DigiLevel - eine digitale Wasserwaage mit zwei Achsen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Die Inspiration für dieses anweisbare ist die DIY Digitale Wasserwaage, die hier von GreatScottLab gefunden wurde. Ich mochte dieses Design, wollte aber ein größeres Display mit einer grafischeren Oberfläche. Ich wollte auch bessere Befestigungsmöglichkeiten für die Elektronik im Gehäuse. Letztendlich habe ich dieses Projekt genutzt, um meine 3D-Designfähigkeiten (mit Fusion 360) zu verbessern und neue elektronische Komponenten zu erkunden.

DigiLevel gibt Rückmeldung darüber, ob eine Oberfläche eben ist – sowohl entlang der x-Achse (horizontal) als auch der y-Achse (vertikal). Grade von der Ebene werden angezeigt, sowie eine grafische Darstellung auf einem 2-Achsen-Diagramm. Außerdem wird der Akkustand angezeigt und die aktuelle Temperatur in Fahrenheit oder Celsius angezeigt (wie vom Beschleunigungssensor-Chip gemeldet). Dies ist ein minimales hörbares Feedback - ein anfänglicher Ton zur Überprüfung der Leistung und dann ein doppelter Ton jedes Mal, wenn der Pegel von einer nicht-pegeligen Position in eine Pegelposition bewegt wird.

Ich habe detaillierte Anweisungen zur Verfügung gestellt, wie Sie diese digitale Wasserwaage erstellen können, aber Sie können mein Design gerne erweitern und ändern, ähnlich wie ich es bei der DIY-Digitalwasserwaage getan habe.

Schritt 1: Materialien

Im Folgenden sind die Materialien aufgeführt, die bei der Zusammenstellung dieser digitalen Wasserwaage verwendet wurden. Die meisten Kauflinks beziehen sich auf mehrere Teile, die in der Regel billiger sind als der Kauf der einzelnen Komponenten. Als Beispiel wird der TP4056-Chip mit 10 Stück für 9 US-Dollar (weniger als 1 US-Dollar / TP4056) geliefert oder kann einzeln für 5 US-Dollar gekauft werden.

• TP4056 Li-Po-Akkuladegerät (Amazon -
• Beschleunigungsmesser LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• 128x64 OLED-LCD-Display (Amazon -
• Piezo-Lautsprecher (Amazon -

• 3,7 V Li-Po-Akku (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• M2 Flachkopf-Blechschrauben - 4 M2x4, 6 M2x6 und 6 M2x8 Schrauben werden benötigt (eBay -
• Schiebeschalter (Amazon -

Mit Ausnahme der Schrauben führen die bereitgestellten Links zu Amazon. Fast alle diese Artikel können jedoch bei eBay oder direkt aus China mit einem erheblichen Rabatt erworben werden. Bedenken Sie jedoch, dass Bestellungen aus China zu langen Lieferzeiten führen können (3-4 Wochen sind nicht ungewöhnlich).

Beachten Sie auch, dass es für viele dieser Komponenten Alternativen gibt. Zum Beispiel könnten Sie den LSM9DS1 durch einen anderen Beschleunigungsmesser ersetzen (wie den MPU-9205). Sie können den Arduino Nano ersetzen, indem Sie einen beliebigen Arduino-kompatiblen Prozessor mit den richtigen GPIO-Pins verwenden.

Insbesondere das LSM9DS1 ist eines, das ich bei Sparkfun für weniger als 10 US-Dollar gekauft habe, aber es ist normalerweise teurer; der MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) bietet ähnliche Funktionen zu einem niedrigeren Preis.

Wenn Sie einen Austausch vornehmen, müssen Sie wahrscheinlich das Gehäuse ändern (oder zumindest die Art und Weise, wie Sie die Komponente im Gehäuse montieren) und Sie müssen wahrscheinlich die Software ändern, um eine Verbindung mit der alternativen Komponente herzustellen. Ich habe diese Änderungen nicht - Sie müssen entsprechend recherchieren und aktualisieren.

