ДИГИТАЛЕН МНОГОФУНКЦИОНЕН ИНСТРУМЕНТ: 21 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Проекти на Fusion 360 »

Здравейте всички. Винаги съм искал устройство, което да ми помогне при изравняване на леглото на 3D принтера и друго устройство, което да ми помогне да получа приблизителна дължина на извита повърхност, така че да мога лесно да изрязвам правилната дължина на стикера, който да нанасям върху тази повърхност и като по този начин се предотвратява загубата. Затова си помислих защо да не комбинирам и двете идеи и да направя една единствена притурка, която да може и двете. Най -накрая създадох устройство, което не само може да измерва извити линии и повърхностно ниво, но също така може да измерва разстоянията по прави линии и ъгъла на линията. Така че по принцип тази притурка работи като цялостно в едно цифрово ниво+линийка+транспортир+ролка. Устройството е достатъчно малко, за да се побере в джоб и батериите му могат лесно да се презареждат с помощта на зарядно за телефон.

Това устройство използва акселерометър и сензор за жироскоп за точно измерване на повърхностното ниво и ъгъл, остър IR сензор за измерване на линейната дължина по безконтактен начин и енкодер с колело, което може да се търкаля по извита повърхност или извита линия до вземете дължината му.

Навигацията през режимите и функциите на устройството се извършва с помощта на 3 сензорни бутона, маркирани като M (режим), U (единица) и 0 (нула)

M - за избор между различни видове измервания

U - За да избирате между мерните единици mm, cm, инчове и метър

0 - За да нулирате измерените стойности на 0 след измерване на разстояние или ъгъл.

Причината за използване на сензорни бутони е лекото преминаване през режимите и мерните единици, без да се нарушава положението на устройството по време на измерване.

Устройството има неодимов магнит, вграден в основата му, така че да не се плъзга или да се плъзне от измерваната метална повърхност.

Корпусът е проектиран да направи устройството възможно най -компактно и също така лесно да се отпечатва 3D.

Стъпка 1: ИЗИСКВАНИ КОМПОНЕНТИ И МОДУЛИ

Компонентите са избрани, като се има предвид, че това устройство е създадено, за да побере вътре в джоба. Така че бяха използвани най -малките от дисплея, батерията и сензорите, които намерих.

1. 3D печатна кутия

2. Sharp GP2Y0A41SK0F IR сензор за разстояние X 1 (Aliexpress)

3. MPU6050 акселерометър/жироскоп модул X 1 (Aliexpress)

4. Boost+модул за зареждане X 1 (Aliexpress)

5. Енкодер за мишка Grove X 1 (Aliexpress)

6. 128 X 32 OLED дисплей X 1 (Aliexpress)

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

8. 12 мм зумер X 1 (Aliexpress)

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

10. TTP223 модул с докосване на бутон X 3 (Aliexpress)

11. 20x10x2mm неодимов магнит X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 USB към UART TTL модул X 1 (Aliexpress)

13. Емайлирана медна жица (Aliexpress)

14. 10K резистори X 2

15. 19 (дължина) X2 (диаметър) мм стоманена ос X 1

16. 3 мм светодиод X 1

17. Всяка ролка от винилови стикери (Aliexpress)

18. Микро USB кабел

MPU6050

MPU6050 е мем устройство, което се състои от 3 -осен акселерометър и 3 -осен жироскоп в него. Това ни помага да измерваме ускорението, скоростта, ориентацията и изместването. Това е I2C базирано устройство, което работи на 3.3 до 5v. В този проект MPU6050 се използва за измерване дали повърхността е равна или не, както и за измерване на ъгъла на линия.

GROVE MOUSE ENCODER

Това е механичен инкрементален въртящ се енкодер с данни за обратна връзка за посоката на въртене и скоростта на въртене. Използвах този енкодер, защото е най -малкият енкодер, който мога да намеря, а програмиращата част от него също беше лесна. Този енкодер има 24 стъпки за завъртане. Използвайки това, можем да изчислим разстоянието, преместено от колелото върху енкодера, ако диаметърът на колелото е известен. Изчисленията за това как да направите това са обсъдени в по -късните стъпки на тази инструкция. Този проект използва енкодера за измерване на разстоянията на извити линии.

SHARP GP2Y0A41SK0F ИК МАРКУН НА ИК ДИСТАНЦИЯ

Това е аналогов сензор, който дава променливо напрежение като изход въз основа на разстоянието на обекта от сензора. За разлика от други IR модули, цветът на открития обект няма да повлияе на изхода на сензора. Има много версии на остри сензори, но този, който използваме, има диапазон от 4 - 30 cm. Сензорът работи с напрежение между 4,5 до 5,5 волта и извлича само 12 mA ток. Червеният (+) и черният (-) проводник са захранващите проводници, а третият проводник (бял или жълт) е аналоговият изходен проводник. Сензорът се използва в този проект за измерване на линейни разстояния без контакт.

