Interfície sense fils Bluetooth per a pinzas i indicadors Mitutoyo: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Actualment, hi ha milions de pinces, micròmetres, indicadors i altres dispositius Mitutoyo Digimatic al món. Molta gent com jo utilitza aquests dispositius per recopilar dades directament en un PC. Això elimina haver de registrar i escriure de vegades centenars de valors, però també presenta alguns problemes relacionats amb tenir un ordinador portàtil a la botiga on es poden deixar caure o danyar els ordinadors portàtils. Això és especialment cert si les mesures es prenen en peces grans o en situacions en què el cable de dades estàndard Mitutoyo no és prou llarg.

Fa uns anys vaig construir un dispositiu similar basat en mòduls Bluetooth HC-05 i algunes plaques de microcontroladors Arduino que em permetrien deixar el portàtil segur sobre una taula i recórrer fins a 50 peus fent mesures. Aquest dispositiu funcionava molt bé, però tenia diversos problemes. No hi havia cap indicació de quan la bateria del transmissor estava completament carregada, cap indicació de l'estat de la connexió Bluetooth i la indicació de la transmissió de dades amb èxit. També era gran i maldestre i, literalment, semblava un projecte científic. Fins i tot amb aquestes limitacions, els altres nois de la botiga van preferir utilitzar-lo per sobre del cable de dades USB Mitutoyo.

Aquest projecte supera aquestes limitacions del dispositiu antic, afegeix més funcions i és una mica més professional tot per menys de 100 dòlars.

Pas 1: Com funciona:

La interfície es compon de dues parts, un transmissor i un receptor. Connecteu el transmissor a l'indicador mitjançant el cable de dades connectat permanentment i connecteu el receptor a un PC mitjançant un cable de dades micro USB.

Al transmissor, si feu lliscar l'interruptor cap a l'extrem del cable, l'engegueu. A l'extrem del receptor, el LED blau inicialment parpelleja indicant que no hi ha connexió, quan es fa una connexió, el LED deixarà de parpellejar i s'encendrà contínuament. Ara el transmissor i el receptor estan connectats.

El transmissor (dispositiu inferior de la foto) es connecta a l'indicador i llegeix el flux de dades en brut de Mitutoyo cada vegada que es prem el botó "dades". A continuació, dóna format a les dades mitjançant informació del flux de dades, com ara la ubicació del punt decimal, el signe i les unitats. A continuació, construeix una cadena ASCII a partir d’aquestes dades i l’envia a través del mòdul Bluetooth HM-10 del transmissor a l’HM-10 del costat del receptor.

Al receptor (dispositiu superior de la foto) l'HM-10 envia els caràcters ASCII enviats des de l'HM-10 transmissor que comprèn la mesura a l'Arduino Pro Micro que els envia a través del cable USB al PC. Emula un teclat per fer-ho, de manera que les dades s’injecten a l’aplicació oberta, en el meu cas Excel. Les dades van seguides de caràcters que fan que el cursor baixi a la línia següent. Una cosa interessant d’això és que podeu canviar-ho per fer el que vulgueu si necessiteu introduir dades al programari personalitzat. Llavors, el receptor envia una sol·licitud a l'HM-10 del transmissor perquè parpellegi el costat blau del LED per indicar a l'operador que les dades s'han rebut amb èxit. El mòdul receptor també elimina els caràcters del flux de dades entrants associat amb el control remot de l'HM-10 al receptor.

La càrrega del transmissor es fa amb una càrrega micro USB o un cable endollat a la presa USB del transmissor; el LED del receptor s’encendrà de vermell mentre es carrega i s’apagarà quan es completi la càrrega.

Hi ha altres funcions que es tractaran més endavant pel que fa al processament que es pot fer per assegurar que tots els valors es troben en unitats mètriques o estàndard o per advertir si heu premut accidentalment el botó +/- fent que totes les mesures siguin negatives. Fins i tot podeu comprovar el voltatge de la bateria del transmissor.

Pas 2: Preparació:

A més dels materials esmentats en aquest manual, hi ha alguns altres elements per configurar i programar els mòduls i microcontroladors Bluetooth HM-10. Necessitareu un adaptador sèrie USB a TTL UART per configurar els mòduls Bluetooth, un Arduino que serveixi de programador per al microcontrolador ATTiny85 (o un programador similar que pugui funcionar amb l’IDE Arduino) i, per descomptat, cables de pont per fer la configuració i programació. L’ATTiny85 d’aquest Instructable es va programar mitjançant un clon Arduino Nano i un condensador electrolític de 10 uf connectat entre els pins RST i GND. Un altre maquinari funcionarà si el teniu, però potser haureu d’investigar els canvis de procediment necessaris per a això. Aquest instructiu suposa que esteu familiaritzat amb l'IDE d'Arduino i que esteu còmode en fer-lo servir, en cas contrari, cal una mica de paciència i Google.

