Цифрово ниво с кръстосан лазер: 15 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Здравейте на всички, днес ще ви покажа как да направите цифрово ниво с интегриран лазер за напречна линия. Преди около година създадох цифров многофункционален инструмент. Въпреки че този инструмент разполага с много различни режими, за мен най -често срещаните и полезни са режимите за измерване на нивото и ъгъла. И така, мислех, че ще бъде продуктивно да се направи нов, по -компактен инструмент, фокусиран само върху ъгловото измерване. Сглобяването е направо напред, така че се надяваме, че ще бъде забавен уикенд проект за хората.

Също така съм проектирал шейна, която да държи нивото, докато използвам лазер за напречна линия. Може да се регулира с +/- 4 градуса в y/x, за да помогне за изравняване на лазерната линия. Шейната може да се монтира и на статив с камера.

Можете да намерите всички файлове, необходими за нивото в моя Github: тук.

Нивото има пет режима:

(Можете да ги видите във видеото по -горе. Виждането им вероятно ще има повече смисъл, отколкото четенето на описанията)

1. X-Y ниво: Това е като кръгло ниво на балончета. С нивото, поставено на гърба, режимът отчита ъглите на накланяне около горната/долната и лявата/дясната страна на инструмента.
2. Roll Level: Това е като обикновен нивелир. Когато нивото стои изправено на горната/долната/лявата/дясната страна, то отчита ъгъла на наклон на горната/долната страна на нивото.
3. Уголник: Подобно на нивото на ролката, но нивото е легнало на дъното му.
4. Лазерна показалка: Просто праволинеен точков лазер, проектиран от дясната страна на инструмента.
5. Cross-Line Laser: Проектира кръст от дясната страна на нивото. Това може да се активира и при използване на режимите X-Y Level или Roll Level чрез двойно докосване на бутона "Z". Трябва да бъде ориентиран така, че долната страна да е подравнена с лазерната линия.

За да направя нивото по -компактно и сглобяването по -лесно, включих всички части в персонализирана печатна платка. Най -малките компоненти са с размер 0805 SMD, които могат лесно да бъдат запоени на ръка.

Корпусът на нивото е 3D отпечатан и е с размери 74x60x23.8mm с лазер за напречна линия, 74x44x23.8mm без, което прави инструмента удобно с джобни размери и в двата случая.

Нивото се захранва от акумулаторна LiPo батерия. Трябва да отбележа, че LiPo могат да бъдат опасни, ако се боравят неправилно. Основното нещо е да не съкращавате LiPo, но трябва да направите известно проучване на безопасността, ако не сте напълно запознати с тях.

И накрая, двата лазера, които използвам, са с много ниска мощност и въпреки че не препоръчвам да ги насочвате директно към очите си, в противен случай те трябва да са безопасни.

Ако имате някакви въпроси, моля, оставете коментар и аз ще се свържа с вас.

Консумативи

PCB:

Можете да намерите Gerber файл за печатната платка тук: тук (натиснете изтегляне в долния десен ъгъл)

Ако искате да проверите схемата на печатната платка, можете да я намерите тук.

Освен ако не можете да направите печатни платки локално, ще трябва да поръчате някои от прототип на производителя на печатни платки. Ако никога преди не сте купували персонализирана печатна платка, това е много право напред; повечето компании имат автоматизирана система за котиране, която приема файлове на Gerber в цип. Мога да препоръчам JLC PCB, Seeedstudio, AllPCB или OSH Park, въпреки че съм сигурен, че повечето други също ще работят. Всички спецификации на дъската по подразбиране от тези производители ще работят добре, но не забравяйте да зададете дебелината на дъската на 1,6 мм (трябва да е по подразбиране). Цветът на дъската е вашето предпочитание.

Електронни части:

(имайте предвид, че вероятно можете да намерите тези части по -евтино на сайтове като Aliexpress, Ebay, Banggood и т.н.)

