DIGITALE MULTIFUNCTIONELE MEETTOOL - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Fusion 360-projecten »

Hallo iedereen. Ik had altijd al een apparaat gewild dat me zou helpen bij het waterpas maken van mijn 3D-printerbed en een ander apparaat dat me zou helpen een geschatte lengte van een gebogen oppervlak te krijgen, zodat ik gemakkelijk de juiste lengte sticker kon uitsnijden om op dat oppervlak aan te brengen en waardoor verspilling wordt voorkomen. Dus ik dacht: waarom niet beide ideeën combineren en één gadget maken dat beide kan. Eindelijk heb ik een apparaat gebouwd dat niet alleen gebogen lijnen en vlakheid van het oppervlak kan meten, maar ook rechte lijnafstanden en hoek van een lijn kan meten. Dus eigenlijk werkt deze gadget als een alles-in-één digitale waterpas + liniaal + gradenboog + rolmaat. Het apparaat is klein genoeg om in een zak te passen en de batterijen kunnen eenvoudig worden opgeladen met een telefoonoplader.

Dit apparaat maakt gebruik van een versnellingsmeter en gyroscoopsensor om de vlakheid en hoek van het oppervlak nauwkeurig te meten, een scherpe IR-sensor om de lineaire lengte op een contactloze manier te meten en een encoder met een wiel dat over een gebogen oppervlak of een gebogen lijn kan worden gerold om zijn lengte krijgen.

Navigatie door de apparaatmodi en functies wordt gedaan met behulp van 3 aanraaktoetsen gemarkeerd als M (modus), U (eenheid) en 0 (nul)

M - Kiezen tussen verschillende soorten metingen

U - Kiezen tussen de eenheden mm, cm, inches en meter

0 - Om de gemeten waarden op 0 te zetten na het meten van een afstand of hoek.

De reden voor het gebruik van aanraakknoppen is om voorzichtig door de modi en eenheden te navigeren zonder de positie van het apparaat tijdens het meten te verstoren.

Het apparaat heeft een neodymiummagneet die in de basis is ingebed, zodat het niet wegglijdt of van het metalen oppervlak dat wordt gemeten, glijdt.

De behuizing is ontworpen om het apparaat zo compact mogelijk te maken en ook om gemakkelijk te 3D-printen.

Stap 1: VEREIST COMPONENTEN EN MODULES

De componenten zijn gekozen rekening houdend met het feit dat dit apparaat is gebouwd om in een zak te passen. Dus de kleinste van het display, de batterij en de sensoren die ik kon vinden, werden gebruikt.

1. 3D-geprint hoesje

2. Sharp GP2Y0A41SK0F IR afstandssensor X 1 (Aliexpress)

3. MPU6050 versnellingsmeter/gyroscoop module X 1 (Aliexpress)

4. Boost+oplaadmodule X 1 (Aliexpress)

5. Grove Muis-encoder X 1 (Aliexpress)

6. 128X32 OLED-scherm X 1 (Aliexpress)

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

8. 12 mm zoemer X 1 (Aliexpress)

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

10. TTP223-aanraakknopmodule X 3 (Aliexpress)

11. 20x10x2mm neodymium magneet X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 USB naar UART TTL-module X 1 (Aliexpress)

13. Geëmailleerd koperdraad (Aliexpress)

14. 10K weerstanden X 2

15. 19 (lengte) X2 (dia) mm stalen as X 1

16. 3mm geleid X 1

17. Elke vinyl stickerrol (Aliexpress)

18. Micro-USB-kabel

MPU6050

MPU6050 is een mems-apparaat dat bestaat uit een 3-assige versnellingsmeter en een 3-assige gyroscoop erin. Dit helpt ons om versnelling, snelheid, oriëntatie en verplaatsing te meten. Dit is een op I2C gebaseerd apparaat dat werkt op 3,3 tot 5v. In dit project wordt de MPU6050 gebruikt om te meten of een oppervlak waterpas is of niet en ook om de hoek van een lijn te meten.

