DigiLevel: un nivell digital amb dos eixos: 13 passos (amb imatges)

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

La inspiració d’aquest instructiu és el nivell d’esperit digital de bricolatge que GreatScottLab troba aquí. M’ha agradat aquest disseny, però volia una pantalla més gran amb una interfície més gràfica. També volia millors opcions de muntatge per a l'electrònica de la funda. Al final, he utilitzat aquest projecte per millorar les meves habilitats de disseny en 3D (mitjançant Fusion 360) i explorar nous components electrònics.

DigiLevel proporcionarà informació sobre si una superfície està plana, tant al llarg de l’eix x (horitzontal) com de l’eix y (vertical). Es mostren els graus del nivell, així com una representació gràfica en un gràfic de 2 eixos. A més, es mostra el nivell de la bateria i es mostra la temperatura actual en Fahrenheit o Celsius (segons el xip de l’acceleròmetre). Es tracta d’una retroalimentació sonora mínima: un to inicial per verificar l’alimentació i, a continuació, un to doble cada vegada que es mou el nivell d’una posició que no és de nivell a una posició de nivell.

He proporcionat instruccions detallades sobre com podeu fer aquest nivell digital, però no dubteu a ampliar i modificar el meu disseny, tal com he fet al DIY Digital Level Level.

Pas 1: materials

A continuació es mostren els materials que s’utilitzen per elaborar aquest nivell digital. La majoria dels enllaços de compra són per a diverses peces, que solen ser més econòmiques que comprar components individuals. Com a exemple, el xip TP4056 inclou 10 peces per 9 dòlars (menys d’1 dòlar / TP4056) o es pot comprar individualment per 5 dòlars.

• Carregador de bateria TP4056 Li-Po (Amazon -
• Acceleròmetre LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• Pantalla LCD OLED de 128 x 64 (Amazon -
• Altaveu piezoelèctric (Amazon -

• Bateria Li-Po de 3,7 V (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Cargols autorroscants de capçal M2: es necessiten 4 cargols M2x4, 6 M2x6 i 6 M2x8 (eBay -
• Interruptor lliscant (Amazon -

A excepció dels cargols, els enllaços proporcionats us portaran a Amazon. Tanmateix, gairebé tots aquests articles es poden comprar a eBay o directament a la Xina amb un descompte important. Tingueu en compte que la comanda a la Xina pot comportar terminis de lliurament llargs (3-4 setmanes no és inusual).

Tingueu en compte també que hi ha alternatives per a molts d’aquests components. Per exemple, podeu substituir un acceleròmetre diferent pel LSM9DS1 (com el MPU-9205). Podeu substituir l'Arduino Nano mitjançant qualsevol processador compatible amb Arduino amb els pins GPIO adequats.

En particular, el LSM9DS1 és el que he comprat a la venda a Sparkfun per menys de 10 dòlars, però normalment té un preu més alt; el MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) proporciona una funcionalitat similar a un preu més baix.

Si feu una substitució, és probable que hàgiu de modificar la carcassa (o com a mínim la forma de muntar el component a la carcassa) i probablement haureu de modificar el programari per connectar-vos al component alternatiu. No tinc aquestes modificacions: haureu d'investigar i actualitzar segons convingui.

Pas 2: Esquema de cablejat

L'esquema de cablejat detalla com es connecten els diferents components electrònics entre si. Les línies vermelles representen tensió positiva, mentre que les línies negres representen terra. Les línies grogues i verdes s’utilitzen per a senyals de dades des de l’acceleròmetre i fins a la pantalla LCD OLED. Veureu com es connecten aquests components en els passos següents.

Pas 3: feu el cas

Si teniu una impressora 3D, la funda es pot imprimir amb força facilitat. Els fitxers STL inclosos en aquesta instrucció. Si no teniu cap impressora 3D, podeu penjar els fitxers STL a una oficina d’impressores 3D (com aquesta) i fer-los imprimir.