• Един Arduino Pro-mini, 5V ver. Моля, обърнете внимание, че има няколко различни дизайна на дъските. Единствената разлика между тях е поставянето на аналогови щифтове A4-7. Направих платката на нивото така, че и двете платки да работят. Намерено тук.
• Една пробивна платка MPU6050. Намерено тук.
• Един 0,96 -инчов SSD1306 OLED. Цветът на дисплея няма значение (въпреки че синьо/жълтата версия работи най -добре). Може да се намери в две различни конфигурации на щифтове, където заземяването/vcc пиновете са обърнати. И двата ще работят за нивото. Намерено тук.
• Една платка за зарядно устройство LiPo TP4056 1s LiPo. Намерено тук.
• Една 1s LiPo батерия. Всеки вид е добре, стига да се побере в обем 40x50x10mm. Капацитетът и токовата мощност не са от голямо значение, тъй като консумацията на енергия на нивото е доста ниска. Тук можете да намерите този, който използвах.
• Един 6.5x18mm 5mw лазерен диод. Намерено тук.
• Един 12x40mm 5mw напречен лазерен диод. Намерено тук. (по избор)
• Два транзистора с проходни отвори 2N2222. Намерено тук.
• Един плъзгащ се ключ 19x6x13mm. Намерено тук.
• Четири 1K 0805 резистора. Намерено тук.
• Два 100K 0805 резистора. Намерено тук.
• Два многослойни керамични кондензатора 1uf 0805. Намерено тук.
• Два тактилни бутона с проходни отвори 6x6x10 мм. Намерено тук.
• 2,54 мм мъжки хедери.
• Кабел за програмиране на FTDI. Намерено тук, въпреки че други видове се предлагат в Amazon за по -малко. Можете също да използвате Arduino Uno като програмист (ако има сменяем чип ATMEGA328P), вижте ръководство за това тук.

Други части:

• Двадесет кръгли неодимови магнити с размери 6x1 мм. Намерено тук.
• Един прозрачен акрилен квадрат 25х1,5 мм. Намерено тук.
• Малка дължина на велкро с лепило.
• Четири 4 мм винта M2.

Инструменти/консумативи

• 3D принтер
• Поялник с фин накрайник
• Пластмасово лепило (за залепване на акрилен квадрат, суперлепилото го замъглява)
• Супер лепило
• Пистолет за горещо лепило и горещо лепило
• Боя+четка (за пълнене на етикети на копчета)
• Машинка за рязане на тел
• Пинцети (за работа с SMD части)
• Нож за хоби

Части за шейни (по избор, ако добавяте лазер за напречна линия)

• Три гайки М3
• Три винта M3x16 мм (или по -дълги, ще ви дадат по -голям диапазон на регулиране на ъгъла)
• Една 1/4 "-20 гайка (за монтаж на триножник на камера)
• Два кръгли магнита 6x1 мм (вижте връзката по -горе)

Стъпка 1: Бележки за проектиране (по избор)

Преди да започна в стъпките за изграждане на нивото, ще запиша няколко бележки относно неговия дизайн, конструиране, програмиране и т.н. Те са по избор, но ако искате да промените нивото по някакъв начин, те могат да бъдат полезни.

