DigiLevel - digitālais līmenis ar divām asīm: 13 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Šīs pamācības iedvesma ir DIY digitālais līmeņrādis, ko šeit atradis GreatScottLab. Man patika šis dizains, bet gribēju lielāku displeju ar grafiskāku interfeisu. Es arī gribēju labākas korpusa elektronikas montāžas iespējas. Galu galā es izmantoju šo projektu, lai uzlabotu savas 3D dizaina prasmes (izmantojot Fusion 360) un izpētītu jaunas elektroniskās sastāvdaļas.

DigiLevel sniegs atgriezenisko saiti par to, vai virsma ir līdzena-gan gar x asi (horizontāli), gan y asi (vertikāli). Tiek parādīti grādi no līmeņa, kā arī grafisks attēlojums 2 asu diagrammā. Turklāt tiek parādīts akumulatora uzlādes līmenis un tiek parādīta pašreizējā temperatūra Fārenheita vai Celsija grādos (kā ziņots akselerometra mikroshēmā). Šī ir minimāla dzirdama atgriezeniskā saite - sākotnējais signāls jaudas pārbaudei un pēc tam divkāršs signāls jebkurā laikā, kad līmenis tiek pārvietots no nelīdzena stāvokļa uz līdzenu stāvokli.

Esmu sniedzis detalizētus norādījumus par to, kā jūs varat izveidot šo digitālo līmeni, taču jūtieties brīvi paplašināt un pārveidot savu dizainu, līdzīgi kā es darīju digitālā līmeņraža DIY gadījumā.

1. solis: materiāli

Tālāk ir sniegti materiāli, kas izmantoti šī digitālā līmeņa apkopošanai. Lielākā daļa pirkšanas saišu ir paredzētas vairākiem gabaliem, kas parasti ir lētāki nekā atsevišķu sastāvdaļu pirkšana. Piemēram, TP4056 mikroshēmā ir 10 gabali par 9 USD (mazāk nekā 1 USD/TP4056), vai arī to var iegādāties atsevišķi par 5 USD.

• TP4056 Li -Po akumulatora lādētājs (Amazon -
• Akselerometrs LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• 128x64 OLED LCD displejs (Amazon -
• Pjezo skaļrunis (Amazon -

• 3,7 V Li -Po akumulators (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• M2 pannas galvas pašvītņojošās skrūves - nepieciešamas 4 M2x4, 6 M2x6 un 6 M2x8 skrūves (eBay -
• Bīdīšanas slēdzis (Amazon -

Izņemot skrūves, norādītās saites jūs aizvedīs uz Amazon. Gandrīz visas šīs preces tomēr var iegādāties eBay vai tieši no Ķīnas ar ievērojamu atlaidi. Vienkārši paturiet prātā, ka pasūtīšana no Ķīnas var izraisīt ilgu piegādes laiku (3-4 nedēļas nav nekas neparasts).

Ņemiet vērā arī to, ka daudzām no šīm sastāvdaļām ir alternatīvas. Piemēram, LSM9DS1 varat aizstāt ar citu akselerometru (piemēram, MPU-9205). Jūs varat nomainīt Arduino Nano, izmantojot jebkuru ar Arduino saderīgu procesoru ar atbilstošām GPIO tapām.

Jo īpaši LSM9DS1 es nopirku Sparkfun pārdošanā par mazāk nekā 10 ASV dolāriem, bet parasti tā cena ir augstāka; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) nodrošina līdzīgu funkcionalitāti par zemāku cenu.

Ja veicat nomaiņu, jums, iespējams, būs jāmaina gadījums (vai vismaz tas, kā jūs pievienojat komponentu korpusā), un, iespējams, būs jāmaina programmatūra, lai izveidotu savienojumu ar alternatīvo komponentu. Man nav šo modifikāciju - jums būs jāveic izpēte un pēc vajadzības jāatjaunina.

2. darbība: elektroinstalācijas shēma

Elektroinstalācijas shēmā ir detalizēti aprakstīts, kā dažādas elektroniskās sastāvdaļas ir savstarpēji savienotas. Sarkanās līnijas apzīmē pozitīvu spriegumu, bet melnas - zemi. Dzeltenās un zaļās līnijas tiek izmantotas datu signāliem no akselerometra un uz OLED LCD displeju. Turpmākajās darbībās redzēsit, kā šie komponenti ir savienoti.

3. darbība: izveidojiet lietu

Ja jums ir 3D printeris, lietu var izdrukāt diezgan viegli. Šajā instrukcijā iekļautie STL faili. Ja jums nav 3D printera, varat augšupielādēt STL failus 3D printeru birojā (piemēram, šajā) un uzdrukāt tos jums.