Schritt 2: Schaltplan

Der Schaltplan zeigt, wie die verschiedenen elektronischen Komponenten miteinander verdrahtet sind. Rote Linien stellen positive Spannung dar, während schwarze Linien Masse darstellen. Gelbe und grüne Leitungen werden für Datensignale vom Beschleunigungsmesser und zum OLED-LCD-Display verwendet. In den folgenden Schritten sehen Sie, wie diese Komponenten miteinander verbunden sind.

Schritt 3: Machen Sie den Fall

Wenn Sie einen 3D-Drucker haben, kann das Gehäuse ziemlich einfach gedruckt werden. Die STL-Dateien in diesem Instructable enthalten. Wenn Sie keinen 3D-Drucker haben, können Sie die STL-Dateien in ein 3D-Druckerbüro (wie dieses) hochladen und für Sie drucken lassen.

Ich habe meine ohne Krempe oder Floß (und ohne Stützen) und 20% Füllung gedruckt, aber Sie können Ihre drucken, wie Sie es gewohnt sind zu drucken. Jedes Stück sollte separat gedruckt werden und flach liegend. Möglicherweise müssen Sie es um 45 Grad drehen, damit es in das Druckerbett passt. Meins wurde mit einem Monoprice Maker Select Plus mit einer Bettgröße von 200 mm x 200 mm gedruckt - jedes Stück dauerte etwa 12 Stunden zum Drucken. Wenn Sie ein kleineres Bett haben, passt es möglicherweise nicht. Eine Skalierung wird nicht empfohlen, da die Halterungen für die elektronischen Komponenten dann nicht richtig skaliert werden.

Schritt 4: Verdrahten Sie die Komponenten mit einem Steckbrett, um die Konnektivität zu überprüfen (optional)

Ich empfehle dringend, die primären Komponenten mit einem Steckbrett zu verdrahten, um die Konnektivität zu überprüfen, bevor Sie mit der Montage der Komponenten im Gehäuse fortfahren. Sie können die Software auf den Arduino Nano herunterladen (siehe nächster Schritt) und überprüfen, ob das OLED-LCD-Display richtig verkabelt und betriebsbereit ist und dass der Beschleunigungsmesser korrekt verkabelt wurde und seine Daten an den Arduino Nano übermittelt. Dies kann auch verwendet werden, um den Betrieb des optionalen Piezo-Lautsprechers zu überprüfen.

Ich habe die Batterie und das Ladegerät zu diesem Zeitpunkt noch nicht an das Steckbrett angeschlossen - das Anschließen des Schalters zur Steuerung der Batterie erfolgt, nachdem Sie den Schalter am Gehäuse montiert haben. Das letzte Bild zeigt, wie das vor der Verdrahtung aussieht.

Schritt 5: Laden Sie die Software auf den Arduino Nano herunter

Die Software wird mit der Arduino IDE auf den Arduino Nano geladen. Dies kann jederzeit während des Aufbaus des DigiLevel erfolgen, aber am besten, wenn die Komponenten mit einem Steckbrett verdrahtet wurden (siehe vorheriger Schritt), um die korrekte Verdrahtung und den Betrieb der elektrischen Komponenten zu überprüfen.

Die Software erfordert, dass 2 Bibliotheken installiert sind. Die erste ist die U8g2-Bibliothek (von Oliver) - Sie können diese installieren, indem Sie in der Arduino IDE auf "Skizze -> Bibliothek einschließen -> Bibliotheken verwalten …" klicken. Suchen Sie nach U8g2 und klicken Sie dann auf Installieren. Die zweite Bibliothek ist die Sparkfun LSM9DS1-Bibliothek. Anweisungen zur Installation dieser Bibliothek finden Sie hier.

Nach den Bibliotheksspezifikationen verfügt die Software über einen Einrichtungsabschnitt und eine Hauptverarbeitungsschleife. Der Setup-Abschnitt initialisiert den Beschleunigungsmesser und das OLED-LCD-Display und zeigt dann einen Startbildschirm an, bevor das Hauptdisplay angezeigt wird. Wenn ein Lautsprecher angeschlossen ist, ertönt ein Piepton auf dem Lautsprecher, um den Einschaltstatus anzuzeigen.