• Снимките за сглобяване, които имам, са от по -стара версия на печатната платка. Имаше няколко малки проблема, които оттогава отстраних с нова версия на печатни платки. Тествах новата печатна платка, но в бързината да я тествам, напълно забравих да направя монтажни снимки. За щастие разликите са много малки и монтажът е предимно непроменен, така че по -старите снимки трябва да работят добре.
• За бележки относно MPU6050, SSD1306 OLED и TP4056 вижте Стъпка 1 от моите инструкции за Digital Multi-tool.
• Исках да направя нивото възможно най -компактно, като същевременно улеснявам сглобяването му от някой със средни умения за запояване. Затова избрах да използвам предимно компоненти с отвори и обикновени готови дъски за разбиване. Използвах 0805 SMD резистори/кондензатори, тъй като те са сравнително лесни за запояване, можете да ги прегреете, без да се притеснявате твърде много, и те са много евтини за смяна, ако счупите/загубите такъв.
• Използването на предварително направени пробивни платки за сензора/OLED/микроконтролера също поддържа ниския общ брой части, така че е по-лесно да закупите всички части за платката.
• На моя цифров многофункционален инструмент използвах Wemos D1 Mini като основен микроконтролер. Това се дължи най -вече на ограниченията за програмиране на паметта. За нивото, тъй като MPU6050 е единственият сензор, избрах да използвам Arduino Pro-mini. Въпреки че има по -малко памет, той е малко по -малък от Wemos D1 Mini и тъй като това е местен продукт на Arduino, поддръжката за програмиране е включена първоначално в Arduino IDE. В крайна сметка всъщност бях много близо до увеличаване на паметта за програмиране. Това се дължи главно на размера на библиотеките за MPU6050 и OLED.
• Избрах да използвам 5v версията на Arduino Pro-Mini над версията 3.3v. Това се дължи главно на това, че 5v версията има двойна тактова честота на 3.3v версията, което помага да се направи нивото по -отзивчиво. Напълно зареденият 1s LiPo извежда 4.2v, така че можете да го използвате за захранване на pro-mini директно от неговия vcc щифт. Това прави заобикаляне на вградения регулатор на напрежение 5v и обикновено не трябва да се прави, освен ако не сте сигурни, че вашият източник на захранване никога няма да надхвърли 5v.
• В допълнение към предишната точка, както MPU6050, така и OLED приемат напрежения между 5-3v, така че 1s LiPo няма да има проблеми с тяхното захранване.
• Можех да използвам 5v регулатор, който да поддържа стабилни 5v по цялата платка. Макар че това би било добре да се осигури постоянна тактова честота (тя намалява с намаляване на напрежението) и да се предотврати затъмняването на лазерите (което всъщност не се забелязва), не смятах, че си струва допълнителните части. По същия начин 1s LiPo е 95% разреден при 3.6v, така че дори и при най-ниското си напрежение, 5v pro-mini все пак трябва да работи по-бързо от версията 3.3v.
• И двата бутона имат верига за извеждане. Това предотвратява еднократно натискане на бутон няколко пъти. Можете да се освободите от софтуер, но аз предпочитам да го направя от хардуер, защото отнема само два резистора и един кондензатор и тогава никога не трябва да се притеснявате за това. Ако предпочитате да го направите в софтуер, можете да пропуснете кондензатора и да запоите джъмпер проводник между подложките на 100K резистора. Все още трябва да включите 1K резистор.
• Нивото отчита текущия процент на зареждане на LiPo в горния десен ъгъл на дисплея. Това се изчислява чрез сравняване на вътрешното референтно напрежение на Arduino с напрежението, измерено на vcc пина. Първоначално мислех, че трябва да използвате аналогов щифт, за да направите това, което се отразява на печатната платка, но може безопасно да се игнорира.

Стъпка 2: Монтаж на печатни платки Стъпка 1:

За начало ще сглобим платката на нивото. За да улесним сглобяването, ще добавяме компоненти към платката на етапи, подредени чрез увеличаване на височината. Това ви дава повече място за позициониране на вашия поялник, защото трябва да се справите само с компоненти с еднаква височина по едно и също време.

Първо трябва да запоите всички SMD резистори и кондензатори от горната страна на платката. Стойностите са посочени на печатната платка, но можете да използвате приложената снимка за справка. Не се притеснявайте за 10K резистора, тъй като той не е включен на вашата дъска. Първоначално щях да го използвам за измерване на напрежението на батерията, но намерих алтернативен начин да го направя.

Стъпка 3: Монтаж на печатни платки Стъпка 2:

След това изрежете и отстранете проводниците на малкия лазерен диод. Вероятно ще трябва да ги съблечете чак до основата на лазера. Не забравяйте да следите коя страна е положителна.

Поставете лазера в областта на изрязване от дясната страна на печатната платка. Може да искате да използвате малко лепило, за да го задържите на място. Запояването на лазерите води до +/- дупките с надпис "Laser 2", както е на снимката.

