DigiLevel - digitaalinen taso kahdella akselilla: 13 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämän ohjeen inspiraatio on GreatScottLabin täältä löytämä DIY -digitaalinen vesivaaka. Pidin tästä suunnittelusta, mutta halusin suuremman näytön graafisemmalla käyttöliittymällä. Halusin myös parempia asennusvaihtoehtoja kotelon elektroniikalle. Lopulta käytin tätä projektia parantaakseni 3D -suunnittelutaitojani (Fusion 360: n avulla) ja tutkiakseni uusia elektronisia komponentteja.

DigiLevel antaa palautetta siitä, onko pinta tasainen-sekä x-akselia (vaakasuora) että y-akselia (pystysuora) pitkin. Näytetään tasot ja graafinen esitys 2 -akselisessa kaaviossa. Lisäksi näytössä näkyy akun varaustaso ja nykyinen lämpötila Fahrenheit- tai Celsius -asteina (kiihtyvyysmittarin sirun ilmoittama). Tämä on minimaalinen kuultava palaute - alkuääni virran tarkistamiseksi ja sitten kaksoisääni aina, kun taso siirretään vaakasuorasta paikasta tasotasoon.

Olen antanut yksityiskohtaiset ohjeet siitä, miten voit tehdä tämän digitaalisen tason, mutta voit vapaasti laajentaa ja muokata muotoilua, aivan kuten tein DIY Digital -vesivaaka.

Vaihe 1: Materiaalit

Seuraavassa on tämän digitaalisen tason kokoamiseen käytetyt materiaalit. Suurin osa ostolinkeistä koskee useita osia, jotka ovat tyypillisesti halvempia kuin yksittäisten osien ostaminen. Esimerkiksi TP4056 -sirun mukana tulee 10 kappaletta hintaan 9 dollaria (alle $ 1/TP4056) tai se voidaan ostaa yksittäin hintaan 5 dollaria.

• TP4056 Li -Po -akkulaturi (Amazon -
• LSM9DS1 -kiihtyvyysmittari (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• 128x64 OLED LCD -näyttö (Amazon -
• Pietsokaiutin (Amazon -

• 3,7 V: n Li -Po -akku (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• M2 -pannun pään itsekelausruuvit - tarvitaan 4 M2x4, 6 M2x6 ja 6 M2x8 -ruuvia (eBay -
• Liukukytkin (Amazon -

Ruuveja lukuun ottamatta annetut linkit vievät sinut Amazoniin. Lähes kaikki nämä tuotteet voidaan kuitenkin ostaa eBayssa tai suoraan Kiinasta huomattavalla alennuksella. Muista vain, että Kiinasta tilaaminen voi johtaa pitkiin toimitusaikoihin (3-4 viikkoa ei ole epätavallista).

Huomaa myös, että monille näistä komponenteista on vaihtoehtoja. Voit esimerkiksi korvata LSM9DS1: n eri kiihtyvyysmittarilla (kuten MPU-9205). Voit korvata Arduino Nanon käyttämällä mitä tahansa Arduino-yhteensopivaa prosessoria ja oikeat GPIO-nastat.

Erityisesti LSM9DS1 on sellainen, jonka ostin myynnistä Sparkfunissa alle 10 dollarilla, mutta se on yleensä korkeampi; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) tarjoaa samanlaisia toimintoja halvemmalla.

Jos teet vaihdon, sinun on todennäköisesti muutettava koteloa (tai ainakin tapaa, jolla komponentti asennetaan koteloon), ja sinun on todennäköisesti muokattava ohjelmistoa, jotta voit muodostaa yhteyden vaihtoehtoiseen komponenttiin. Minulla ei ole näitä muutoksia - sinun on tutkittava ja päivitettävä tarvittaessa.

Vaihe 2: Kytkentäkaavio

Kytkentäkaaviossa kuvataan, miten eri elektroniset komponentit on kytketty toisiinsa. Punaiset viivat edustavat positiivista jännitettä ja mustat viivat maata. Keltaisia ja vihreitä viivoja käytetään kiihtyvyysmittarin ja OLED -nestekidenäytön datasignaaleihin. Näet kuinka nämä komponentit on kytketty yhteen seuraavissa vaiheissa.

Vaihe 3: Tee kotelo

Jos sinulla on 3D -tulostin, kotelo voidaan tulostaa melko helposti. Tämän ohjeen sisältämät STL -tiedostot. Jos sinulla ei ole 3D -tulostinta, voit ladata STL -tiedostot (kuten tämä) 3D -tulostustoimistoon ja tulostaa ne sinulle.