GROVE MUIS ENCODER

Dit is een mechanische incrementele roterende encoder met feedbackgegevens van draairichting en draaisnelheid. Ik heb deze encoder gebruikt omdat het de kleinste encoder is die ik kon vinden en het programmeergedeelte ervan ook eenvoudig was. Deze encoder heeft 24 stappen per omwenteling. Hiermee kunnen we de afstand berekenen die door het wiel op de encoder wordt afgelegd als de wieldiameter bekend is. Berekeningen over hoe dit te doen worden besproken in de latere stappen van dit instructable. Dit project gebruikt de encoder om afstanden van gebogen lijnen te meten.

SHARP GP2Y0A41SK0F IR-AFSTANDSMODULE

Dit is een analoge sensor die een variabele spanning als output geeft op basis van de afstand van het object tot de sensor. In tegenstelling tot andere IR-modules heeft de kleur van het gedetecteerde object geen invloed op de output van de sensor. Er zijn veel versies van scherpe sensoren, maar degene die we gebruiken heeft een bereik van 4 - 30 cm. De sensor werkt op een spanning tussen 4,5 en 5,5 volt en trekt slechts 12 mA stroom. De rode (+) en zwarte (-) draden zijn de stroomdraden en de 3e draad (wit of geel) is de analoge uitgangsdraad. De sensor wordt in dit project gebruikt om lineaire afstanden contactloos te meten.

Stap 2: VEREIST GEREEDSCHAP

1. Een schaar

2. Doossnijders of andere superscherpe messen

3. pincet

4. Heet lijmpistool

5. Instantlijm (zoals superlijm)

6. Op rubber gebaseerde lijm (zoals een fevi-binding)

7. Soldeerbout en lood

8. lasersnijder:

9. 3D-printer

10. Een roterend gereedschap met schijfsnijbit

11. Draadknippers

12. Schuurpapier

Stap 3: STL-bestanden naar 3D-afdrukken

De behuizing voor dit apparaat is ontworpen in Autodesk Fusion 360-software. Er zijn 3 stuks. De STL-bestanden voor deze stukken worden hieronder gegeven.

De "LID"- en "wheel"-bestanden kunnen zonder ondersteuning worden afgedrukt, terwijl het "BODY"-bestand ondersteuning nodig heeft. Deze heb ik geprint op 0.2 mm laaghoogte bij 100% vulling met groen PLA. De gebruikte printer is een TEVO-tarantula.

Stap 4: BESCHERMING VAN DE BEHUIZING MET VINYL

1. Gebruik fijn schuurpapier om alle buitenoppervlakken van de 3D-geprinte stukken glad te strijken, zodat de vinylsticker gemakkelijk blijft plakken.

2. Gebruik een natte doek om alle fijne deeltjes te verwijderen die na het schuren op de oppervlakken kunnen achterblijven.

3. Nadat het oppervlak is opgedroogd, brengt u de vinylsticker aan op het oppervlak. Zorg ervoor dat er geen ingesloten luchtbellen zijn.

4. Knip met een schaar de overtollige sticker langs de randen af.

5. Plak nu een sticker rond de zijkanten van de behuizing en knip het overtollige weg.

6. Gebruik een boxcutter of een ander scheermes om de gaten voor het OLED-scherm, de oplaadpoort, het encoderwiel en de scherpe IR-sensor uit te snijden.

WAARSCHUWING: WEES ZEER VOORZICHTIG MET SCHERPE MESSEN EN GEREEDSCHAP

Stap 5: CIRCUIT DIAGRAMMEN

PROGRAMMEREN VAN EEN PRO MINI

In tegenstelling tot Arduino nano kan pro mini niet rechtstreeks worden geprogrammeerd door een USB-kabel aan te sluiten, omdat deze geen ingebouwde USB naar seriële TTL-converter heeft. Daarom moeten we eerst een externe USB-naar-serieel-converter op de pro mini aansluiten om deze te programmeren. De eerste afbeelding laat zien hoe deze verbindingen gemaakt moeten worden.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

VOLLEDIG CIRCUIT DIAGRAM

De 2e afbeelding toont het volledige schakelschema van dit project.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (MODUS)