След това запойте две 2N2222 на място в горния десен ъгъл на дъската. Уверете се, че те съвпадат с отпечатаната ориентация на дъската. Когато ги запоявате, натиснете ги само около половината от дъската, както е на снимката. След като са запоени, отрежете излишните проводници и след това огънете 2N2222 така, че плоската повърхност да е в горната част на дъската, както е на снимката.

Стъпка 4: Монтаж на печатни платки Стъпка 3:

Обърнете платката и запоявайте единични мъжки заглавки към отворите близо до лазерния диод. След това запоявайте модула TP4056 към заглавките, както е на снимката. Уверете се, че е монтиран от долната страна на платката, като USB портът е подравнен с ръба на дъските. Отрежете всички излишни дължини на заглавките.

Стъпка 5: Монтаж на печатни платки Стъпка 4:

Обърнете дъската обратно към горната й страна. С помощта на редови мъжки заглавки запоявайте платката MPU6505, както е на снимката. Опитайте се да поддържате MPU6050 възможно най -успоредно на печатната платка на нивото. Това ще помогне да се запазят първоначалните показания на ъгъла близо до нула. Отрежете всички излишни дължини на хедера.

Стъпка 6: Монтаж на печатни платки Стъпка 5:

Запоявайте мъжки заглавки за Arduino Pro-Mini на място в горната страна на дъската. Тяхната ориентация няма значение, с изключение на най -горния ред заглавки. Това е заглавката за програмиране на платката, така че е изключително важно те да са ориентирани така, че дългата страна на заглавките да сочи от горната страна на печатната платка на нивото. Можете да видите това на снимката. Също така се уверете, че използвате ориентация на щифта A4-7, съответстваща на вашия Pro-Mini (моят има ред като ред в долната част на дъската, но някои ги поставят като двойки по единия ръб).

След това, въпреки че не е на снимката, можете да запоите Arduino Pro-Mini на място.

След това запойте SSD1306 OLED дисплея на място в горната част на платката. Подобно на MPU6050, опитайте се да поддържате дисплея възможно най -успореден на печатната платка на нивото. Моля, обърнете внимание, че платките SSD1306 изглежда се предлагат в две възможни конфигурации, едната с обърнати щифтове GND и VCC. И двете ще работят с моята платка, но трябва да конфигурирате щифтовете, като използвате джъмперните подложки от задната страна на печатната платка на нивото. Просто мостирайте централните подложки към VCC или GND подложките, за да настроите щифтовете. За съжаление нямам снимка за това, тъй като разбрах за обърнатите щифтове чак след като закупих и сглобих първоначалната платка (щифтовете на дисплея ми бяха грешни, затова трябваше да поръчам изцяло нов дисплей). Ако имате въпроси, моля, публикувайте коментар.

Накрая отрежете излишните дължини на щифтовете.

Стъпка 7: Монтаж на печатни платки Стъпка 6:

Ако не сте го направили в предишната стъпка, запоявайте Arduino Pro-Mini на място в горната част на печатната платка.

След това запойте двата тактилни бутона и плъзгащия превключвател на място, както е на снимката. Ще трябва да отрежете монтажните щифтове на плъзгача с чифт клещи.

Стъпка 8: Монтаж на печатни платки Стъпка 7:

Прикрепете малка лента от велкро към задната част на платката за ниво и LiPo батерията, както е на снимката. Моля, игнорирайте допълнителния червен проводник между Arduino и дисплея на първото изображение. Направих малка грешка в окабеляването при проектирането на печатната платка. Това е коригирано във вашата версия.

След това прикрепете батерията към задната част на печатната платка на нивото, като използвате велкро. След това отрежете и отстранете положителните и отрицателните проводници на батерията. Запоявайте ги към подложките B+ и B- на TP4056, както е на снимката. Положителният проводник на батерията трябва да бъде свързан към B+, а отрицателният към B-. Преди запояване трябва да потвърдите полярността на всеки проводник с помощта на мултиметър. За да избегнете късо съединение на батерията, препоръчвам ивици и запояване по един проводник наведнъж.

