DIGITALES MULTIFUNKTIONS-MESSWERKZEUG - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Fusion 360-Projekte »

Hallo allerseits. Ich wollte schon immer ein Gerät, das mir beim Nivellieren meines 3D-Druckerbetts hilft, und ein anderes Gerät, das mir hilft, eine ungefähre Länge einer gekrümmten Oberfläche zu erhalten, damit ich leicht die richtige Länge des Aufklebers ausschneiden konnte, um auf dieser Oberfläche anzubringen, und So vermeiden Sie Verschwendung. Also dachte ich mir, warum nicht beide Ideen kombinieren und ein einziges Gerät entwickeln, das beides kann. Schließlich habe ich ein Gerät gebaut, das nicht nur gekrümmte Linien und Oberflächenebenheit messen kann, sondern auch gerade Linienabstände und Winkel einer Linie messen kann. Im Grunde funktioniert dieses Gadget also als All-in-One-Digital-Niveau + Lineal + Winkelmesser + Rollmaß. Das Gerät ist klein genug, um in eine Tasche zu passen, und seine Akkus können einfach mit einem Telefonladegerät aufgeladen werden.

Dieses Gerät verwendet einen Beschleunigungs- und Gyroskopsensor zur genauen Messung der Oberflächenebene und des Winkels, einen scharfen IR-Sensor zur berührungslosen Messung der linearen Länge und einen Encoder mit einem Rad, das über eine gekrümmte Oberfläche oder eine gekrümmte Linie gerollt werden kann seine Länge bekommen.

Die Navigation durch die Gerätemodi und -funktionen erfolgt über 3 Touch-Tasten, die mit M (Modus), U (Einheit) und 0 (Null) gekennzeichnet sind.

M - Zur Auswahl zwischen verschiedenen Messarten

U - Zur Auswahl zwischen den Einheiten mm, cm, Zoll und Meter

0 - Um die gemessenen Werte auf 0 zurückzusetzen, nachdem eine Distanz oder ein Winkel gemessen wurde.

Der Grund für die Verwendung von Touch-Tasten besteht darin, sanft durch die Modi und Einheiten zu navigieren, ohne die Position des Geräts während der Messung zu stören.

In die Basis des Geräts ist ein Neodym-Magnet eingelassen, damit er nicht von der zu messenden Metalloberfläche abrutscht.

Das Gehäuse ist so konzipiert, dass das Gerät so kompakt wie möglich ist und auch einfach 3D gedruckt werden kann.

Schritt 1: ERFORDERLICHE KOMPONENTEN UND MODULE

Bei der Auswahl der Komponenten wurde berücksichtigt, dass dieses Gerät so gebaut ist, dass es in eine Tasche passt. Also wurden die kleinsten von Display, Batterie und Sensoren verwendet, die ich finden konnte.

1. 3d gedruckte Hülle

2. Sharp GP2Y0A41SK0F IR-Distanzsensor X 1 (Aliexpress)

3. MPU6050 Beschleunigungsmesser/Gyroskop Modul X 1 (Aliexpress)

4. Boost+Lademodul X 1 (Aliexpress)

5. Grove-Maus-Encoder X 1 (Aliexpress)

6. 128 x 32 OLED-Display x 1 (Aliexpress)

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

8. 12 mm Summer X 1 (Aliexpress)

9. 3,7 V, 1000 mAh Lipo-Batterie X 1 (Aliexpress)

10. TTP223 Berührungstastenmodul X 3 (Aliexpress)

11. 20x10x2mm Neodym-Magnet X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 USB zu UART TTL-Modul X 1 (Aliexpress)

13. Kupferlackdraht (Aliexpress)

14. 10K Widerstände X 2

15. 19(Länge)X2(Durchmesser) mm Stahlachse X 1

16. 3mm LED X 1

17. Jede Vinylaufkleberrolle (Aliexpress)

18. Micro-USB-Kabel

MPU6050

MPU6050 ist ein Mems-Gerät, das aus einem 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und einem 3-Achsen-Gyroskop besteht. Dies hilft uns, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Orientierung und Verschiebung zu messen. Dies ist ein I2C-basiertes Gerät, das mit 3,3 bis 5 V läuft. In diesem Projekt wird MPU6050 verwendet, um zu messen, ob eine Oberfläche eben ist oder nicht und auch um den Winkel einer Linie zu messen.