D5 - I/O (EENHEID)

D6 - I/O (NUL)

D7 - +(1) ENCODER

D8 - +(2) ENCODER

A0 - I/O SHARP IR

A1 - + Zoemer

A4 - SDA (OLED EN MPU6050)

A5 - SCL (OLED EN MPU6050)

GND - GND VAN ALLE MODULES EN SENSOREN EN BOOST-MODULE

VCC - + VAN BOOST-MODULE USB-POORT

B+ - BATTERIJ +

B- - BATTERIJ -

De 3e foto is gemaakt terwijl ik de code aan het maken was. Dit is een tijdelijke opstelling die is gemaakt voor het testen van de code, modules en het circuit. Het is optioneel voor jullie om te proberen

Stap 6: DE MAGNEET PLAATSEN

1. Breng instantlijm aan in de holte voor de magneet onder de opening van de oplaadpoort.

2. Plaats de magneet in de holte en houd deze ingedrukt totdat de lijm opdroogt met iets niet-magnetisch.

De magneet helpt voorkomen dat het apparaat wegglijdt of beweegt wanneer het op een metalen oppervlak wordt gebruikt.

Stap 7: DE SENSOREN VORMEN

Om het apparaat zo klein mogelijk te maken, werden de montagebeugels van de scherpe IR-sensor en de encoder afgesneden met behulp van een roterend gereedschap met snijschijfbitbevestiging.

Stap 8: HET OLED-SCHERM PLAATSEN

1. Markeer de pinnamen op de achterkant van het OLED-display, zodat de aansluitingen later correct kunnen worden gemaakt.

2. Plaats het OLED-scherm in de juiste positie zoals weergegeven in de tweede afbeelding. De opening voor de display is zo ontworpen dat de display iets in de wanden gaat. Dit zorgt ervoor dat het display in de juiste positie en richting staat en niet gemakkelijk beweegt.

3. Hete lijm wordt voorzichtig rond het display aangebracht. Hete lijm heeft de voorkeur omdat het als een schokdemper voor het scherm werkt en het scherm niet onder druk zet wanneer het wordt aangebracht.

Stap 9: DE AANRAAKKNOPPEN EN MPU6050. BEVESTIGEN

1. Er wordt een op rubber gebaseerde lijm gebruikt.

2. De lijm wordt op beide oppervlakken aangebracht.

3. Zorg ervoor dat alle soldeerpunten naar de open kant van de behuizing wijzen en plaats de modules op de toegewezen plaatsen zoals weergegeven in de afbeeldingen.

4. Houd de module en de behuizing voorzichtig tegen elkaar gedrukt gedurende minstens 2 minuten nadat ze aan elkaar zijn vastgemaakt.

Stap 10: BOOST+OPLAADMODULE

Dit is een module die ik uit een goedkope eencellige powerbank heb gehaald. Deze module heeft zowel een batterijbeveiligingscircuit als een 5v, 1 amp boost-converter. Het heeft ook een AAN/UIT-drukknop die kan worden gebruikt als aan / uit-schakelaar voor het hele project. De vrouwelijke USB-poort op de module werd verwijderd met behulp van een soldeerbout en twee draden werden gesoldeerd aan de +5v en aardingsterminals zoals weergegeven in de 4e afbeelding.

Soldeer 2 mannelijke header pinnen aan B+ en B- zoals getoond in de eerste twee foto's en controleer dan of de module werkt met de batterijen.

Breng instantlijm aan op het platform dat voor de module is voorzien en plaats de module voorzichtig en zorg ervoor dat de oplaadpoort en de opening ervoor perfect zijn uitgelijnd.

Stap 11: PLAATSEN VAN DE BATTERIJ EN SCHERPE IR-SENSOR

1. De coating van de geëmailleerde koperdraad wordt verwijderd door de punt van de draad te verhitten met de soldeerbout of een aansteker totdat de isolatie wegsmelt. De draden worden vervolgens zorgvuldig op het OLED-display gesoldeerd. Dit wordt nu gedaan omdat het moeilijk kan zijn om hetzelfde te doen nadat de batterijen zijn geplaatst.