Die Hauptverarbeitungsschleife ist dafür verantwortlich, den Beschleunigungsmesser abzulesen, die x- und y-Winkel zu erhalten und dann die Werte als Satz von absoluten Zahlen und auch bildlich in einem Diagramm anzuzeigen. Der Temperaturmesswert des Beschleunigungsmessers wird ebenfalls angezeigt (entweder in Fahrenheit oder Celsius). Wenn der Pegel zuvor nicht ausgeglichen war, werden beim Zurückkehren zum Pegel zwei Pieptöne auf dem Lautsprecher erzeugt (sofern angeschlossen).

Schließlich wird die Spannung der Batterie entnommen, um den aktuellen Batteriestand zu bestimmen und anzuzeigen. Ich weiß nicht, wie genau dieser Code ist, aber er ist genau genug, um eine volle Batterie und den allmählichen Abfall des Batteriestands während des Gebrauchs anzuzeigen.

Schritt 6: Montieren und verdrahten Sie das OLED-Display und den Piezo-Lautsprecher

Das 1,3-Zoll-OLED-Display (128x64) wird mit 4 M2x4 Flachkopf-Blechschrauben an der oberen Hälfte des Gehäuses befestigt. Ich empfehle Ihnen, Ihre Kabel vor der Montage an das Display anzuschließen. So können Sie sehen, wie die Stifte sind beschriftet, während Sie die Drähte anschließen. Sobald das Display montiert ist, können Sie die Beschriftungen für die Pins nicht sehen. Sie werden feststellen, dass ich auf der Rückseite des Displays ein Etikett hinzugefügt habe, damit ich mich an das erinnern kann Pinwerte (da ich das beim ersten Mal nicht gemacht und falsch verdrahtet habe…).

Der Lautsprecher wird verwendet, um beim Einschalten des Digitalpegels einen kurzen Ton auszugeben, um zu überprüfen, ob die Batterie in Ordnung und betriebsbereit ist. Es gibt auch einen Doppelton aus, wenn die Ebene von einer Nicht-Niveau-Position in eine Niveau-Position bewegt wird. Dies soll ein hörbares Feedback geben, wenn Sie den Pegel positionieren oder was auch immer der Pegel eingeschaltet ist. Es wird mit 2 M2x4 Flachkopf-Blechschrauben an der oberen Gehäusehälfte befestigt. Sie benötigen keinen Lautsprecher - der DigiLevel funktioniert auch ohne ihn einwandfrei, jedoch fehlt Ihnen jegliches hörbares Feedback.

Schritt 7: Montieren und verdrahten Sie den Akku, das Akkuladegerät und den Schalter

Der Schalter muss am Gehäuse montiert werden, bevor er an die Batterie angeschlossen wird. Dies liegt daran, dass Sie den Schalter nicht montieren können, ohne ihn zu trennen, wenn Sie ihn zuerst verdrahten. Montieren Sie also zuerst den Schalter, montieren Sie dann den vorverdrahteten TP4056 und den Li-Po-Akku und schließen Sie dann die Verkabelung zum Schalter ab.

Das TP4056 hat 4 Anschlusspads: B+, B-, Out+, Out-. Sie möchten die Batterie an die Anschlüsse B+ (positive Spannung) und B- (Masse) anschließen. Der Out-Anschluss wird für die Masse verwendet, die zum Arduino Nano geht, und der Out+ ist mit einem Pin des Schalters verbunden. Der zweite Pin des Schalters wird dann mit der VIN des Arduino Nano verdrahtet.

Meine Lötarbeit ist nicht die beste - ich verwende gerne Schrumpfschläuche, um die Lötstelle abzudecken und zu isolieren. Sie werden feststellen, dass bei einer der Lötverbindungen hier der Schrumpfschlauch durch die Hitze des Lötens beeinflusst wurde und geschrumpft ist, bevor ich ihn bewegen konnte.

Schritt 8: Montieren und verdrahten Sie den Beschleunigungsmesser

Der Beschleunigungssensor (LSM9DS1) ist in der Mitte der unteren Gehäusehälfte angebracht. Es müssen 4 Pins verdrahtet werden: VCC geht an den V5-Pin des Arduino Nano; GND geht auf Masse; SDA geht an den A5-Pin des Arduino Nano; und SCL geht zum A4-Pin des Arduino Nano.