Tulostin omani ilman reunaa tai lauttaa (ja ilman tukia) ja 20% täyttöä, mutta voit tulostaa omasi, vaikka olet tottunut tulostamaan. Jokainen pala on painettava erikseen ja asetettava tasaiseksi. Saatat joutua kääntämään sitä 45 astetta, jotta se sopii tulostimen pohjaan. Omani painettiin Monoprice Maker Select Plus -laitteella, jonka sängyn koko oli 200 mm x 200 mm - jokaisen kappaleen tulostaminen kesti noin 12 tuntia. Jos sinulla on pienempi sänky, se ei ehkä sovi. Skaalausta ei suositella, koska elektronisten komponenttien kiinnikkeet eivät skaalaudu asianmukaisesti.

Vaihe 4: Yhdistä komponentit leipälevylle liitettävyyden tarkistamiseksi (valinnainen)

Suosittelen vahvasti ensisijaisten komponenttien liittämistä leipälevyyn liitettävyyden tarkistamiseksi ennen kuin jatkat komponenttien asentamista kotelon sisään. Voit ladata ohjelmiston Arduino Nano -laitteelle (katso seuraava vaihe) ja tarkistaa, että OLED -LCD -näyttö on kytketty oikein ja toimii ja että kiihtyvyysmittari on kytketty oikein ja että se raportoi tiedot Arduino Nano -laitteelle.. Tätä voidaan käyttää myös valinnaisen pietsokaiuttimen toiminnan tarkistamiseen.

En liittänyt akkua ja laturia leipälevyyn tässä vaiheessa - kytkimen kytkeminen akun ohjaamiseen tapahtuu sen jälkeen, kun olet asentanut kytkimen koteloon. Viimeinen kuva näyttää miltä tämä näyttää ennen johdotusta.

Vaihe 5: Lataa ohjelmisto Arduino Nano -laitteeseen

Ohjelmisto ladataan Arduino Nano -laitteeseen Arduino IDE: n avulla. Tämä voidaan tehdä milloin tahansa DigiLevel -rakennusprosessin aikana, mutta se on parasta tehdä, kun komponentit on kytketty leipälevyllä (katso edellinen vaihe), jotta voit tarkistaa sähkökomponenttien oikean kytkennän ja toiminnan.

Ohjelmisto edellyttää, että asennetaan 2 kirjastoa. Ensimmäinen on U8g2 -kirjasto (oliver) -voit asentaa tämän napsauttamalla Arduino IDE: n Sketch -> Include Library -> Manage Libraries… -painiketta. Etsi U8g2 ja napsauta sitten Asenna. Toinen kirjasto on Sparkfun LSM9DS1 -kirjasto. Saat ohjeet kirjaston asentamiseen täältä.

Kirjaston määritysten jälkeen ohjelmistossa on asennusosa ja pääkäsittelysilmukka. Asetusosassa alustetaan kiihtyvyysmittari ja OLED LCD -näyttö ja näytetään sitten aloitusnäyttö ennen päänäytön näyttämistä. Jos kaiutin on kytketty, se antaa yhden piippauksen kaiuttimesta, mikä osoittaa käynnistyksen tilan.

Pääkäsittelypiiri on vastuussa kiihtyvyysmittarin lukemisesta, x- ja y -kulmien saamisesta ja sitten arvojen näyttämisestä absoluuttisten lukujen joukkona ja myös kuvallisesti kaaviossa. Näytössä näkyy myös kiihtyvyysmittarin lämpötila (joko Fahrenheit tai Celsius). Jos taso oli aiemmin epätasainen, se palaa tasolle ja antaa kaksi piippausta kaiuttimesta (jos se on kytketty).

Lopuksi akun jännite saadaan akun nykyisen varaustason määrittämiseksi ja näyttämiseksi. En tiedä kuinka tarkka tämä koodi on, mutta se on riittävän tarkka osoittamaan täyden akun ja akun vähitellen laskevan käytön aikana.

Vaihe 6: Kiinnitä ja kytke OLED -näyttö ja pietsokaiutin

1,3 tuuman OLED-näyttö (128x64) kiinnitetään kotelon yläosaan käyttämällä 4 M2x4-pannupään itsekelausruuvia. Suosittelen, että liität johdot näyttöön ennen asennusta. Näin varmistat, että nastat ovat merkitty, kun liität johtoja. Kun näyttö on asennettu, et voi nähdä nastojen tarroja. Huomaat, että olen lisännyt tarran näytön takaosaan, jotta muistan pin -arvot (koska en tehnyt tätä ensimmäistä kertaa ja johdotin sen väärin …).