2. De batterij wordt zodanig onder het platform van de boostmodule geschoven dat de draadconnectoren in de richting van het OLED-display wijzen, zoals te zien is op de 3e afbeelding.

3. De scherpe IR-sensor wordt in de daarvoor bestemde sleuf gestoken.

Stap 12: DE ARDUINO EN BUZZER BEVESTIGEN

1. De USB naar serieel converter wordt op de Arduino gesoldeerd volgens het meegeleverde schakelschema.

2. Hete lijm wordt gebruikt om de Arduino in het midden van de behuizing over de batterijen te plakken.

3. Draden worden aan de zoemeraansluitingen gesoldeerd en vervolgens wordt de zoemer in de ronde holte op de daarvoor bestemde behuizing geduwd, zoals te zien is in de 7e afbeelding.

Stap 13: ENCODER

1. De klemmen van de encoder worden gereinigd met een mes.

2. De weerstanden zijn op de encoder gesoldeerd.

3. De koperdraden zijn gesoldeerd volgens het schakelschema.

4. De stalen as wordt in het 3D-geprinte wiel gestoken. Als het wiel te los zit, zet het dan vast met instantlijm.

5. Steek de as-wiel setup in de encoder. Nogmaals, als het los zit, gebruik dan instantlijm. Maar wees deze keer heel voorzichtig dat er geen lijm in de encodermechanismen komt.

6. Plaats de encoder zo in de behuizing dat de wielen door de daarvoor bestemde opening naar buiten steken en zorg er ook voor dat deze vrij kan draaien.

7. Gebruik hete lijm om de encoder op zijn plaats te bevestigen.

Stap 14: BEDRADING EN SOLDEREN

1. De bedrading van het circuit wordt uitgevoerd volgens het schakelschema dat eerder in de stap "CIRCUIT DIAGRAM" is gegeven.

2. De +ve en -ve draden van alle sensoren en modules zijn parallel aangesloten op de stroombron.

3. Zorg ervoor dat geen van de draden het zicht op de IR-module blokkeert of verstrikt raakt in het encoderwiel.

Stap 15: CODEREN

1. Download onderstaande code en bibliotheken.

2. Pak de bibliotheekmappen uit. Kopieer deze mappen naar de map "bibliotheken" in de map "Arduino" die zich in "Mijn documenten" van uw computer bevindt (als u een Windows-gebruiker bent).

3. Open de meegeleverde code ("filal_code") in Arduino IDE en upload deze naar de Arduino.

Stap 16: KALIBRATIE VAN MPU6050

Omdat de MPU6050 accelerometer/gyroscoopmodule net op de behuizing was gelijmd, is deze mogelijk niet perfect waterpas. Daarom worden de volgende stappen gevolgd om deze nulfout te corrigeren.

STAP 1: Sluit het apparaat aan op uw computer en plaats het op een oppervlak waarvan u al weet dat het perfect waterpas is (bijvoorbeeld: een tegelvloer)

STAP 2: Ga naar de "LEVEL"-modus op het apparaat door de "M"-knop aan te raken en noteer de X- en Y-waarden.

STAP 3: Wijs deze waarden toe aan de variabelen "calibx" en "caliby" in de code.

STAP 4: Upload het programma opnieuw.

Stap 17: BEREKENING VAN DE VERPLAATSTE AFSTAND PER STAP VAN DE ENCODER

Aantal stappen per omwenteling van de encoderas, N = 24 stappen

De diameter van het wiel, D = 12,7 mm

Omtrek van het wiel, C = 2*pi*(D/2) = 2*3.14*6.35 = 39.898 mm

Daarom verplaatste afstand per stap = C/N = 39,898/24 = 1,6625 mm

Als jullie een wiel of encoder met een andere diameter gebruiken met een ander aantal stappen, zoek dan de afstand die per mm is verplaatst door uw waarden in de bovenstaande formule te vervangen en zodra u de resolutie hebt gevonden, voert u deze waarde in de formule in de code in, zoals weergegeven in De foto.