Стъпка 2: ИЗИСКВАНИ ИНСТРУМЕНТИ

1. Чифт ножици

2. Фрези за кутии или други супер остри остриета

3. пинсета

4. Пистолет за горещо лепило

5. Незабавно лепило (като супер лепило)

6. Лепило на каучукова основа (като феви бонд)

7. Поялник и олово

8. лазерен нож

9. 3D принтер

10. Ротационен инструмент с режеща накрайница за дискове

11. Резачки за тел

12. Шкурка

Стъпка 3: STL файлове за 3D печат

Калъфът за това устройство е проектиран в софтуера Autodesk Fusion 360. Има 3 броя. STL файловете за тези парчета са дадени по -долу.

Файловете "LID" и "wheel" могат да бъдат отпечатани без опори, докато "BODY" файлът се нуждае от поддръжка. Отпечатах ги на 0,2 мм височина на слоя при 100% пълнене, използвайки зелен PLA. Използваният принтер е TEVO tarantula.

Стъпка 4: Покриване на корпуса с винил

1. Използвайте фина шкурка, за да изгладите всички външни повърхности на 3D отпечатаните парчета, така че виниловият стикер да се залепи лесно.

2. Използвайте мокра кърпа, за да се отървете от всички фини частици, които могат да останат по повърхностите след шлайфане.

3. След като повърхността изсъхне, нанесете виниловия стикер върху повърхността. Уверете се, че няма задържани въздушни мехурчета.

4. Използвайте ножица, за да отрежете излишния стикер около краищата.

5. Сега залепете стикер около страните на корпуса и отрежете излишъка.

6. Използвайте кутийка или други бръсначи, за да изрежете отворите за OLED дисплея, порта за зареждане, колелото на енкодера и острия IR сензор.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: БЪДЕТЕ МНОГО ВНИМАТЕЛНИ С ОСТРИ ОСТРОИ И ИНСТРУМЕНТИ

Стъпка 5: ДИАГРАМИ НА ВРЪЖКИ

ПРОГРАМИРАНЕ НА ПРО МИНИ

За разлика от Arduino nano, pro mini не може да се програмира директно чрез включване на USB кабел, тъй като няма вграден USB към сериен TTL конвертор. Затова първо трябва да свържем външен USB към сериен конвертор към pro mini, за да го програмираме. Първото изображение показва как трябва да се направят тези връзки.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

ПЪЛНА СХЕМА НА ВРЪЖКИ

Второто изображение показва пълната електрическа схема на този проект.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (РЕЖИМ)

D5 - I/O (UNIT)

D6 - I/O (нула)

D7 - +(1) КОДЕР

D8 - +(2) КОДЕР

A0 - I/O SHARP IR

A1 - + Звуков сигнал

A4 - SDA (OLED И MPU6050)

A5 - SCL (OLED И MPU6050)

GND - GND НА ВСИЧКИ МОДУЛИ И СЕНЗОРИ И УСИЛИТЕЛЕН МОДУЛ

VCC - + НА УСИЛИТЕЛЕН МОДУЛ USB ПОРТ

B + - АКУМУЛАТОР +

B- - АКУМУЛАТОР -

Третата снимка беше направена, докато създавах кода. Това е временна настройка, която е направена за тестване на кода, модулите и веригата. Момчета, не е задължително да опитате

Стъпка 6: ВЪВЕЖДАНЕ НА МАГНИТА

1. Нанесете незабавно лепило в кухината за магнита, предоставен под отвора за зареждане.

2. Поставете магнита в кухината и го задръжте, докато лепилото изсъхне, като използвате нещо немагнитно.

Магнитът помага за предотвратяване на изплъзване или преместване на устройството, когато се използва върху метална повърхност.

Стъпка 7: ОПРАВЯНЕ НА СЕНЗОРИТЕ

За да бъде устройството възможно най -малко, монтажните скоби на острия инфрачервен сензор и енкодера бяха отрязани с помощта на въртящ се инструмент с приставка за режещ диск.

Стъпка 8: ПОСТАВЯНЕ НА OLED ДИСПЛЕЯ

1. Маркирайте имената на пиновете на задната страна на OLED дисплея, за да може по -късно да се осъществят правилно връзки.

2. Поставете OLED дисплея в правилната позиция, както е показано на втората снимка. Отворът за дисплея е проектиран така, че дисплеят леко ще влезе в стените. Това гарантира, че дисплеят е в правилната позиция и ориентация и не се движи лесно.

3. Горещото лепило се нанася внимателно около дисплея. Предпочита се горещото лепило, тъй като то действа като амортисьор на дисплея и няма да натоварва дисплея, когато се прилага.

