la base perquè no rellisqui ni llisqui de la superfície metàl·lica que es mesura.

La carcassa està dissenyada per fer el dispositiu el més compacte possible i també per imprimir-se en 3D fàcilment.

Pas 1: COMPONENTS I M MODDULS NECESSARIS

Els components es van triar tenint en compte que aquest dispositiu està dissenyat per cabre dins d’una butxaca. Així, es van utilitzar els més petits de la pantalla, la bateria i els sensors que vaig poder trobar.

1. Estoig imprès en 3D

2. Sensor de distància IR Sharp GP2Y0A41SK0F X 1 (Aliexpress)

3. Mòdul accelerador / giroscopi MPU6050 X 1 (Aliexpress)

4. Boost + mòdul de càrrega X 1 (Aliexpress)

5. Codificador Grove Mouse X 1 (Aliexpress)

6. Pantalla OLED de 128 X 32 X 1 (Aliexpress)

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

8. Zumbador de 12 mm X 1 (Aliexpress)

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

10. Mòdul de botó tàctil TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. Imant de neodimi 20x10x2mm X 1 (Aliexpress)

12. Mòdul CP2102 USB a UART TTL X 1 (Aliexpress)

13. Filferro de coure esmaltat (Aliexpress)

14. Resistències 10K X 2

15. 19 (longitud) X2 (diàmetre) mm eix d’acer X 1

16. Led de 3 mm X 1

17. Qualsevol rotlle d’adhesius de vinil (Aliexpress)

18. Cable micro USB

MPU6050

MPU6050 és un dispositiu mems que consta d’un acceleròmetre de 3 eixos i un giroscopi de 3 eixos. Això ens ajuda a mesurar l’acceleració, la velocitat, l’orientació i el desplaçament. Es tracta d’un dispositiu basat en I2C que funciona entre 3,3 i 5 V. En aquest projecte, MPU6050 s’utilitza per mesurar si una superfície està plana o no i també per mesurar l’angle d’una línia.

CODIFICADOR DEL RATOLÍ GROVE

Es tracta d’un codificador rotatiu incremental mecànic amb dades de retroalimentació de la direcció i la velocitat de rotació. He utilitzat aquest codificador perquè és el codificador més petit que he pogut trobar i la seva part de programació també ha estat fàcil. Aquest codificador té 24 passos per rotació. Mitjançant això podem calcular la distància moguda per la roda sobre el codificador si es coneix el diàmetre de la roda. Els càlculs sobre com fer-ho es discuteixen en els passos posteriors d'aquesta instrucció. Aquest projecte utilitza el codificador per mesurar distàncies de línies corbes.

MARDUL SHARP GP2Y0A41SK0F DISTÀNCIA IR

Es tracta d’un sensor analògic que proporciona una tensió variable com a sortida en funció de la distància de l’objecte al sensor. A diferència d'altres mòduls IR, el color de l'objecte que es detecta no afectarà la sortida del sensor. Hi ha moltes versions de sensors nítids, però el que estem utilitzant té un abast de 4 a 30 cm. El sensor funciona amb una tensió entre 4,5 i 5,5 volts i extreu només 12 mA de corrent. Els cables vermell (+) i negre (-) són els cables d’alimentació i el tercer fil (blanc o groc) és el fil de sortida analògic. El sensor s’utilitza en aquest projecte per mesurar distàncies lineals sense contacte.

Pas 2: EINES NECESSÀRIES

1. Unes tisores

2. Talladors de caixes o qualsevol altra fulla súper afilada

3. pinces

4. Pistola de cola calenta

5. Cola instantània (com la súper cola)

6. Adhesiu a base de goma (com un enllaç fevi)

7. Soldador i plom

8. tallador làser

9. Impressora 3D

10. Una eina rotativa amb punta de tall de disc

11. Talladors de filferro

12. Paper de vidre

Pas 3: fitxers STL a impressió 3D

La carcassa d’aquest dispositiu es va dissenyar amb el programari Autodesk Fusion 360. Hi ha 3 peces. Els fitxers STL d’aquestes peces es donen a continuació.

Els fitxers "TAPA" i "roda" es poden imprimir sense suports, mentre que el fitxer "BODY" necessita suport. Els vaig imprimir a una alçada de capa de 0,2 mm al 100% d’ompliment amb PLA verd. La impressora que s’utilitza és una taràntula TEVO.