Ich habe Überbrückungsdrähte mit Dupont-Anschlüssen für die Verdrahtung verwendet, Sie können den Draht jedoch direkt an die Pins löten, wenn Sie es vorziehen. Wenn Sie die Drähte direkt an die Pins löten, sollten Sie dies wahrscheinlich tun, bevor Sie den Beschleunigungssensor-Chip montieren, um es einfacher zu machen.

Schritt 9: Vervollständigen Sie die Elektronik durch Verdrahten des Arduino Nano

Die endgültige Verdrahtung erfolgt durch Anschließen aller elektrischen Komponenten an den Arduino Nano. Dies geschieht am besten vor der Montage des Arduino Nano, damit der USB-Anschluss für die Kalibrierung und andere Softwareänderungen in letzter Minute zugänglich ist.

Verbinden Sie zunächst den Schalter mit dem Nano. Die Plusleitung (rot) geht vom Schalter zum VIN-Pin des Nano. Das Minuskabel (schwarz) von der Batterie geht an den GND-Pin des Nano. Auf dem Nano befinden sich zwei GND-Pins und alle vier elektrischen Komponenten haben ein Erdungskabel. Ich entschied mich, die beiden Erdungen an der Unterseite des Gehäuses zu einer Leitung zu kombinieren, die mit einem der GND-Pins verbunden ist. Die beiden Erdungen von der Oberseite des Gehäuses habe ich zu einer Leitung kombiniert, die mit den anderen GND-Pins verdrahtet ist.

Der Beschleunigungsmesser (LSM9DS1) kann mit dem Nano verbunden werden, indem der VDD-Pin des Beschleunigungsmessers mit dem 3V3-Pin des Nano verbunden wird. Verbinden Sie dies NICHT mit dem 5V-Pin oder Sie beschädigen den Beschleunigungsmesser-Chip. Verbinden Sie SDA mit dem A4-Pin des Nano und SCL mit dem A5-Pin des Nano. Der GND-Pin geht zum GND-Pin des Nano (kombiniert mit dem Minuskabel von der Batterie).

Das OLED-LCD-Display kann als nächstes mit dem Nano verbunden werden, indem der VCC-Pin des Displays mit dem 5V-Pin des Nano verbunden wird. Verbinden Sie SDA mit dem D2-Pin des Nano und SCL mit dem D5-Pin des Nano.

Schließlich kann der Lautsprecher angeschlossen werden, indem das rote Kabel (positiv) an den D7-Pin des Nano angeschlossen wird. Das schwarze Kabel geht zusammen mit dem GND des OLED-LCD-Displays auf GND.

Schritt 10: Kalibrierung

Sobald die Software heruntergeladen wurde und bevor Sie den Arduino Nano montieren, müssen Sie möglicherweise Ihr Niveau kalibrieren. Stellen Sie sicher, dass die Beschleunigungsmesserplatine montiert ist. Die Montage mit den Schrauben sollte zu einer ebenen Platine führen. Wenn sie jedoch aus irgendeinem Grund leicht abweicht, gewährleistet die Kalibrierung eine korrekte Anzeige.

Stellen Sie das untere Gehäuse auf eine bekanntermaßen ebene Fläche (mit einer Wasserwaage oder auf andere Weise). Lesen Sie die angezeigten Werte für X und Y ab. Wenn einer von beiden nicht Null ist, müssen Sie die Software mit dem Kalibrierungsbetrag aktualisieren. Dies erfolgt, indem entweder die xCalibration-Variable oder die yCalibration-Variable auf den entsprechenden Betrag (was angezeigt wird) gesetzt wird.