Abans de configurar els mòduls Bluetooth, seria una bona idea llegir el tutorial BLE de Martyn Currey a https://www.martyncurrey.com/hm-10-bluetooth-4ble-modules/ Aquest article conté informació sobre com explicar-los als reals a partir de les falsificacions, configureu la informació d’actualització de parells, rols, modes i firmware per als mòduls HM-10 que s’utilitzen en aquest instructiu.

Compte amb els falsos HM-10 al mercat. L’enllaç de la llista de materials que es proporciona en aquest manual d’instruccions és a altres reals (o, com a mínim, a aquells que tenen un firmware real quan els vaig comprar la tardor passada). Aconseguir-ne de falses no suposa un trencament d’ofertes, però si acabes amb falsificacions, es necessiten uns quants passos més perquè funcionin segons sigui necessari per a Instructable, ja que han de tenir el firmware real per poder configurar-les correctament. Si obteniu un fals, podeu fer-hi passar el firmware real mitjançant el següent tutorial https://www.youtube.com/embed/ez3491-v8Og Hi ha altres tutorials sobre com fer passar el firmware HM-10 a CC2541 mòduls (falsificacions). Les fotos d’aquest instructable mostren mòduls falsos que he hagut de parpellejar amb el microprogramari HM-10 mentre construïa aquesta interfície (aquesta és la tercera que he construït). Els reals valen aproximadament 6 dòlars per parell i els falsos són de 3 dòlars per parell, val la pena els 3 dòlars addicionals per obtenir els reals. Us animo a comprar mòduls HM-10 reals.

Es necessiten un parell de definicions que no s’inclouen per defecte a l’IDE Arduino per al microcontrolador Sparkfun Arduino Pro Micro i ATTiny85 que s’utilitzen en aquest manual instructiu.

Podeu afegir suport per a aquestes parts a l'IDE Arduino afegint els següents enllaços al gestor de les vostres taules.

Per a l'ATTiny85:

raw.githubusercontent.com/damellis/attiny/ide-1.6.x-boards-manager/package_damellis_attiny_index.json

Per a Sparkfun Arduino Pro Micro:

raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

Separeu aquestes dues entrades amb una coma tal com es mostra a la imatge.

A més, necessitareu una biblioteca sèrie especial per a petjades petites per al mòdul transmissor:

SendOnlySoftwareSerial:

Pas 3: LA JUNTA

El tauler que he dissenyat per a aquest Instructable es pot demanar a JLCPCB o a qualsevol altre lloc com ara Seedstudio ect si utilitzeu els fitxers gerber adjunts a aquest Instructable. El vaig dissenyar amb easyeda.com. Aquí teniu un enllaç al tauler a easyeda. https://easyeda.com/MrFixIt87/mitutoyo-bluematic-spc-smt-mcp73831 Si hi ha prou interès, és possible que tinguin alguns PCB fabricats i els pugui vendre a ebay.

Aquesta placa s’ha de tallar en dues plaques separades (una per al transmissor i una per al receptor). Els talls seguiran els contorns blancs al centre del PCB de la imatge superior i una cantonada de la placa del transmissor. Aquests talls seguiran les línies vermelles dibuixades a la imatge del PCB de dalt. Aneu amb compte a l’hora de tallar les taules, sobretot a les osques de les cantonades de la placa transmissora. Aquests talls s’acosten molt a les traces del tauler. Aquí us és útil un conjunt de fitxers excel·lents.

La majoria dels components es poden demanar a Digi-Key o Mouser, etc. Els números de peces de Digi-Key s’inclouen a la llista de materials per als articles que tinguin. Alguns dels articles que he comprat a eBay, Amazon o AliExpress. He inclòs enllaços a elements d'aquests llocs segons sigui necessari a la llista de materials.

El fitxer BOM.pdf és el més fàcil de llegir i les URL són enllaços on es pot fer clic.