Pas 4: TAPAR LA CARCASA AMB VINIL

1. Utilitzeu paper de vidre fi per suavitzar totes les superfícies exteriors de les peces impreses en 3D de manera que l'adhesiu de vinil s'enganxi fàcilment.

2. Utilitzeu un drap mullat per desfer-vos de totes les partícules fines que puguin quedar-se a les superfícies després de polir-les.

3. Quan la superfície s’hagi assecat, apliqueu l’adhesiu de vinil a la superfície. Assegureu-vos que no hi hagi bombolles d’aire atrapades.

4. Utilitzeu unes tisores per retallar l’excés d’adhesiu al voltant de les vores.

5. Ara poseu adhesiu pels costats de la carcassa i retalleu l'excés.

6. Utilitzeu un tallador de caixes o qualsevol altra maquineta d'afaitar per tallar els forats de la pantalla OLED, el port de càrrega, la roda del codificador i el sensor IR de nitidesa.

ADVERTÈNCIA: TINGUEU MOLT ATENCIÓ AMB LES FITXES I LES EINES

Pas 5: DIAGRAMES DEL CIRCUIT

PROGRAMAR UN PRO MINI

A diferència d’Arduino nano, el pro mini no es pot programar directament connectant un cable USB, ja que no disposa d’un convertidor TTL USB a sèrie incorporat. Per tant, primer hauríem de connectar un convertidor USB a sèrie extern al pro mini per programar-lo. La primera imatge mostra com s'han de fer aquestes connexions.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

DIAGRAMA DE CIRCUIT COMPLET

La segona imatge mostra el diagrama complet del circuit d’aquest projecte.

D2 - INT MPU6050

D3 - E / S (MODE)

D5 - E / S (UNITAT)

D6 - E / S (ZERO)

D7 - + (1) CODIFICADOR

D8 - + (2) CODIFICADOR

A0 - I / O SHARP IR

A1 - + Buzzer

A4 - SDA (OLED I MPU6050)

A5 - SCL (OLED I MPU6050)

GND - GND DE TOTS ELS MULDULS I SENSORS I M MODDULS DE REALITZACIÓ

VCC - + DEL PORT USB DEL M MODDUL BOOST

B + - BATTERIA +

B- - BATERIA -

La tercera fotografia es va fer mentre creava el codi. Es tracta d’una configuració temporal que es va fer per provar el codi, els mòduls i el circuit. És opcional perquè ho proveu

Pas 6: INSERTAR L'IMAN

1. Apliqueu cola instantània a la cavitat de l’imant que hi ha sota el forat del port de càrrega.

2. Col·loqueu l’imant a la cavitat i manteniu-lo premut fins que s’assequi la cola utilitzant quelcom que no sigui magnètic.

L’imant ajuda a evitar que el dispositiu es llisqui o es mogui quan s’utilitza sobre una superfície metàl·lica.

Pas 7: FORMAR ELS SENSORS

Per tal de fer el dispositiu el més petit possible, es van tallar els suports de muntatge del sensor IR fort i del codificador mitjançant una eina rotativa amb fixació de broca de disc de tall.

Pas 8: COL·LOCACIÓ DE LA PANTALLA OLED

1. Marqueu els noms dels pins a la part posterior de la pantalla OLED perquè les connexions es puguin establir correctament més endavant.

2. Col·loqueu la pantalla OLED a la posició correcta tal com es mostra a la segona imatge. L'obertura de la pantalla està dissenyada de manera que la pantalla entrarà lleugerament a les parets. Això garanteix que la pantalla estigui en la posició i orientació correctes i que no es mogui fàcilment.

3. La cola calenta s'aplica amb cura al voltant de la pantalla. Es prefereix la cola calenta perquè actua com un amortidor de la pantalla i no posa tensió a la pantalla quan s’aplica.

Pas 9: COL·LEGAR ELS BOTONS TACTIUS I MPU6050

1. S'utilitza un adhesiu a base de goma.

2. L'adhesiu s'aplica a les dues superfícies.

3. Assegureu-vos que tots els punts de soldadura estiguin orientats cap al costat obert de la caixa, col·loqueu els mòduls als llocs assignats tal com es mostra a les imatges.