Vaig imprimir la meva sense vora ni bassa (i sense suports) i amb un 20% de farciment, però podeu imprimir la vostra, encara que estigueu acostumat a imprimir. Cada peça s’ha d’imprimir per separat, col·locant-la plana. És possible que hàgiu de girar-lo 45 graus per ajustar-lo al llit de la impressora. La meva es va imprimir amb un monoprice Maker Select Plus amb una mida de llit de 200 mm x 200 mm; cada peça va trigar aproximadament 12 hores a imprimir-se. Si teniu un llit més petit, potser no hi cabrà. No es recomana escalar, ja que els muntatges dels components electrònics no es podran escalar adequadament.

Pas 4: connecteu els components a una placa de verificació per verificar la connectivitat (opcional)

Recomano encaridament connectar els components primaris a una placa de verificació per verificar la connectivitat abans de procedir al muntatge dels components dins de la caixa. Podeu descarregar el programari a l’Arduino Nano (vegeu el pas següent) i verificar que la pantalla LCD OLED estigui correctament cablejada i que estigui operativa i que l’acceleròmetre estigui correctament cablejat i que estigui informant de les seves dades a l’Arduino Nano.. També es pot utilitzar per verificar el funcionament de l’altaveu piezoelèctric opcional.

No he connectat la bateria i el carregador a la placa de configuració en aquesta etapa; la connexió del commutador per controlar la bateria es realitza després de muntar l'interruptor a la caixa. La darrera imatge mostra com es veu abans del cablejat.

Pas 5: descarregueu el programari a l'Arduino Nano

El programari es carrega a l'Arduino Nano mitjançant l'IDE Arduino. Això es pot fer en qualsevol moment durant el procés de construcció del DigiLevel, però és millor fer-ho quan els components s’han cablejat mitjançant una placa de configuració (vegeu el pas anterior) per verificar el cablejat i el funcionament correctes dels components elèctrics.

El programari requereix la instal·lació de dues llibreries. La primera és la biblioteca U8g2 (de oliver): podeu instal·lar-la fent clic a "Esbós -> Inclou biblioteca -> Gestiona biblioteques …" a l'IDE Arduino. Cerqueu U8g2 i feu clic a Instal·la. La segona biblioteca és la biblioteca Sparkfun LSM9DS1. Podeu obtenir instruccions sobre com instal·lar aquesta biblioteca aquí.

Després de les especificacions de la biblioteca, el programari té una secció de configuració i un bucle de processament principal. La secció de configuració inicialitza l’acceleròmetre i la pantalla LCD OLED i, a continuació, mostra una pantalla d’inici abans de mostrar la pantalla principal. Si hi ha un altaveu connectat, emetrà un so a l’altaveu per indicar l’estat de l’encesa.

El bucle principal de processament és l’encarregat de llegir l’acceleròmetre, obtenir els angles x i i després mostrar els valors com un conjunt de nombres absoluts i també pictòricament en un gràfic. També es mostra la lectura de la temperatura de l’acceleròmetre (ja sigui en Fahrenheit o Celsius). Si anteriorment el nivell no era de nivell, quan torni al nivell, generarà dos sons sonors a l'altaveu (si està connectat).

Finalment, s’obté el voltatge de la bateria per determinar i mostrar el nivell actual de la bateria. No sé fins a quin punt és precís aquest codi, però és prou precís per mostrar una bateria plena i disminuir gradualment el nivell de la bateria durant l’ús.

Pas 6: muntar i connectar la pantalla OLED i l’altaveu piezoelèctric

La pantalla OLED de 1,3 polzades (128x64) es fixa a la meitat superior de la caixa mitjançant 4 cargols autotornellants de capçal M2x4. Us suggerim que connecteu els cables a la pantalla abans del muntatge. Això us garanteix que pugueu veure com estan els pins. quan esteu connectant els cables. Un cop muntada la pantalla, no podreu veure les etiquetes dels pins. Notareu que he afegit una etiqueta a la part posterior de la pantalla per poder recordar la valors pin (ja que no ho vaig fer la primera vegada i ho vaig connectar incorrectament …).