На този етап печатната платка на нивото е завършена. Може да искате да го тествате, преди да го инсталирате в кутията. За да направите това, пропуснете стъпката за качване на код.

Стъпка 9: Сглобяване на кутия Стъпка 1:

Ако добавяте лазер за напречна линия, разпечатайте "Main Base.stl" и "Main Top.stl". Те трябва да съответстват на изобразените части.

Ако не добавяте лазер за напречна линия, разпечатайте „Main Base No Cross.stl“и „Main Top No Cross.stl“. Те са същите като на снимките, но с отделено отделение за лазер за напречна линия.

Можете да намерите всички тези части в моя Github: тук

И в двата случая залепете 1 x 6 мм кръгли магнити във всеки от отворите от външната страна на кутията. Общо ще ви трябват 20 магнита.

След това вземете "Main Top" и залепете 25 мм акрилен квадрат в изреза, както е на снимката. Не използвайте супер лепило за това, защото то ще замъгли акрила. Ако планирате да препрограмирате нивото, след като е сглобено, можете да изрежете правоъгълника в горния ляв ъгъл на „Main Top“с помощта на нож за хоби. След като нивото е напълно сглобено, това ще ви даде достъп до заглавката за програмиране. Обърнете внимание, че това вече е изрязано в моите снимки.

И накрая, по желание можете да използвате малко боя за мастило в етикетите на бутоните "M" и "Z".

Стъпка 10: Сглобяване на кутия Стъпка 2:

И в двата случая поставете сглобената платка на ниво в кутията. Тя трябва да може да седи плоско върху вътрешните щрангове на кутията. След като сте доволни от положението му, го залепете с горещо място.

Стъпка 11: Качване на код

Можете да намерите кода в моя Github: тук

Ще трябва да инсталирате следните библиотеки ръчно или с помощта на библиотечния мениджър на Arduino IDE:

• I2C Dev
• Библиотеката на SSD1306 на Adafruit
• Задаване на напрежение

Отдавам заслуга на работата, извършена от Adafruit, Roberto Lo Giacco и Paul Stoffregen при създаването на тези библиотеки, без които почти сигурно не бих могъл да завърша този проект.

За да качите кода, ще трябва да свържете кабел за програмиране на FTDI към шест-пиновата заглавка над Arduino pro-mini. FTDI кабелът трябва да има черен проводник или някакъв маркер за ориентация. Когато поставите кабела върху заглавката, черният проводник трябва да се впише в щифта с надпис „blk“на печатната платка на нивото. Ако го направите по правилния начин, около светодиода за захранване на Arduino трябва да светне, в противен случай ще трябва да обърнете кабела.

Алтернативно можете да качите кода с помощта на Arduino Uno, както е описано тук.

Когато използвате някой от методите, трябва да можете да качите кода, както бихте направили във всеки друг Arduino. Не забравяйте да изберете Arduino Pro-Mini 5V като платка в менюто с инструменти, когато качвате. Преди да качите моя код, трябва да калибрирате вашия MPU6050, като изпълните пример „IMU_Zero“(намира се в менюто с примери за MPU6050). Използвайки резултатите, трябва да промените отместванията в горната част на кода ми. След като отместванията са зададени, можете да качите моя код и нивото трябва да започне да работи. Ако не използвате кръстосан лазер, трябва да зададете „crossLaserEnable“на false в кода.

Режимът на нивото се променя с помощта на бутона "M". Натискането на бутона "Z" ще нулира ъгъла или ще включи един от лазерите в зависимост от режима. Когато сте в режим на ролка или x-y ниво, двойното натискане на бутона "Z" ще включи кръстосания лазер, ако е активиран. Процентът на зареждане на батерията се показва в горния десен ъгъл на дисплея.

Ако не можете да качите кода, може да се наложи да зададете дъската като Arduino Uno, като използвате менюто с инструменти.