Es drukāju raktuves bez malām vai plostiem (un bez balstiem) un 20% pildījuma, bet jūs varat drukāt savējo, lai kā jūs būtu pieradis drukāt. Katrs gabals jāizdrukā atsevišķi, noliekot līdzenu. Jums var būt nepieciešams pagriezt to par 45 grādiem, lai tas atbilstu printera gultnei. Manējais tika iespiests, izmantojot Monoprice Maker Select Plus ar gultas izmēru 200 mm x 200 mm - katra gabala drukāšana prasīja apmēram 12 stundas. Ja jums ir mazāka gulta, tā var nederēt. Mērogošana nav ieteicama, jo tad elektronisko komponentu stiprinājumi netiks atbilstoši mērogoti.

4. darbība: savienojiet komponentus ar maizes dēli, lai pārbaudītu savienojamību (pēc izvēles)

Es stingri iesaku savienot primārās sastāvdaļas ar maizes dēli, lai pārbaudītu savienojamību, pirms turpināt sastāvdaļu montāžu korpusa iekšpusē. Jūs varat lejupielādēt programmatūru Arduino Nano (skatiet nākamo soli) un pārbaudīt, vai OLED LCD displejs ir pareizi pievienots vadiem un darbojas, un vai akselerometrs ir pareizi pievienots vadiem un vai tas ziņo savus datus Arduino Nano. To var izmantot arī, lai pārbaudītu papildu pjezo skaļruņa darbību.

Es šajā brīdī nepievienoju akumulatoru un lādētāju pie maizes dēļa - slēdža pievienošana, lai kontrolētu akumulatoru, tiek veikta pēc slēdža pievienošanas korpusam. Pēdējais attēls parāda, kā tas izskatās pirms elektroinstalācijas.

5. darbība: lejupielādējiet programmatūru Arduino Nano

Programmatūra tiek ielādēta Arduino Nano, izmantojot Arduino IDE. To var izdarīt jebkurā laikā DigiLevel izveides procesā, bet vislabāk to darīt, kad detaļas ir pieslēgtas, izmantojot maizes dēli (skatiet iepriekšējo soli), lai pārbaudītu pareizo elektroinstalāciju un elektrisko komponentu darbību.

Programmatūrai ir jābūt instalētām 2 bibliotēkām. Pirmais ir U8g2 bibliotēka (pēc olivera) -to var instalēt, Arduino IDE noklikšķinot uz “Skice -> Iekļaut bibliotēku -> Pārvaldīt bibliotēkas…”. Atrodiet U8g2 un pēc tam noklikšķiniet uz Instalēt. Otra bibliotēka ir Sparkfun LSM9DS1 bibliotēka. Norādījumus par šīs bibliotēkas instalēšanu varat iegūt šeit.

Pēc bibliotēkas specifikācijām programmatūrai ir iestatīšanas sadaļa un galvenā apstrādes cilpa. Iestatīšanas sadaļā tiek inicializēts akselerometrs un OLED LCD displejs, un pēc tam tiek parādīts sākuma ekrāns pirms galvenā displeja parādīšanas. Ja ir pievienots skaļrunis, tas atskaņos vienu skaņas signālu, lai norādītu ieslēgšanas statusu.

Galvenā apstrādes cilpa ir atbildīga par akselerometra nolasīšanu, x un y leņķu iegūšanu un pēc tam vērtību parādīšanu kā absolūtu skaitļu kopu, kā arī grafiski grafikā. Tiek parādīts arī temperatūras nolasījums no akselerometra (Fārenheita vai Celsija grādos). Ja līmenis iepriekš nebija līmenī, tad, kad tas atgriežas līmenī, skaļrunī (ja tas ir pievienots) tiks atskaņoti divi pīkstieni.

Visbeidzot, tiek iegūts akumulatora spriegums, lai noteiktu un parādītu pašreizējo akumulatora līmeni. Es nezinu, cik precīzs ir šis kods, bet tas ir pietiekami precīzs, lai parādītu pilnu akumulatoru un pakāpenisku akumulatora līmeņa pazemināšanos lietošanas laikā.

6. darbība: uzstādiet un pieslēdziet OLED displeju un pjezo skaļruni

1,3 collu OLED displejs (128x64) tiek piestiprināts pie korpusa augšējās puses, izmantojot 4 M2x4 panorāmas galvas pašvītņojošās skrūves. Pirms montāžas es iesaku pieslēgt vadus pie displeja. Tas nodrošina, ka varat redzēt, kā tapas ir apzīmēts, kad pievienojat vadus. Kad displejs ir uzstādīts, jūs nevarēsit redzēt tapu etiķetes. Jūs pamanīsit, ka es pievienoju etiķeti displeja aizmugurē, lai atcerētos pin vērtības (tā kā es to nedarīju pirmo reizi un nepareizi pievienoju vadu …).