L’altaveu s’utilitza per emetre un to breu quan s’activa el nivell digital per verificar que la bateria és bona i que funciona. També emet un doble to cada vegada que el nivell es mou d'una posició sense nivell a una posició de nivell. Es tracta de proporcionar una retroalimentació audible a mesura que esteu posicionant el nivell o el nivell que tingueu. Es munta a la meitat superior de la caixa mitjançant 2 cargols autorroscants de capçal M2x4. No necessiteu un altaveu: el DigiLevel funcionarà molt bé sense ell, tot i que us faltaran comentaris audibles.

Pas 7: muntar i connectar la bateria, el carregador de bateria i el commutador

El commutador s’ha de muntar a la caixa abans de connectar-lo a la bateria. Això passa perquè si el connecteu primer, no podreu muntar l’interruptor sense desconnectar-lo. Munteu el commutador primer, després monteu la bateria precablida TP4056 i Li-Po i, a continuació, completeu el cablejat al commutador.

El TP4056 té 4 coixinets de cablejat: B +, B-, Out +, Out-. Voldreu connectar la bateria a les connexions B + (tensió positiva) i B- (terra). La connexió Out s’utilitza per a la terra que anirà a l’Arduino Nano i l’Out + es connecta a un pin del commutador. El segon pas del commutador es connecta al VIN de l'Arduino Nano.

El meu treball de soldadura no és el millor: m’agrada utilitzar tubs termoretràctils per tapar i aïllar la junta soldada. Notareu que en una de les connexions soldades aquí, la calor de soldadura es va veure afectada per la calor de la soldadura i es va reduir abans de poder-la moure.

Pas 8: muntar i connectar l’acceleròmetre

L’acceleròmetre (LSM9DS1) està muntat a la meitat de la meitat inferior de la caixa. Hi ha 4 pins que cal connectar: VCC passa al pin V5 de l'Arduino Nano; GND va a terra; SDA va al pin A5 de l'Arduino Nano; i SCL passa al passador A4 de l'Arduino Nano.

He utilitzat cables jumper amb connectors Dupont per al cablejat, però podeu soldar el cable directament als pins si ho preferiu. Si soldeu els cables directament als passadors, probablement voldreu fer-ho abans de muntar el xip de l’acceleròmetre per facilitar-lo.

Pas 9: completeu l'electrònica mitjançant el cablejat de l'Arduino Nano

El cablejat final es realitza connectant tots els components elèctrics a l’Arduino Nano. Això es fa millor abans de muntar l'Arduino Nano de manera que el port USB sigui accessible per a la calibració i qualsevol altre canvi de programari d'última hora.

Comenceu per connectar l’interruptor al Nano. El cable positiu (vermell) va del commutador al passador VIN del Nano. El cable negatiu (negre) de la bateria passarà al passador GND del Nano. Hi ha dos pins GND al Nano i els quatre components elèctrics tenen un cable de terra. Vaig optar per combinar els dos terrenys de la part inferior de la caixa en un cable connectat a un dels passadors GND. Els dos terrenys de la part superior de la caixa els vaig combinar en un cable connectat als altres passadors GND.

L’acceleròmetre (LSM9DS1) es pot connectar al Nano connectant el pin VDD de l’acceleròmetre al pin 3V3 del Nano. NO connecteu això al pin de 5V, ja que danyareu el xip de l’acceleròmetre. Connecteu SDA al pin A4 del Nano i SCL al pin A5 del Nano. El pin GND va al pin GND del Nano (combinat amb el cable negatiu de la bateria).

La pantalla LCD OLED es pot connectar al Nano connectant el pin VCC de la pantalla al pin de 5V del Nano. Connecteu SDA al pin D2 del Nano i SCL al pin D5 del Nano.

Finalment, es pot connectar l’altaveu connectant el cable vermell (positiu) al pin D7 del Nano. El cable negre va a GND juntament amb el GND de la pantalla LCD OLED.