Kaiutinta käytetään lyhyen äänen antamiseen, kun digitaalinen taso on kytketty päälle, jotta varmistetaan, että akku on hyvä ja että se toimii. Se antaa myös kaksoisäänen aina, kun taso siirretään vaakatasosta vaakasuoraan asentoon. Tämän tarkoituksena on antaa äänimerkki palautetta asettaessasi tasoa tai mitä tahansa tasoa. Se kiinnitetään kotelon yläosaan käyttämällä 2 M2x4-pannupään itsekelausruuvia. Et tarvitse kaiutinta - DigiLevel toimii hyvin ilman sitä, mutta et kuule mitään palautetta.

Vaihe 7: Kiinnitä ja kytke akku, laturi ja kytkin

Kytkin on asennettava koteloon ennen sen kytkemistä akkuun. Tämä johtuu siitä, että jos johdot sen ensin, et voi asentaa kytkintä irrottamatta sitä. Kiinnitä siis kytkin ensin, sitten esijohdotettu TP4056 ja Li-Po-akku ja viimeistele sitten kytkennän kytkentä.

TP4056: ssa on 4 johdinsarjaa: B+, B-, Out+, Out-. Haluat kytkeä akun B+ (positiivinen jännite)- ja B- (maadoitus) -liitäntöihin. Out-liitäntää käytetään maahan, joka menee Arduino Nanoon, ja Out+ on kytketty yhteen kytkimen nastaan. Kytkimen toinen nasta on sitten kytketty Arduino Nanon VIN -numeroon.

Juototyöni ei ole paras - tykkään käyttää kutisteputkia juotetun liitoksen peittämiseen ja eristämiseen. Huomaat, että yhdessä juotetusta liitoksesta juotoslämpö vaikutti kutisteputkeen ja se kutistui ennen kuin pystyin siirtämään sitä.

Vaihe 8: Kiinnitä ja kytke kiihtyvyysanturi

Kiihtyvyysmittari (LSM9DS1) on asennettu kotelon alaosan keskelle. Johdotuksessa on 4 nastaa: VCC menee Arduino Nanon V5 -nastaan; GND menee maahan; SDA menee Arduino Nanon A5 -nastaan; ja SCL menee Arduino Nanon A4 -nastaan.

Olen käyttänyt johdotukseen Dupont -liittimillä varustettuja hyppyjohtoja, mutta voit juottaa johdon suoraan nastoihin, jos haluat. Jos juotat johdot suoraan nastoihin, haluat todennäköisesti tehdä tämän ennen kiihtyvyysmittarin sirun asentamista helpottaaksesi sitä.

Vaihe 9: Viimeistele elektroniikka kytkemällä Arduino Nano

Lopullinen johdotus tehdään liittämällä kaikki sähkökomponentit Arduino Nano -laitteeseen. Tämä on parasta tehdä ennen Arduino Nanon asentamista, jotta USB -porttiin pääsee kalibrointia ja muita viime hetken ohjelmistomuutoksia varten.

Aloita kytkemällä kytkin nanoon. Positiivinen johto (punainen) siirtyy kytkimestä Nanon VIN -nastaan. Akun negatiivinen johto (musta) menee nanon GND -nastaan. Nanossa on kaksi GND -nastaa ja kaikissa neljässä sähkökomponentissa on maadoitusjohto. Päätin yhdistää kaksi tapausta kotelon pohjassa yhdeksi johtimeksi, joka on kytketty yhteen GND -nastoista. Kaksi pohjaa kotelon yläosasta yhdistin yhdeksi johtimeksi, joka on kytketty muihin GND -nastoihin.

Kiihtyvyysmittari (LSM9DS1) voidaan liittää nanoon liittämällä kiihtyvyysmittarin VDD -nasta Nanon 3V3 -nastaan. ÄLÄ liitä tätä 5V -nastaan, muuten vaurioitat kiihtyvyysmittarin sirua. Liitä SDA Nanon A4 -nastaan ja SCL Nanon A5 -nastaan. GND -nasta menee nanon GND -nastaan (yhdistettynä akun negatiiviseen johtoon).

Seuraavaksi OLED -LCD -näyttö voidaan kytkeä Nano -laitteeseen liittämällä näytön VCC -nasta Nanon 5 V -nastaan. Liitä SDA nanon D2 -nastaan ja SCL nanon D5 -nastaan.

Lopuksi kaiutin voidaan liittää kytkemällä punainen johto (positiivinen) nanon D7 -nastaan. Musta johto menee GND: hen yhdessä OLED -LCD -näytön GND: n kanssa.