Skaļrunis tiek izmantots, lai atskanētu īss signāls, kad ir ieslēgts digitālais līmenis, lai pārbaudītu, vai akumulators ir labs un vai tas darbojas. Tas arī izstaro dubultu signālu ikreiz, kad līmenis tiek pārvietots no nelīdzena stāvokļa uz līmeni. Tas ir paredzēts, lai nodrošinātu dzirdamu atgriezenisko saiti, pozicionējot līmeni vai neatkarīgi no tā, kādā līmenī tas atrodas. Tas ir piestiprināts pie korpusa augšējās puses, izmantojot 2 M2x4 pannas galvas pašvītņojošās skrūves. Jums nav nepieciešams skaļrunis - DigiLevel bez tā darbosies nevainojami, tomēr jums trūks dzirdamas atsauksmes.

7. solis: uzstādiet un pievienojiet vadu akumulatoram, akumulatora lādētājam un slēdzim

Slēdzis ir jāpiestiprina pie korpusa pirms tā pievienošanas akumulatoram. Tas ir tāpēc, ka, vispirms pieslēdzot vadu, jūs nevarēsit uzstādīt slēdzi, to neatvienojot. Tāpēc vispirms uzstādiet slēdzi, pēc tam pievienojiet iepriekš pieslēgto TP4056 un Li-Po akumulatoru, pēc tam pabeidziet vadu pievienošanu slēdžam.

TP4056 ir 4 vadu paliktņi: B+, B-, Out+, Out-. Jūs vēlaties pievienot akumulatoru B+ (pozitīva sprieguma) un B- (zemējuma) savienojumiem. Izvadsavienojums tiek izmantots zemei, kas nonāks Arduino Nano, un izeja+ ir savienota ar vienu slēdža tapu. Pēc tam slēdža otrā tapa ir savienota ar Arduino Nano VIN.

Mans lodēšanas darbs nav tas labākais - man patīk izmantot termiski saraušanās caurules, lai pārklātu un izolētu lodēto savienojumu. Jūs pamanīsit, ka vienā no šeit pielodētajiem savienojumiem termiski saraušanās cauruli ietekmēja lodēšanas siltums, un tā saruka, pirms es varēju to pārvietot.

8. solis: piestipriniet un pievienojiet akselerometru

Akselerometrs (LSM9DS1) ir uzstādīts korpusa apakšējās daļas vidū. Ir jāinstalē 4 tapas: VCC iet uz Arduino Nano V5 tapu; GND iet uz zemes; SDA iet uz A5 tapu uz Arduino Nano; un SCL iet uz Arduino Nano A4 tapu.

Elektroinstalācijai esmu izmantojis džemperu vadus ar Dupont savienotājiem, tomēr, ja vēlaties, varat pielodēt vadu tieši pie tapām. Ja jūs pielodējat vadus tieši pie tapām, jūs, iespējams, vēlēsities to izdarīt pirms akselerometra mikroshēmas uzstādīšanas, lai būtu vieglāk.

9. darbība. Pabeidziet elektroniku, pievienojot Arduino Nano vadu

Galīgā elektroinstalācija tiek veikta, savienojot visas elektriskās sastāvdaļas ar Arduino Nano. To vislabāk var izdarīt pirms Arduino Nano uzstādīšanas, lai USB ports būtu pieejams kalibrēšanai un citām pēdējā brīža programmatūras izmaiņām.

Sāciet, savienojot slēdzi ar Nano. Pozitīvais vads (sarkans) iet no slēdža uz Nano VIN tapu. Negatīvais vads (melns) no akumulatora iet uz Nano GND tapu. Nano ir divas GND tapas, un visām četrām elektriskajām sastāvdaļām ir zemējuma vads. Es izvēlējos apvienot abus pamatus korpusa apakšā vienā vadā, kas savienots ar vienu no GND tapām. Divus pamatus no korpusa augšdaļas es apvienoju vienā vadā, kas savienots ar citām GND tapām.

Akselerometru (LSM9DS1) var pievienot Nano, savienojot akselerometra VDD tapu ar NV 3V3 tapu. Nepievienojiet to 5V tapai, pretējā gadījumā jūs sabojāsit akselerometra mikroshēmu. Pievienojiet SDA Nano A4 tapai un SCL Nano A5 tapai. GND tapa iet uz Nano GND tapu (kopā ar akumulatora negatīvo vadu).

Tālāk OLED LCD displeju var savienot ar Nano, savienojot displejā redzamo VCC tapu ar 5 V tapu uz Nano. Pievienojiet SDA Nano D2 tapai un SCL Nano D5 tapai.

Visbeidzot, skaļruni var savienot, pievienojot sarkano vadu (pozitīvs) Nano D7 tapai. Melnais vads iet uz GND kopā ar OLED LCD displeja GND.