Pas 10: calibració

Un cop descarregat el programari i abans de muntar l'Arduino Nano, és possible que hàgiu de calibrar el vostre nivell. Assegureu-vos que s’ha muntat la placa de l’acceleròmetre. El muntatge amb els cargols hauria de provocar una placa plana, però si està lleugerament apagada per qualsevol motiu, el calibratge assegurarà una visualització correcta.

Col·loqueu la caixa inferior en una superfície que se sap que és plana (mitjançant un nivell de bombolla o algun altre mitjà). Llegiu els valors mostrats per a X i Y. Si qualsevol dels dos no és zero, haureu d'actualitzar el programari amb la quantitat de calibratge. Això es fa configurant la variable xCalibration o la variable yCalibration a la quantitat adequada (el que es mostra).

// // Estableix aquestes variables amb els valors inicials segons correspongui // bool displayF = true; // true per Fahrenheit, false per Celsius int xCalibration = 0; // quantitat de calibratge per anivellar l’eix x int Calibració = 0; // quantitat de calibratge per anivellar l’eix llarg de irvCalibration = 1457; // quantitat de calibratge per a la tensió de referència interna

En aquest moment, també heu d’establir el valor de displayF al paràmetre adequat en funció de si voleu que es mostri la temperatura en Fahrenheit o Celsius.

La recàrrega del programari al Nano hauria de provocar una lectura 0/0 en una superfície de nivell conegut.

Pas 11: munteu l'Arduino Nano i munteu la funda

Un cop completat el calibratge, podeu muntar l’Arduino Nano a la funda aplicant cola calenta als rails i col·locar l’Arduino Nano a aquests rails, amb els passadors cap amunt i el port USB cap a l’interior de la caixa.

Ara, la caixa que conté tota l’electrònica es pot muntar ajuntant les dues meitats i fent servir 4 cargols autotapejants de capçal M2x8.

Pas 12: verifiqueu el funcionament del vostre nou nivell digital

Assegureu-vos que la bateria Li-Po està carregada. Si la caixa està muntada, no podreu veure els indicadors LED de càrrega directament. Si voleu verificar l’operació de càrrega veient els llums de càrrega directament, haureu d’obrir la funda, però hauríeu de poder veure el resplendor vermell que indica que la càrrega s’està produint amb la funda tancada.

Un cop carregat i muntat, activeu el nivell digital i verifiqueu el seu funcionament. Si no funciona, els dos punts de problemes probables són el cablejat de la pantalla LCD OLED i el cablejat de l’acceleròmetre. Si la pantalla no mostra res, comenceu amb el cablejat LCD OLED. Si la pantalla funciona, però les etiquetes H i V mostren 0 i la temperatura és 0 (C) o 32 (F), és probable que l’acceleròmetre no estigui connectat correctament.

Pas 13: Pensaments finals …

Vaig confeccionar aquest nivell digital (i l’Instruible) principalment com a experiència d’aprenentatge. Per a mi era menys important fer un nivell de funcionament, ja que era explorar els diferents components i les seves capacitats i, després, reunir-los d’una manera que aportés valor.

Quines millores realitzaria? Hi ha diverses que estic considerant per a una futura actualització:

• Exposeu el port USB de l'Arduino Nano a través de la funda modificant la forma en què està muntat. Això permetria actualitzacions més senzilles del programari (que en tot cas hauria de ser rar).
• Imprimeix en 3D la funda amb un filament de fusta. He estat experimentant amb el filament Hatchbox Wood i estic molt satisfet dels resultats que he obtingut. Crec que això proporcionaria un aspecte global millor al DigiLevel.
• Actualitzeu el disseny per utilitzar l’acceleròmetre MPU-9250 per reduir el cost sense afectar la funció.

Aquest és el meu primer instructiu i m’agraden els comentaris. Tot i que he intentat evitar-ho, estic segur que això encara té una perspectiva més centrada en els Estats Units, de manera que demaneu disculpes als que estan fora dels Estats Units.

Si us ha semblat interessant, si us plau voteu-me al Concurs d’autors per primera vegada. Gràcies per llegir fins al final.

Subcampió per primer cop autor