Pas 4: Configuració del mòdul HM-10, micro programació Arduino Pro

És una bona idea obtenir els mòduls HM-10 abans de qualsevol altra cosa i assegurar-vos que els configureu correctament i que funcionin com a parell, ja que hi ha molts falsos al mercat i requereixen un parell de passos addicionals per instal·lar el firmware sobre les falsificacions. Només el microprogramari real HM-10 permet al receptor parpellejar remotament el LED del transmissor quan es prem el botó "dades". No actualitzeu el firmware més enllà de la V6.05.

El tutorial de Martyn Currey és molt útil per a això. Si el seguiu, no tindreu problemes. Assegureu-vos també d’obtenir mòduls acoblats com aquest al costat dret de la imatge per a aquest pas. Soldeu-los al PCB si cal per ajudar a connectar cables temporals per a la configuració. No soldeu cap altre component a cap PCB fins que no tingueu un parell de mòduls BLE que funcionin. Només cal soldar els passadors 1, 2, 12-15, 21-25.

Al Tx PCB l'HM-10 necessitarà la configuració següent:

Emparellament: emparellament amb un altre HM-10 (utilitzeu un monitor sèrie per comprovar el flux de dades entre mòduls quan estigueu connectat)

Rol: perifèric

Mode: 2

Al PCB Rx, l'HM-10 necessitarà la configuració següent:

Emparellament: s'ha de combinar amb el perifèric HM-10 anterior

Rol: central

Mode: (cap, només el perifèric té un mode)

Programa l'Arduino pro micro amb l'esbós anomenat Mitutoyo_Keyboard … més amunt. Assegureu-vos d’escollir la versió de 3,3 V 8 MHz de l’Arduino Pro micro al gestor de la placa de l’IDE Arduino quan pengeu a la placa. Assegureu-vos també que teniu instal·lades totes les biblioteques de referència. He utilitzat la versió Sparkfun del micro pro (vermell), però a ebay hi ha clons disponibles, que també funcionaran, només assegureu-vos d’obtenir una placa de 3,3 V 8 MHz amb el microcontrolador Atmel 32U4 i NO un ATMega328P. Obteniu també un de color blau que s’assembli al Sparkfun de color vermell d’aquest instructiu i no un de negre, els negres són massa amples per adaptar-se al patró de forats del PCB).

Pas 5: Muntatge de components, muntatge dels PCB a les carcasses

Per al PCB Tx, soldeu els altres components al PCB. És una bona idea soldar el connector USB de la placa BLE Tx abans que els altres components d’aquesta zona. Pot ser una bona idea soldar la capçalera ICSP a la placa BLE Tx per darrer cop. Tingueu en compte com els cables del LED bicolor estan "plegats"; originalment, la idea era fer-ho passar pel lateral del recinte, però més tard vaig decidir utilitzar un recinte translúcid perquè no s'hagués de canviar el LED. encara que un forat durant el muntatge. També afegeix un bon efecte quan el costat blau del LED parpelleja després de transmetre una mesura. Per al LED bicolor, el cable més curt és el blau, el centre és l’ànode comú.

En aquest moment, mesureu la ubicació del commutador, el connector USB i feu forats a la caixa per a aquests elements. He trobat que és millor alimentar el cable de dades del costat esquerre (tal i com es mostra a la imatge) de la caixa (forat de 0,25 centrat en l'amplada i l'alçada del recinte). Proveu acuradament l'ajust del PCB fent ajustos a la mida del forats fins que l’interruptor es mogui lliurement i el connector USB s’adapti a l’obertura. Instal·leu 2 cargols # 2 per mantenir la PCB al seu lloc (tot i que si l’ajust és ajustat, la PCB quedarà captiva de totes maneres i realment no necessitarà cargols).

A la PCB Rx, soldeu l’Arduino pro micro al PCB mitjançant les dues capçaleres de 7 pins. Ajusteu l'obertura al costat del connector USB de la carcassa del PCB Rx per permetre que la PCB es quedi ferma contra l'interior de la carcassa. Tingueu en compte a la imatge d’aquest conjunt que el LED s’estén fora del tauler. Es tracta de localitzar fermament el PCB dins de la caixa i, de fet, funciona bastant bé amb el passamans més petit. Ajusteu amb cura la longitud del cable del LED de manera que s’aconsegueixi un ajustament ajustat després del muntatge. El PCB està marcat com a vermell i blau, el cable més curt del LED és el cable blau, el centre és l’ànode comú. Enganxeu la tapa del recinte Rx, ja està.