Ако дисплеят не се включи, проверете неговия I2C адрес от този, от когото сте го купили. По подразбиране в кода е 0x3C. Можете да промените, като промените DISPLAY_ADDR в горната част на кода. Ако това не работи, ще трябва да премахнете печатната платка на нивото от кутията и да потвърдите, че щифтовете на дисплея съвпадат с тези на печатната платка на нивото. Ако го направят, вероятно имате счупен дисплей (те са доста крехки и могат да се счупят при доставка) и ще трябва да го премахнете.

Стъпка 12: Кръстосано лазерно сглобяване:

Ако не използвате кръстосан лазер, можете да пропуснете тази стъпка. Ако сте, вземете лазерния модул и го поставете в кутията, както е на снимката, той трябва да щракне в заоблените изрези за лазера.

След това вземете проводниците на лазера и ги поставете под дисплея към порта Laser 1 на печатната платка на нивото. Свалете и запоявайте проводниците до +/- позиции, както е на снимката. Червеният проводник трябва да е положителен.

Сега, за да стане лазерът с напречна линия полезен, той трябва да бъде приведен в съответствие с корпуса на нивото. За да направя това, използвах индекс карта, огъната под прав ъгъл. Поставете нивото и индексната карта на една и съща повърхност. Включете кръстосания лазер и го насочете към индексната карта. Използвайки чифт пинсети или клещи, завъртете набраздената предна капачка на обектива на лазера, докато кръстът на лазера се изравни с хоризонталните линии на показалеца. След като сте доволни, фиксирайте както капачката на обектива, така и лазерния модул с напречна линия с горещо лепило.

Стъпка 13: Окончателно сглобяване

Вземете "Main Top" на кутията и я натиснете върху горната част на "Main Base" на кутията. Може да се наложи да го наклоните леко, за да го заобиколите около дисплея.

Актуализация 2/1/2021, променена горната част, за да се прикрепи с четири 4 мм M2 винта. Трябва да е направо напред.

На този етап вашето ниво е завършено! След това ще разгледам как да изградите прецизна шейна, която по желание можете да направите.

Ако спирате тук, надявам се, че нивото ви е полезно и благодаря за четенето! Ако имате въпроси, моля, оставете коментар и аз ще се опитам да помогна.

Стъпка 14: Сглобяване на прецизни шейни Стъпка 1:

Сега ще разгледам стъпките за сглобяване на прецизните шейни. Шейната е предназначена да се използва заедно с режима на ниво X-Y. Трите му копчета за регулиране ви дават фин контрол над ъгъла на нивото, което е полезно при работа с неравни повърхности. Шейната включва и място за 1/4 -20 гайка, което ви позволява да монтирате нивото на статив за камера.

Това е чрез отпечатване на един „Precision Sled.stl“и три от „Adjustment Knob.stl“и „Adjustment Foot.stl“(на снимката по -горе липсва едно копче за настройка)

В долната част на шейната поставете три гайки M3, както е на снимката, и ги залепете на място.

Стъпка 15: Сглобяване на прецизни шейни Стъпка 2:

Вземете три 16 мм болта M3 (не два, както е на снимката) и ги поставете в регулиращите копчета. Главата на болта трябва да е в едно ниво с горната част на копчето. Това трябва да е подходящо за триене, но може да се наложи да добавите малко суперлепило, за да свържете дръжките и болтовете заедно.

След това прокарайте болтовете М3 през гайките М3, които сте поставили в шейната в стъпка 1. Уверете се, че страната с копчето за регулиране е в горната част на шейната, както е на снимката.

Залепете регулиращо краче в края на всеки от болтовете M3, като използвате супер лепило.

След като направите това и за трите крака, прецизната шейна е пълна!:)

По желание можете да поставите 1/4 -20 гайка и два кръгли магнита 1x6 мм в отворите в центъра на шейната (уверете се, че полярността на магнита е противоположна на тази в долната част на нивото). Това ще ви позволи да монтирате шейната и ниво на статив на камерата.

Ако сте стигнали дотук, благодаря ви за четенето! Надявам се, че сте намерили това информативно/полезно. Ако имате въпроси, моля, оставете коментар.

Вицешампион в конкурса Build a Tool