Vaihe 10: Kalibrointi

Kun ohjelmisto on ladattu ja ennen Arduino Nanon asentamista, sinun on ehkä kalibroitava tasosi. Varmista, että kiihtyvyysanturilevy on asennettu. Kun kiinnität sen ruuveilla, pitäisi saada tasolevy, mutta jos se on jostain syystä hieman pois päältä, kalibrointi varmistaa oikean näytön.

Aseta pohjakotelo tasolle, jonka tiedetään olevan vaakasuora (käyttämällä kuplatasoa tai muuta keinoa). Lue X: n ja Y: n näytetyt arvot. Jos jompikumpi ei ole nolla, sinun on päivitettävä ohjelmisto kalibrointimäärällä. Tämä tehdään asettamalla joko xCalibration -muuttuja tai yCalibration -muuttuja sopivaan määrään (mitä näytetään).

// // Aseta nämä muuttujat alkuarvoihin sopiviksi // bool displayF = true; // totta Fahrenheit, epätosi Celsius int xCalibration = 0; // kalibrointimäärä x-akselin tasaamiseksi int yKalibrointi = 0; // kalibrointimäärä y-akselin pitkän irvCalibration = 1457; // sisäisen vertailujännitteen kalibrointimäärä

Tällä hetkellä sinun on myös asetettava displayF -arvo sopivaan asetukseen sen mukaan, haluatko näyttää lämpötilan Fahrenheit- vai Celsius -asteina.

Ohjelmiston lataaminen uudelleen nanolle pitäisi nyt johtaa 0/0-lukemalle tunnetulla tasolla.

Vaihe 11: Asenna Arduino Nano ja koota kotelo

Kun kalibrointi on valmis, voit asentaa Arduino Nanon koteloon levittämällä kuumaa liimaa kiskoihin ja asettamalla Arduino Nanon näille kiskoille tapit ylöspäin ja USB -portti kotelon sisäpuolelle.

Kaikki elektroniikka sisältävä kotelo voidaan nyt koota laittamalla molemmat puolikkaat yhteen ja käyttämällä 4 M2x8 pannupään itsekierteittävää ruuvia.

Vaihe 12: Tarkista uuden digitaalisen tasosi toiminta

Varmista, että Li-Po-akku on ladattu. Jos kotelo on koottu, et voi nähdä latauksen LED -merkkivaloja suoraan. Jos haluat tarkistaa lataustoiminnon katsomalla latausvaloja suoraan, sinun on avattava kotelo, mutta sinun pitäisi nähdä punainen hehku, joka osoittaa, että lataus tapahtuu kotelon ollessa kiinni.

Kun olet ladannut ja koonnut, kytke digitaalinen taso päälle ja tarkista sen toiminta. Jos se ei toimi, kaksi todennäköistä ongelmapistettä ovat OLED -nestekidenäytön johdotus ja kiihtyvyysmittarin johdotus. Jos näyttö ei näytä mitään, aloita OLED -nestekidenäytöstä. Jos näyttö toimii, mutta sekä H- että V -tarrat osoittavat 0 ja lämpötila on 0 (C) tai 32 (F), kiihtyvyysmittaria ei todennäköisesti ole kytketty oikein.

Vaihe 13: Viimeiset ajatukset…

Kokosin tämän digitaalisen tason (ja Instructable) ensisijaisesti oppimiskokemukseksi. Minulle oli vähemmän tärkeää saada toimiva taso kuin tutkia eri komponentteja ja niiden ominaisuuksia ja koota ne sitten yhteen lisäarvoa tuottavalla tavalla.

Mitä parannuksia tekisin? Useita harkitsen tulevaa päivitystä:

• Paljasta Arduino Nanon USB -portti kotelon läpi muuttamalla sen asennustapaa. Tämä helpottaisi ohjelmiston päivittämistä (mikä pitäisi joka tapauksessa olla harvinaista).
• 3D -tulosta kotelo puukuidulla. Olen kokeillut Hatchbox Wood -lankaa ja olen erittäin tyytyväinen tuloksiin. Uskon, että tämä antaisi paremman yleiskuvan DigiLevelille.
• Päivitä muotoilu käyttämällä MPU-9250-kiihtyvyysmittaria alentaaksesi kustannuksia vaikuttamatta kuitenkaan toimintoon.

Tämä on ensimmäinen ohjeeni ja otan mielelläni palautetta vastaan. Vaikka olen yrittänyt välttää sitä, olen varma, että tällä on edelleen enemmän Yhdysvaltoja koskevaa näkökulmaa - joten pahoittelut Yhdysvaltojen ulkopuolella olevien puolesta.

Jos pidit sitä mielenkiintoisena, äänestä minua ensimmäisen kerran kirjoittajakilpailussa. Kiitos, että luit loppuun asti!

Toinen sija kirjailijana