GROVE MAUS-ENCODER

Dies ist ein mechanischer inkrementaler Drehgeber mit Rückmeldedaten von Drehrichtung und Drehzahl. Ich habe diesen Encoder verwendet, weil es der kleinste Encoder ist, den ich finden konnte und der Programmierteil auch einfach war. Dieser Encoder hat 24 Schritte pro Umdrehung. Damit können wir den Weg berechnen, den das Rad auf dem Encoder zurücklegt, wenn der Raddurchmesser bekannt ist. Berechnungen dazu werden in den späteren Schritten dieser Anleitung besprochen. Dieses Projekt verwendet den Encoder, um Abstände von gekrümmten Linien zu messen.

SHARP GP2Y0A41SK0F IR-DISTANZMODUL

Dies ist ein analoger Sensor, der basierend auf der Entfernung des Objekts vom Sensor eine variable Spannung als Ausgang ausgibt. Im Gegensatz zu anderen IR-Modulen hat die Farbe des erkannten Objekts keinen Einfluss auf die Ausgabe des Sensors. Es gibt viele Versionen von scharfen Sensoren, aber die von uns verwendete hat eine Reichweite von 4 - 30 cm. Der Sensor arbeitet mit einer Spannung zwischen 4,5 bis 5,5 Volt und zieht nur 12 mA Strom. Das rote (+) und schwarze (-) Kabel sind die Stromkabel und das dritte Kabel (entweder weiß oder gelb) ist das analoge Ausgangskabel. Der Sensor dient in diesem Projekt zur berührungslosen Messung von linearen Distanzen.

Schritt 2: ERFORDERLICHE WERKZEUGE

1. Eine Schere

2. Kastenschneider oder andere superscharfe Klingen

3. Pinzette

4. Heißklebepistole

5. Sekundenkleber (wie Sekundenkleber)

6. Klebstoff auf Gummibasis (wie eine Fevi-Bindung)

7. Lötkolben und Blei

8. Laserschneider

9. 3D-Drucker

10. Ein rotierendes Werkzeug mit Scheibenschneideinsatz

11. Drahtschneider

12. Schleifpapier

Schritt 3: STL-Dateien zum 3D-Druck

Das Gehäuse für dieses Gerät wurde in der Autodesk Fusion 360-Software entworfen. Es sind 3 Stück. Die STL-Dateien für diese Stücke sind unten angegeben.

Die Dateien "LID" und "wheel" können ohne Unterstützung gedruckt werden, während die Datei "BODY" Unterstützung benötigt. Diese habe ich in 0,2 mm Schichthöhe bei 100% Infill mit grünem PLA gedruckt. Der verwendete Drucker ist eine TEVO-Vogelspinne.

Schritt 4: ABDECKUNG DES GEHÄUSES MIT VINYL

1. Verwenden Sie feines Schleifpapier, um alle Außenflächen der 3D-gedruckten Teile zu glätten, damit der Vinylaufkleber leicht haftet.

2. Verwenden Sie ein feuchtes Tuch, um alle feinen Partikel zu entfernen, die nach dem Schleifen auf den Oberflächen zurückbleiben könnten.

3. Nachdem die Oberfläche getrocknet ist, bringen Sie den Vinylaufkleber auf die Oberfläche an. Stellen Sie sicher, dass keine Luftblasen eingeschlossen sind.

4. Verwenden Sie eine Schere, um den überschüssigen Aufkleber an den Kanten abzuschneiden.

5. Kleben Sie nun Aufkleber um die Seiten des Gehäuses und schneiden Sie den Überschuss ab.

6. Verwenden Sie einen Boxcutter oder einen anderen Rasierer, um die Löcher für das OLED-Display, den Ladeanschluss, das Encoderrad und den scharfen IR-Sensor auszuschneiden.

WARNUNG: SEIEN SIE SEHR VORSICHTIG MIT SCHARFEN KLINGEN UND WERKZEUGEN

Schritt 5: SCHALTPLÄNE

PROGRAMMIEREN EINES PRO MINI

Im Gegensatz zu Arduino nano kann pro mini nicht direkt durch Anschließen eines USB-Kabels programmiert werden, da es keinen integrierten USB-zu-Seriell-TTL-Konverter hat. Daher sollten wir zuerst einen externen USB-Seriell-Konverter an den pro mini anschließen, um ihn zu programmieren. Das erste Bild zeigt, wie diese Verbindungen hergestellt werden sollen.

Vcc - 5V

Masse - Masse

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

KOMPLETTES SCHALTPLAN

Das 2. Bild zeigt den kompletten Schaltplan dieses Projekts.