Pas 6: programa l'ATTiny85, soldadura a les connexions del cable de dades, connecta la bateria

Ara és el moment de programar l’ATTiny85. He utilitzat un clon Arduino Nano que executava l'esbós d'exemple Arduino ISP. El Nano requereix un condensador electrolític de 10uf instal·lat entre GND i RST (- lead to GND) per programar. Els detalls de la connexió del pin es troben a l'esbós de l'ISP d'Arduino. La capçalera ICSP del PCB d’aquest projecte té els noms dels pins marcats, de manera que les connexions haurien de ser directes.

Assegureu-vos que teniu ATTiny85, flash de 8 KB i opcions de rellotge intern de 8 MHz seleccionades al gestor de la placa quan pengeu a l'ATTiny85 tal com es mostra a la imatge.

Un cop fet això, instal·leu el casquet gran. Talleu el cable de dades a uns 8 "-10" de l'extrem de l'instrument i traieu la jaqueta exterior revelant un parell de polzades dels cables interiors. Deixeu els fils de protecció a aproximadament 1/2 "de la coberta de ratlles com es mostra. He soldat el blindatge del cable de dades a l'interruptor per donar-li resistència a la retirada en ús, tot i que també hi ha un forat gran a la PCB. Si voleu seguir aquesta ruta, soldeu els cables individuals a la PCB tal com es mostra, els colors del cable de dades es veuran serigrafiats a la PCB als forats adequats.

Connecteu la bateria tal com es mostra, aneu amb compte amb la polaritat, ja que al reversar-la es cremarà el carregador / gestor LiPo del PCB en un termini breu (no pregunteu com sé …)

Pas 7: prova, ús, menú de funcions avançades

Ara instal·leu la coberta. Estàs acabat!

Les quatre unitats que he construït fins ara tenen velcro per connectar el transmissor a l’instrument i el receptor a la part superior de la tapa del portàtil. A la pràctica, això funciona molt bé. Instal·leu el costat fosc (velcro) de velcro a la part superior de la tapa de l'ordinador portàtil, el costat rugós (ganxo) a la caixa del receptor. Instal·leu el costat difús (bucle) a la caixa del transmissor i el costat rugós (ganxo) a la part posterior de la pinça o indicador. Fer-ho d’aquesta manera us permet emmagatzemar el transmissor i el receptor junts quan no s’utilitza i també té el costat suau i borrós a la tapa del portàtil.

Proveu la càrrega de la bateria connectant un cable micro USB al connector USB del mòdul Tx, si la bateria no està completament carregada, el LED hauria d’encendre’s de vermell. De vegades, el LiPo està tan a prop de carregar-se completament que el carregador IC no el carregarà, així que no us preocupeu si el LED no s’encén inicialment.

Ara podeu connectar el cable de dades a una pinça o un indicador (qualsevol cosa que tingui el tipus de cable que heu utilitzat).

Connecteu l'extrem Rx a un cable de dades micro USB (ha de ser un cable de dades i no només un cable de càrrega) i a un port USB del vostre PC. És possible que hagi d’instal·lar el controlador que li permeti actuar com a teclat, però hauria de ser automàtic. Activeu el mòdul Tx mitjançant l’interruptor. El LED del mòdul Rx hauria de parpellejar durant uns segons i després romandre encès quan s’estableixi una connexió.

Proveu prement el botó de dades del cable que connecta la pinça al mòdul transmissor. Hauríeu de veure la mesura a la pantalla de l'ordinador. L'Arduino Pro Micro funciona com un teclat HID i inserirà mesures entrants directament allà on hi hagi el cursor al vostre PC.

La programació al mòdul transmissor permet opcions. Podeu accedir a aquest menú mesurant 0 cinc vegades consecutives. Un cop al mode de menú, per seleccionar una opció de menú, mesureu un valor negatiu començant pel número d’opció del menú, per exemple, per convertir automàticament totes les mesures en mètriques, mida un valor negatiu amb un 1 com a primer dígit diferent de zero. (-1.xx mm o -0.1 polzades per exemple). Per tornar al mode normal, mesura 0 cinc vegades i, a continuació, mesura un valor negatiu que comença amb un 3 com a primer dígit diferent de zero). Es programa d'aquesta manera per evitar configuracions accidentals. Si en mode de menú mesura de nou 0 o qualsevol valor positiu cancel·la automàticament el mode de menú i torna al mode normal.