10. solis: kalibrēšana

Kad programmatūra ir lejupielādēta un pirms Arduino Nano uzstādīšanas, jums, iespējams, būs jākalibrē līmenis. Pārliecinieties, vai akselerometra dēlis ir uzstādīts. Uzstādot to ar skrūvēm, ir jāizveido līmeņrāža dēlis, tomēr, ja tas kāda iemesla dēļ ir nedaudz izslēgts, kalibrēšana nodrošinās pareizu displeju.

Novietojiet apakšējo korpusu uz virsmas, kas, kā zināms, ir līdzena (izmantojot burbuļa līmeni vai citus līdzekļus). Izlasiet parādītās X un Y vērtības. Ja kāds no tiem nav nulle, jums būs jāatjaunina programmatūra ar kalibrēšanas summu. Tas tiek darīts, iestatot mainīgo xCalibration vai mainīgo yCalibration uz atbilstošo summu (parādīto).

// // Iestatiet šos mainīgos ar sākotnējām vērtībām atbilstoši // bool displayF = true; // patiess Fārenheitam, nepatiess pēc Celsija int xKalibrācija = 0; // kalibrēšanas apjoms x ass izlīdzināšanai int yCalibration = 0; // kalibrēšanas apjoms y ass garās irvCalibration izlīdzināšanai = 1457; // kalibrēšanas daudzums iekšējam atskaites spriegumam

Šobrīd jums arī jāiestata displayF vērtība uz atbilstošo iestatījumu atkarībā no tā, vai vēlaties, lai temperatūra tiktu parādīta Fārenheita vai Celsija grādos.

Programmatūras atkārtotai ielādēšanai uz Nano tagad vajadzētu iegūt 0/0 nolasījumu uz zināmā līmeņa virsmas.

11. solis: uzstādiet Arduino Nano un salieciet korpusu

Kad kalibrēšana ir pabeigta, jūs varat uzstādīt Arduino Nano korpusā, uzliekot sliedēm karstu līmi un novietojot Arduino Nano uz šīm sliedēm, ar tapām uz augšu un USB portu pret korpusa iekšpusi.

Korpusu, kurā ir visa elektronika, tagad var salikt, saliekot abas puses kopā un izmantojot 4 M2x8 pannas galvas pašvītņojošās skrūves.

12. darbība: pārbaudiet jaunā digitālā līmeņa darbību

Pārliecinieties, vai ir uzlādēts Li-Po akumulators. Ja korpuss ir samontēts, jūs nevarēsit tieši redzēt uzlādes LED indikatorus. Ja vēlaties pārbaudīt uzlādes darbību, tieši skatoties uzlādes indikatorus, jums būs jāatver korpuss, tomēr jums vajadzētu redzēt sarkano mirdzumu, kas norāda, ka uzlāde notiek ar aizvērtu korpusu.

Kad uzlādēts un samontēts, ieslēdziet digitālo līmeni un pārbaudiet tā darbību. Ja tas nedarbojas, divi iespējamie problēmu punkti ir OLED LCD displeja vadi un akselerometra vadi. Ja displejs neko nerāda, sāciet ar OLED LCD vadu. Ja displejs darbojas, bet H un V etiķetes rāda 0 un temperatūra ir 0 (C) vai 32 (F), tad akselerometrs, iespējams, nav pareizi pieslēgts vadam.

13. solis: pēdējās domas…

Es apkopoju šo digitālo līmeni (un pamācību) galvenokārt kā mācību pieredzi. Man bija mazāk svarīgi izveidot funkcionējošu līmeni, kā arī izpētīt dažādus komponentus un to iespējas, un pēc tam salikt tos kopā, lai radītu pievienoto vērtību.

Kādus uzlabojumus es veiktu? Es apsveru vairākus atjauninājumus nākotnē:

• Atklājiet Arduino Nano USB portu caur korpusu, mainot tā uzstādīšanas veidu. Tas ļautu vieglāk atjaunināt programmatūru (kas jebkurā gadījumā būtu reti).
• 3D drukājiet lietu, izmantojot koka pavedienu. Esmu eksperimentējis ar Hatchbox Wood kvēldiegu un esmu ļoti apmierināts ar iegūtajiem rezultātiem. Es domāju, ka tas sniegtu labāku DigiLevel kopējo izskatu.
• Atjauniniet dizainu, lai izmantotu akselerometru MPU-9250, lai samazinātu izmaksas, vienlaikus neietekmējot funkciju.

Šī ir mana pirmā pamācība, un es atzinīgi vērtēju atsauksmes. Lai gan esmu mēģinājis no tā izvairīties, esmu pārliecināts, ka tam joprojām ir vairāk uz ASV vērsta perspektīva - tāpēc atvainojos tiem, kas atrodas ārpus ASV.

Ja jums tas šķita interesanti, lūdzu, balsojiet par mani pirmo reizi autoru konkursā. Paldies, ka izlasījāt līdz galam!

Otrās vietas autors pirmajā reizē