D2 - INT MPU6050

D3 - E/A (MODUS)

D5 - E/A (EINHEIT)

D6 - E/A (NULL)

D7 - +(1) ENCODER

D8 - +(2) ENCODER

A0 - E/A SHARP IR

A1 - + Summer

A4 - SDA (OLED UND MPU6050)

A5 - SCL (OLED UND MPU6050)

GND - GND ALLER MODULE UND SENSOREN UND BOOST MODULE

VCC - + DES BOOST-MODUL-USB-PORTS

B+ - BATTERIE +

B- - BATTERIE -

Das dritte Bild wurde aufgenommen, während ich den Code erstellte. Dies ist ein temporäres Setup, das zum Testen des Codes, der Module und der Schaltung erstellt wurde. Es ist optional für Sie, es zu versuchen

Schritt 6: EINSETZEN DES MAGNETS

1. Tragen Sie Sekundenkleber in die Aussparung für den Magneten unter der Öffnung des Ladeanschlusses auf.

2. Platzieren Sie den Magneten in der Vertiefung und halten Sie ihn gedrückt, bis der Kleber mit etwas Nichtmagnetischem trocknet.

Der Magnet verhindert, dass das Gerät abrutscht oder sich bewegt, wenn es auf einer Metalloberfläche verwendet wird.

Schritt 7: FORMEN DER SENSOREN

Um das Gerät so klein wie möglich zu machen, wurden die Befestigungswinkel des scharfen IR-Sensors und des Encoders mit einem rotierenden Werkzeug mit Trennscheiben-Bit-Aufsatz abgeschnitten.

Schritt 8: PLATZIEREN DES OLED-DISPLAYS

1. Markieren Sie die Pin-Bezeichnungen auf der Rückseite des OLED-Displays, damit später richtig Verbindungen hergestellt werden können.

2. Platzieren Sie das OLED-Display in der richtigen Position, wie im zweiten Bild gezeigt. Die Öffnung für das Display ist so gestaltet, dass das Display leicht in die Wände eindringt. Dadurch wird sichergestellt, dass sich das Display in der richtigen Position und Ausrichtung befindet und sich nicht leicht bewegen lässt.

3. Heißkleber wird vorsichtig um das Display herum aufgetragen. Heißkleber wird bevorzugt, da er wie ein Stoßdämpfer für das Display wirkt und das Display beim Auftragen nicht belastet.

Schritt 9: ANBRINGEN DER TOUCH-TASTEN UND MPU6050

1. Es wird ein Klebstoff auf Gummibasis verwendet.

2. Der Klebstoff wird auf beide Oberflächen aufgetragen.

3. Stellen Sie sicher, dass alle Lötpunkte zur offenen Seite des Gehäuses zeigen, und platzieren Sie die Module an ihren zugewiesenen Plätzen, wie in den Bildern gezeigt.

4. Halten Sie das Modul und das Gehäuse nach dem Zusammenkleben mindestens 2 min lang leicht zusammengedrückt.

Schritt 10: BOOST + LADEMODUL

Dies ist ein Modul, das ich aus einer billigen Einzelzellen-Powerbank genommen habe. Dieses Modul verfügt sowohl über eine Batterieschutzschaltung als auch einen 5V, 1 Ampere Aufwärtswandler. Es hat auch einen EIN/AUS-Taster, der als Netzschalter für das gesamte Projekt verwendet werden kann. Die USB-Buchse des Moduls wurde mit einem Lötkolben entfernt und zwei Drähte wurden an die +5V- und Masseanschlüsse gelötet, wie im 4. Bild gezeigt.

Löten Sie 2 Stiftleisten an B+ und B- wie in den ersten beiden Bildern gezeigt und prüfen Sie dann, ob das Modul mit den Batterien funktioniert.

Tragen Sie Sekundenkleber auf die für das Modul vorgesehene Plattform auf und platzieren Sie das Modul vorsichtig. Achten Sie dabei darauf, dass der Ladeanschluss und die dafür vorgesehene Öffnung perfekt ausgerichtet sind.

Schritt 11: EINLEGEN DER BATTERIE UND DES SHARP IR SENSOR

1. Die Beschichtung des Kupferlackdrahtes wird durch Erhitzen der Drahtspitze mit dem Lötkolben oder einem Feuerzeug entfernt, bis die Isolierung abschmilzt. Die Drähte werden dann vorsichtig mit dem OLED-Display verlötet. Dies geschieht jetzt, da dies nach dem Einsetzen der Batterien möglicherweise schwierig ist.

2. Die Batterie wird so unter die Plattform des Boost-Moduls geschoben, dass ihre Kabelanschlüsse in Richtung des OLED-Displays zeigen, wie im 3. Bild zu sehen.