4. Mantingueu el mòdul i la carcassa premuts suaument entre si durant almenys 2 minuts després d’adherir-los.

Pas 10: AMPLIAR + M MODDUL DE CÀRREGA

Es tracta d’un mòdul que vaig treure d’un banc d’energia de cel·la única. Aquest mòdul disposa tant de circuits de protecció de la bateria com d’un convertidor d’augment de 5V i 1 amp. També té un polsador ON / OFF que es pot utilitzar com a interruptor d’encesa per a tot el projecte. El port USB femení del mòdul es va eliminar amb un soldador i es van soldar dos cables als terminals de + 5v i terra com es mostra a la quarta imatge.

Soldeu 2 passadors de capçalera masculins a B + i B- tal com es mostra a les dues primeres imatges i, a continuació, comproveu si el mòdul funciona amb les bateries.

Apliqueu cola instantània a la plataforma proporcionada per al mòdul i col·loqueu-lo suaument assegurant-vos que el port de càrrega i l’obertura que proporcionen estan alineats perfectament.

Pas 11: COL·LOCACIÓ DE LA BATERIA I DEL SENSOR IR NIT

1. El revestiment del filferro de coure esmaltat s’elimina escalfant la punta del filferro mitjançant el soldador o un encenedor fins que l’aïllament es fon. Els cables es solden acuradament a la pantalla OLED. Això es fa ara perquè pot ser difícil fer el mateix després de col·locar les bateries.

2. La bateria es llisca sota la plataforma del mòdul boost de manera que els seus connectors de cable estiguin orientats cap a la direcció de la pantalla OLED tal com es veu a la tercera imatge.

3. El sensor IR agut s’insereix a la ranura que s’hi proporciona.

Pas 12: COL·LEGAR L'ARDUINO I EL BUZZER

1. El convertidor d'USB a sèrie es solda a l'Arduino segons el diagrama de circuits proporcionat.

2. S'utilitza cola calenta per fixar l'Arduino al centre de la carcassa sobre les bateries.

3. Els cables es solden als terminals del brunzidor i, a continuació, el brunzidor s’empeny a la cavitat circular de la carcassa prevista, tal com es veu a la imatge 7.

Pas 13: CODIFICADOR

1. Els terminals del codificador es netegen amb una fulla.

2. Les resistències es solden al codificador.

3. Els cables de coure es solden segons el diagrama del circuit.

4. L'eix d'acer s'insereix a la roda impresa en 3D. Si la roda és massa fluixa, assegureu-la amb cola instantània.

5. Introduïu la configuració de la roda de l'eix al codificador. De nou, si és fluix, utilitzeu cola instantània. Però aquesta vegada, tingueu molta cura de no deixar entrar cap cola als mecanismes del codificador.

6. Col·loqueu el codificador a l'interior de la carcassa de manera que les rodes surten a través de l'obertura proporcionada i també assegureu-vos que giri lliurement.

7. Feu servir cola calenta per fixar el codificador al seu lloc.

Pas 14: CABLEAT I SOLDAT

1. El cablejat del circuit es realitza d'acord amb el diagrama del circuit donat anteriorment al pas "DIAGRAMA DE CIRCUIT".

2. Els cables + ve i -ve de tots els sensors i mòduls es connecten paral·lelament a la font d'alimentació.

3. Assegureu-vos que cap dels cables bloqueja la visió del mòdul IR ni s'embolica amb la roda del codificador.

Pas 15: CODIFICACIÓ

1. Baixeu el codi i les biblioteques que es proporcionen a continuació.

2. Extraieu les carpetes de la biblioteca. Copieu aquestes carpetes a la carpeta "biblioteques" de la carpeta "Arduino" que es troba a "Els meus documents" de l'ordinador (si sou usuari de Windows).

3. Obriu el codi proporcionat ("filal_code") a Arduino IDE i pengeu-lo a l'Arduino.

Pas 16: CALIBRACIÓ DE MPU6050

Com que l’acceleròmetre / mòdul giroscopi MPU6050 s’acaba d’enganxar a la carcassa, potser no estaria perfectament pla. Per tant, es segueixen els passos següents per corregir aquest error zero.

PAS 1: connecteu el dispositiu a l'ordinador i col·loqueu-lo sobre una superfície que ja sabeu que està perfectament anivellada (exemple: un terra de rajoles)

PAS 2: aneu al mode "NIVELL" del dispositiu tocant el botó "M" i anoteu els valors X i Y.

PAS 3: assigneu aquests valors a les variables "calibx" i "caliby" del codi.

PAS 4: torneu a carregar el programa.