Стъпка 9: ПРИКЛЮЧВАНЕ НА ДОКЛАЧНИТЕ БУТОНИ И MPU6050

1. Използва се лепило на каучукова основа.

2. Лепилото се нанася върху двете повърхности.

3. Уверете се, че всички места за запояване са обърнати към отворената страна на кутията, поставете модулите на определените им места, както е показано на снимките.

4. Дръжте модула и корпуса леко притиснати заедно поне 2 минути, след като ги залепите заедно.

Стъпка 10: УСИЛВАНЕ+МОДУЛ ЗА ЗАРЯВАНЕ

Това е модул, който извадих от евтина едноклетъчна банка за захранване. Този модул има както схема за защита на батерията, така и 5v, 1 ампер усилващ преобразувател. Той също така има бутон за включване/изключване, който може да се използва като превключвател на захранването за целия проект. Женският USB порт на модула беше премахнат с помощта на поялник и два проводника бяха запоени към +5v и заземяващите клеми, както е показано на 4 -тата снимка.

Запояйте 2 щифта за мъжки заглавки към B+ и B-, както е показано на първите две снимки и след това проверете дали модулът работи с батериите.

Нанесете незабавно лепило върху платформата, предвидена за модула, и поставете модула внимателно, като се уверите, че портът за зареждане и отворът за него са перфектно подравнени.

Стъпка 11: ПОСТАВЯНЕ НА АКУМУЛАТОРА И ОСТРИЯ ИЧ СЕНЗОР

1. Покритието на емайлираната медна жица се отстранява чрез нагряване на върха на проводника с помощта на поялник или запалка, докато изолацията се разтопи. След това проводниците са внимателно запоени към OLED дисплея. Това се прави сега, защото може да е трудно да направите същото след поставянето на батериите.

2. Батерията се плъзга под платформата на усилвателния модул по такъв начин, че нейните конектори са обърнати в посока на OLED дисплея, както се вижда на третата снимка.

3. Острият IR сензор е поставен в предвидения за него слот.

Стъпка 12: ПРИКЛЮЧВАНЕ НА ARDUINO И ЗУМЕРА

1. USB към сериен преобразувател е запоен към Arduino съгласно предоставената електрическа схема.

2. Горещо лепило се използва за залепване на Arduino до средата на корпуса върху батериите.

3. Проводниците се запояват към клемите на зумера и след това зумерът се вкарва в кръглата кухина на предвидения за него корпус, както се вижда на 7 -мата снимка.

Стъпка 13: ENCODER

1. Клемите на енкодера се почистват с помощта на нож.

2. Резисторите са запоени към енкодера.

3. Медните проводници са запоени съгласно електрическата схема.

4. Стоманената ос се вкарва в 3D отпечатаното колело. Ако колелото е твърде хлабаво, закрепете го с мигновено лепило.

5. Поставете настройката на колелото на оста в енкодера. Отново, ако е хлабав, използвайте незабавно лепило. Но този път бъдете много внимателни, за да не оставите лепило да влезе в механизмите на енкодера.

6. Поставете енкодера вътре в корпуса така, че колелата да излизат през предвидения отвор и също така се уверете, че той се завърта свободно.

7. Използвайте горещо лепило, за да фиксирате енкодера на място.

Стъпка 14: СВЪРЗВАНЕ И СПАЙКА

1. Окабеляването на веригата се извършва съгласно схемата на веригата, дадена в стъпката "СХЕМА НА СХЕМАТА".

2. Проводниците +ve и -ve на всички сензори и модули са свързани паралелно към източника на захранване.

3. Уверете се, че нито един от проводниците не блокира изгледа на IR модула или се заплита с колелото на енкодера.

Стъпка 15: КОДИРАНЕ

1. Изтеглете кода и библиотеките, предоставени по -долу.

2. Извлечете папките на библиотеката. Копирайте тези папки в папката „библиотеки“в папката „Arduino“, която се намира в „Моите документи“на вашия компютър (ако сте потребител на Windows).

3. Отворете предоставения код („filal_code“) в Arduino IDE и го качете в Arduino.

Стъпка 16: КАЛИБРИРАНЕ НА MPU6050

Тъй като модулът за акселерометър/жироскоп MPU6050 е бил просто залепен за корпуса, той може да не е идеално равен. Следователно се изпълняват следните стъпки за коригиране на тази нулева грешка.

СТЪПКА 1: Включете устройството към компютъра си и го поставете върху повърхност, която вече знаете, че е идеално равна (пример: под от плочки)

СТЪПКА 2: Отидете в режим „LEVEL“на устройството, като докоснете бутона „M“и отбележете стойностите X и Y.

СТЪПКА 3: Присвойте тези стойности на променливите „calibx“и „caliby“в кода.