3. Der scharfe IR-Sensor wird in den dafür vorgesehenen Schlitz eingesteckt.

Schritt 12: ANBRINGEN VON ARDUINO UND SUMMER

1. Der USB-Seriell-Konverter wird gemäß dem mitgelieferten Schaltplan an den Arduino angelötet.

2. Heißkleber wird verwendet, um das Arduino in die Mitte des Gehäuses über den Batterien zu kleben.

3. An die Summerklemmen werden Drähte angelötet und dann der Summer in die dafür vorgesehene runde Aussparung am Gehäuse geschoben, wie im 7. Bild zu sehen.

Schritt 13: ENCODER

1. Die Anschlüsse des Encoders werden mit einem Messer gereinigt.

2. Die Widerstände werden an den Encoder angelötet.

3. Die Kupferdrähte werden gemäß Schaltplan verlötet.

4. Die Stahlachse wird in das 3D-gedruckte Rad eingesetzt. Wenn das Rad zu locker ist, befestigen Sie es mit Sekundenkleber.

5. Setzen Sie das Achs-Rad-Setup in den Encoder ein. Wieder, wenn es lose ist, verwenden Sie Sekundenkleber. Achten Sie dieses Mal jedoch darauf, dass kein Klebstoff in die Encoder-Mechanismen gelangt.

6. Positionieren Sie den Encoder so im Gehäuse, dass die Räder durch die vorgesehene Öffnung herausragen und achten Sie auch darauf, dass er sich frei dreht.

7. Verwenden Sie Heißkleber, um den Encoder zu befestigen.

Schritt 14: VERKABELUNG UND LÖTEN

1. Die Verdrahtung des Stromkreises erfolgt gemäß dem zuvor im Schritt "SCHALTPLAN" angegebenen Stromlaufplan.

2. Die Drähte +ve und -ve aller Sensoren und Module werden parallel an die Stromquelle angeschlossen.

3. Stellen Sie sicher, dass keines der Drähte die Sicht auf das IR-Modul blockiert oder sich mit dem Encoderrad verfängt.

Schritt 15: CODIERUNG

1. Laden Sie den unten bereitgestellten Code und die Bibliotheken herunter.

2. Extrahieren Sie die Bibliotheksordner. Kopieren Sie diese Ordner in den Ordner "Bibliotheken" im Ordner "Arduino", der sich in "Eigene Dateien" Ihres Computers befindet (wenn Sie ein Windows-Benutzer sind).

3. Öffnen Sie den bereitgestellten Code ("filal_code") in der Arduino IDE und laden Sie ihn auf den Arduino hoch.

Schritt 16: KALIBRIERUNG DES MPU6050

Da das Beschleunigungs-/Gyroskop-Modul des MPU6050 nur mit dem Gehäuse verklebt wurde, ist es möglicherweise nicht perfekt eben. Daher werden die folgenden Schritte befolgt, um diesen Nullfehler zu korrigieren.

SCHRITT 1: Schließen Sie das Gerät an Ihren Computer an und stellen Sie es auf eine Oberfläche, von der Sie bereits wissen, dass sie perfekt eben ist (Beispiel: Fliesenboden)

SCHRITT 2: Gehen Sie auf dem Gerät in den "LEVEL"-Modus, indem Sie die Schaltfläche "M" berühren und die X- und Y-Werte notieren.

SCHRITT 3: Weisen Sie diese Werte den Variablen "calibx" und "caliby" im Code zu.

SCHRITT 4: Laden Sie das Programm erneut hoch.

Schritt 17: BERECHNUNG DER GESCHWINDIGTEN DISTANZ PRO SCHRITT DES ENCODERS

Anzahl Schritte pro Umdrehung der Encoderwelle, N = 24 Schritte

Der Durchmesser des Rades, D = 12,7 mm

Radumfang, C = 2*pi*(D/2) = 2*3,14*6,35 = 39,898 mm

Daher bewegte Strecke pro Schritt = C/N = 39,898/24 = 1,6625 mm

Wenn Sie ein Rad oder einen Encoder mit einem anderen Durchmesser mit einer anderen Schrittzahl verwenden, ermitteln Sie die pro mm zurückgelegte Strecke, indem Sie Ihre Werte in die obige Formel einsetzen, und geben Sie diesen Wert, sobald Sie die Auflösung gefunden haben, in die Formel innerhalb des Codes ein, wie in gezeigt das Bild.