Compileer en upload de code opnieuw naar de Arduino.

Zodra de kalibratie van de encoder is voltooid en het gewijzigde programma is geüpload, kunt u desolderen en de USB naar serieel TTL-convertermodule van de Arduino Pro Mini verwijderen.

Stap 18: ALLES TESTEN VOORDAT U DE KOFFER SLUIT

Dingen om te testen:

1. Als de oplader gemakkelijk op de poort kan worden aangesloten en of de batterijen goed worden opgeladen.

2. De AAN/UIT-knop werkt of niet.

3. De OLED geeft alles in de juiste richting en positie weer met de juiste tussenruimte.

4. De aanraaktoetsen werken allemaal naar behoren en zijn correct gelabeld.

5. Als de encoder de afstandswaarden geeft wanneer hij wordt gedraaid.

6. De MPU6050 en SHARP IR-modules werken en geven de juiste meetwaarden.

7. De zoemer klinkt.

8. Zorg ervoor dat niets binnenin aan het opwarmen is als het AAN staat. Als er verwarming optreedt, betekent dit dat de bedrading ergens verkeerd is.

9. Zorg ervoor dat alles goed vastzit en niet verschuift in de behuizing.

Stap 19: PLAATSEN VAN DE DRUKKNOPVERLENGER EN VERBINDEN VAN DE BEHUIZING

EEN LED GEBRUIKEN OM DE DRUKKNOPAS TE VERLENGEN

De schacht van de drukknop op de laadmodule is te kort om door de opening op de behuizing naar buiten te komen. Als verlenger wordt dus een 3 mm LED-kop gebruikt.

1. De pootjes van de LED's worden afgesneden met een draadknipper.

2. De platte kant van de LED is glad en vlak gemaakt met schuurpapier. Als de LED te klein is om met de hand te hanteren, gebruik dan een pincet.

3. Plaats de LED-kop in het daarvoor bestemde gat op het deksel van de behuizing, zoals weergegeven in de afbeelding. Zorg ervoor dat de led niet strak zit, aangezien deze naar binnen en naar buiten moet schuiven wanneer de drukknop wordt ingedrukt

DE ZAAK VERBINDEN

1. Breng lijm op rubberbasis (ik gebruikte Fevi Bond) voorzichtig aan langs de rand op zowel het lichaam als de dop.

2. Wacht 5 tot 10 minuten totdat de lijm iets is opgedroogd en druk vervolgens beide helften tegen elkaar. Zorg ervoor dat het vrije uiteinde van de stalen as van het encoderwiel in het daarvoor bestemde gat op de dop gaat.

3. Gebruik een zware belasting (ik gebruikte een UPS-batterij) om beide stukken ingedrukt te houden terwijl de lijm droogt.

Hier werd een op rubber gebaseerde lijm aanbevolen, omdat als de behuizing in de toekomst moet worden geopend voor vervanging van de batterij of herprogrammering, dit eenvoudig kan worden gedaan door een scherp mes of mes langs de verbinding te laten lopen.

Stap 20: DE AANRAAKKNOPPEN LABELEN

De etikettering wordt gedaan om de posities en functies van de aanraakknoppen gemakkelijk te identificeren.

De alfabetten zijn met mijn zelfgemaakte lasersnijder uit een wit stickervel geknipt.

De gesneden stukken werden met een pincet van het hoofdvel verwijderd en vervolgens in de juiste positie en oriëntatie op het apparaat aangebracht.

Max alfabet hoogte: 8mm

Max alfabet breedte: 10MM

WAARSCHUWING: DRAAG EEN LASERBLOKKENDE VEILIGHEIDSBRIL BIJ HET WERKEN MET EEN LASERGRAVER OF -SNIJDER

Stap 21: RESULTATEN

Het apparaat is eindelijk klaar. Als jullie twijfels of suggesties hebben met betrekking tot het project, laat het me dan weten via de opmerkingen.

BEDANKT

Eerste prijs in de wedstrijd in zakformaat