Pas 17: CÀLCUL DE LA DISTÀNCIA MOVUT PER PAS DEL CODIFICADOR

Nombre de passos per rotació de l'eix del codificador, N = 24 passos

El diàmetre de la roda, D = 12,7 mm

Circumferència de la roda, C = 2 * pi * (D / 2) = 2 * 3,14 * 6,35 = 39,898 mm

Per tant, la distància moguda per pas = C / N = 39,898 / 24 = 1,6625 mm

Si utilitzeu una roda o un codificador de diàmetre diferent amb un recompte de passos diferent, busqueu la distància moguda per mm substituint els vostres valors a la fórmula anterior i un cop trobeu la resolució, introduïu aquest valor a la fórmula dins del codi tal com es mostra a la imatge.

Compileu i torneu a carregar el codi a l’Arduino.

Un cop feta la calibració del codificador i carregat el programa modificat, podeu dessoldar i treure el mòdul convertidor USB a sèrie TTL de l'Arduino Pro Mini.

Pas 18: PROVAR TOT TOT ABANS DE TANCAR EL CAS

Coses a provar:

1. Si el carregador es pot connectar fàcilment al port i si les bateries es carreguen correctament.

2. El botó d'encesa / apagat funciona o no.

3. L'OLED mostra tot en l'orientació i la posició correctes amb l'espaiat adequat.

4. Els botons tàctils funcionen correctament i estan correctament etiquetats.

5. Si el codificador dóna els valors de distància quan es gira.

6. Els mòduls MPU6050 i SHARP IR funcionen i donen les lectures correctes.

7. Sona el brunzidor.

8. Assegureu-vos que res a l'interior no s'escalfi quan s'encén. Si es produeix escalfament, vol dir que el cablejat no és correcte en algun lloc.

9. Assegureu-vos que tot estigui fixat a la seva posició i que no es mogui a la carcassa.

Pas 19: COL·LOCACIÓ DEL BOTÓ DE PULSADOR I AMPLIAR EL CAS

ÚS DEL LED PER AMPLIAR L'eix del botó d'empenta

L'eix del polsador del mòdul de càrrega és massa curt per sortir per l'obertura de la carcassa. Per tant, s’utilitza un capçal LED de 3 mm com a extensor.

1. Les potes dels LEDs es tallen mitjançant un tallador de filferro.

2. La cara plana del LED es fa llisa i anivellada amb paper de vidre. Si el LED és massa petit per manipular-lo a mà, utilitzeu unes pinces.

3. Col·loqueu el capçal LED al forat que se li proporciona a la tapa de la caixa, tal com es mostra a la imatge. Assegureu-vos que el led no estigui ajustat, ja que se suposa que llisca dins i fora quan es prem el polsador

AMPLIAR EL CAS

1. Apliqueu amb cura tots els adhesius a base de goma (he utilitzat Fevi Bond) al llarg de la vora tant al cos com a la tapa.

2. Espereu entre 5 i 10 minuts perquè la cola s’assequi lleugerament i, a continuació, premeu les dues meitats juntes. Assegureu-vos que l’extrem lliure de l’eix d’acer de la roda del codificador s’endinsa al forat que hi ha previst a la tapa.

3. Utilitzeu una càrrega pesada (he utilitzat una bateria UPS) per mantenir premudes les dues peces mentre s’asseca la cola.

Es recomana un adhesiu a base de goma, perquè en cas que la carcassa s'hagi d'obrir en el futur per substituir-la o reprogramar-la, es pot fer fàcilment fent passar una fulla o un ganivet afilats al llarg de la junta.

Pas 20: ETIQUETAR ELS BOTONS DE TOC

L'etiquetatge es fa per identificar fàcilment les posicions i funcions dels botons tàctils.

Els alfabets van ser retallats d’un full d’adhesius blancs amb el meu tallador làser casolà.

Les peces tallades es van treure del full principal amb unes pinces i es van aplicar al dispositiu en la posició i orientació correctes.

Alçada màxima de l'alfabet: 8 mm

Amplada màxima de l'alfabet: 10 MM

ADVERTÈNCIA: PORTAR Ulleres de seguretat de bloqueig làser quan es treballa amb un gravador o tallador làser

Pas 21: RESULTATS

El dispositiu està acabat. Si teniu dubtes o suggeriments sobre el projecte, feu-m'ho saber a través dels comentaris.

GRÀCIES

Primer premi del concurs de butxaca