Kompilieren Sie den Code und laden Sie ihn erneut auf den Arduino hoch.

Sobald die Kalibrierung des Encoders abgeschlossen ist und das modifizierte Programm hochgeladen wurde, können Sie das USB-zu-Seriell-TTL-Konvertermodul vom Arduino Pro Mini entlöten und entfernen.

Schritt 18: TESTEN SIE ALLES, BEVOR SIE DAS GEHÄUSE SCHLIESSEN

Dinge zu testen:

1. Wenn das Ladegerät problemlos in den Anschluss eingesteckt werden kann und die Akkus ordnungsgemäß geladen werden.

2. Der Ein-/Ausschalter funktioniert oder nicht.

3. Das OLED zeigt alles in der richtigen Ausrichtung und Position mit dem richtigen Abstand an.

4. Die Touch-Buttons funktionieren alle richtig und sind richtig beschriftet.

5. Wenn der Encoder beim Drehen die Distanzwerte ausgibt.

6. Die Module MPU6050 und SHARP IR funktionieren und liefern die korrekten Messwerte.

7. Der Summer ertönt.

8. Stellen Sie sicher, dass sich nichts im Inneren erwärmt, wenn es eingeschaltet ist. Wenn eine Erwärmung auftritt, bedeutet dies, dass die Verkabelung irgendwo falsch ist.

9. Stellen Sie sicher, dass alles in Position ist und sich nicht im Gehäuse bewegt.

Schritt 19: PLATZIEREN DER DRUCKKNOPFVERLÄNGERUNG UND VERBINDEN DES GEHÄUSES

VERWENDUNG EINER LED ZUM AUSFAHREN DER DRUCKTASTERWELLE

Der Schaft des Tasters am Lademodul ist zu kurz, um durch die Öffnung am Gehäuse herauszukommen. Als Extender wird also ein 3mm LED-Kopf verwendet.

1. Die Beine der LEDs werden mit einem Drahtschneider abgeschnitten.

2. Die flache Seite der LED wird mit Schleifpapier glatt und eben gemacht. Wenn die LED zu klein ist, um sie mit der Hand zu handhaben, verwenden Sie eine Pinzette.

3. Setzen Sie den LED-Kopf wie in der Abbildung gezeigt in das dafür vorgesehene Loch am Gehäusedeckel. Stellen Sie sicher, dass die LED nicht fest sitzt, da sie beim Drücken des Druckknopfes hinein- und herausgleiten soll

KLEBEN DES GEHÄUSES

1. Tragen Sie alle Klebstoffe auf Gummibasis (ich habe Fevi Bond verwendet) vorsichtig entlang der Felge auf sowohl den Körper als auch die Kappe auf.

2. Warten Sie 5 bis 10 Minuten, bis der Kleber leicht getrocknet ist und drücken Sie dann beide Hälften zusammen. Achten Sie darauf, dass das freie Ende der Stahlachse des Encoderrades in das dafür vorgesehene Loch an der Kappe einrastet.

3. Verwenden Sie eine schwere Last (ich habe eine USV-Batterie verwendet), um beide Teile gedrückt zu halten, während der Kleber trocknet.

Hier wurde ein Kleber auf Kautschukbasis empfohlen, denn für den Fall, dass das Gehäuse in Zukunft zum Batteriewechsel oder zur Neuprogrammierung geöffnet werden muss, kann dies einfach mit einer scharfen Klinge oder einem Messer entlang der Fuge erfolgen.

Schritt 20: BEZEICHNUNG DER TOUCH-TASTEN

Die Beschriftung erfolgt, um die Positionen und Funktionen der Touch-Tasten leicht zu identifizieren.

Die Alphabete wurden mit meinem selbstgemachten Laserschneider aus einem weißen Aufkleberbogen ausgeschnitten.

Die geschnittenen Stücke wurden mit einer Pinzette vom Hauptblatt entfernt und anschließend lage- und lagerichtig auf das Gerät aufgebracht.

Max. Alphabethöhe: 8mm

Max. Alphabetbreite: 10MM

WARNUNG: TRAGEN SIE EINE LASERBLOCKIERENDE SICHERHEITSBRILLE, WENN SIE MIT EINEM LASERGRAVIER ODER CUTTER ARBEITEN

Schritt 21: ERGEBNISSE

Endlich ist das Gerät fertig. Wenn Sie Zweifel oder Vorschläge bezüglich des Projekts haben, lassen Sie es mich bitte über die Kommentare wissen.

DANKE SCHÖN

Erster Preis im Taschenformat-Wettbewerb