СТЪПКА 4: Качете програмата отново.

Стъпка 17: ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ДИСТАНЦИЯ, ПРЕМЕСТЕН НА СТЪПКА НА КОДЕРА

Брой стъпки за завъртане на вала на енкодера, N = 24 стъпки

Диаметърът на колелото, D = 12,7 мм

Обиколка на колелото, C = 2*pi*(D/2) = 2*3,14*6,35 = 39,889 mm

Следователно разстоянието се премества на стъпка = C/N = 39.898/24 = 1.6625 mm

Ако използвате колело с различен диаметър или енкодер с различен брой стъпки, намерете разстоянието, преместено на мм, като замените стойностите си в горната формула и след като намерите разделителната способност, въведете тази стойност във формулата в кода, както е показано в картината.

Компилирайте и качете кода отново в Arduino.

След като калибрирането на енкодера е направено и модифицираната програма е качена, можете да изварите и премахнете USB към сериен TTL конверторен модул от Arduino Pro Mini.

Стъпка 18: ТЕСТИРАНЕ НА ВСИЧКО ПРЕДИ ЗАКРИВАНЕ НА ДЕЛОТО

Неща за тестване:

1. Ако зарядното устройство може лесно да се включи в порта и ако батериите се зареждат правилно.

2. Бутонът за включване/изключване на захранването работи или не.

3. OLED показва всичко в правилната ориентация и позиция с правилното разстояние.

4. Всички сензорни бутони работят правилно и са правилно обозначени.

5. Ако енкодерът дава стойности на разстоянието при завъртане.

6. Модулите MPU6050 и SHARP IR работят и дават правилни показания.

7. Звуков сигнал.

8. Уверете се, че нищо вътре не се нагрява, когато е включено. Ако възникне нагряване, това означава, че окабеляването е грешно някъде.

9. Уверете се, че всичко е фиксирано на място и не се движи в корпуса.

Стъпка 19: ПОСТАВЯНЕ НА УДЛОЖИТЕЛЯ НА БУТОНА И ОБВЪРЗВАНЕ НА ДЕЛОТО

ИЗПОЛЗВАНЕ НА СВЕТОДИОД ЗА ПРИЛОЖЕНИЕ НА ВАЛА НА БУТОНА

Валът на бутона за зареждане на модула за зареждане е твърде къс, за да излезе през отвора на корпуса. Така че 3 мм LED глава се използва като удължител.

1. Краката на светодиодите се отрязват с помощта на нож за тел.

2. Плоската страна на светодиода е гладка и изравнена с помощта на шкурка. Ако светодиодът е твърде малък, за да се обработва ръчно, използвайте пинсети.

3. Поставете LED главата в предвидения за нея отвор на капака на кутията, както е показано на снимката. Уверете се, че светодиодът не е стегнат, тъй като трябва да се плъзга навътре и навън при натискане на бутона

ОБВЪРЗВАНЕ НА ДЕЛОТО

1. Нанесете внимателно всякакви лепила на гумена основа (използвах Fevi Bond) по ръба както по тялото, така и върху капачката.

2. Изчакайте 5 до 10 минути лепилото да изсъхне леко и след това притиснете двете половини заедно. Уверете се, че свободният край на стоманената ос на колелото на енкодера влиза в предвидения за него отвор на капачката.

3. Използвайте голямо натоварване (използвах UPS батерия), за да държите двете части притиснати, докато лепилото изсъхне.

Тук беше препоръчано лепило на каучукова основа, тъй като в случай, че корпусът трябва да бъде отворен в бъдеще за смяна или препрограмиране на батерията, Това може лесно да стане, като се прокара остър нож или нож по фугата.

Стъпка 20: ЕТИКИРАНЕ НА ДОКЛАЧНИТЕ БУТОНИ

Етикетирането се извършва с цел лесно идентифициране на позициите и функциите на сензорния бутон.

Азбуките бяха изрязани от бял лист със стикери с моята домашна лазерна резачка.

Изрязаните парчета бяха извадени от основния лист с помощта на пинсети и след това нанесени върху устройството в правилната позиция и ориентация.

Максимална височина на азбуката: 8 мм

Максимална ширина на азбуката: 10 мм

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: НОСЕТЕ ЛАЗЕРНИ БЛОКИРАЩИ СТЪКЛА ЗА БЕЗОПАСНОСТ, ПРИ РАБОТА С ЛАЗЕРЕН ГРАВЕР ИЛИ РАЗРЕЖКА

Стъпка 21: РЕЗУЛТАТИ

Устройството най -накрая е готово. Момчета, ако имате някакви съмнения или предложения относно проекта, моля, уведомете ме чрез коментарите.

БЛАГОДАРЯ ТИ

Първа награда в конкурса за джобни размери