Les opcions del menú són:

1. Converteix automàticament totes les mesures en unitats mètriques (si cal)
2. Converteix automàticament totes les mesures en unitats estàndard (si cal)
3. Cancel·leu la conversió automàtica d'unitats
4. Rebutja les mesures negatives (imprimeix el missatge d'advertència)
5. Cancel·lar el rebuig de les mesures negatives
6. Mesureu i imprimiu el voltatge de la bateria del transmissor (no està documentat al menú)

En entrar al mode de menú, totes les opcions en efecte s’imprimeixen a la part superior com a recordatori de les opcions en vigor. Totes les opcions s’emmagatzemen a EEPROM i es conserven després d’apagar la unitat o d’esgotar la bateria. La durada de la bateria de les unitats que he construït és d’unes 45 hores d’ús continu i la recàrrega triga unes 3 hores a descarregar-se completament.

Una característica no documentada és entrar al mode de menú (0 cinc vegades) i després mesurar un valor negatiu començant per 6 com a primer dígit diferent de zero, que fa que mesuri i imprimeixi la tensió actual de la bateria tal com es mostra al vídeo adjunt.

La meva experiència amb les 3 unitats que he construït és que el rang pot arribar fins a uns 50 peus en un entorn de botiga oberta.

Pas 8: Pensaments finals: possibles modificacions / noves funcions / pirateig

Tot i que en aquest moment tindreu una interfície perfectament útil que es pot utilitzar amb milions de dispositius del món, no està en cap cas acabada en el sentit que no es pot fer res més. Una de les coses dolces d’adoptar aquest enfocament en lloc de comprar el Mitutoyo U-Wave és que ara teniu un dispositiu que es pot personalitzar de moltes maneres.

Podeu utilitzar altres cables Mitutoyo per connectar-vos al transmissor en lloc del que he utilitzat per a aquesta instrucció si el vostre dispositiu utilitza un cable diferent. Els colors dels cables i senyals interns haurien de ser els mateixos en tots els cables Mitutoyo. Tingueu en compte que el cable necessitaria un botó de dades per activar la mesura o s’haurien ideat alguns altres mitjans per activar la mesura. Es pot enviar una sol·licitud de mesura a l'indicador connectant breument el parell de fil verd / blanc a terra (el fil blau del cable de l'indicador). Això es podria fer instal·lant un commutador o un connector d'àudio de 1/8 a la caixa del transmissor connectat a aquests cables i connectant-hi un commutador extern. Si teniu un indicador muntat en un dispositiu o no haureu de tocar el l’enfocament del jack d’àudio seria ideal.

Si tot el que necessiteu són dades de sèrie (RS232 TTL, SPI, I2C, etc.) que es poden aconseguir mitjançant canvis de codi al receptor i connectant-vos directament als pins del Pro Micro que trieu per a la sortida de les dades.

Control remot: una altra possibilitat interessant seria connectar un transistor entre el parell verd / blanc i la terra blava des del calibre amb la porta connectada al pin 26 HM-10. A continuació, a l’extrem del receptor, connecteu un detector remot IR de 38 kHz amb el pin de sortida al receptor Arduino Pro Micro pin 7. a continuació, modifiqueu el codi d’aquest microcontrolador per buscar ordres específiques des de qualsevol comandament a distància d’infrarojos i, a continuació, activeu el transistor instal·lat al transmissor mitjançant una trucada remota AT + PI031 / AT + PI030 similar a la forma en què parpelleja el LED blau del transmissor ara. Això donaria la possibilitat d’activar lectures des d’una ubicació remota que en determinades circumstàncies podria ser molt útil. Puc dissenyar un altre PCB amb aquesta funcionalitat integrada.

Estic segur que hi ha moltes altres funcions possibles; si us plau, comenteu-les amb suggeriments, pensaments i idees.

Ara hi ha un dispositiu comercial de comunicació de dades sense fils disponible a Mitutoyo, però quan vaig comprovar-ne el preu era d’uns 800 dòlars per al sistema. El cost total de la construcció d’aquest dispositiu és d’uns 100 dòlars i pot ser menor, sobretot si utilitzeu un Arduino Pro Micro o si teniu un cable de dades Mitutoyo que podeu utilitzar per connectar-vos a l’indicador, ja que són dos dels articles més despeses de BOM. Dubto seriosament que el Mitutoyo U-Wave sigui piratejable per afegir funcions com aquesta.

Espero que us hagi agradat aquest Instructable, el meu primer!

Si us plau, deixeu comentaris, preguntes, comentaris, idees i suggeriments. Si t’agrada, vota’l al concurs de PCB. Gràcies !!!!

Accèssit al concurs de PCB