// // Setzen Sie diese Variablen mit den Anfangswerten entsprechend // bool displayF = true; // wahr für Fahrenheit, falsch für Celsius int xCalibration = 0; // Kalibrierbetrag zum Nivellieren der x-Achse Int yCalibration = 0; // Kalibrierbetrag zum Ausgleichen der Y-Achse lang irvCalibration = 1457; // Kalibrierbetrag für interne Referenzspannung

Zu diesem Zeitpunkt sollten Sie auch den Wert von displayF entsprechend einstellen, je nachdem, ob die Temperatur in Fahrenheit oder Celsius angezeigt werden soll.

Das erneute Laden der Software auf den Nano sollte nun zu einem 0/0-Messwert auf einer bekannten Oberfläche führen.

Schritt 11: Montieren Sie den Arduino Nano und montieren Sie das Gehäuse

Sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist, können Sie den Arduino Nano im Gehäuse montieren, indem Sie Heißkleber auf die Schienen auftragen und den Arduino Nano auf diese Schienen legen, wobei die Stifte nach oben zeigen und der USB-Anschluss zum Inneren des Gehäuses zeigt.

Das Gehäuse mit der gesamten Elektronik kann nun zusammengebaut werden, indem die beiden Hälften zusammengefügt und mit 4 M2x8 Flachkopf-Blechschrauben verwendet werden.

Schritt 12: Überprüfen Sie den Betrieb Ihrer neuen digitalen Wasserwaage

Stellen Sie sicher, dass der Li-Po-Akku geladen ist. Wenn das Gehäuse zusammengebaut ist, können Sie die Lade-LED-Anzeigen nicht direkt sehen. Wenn Sie den Ladevorgang durch direktes Betrachten der Ladekontrollleuchten überprüfen möchten, müssen Sie das Gehäuse öffnen. Sie sollten jedoch das rote Leuchten sehen können, das anzeigt, dass der Ladevorgang bei geschlossenem Gehäuse erfolgt.

Nach dem Aufladen und Zusammenbau schalten Sie die Digitalwaage ein und überprüfen Sie ihre Funktion. Wenn es nicht funktioniert, sind die beiden wahrscheinlichen Problempunkte die Verkabelung des OLED-LCD-Displays und die Verkabelung des Beschleunigungsmessers. Wenn das Display nichts anzeigt, beginnen Sie mit der OLED-LCD-Verkabelung. Wenn das Display funktioniert, aber die Beschriftungen H und V beide 0 anzeigen und die Temperatur 0 (C) oder 32 (F) beträgt, dann ist der Beschleunigungsmesser wahrscheinlich nicht richtig verdrahtet.

Schritt 13: Abschließende Gedanken…

Ich habe diese digitale Ebene (und das Instructable) in erster Linie als Lernerfahrung zusammengestellt. Mir war es weniger wichtig, eine funktionierende Ebene zu schaffen, sondern die verschiedenen Komponenten und ihre Fähigkeiten zu erkunden und dann wertschöpfend zusammenzustellen.

Welche Verbesserungen würde ich vornehmen? Es gibt mehrere, die ich für ein zukünftiges Update in Betracht ziehe:

• Legen Sie den USB-Port des Arduino Nano durch das Gehäuse frei, indem Sie die Art und Weise ändern, wie er montiert ist. Dies würde einfachere Updates der Software ermöglichen (was auf jeden Fall selten sein sollte).
• 3D-Drucken Sie das Gehäuse mit einem Holzfilament. Ich habe mit Hatchbox Wood-Filament experimentiert und bin mit den Ergebnissen, die ich erzielt habe, sehr zufrieden. Ich denke, dies würde dem DigiLevel ein besseres Gesamtbild verleihen.
• Aktualisieren Sie das Design, um den Beschleunigungsmesser MPU-9250 zu verwenden, um die Kosten zu senken, ohne die Funktion zu beeinträchtigen.

Dies ist mein erstes instructable und ich freue mich über Feedback. Obwohl ich versucht habe, dies zu vermeiden, bin ich mir sicher, dass dies immer noch eine stärker auf die USA ausgerichtete Perspektive hat - also Entschuldigung für diejenigen außerhalb der USA.

Wenn Sie es interessant fanden, stimmen Sie bitte beim Erstautorenwettbewerb für mich ab. Danke fürs Durchlesen bis zum Ende!

Zweiter Platz beim ersten Mal Autor