STRUMENTO DI MISURA DIGITALE MULTIFUNZIONE: 21 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Progetti Fusion 360 »

Ciao a tutti. Ho sempre desiderato un dispositivo che mi aiutasse a livellare il letto della mia stampante 3D e qualche altro dispositivo che mi aiutasse a ottenere una lunghezza approssimativa di una superficie curva in modo da poter facilmente ritagliare la giusta lunghezza di adesivo da applicare su quella superficie e evitando così gli sprechi. Quindi ho pensato perché non combinare entrambe le idee e creare un unico gadget che possa fare entrambe le cose. Alla fine, ho finito per costruire un dispositivo che non solo può misurare le linee curve e la planarità della superficie, ma può anche misurare le distanze in linea retta e l'angolo di una linea. Quindi fondamentalmente questo gadget funziona come un livello digitale tutto in uno + righello + goniometro + misura di tiro. Il dispositivo è abbastanza piccolo da stare in una tasca e le sue batterie possono essere facilmente ricaricate utilizzando un caricabatterie per telefono.

Questo dispositivo utilizza un accelerometro e un sensore giroscopico per misurare con precisione la planarità e l'angolo della superficie, un sensore IR nitido per misurare la lunghezza lineare in modo senza contatto e un encoder con una ruota che può essere fatta rotolare su una superficie curva o una linea curva per ottenere la sua lunghezza.

La navigazione attraverso le modalità e le funzioni del dispositivo viene eseguita utilizzando 3 pulsanti a sfioramento contrassegnati come M (modalità), U (unità) e 0 (zero)

M - Per scegliere tra diversi tipi di misurazioni

U - Per scegliere tra le unità mm, cm, pollici e metro

0 - Per ripristinare i valori misurati a 0 dopo aver misurato una distanza o un angolo.

Il motivo per utilizzare i pulsanti a sfioramento è navigare dolcemente tra le modalità e le unità senza disturbare la posizione del dispositivo durante la misurazione.

Il dispositivo ha un magnete al neodimio incorporato nella sua base in modo che non scivoli o scivoli dalla superficie metallica da misurare.

L'involucro è progettato per rendere il dispositivo il più compatto possibile e anche per essere facilmente stampato in 3D.

Fase 1: COMPONENTI E MODULI RICHIESTI

I componenti sono stati scelti tenendo presente che questo dispositivo è costruito per stare all'interno di una tasca. Quindi sono stati utilizzati il display, la batteria e i sensori più piccoli che ho trovato.

1. Custodia stampata in 3D

2. Sensore di distanza IR Sharp GP2Y0A41SK0F X 1 (Aliexpress)

3. Modulo accelerometro/giroscopio MPU6050 X 1 (Aliexpress)

4. Boost + modulo di ricarica X 1 (Aliexpress)

5. Codificatore Grove Mouse X 1 (Aliexpress)

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

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

8. Cicalino da 12 mm X 1 (Aliexpress)

9. Batteria lipo da 3,7 V, 1000 mAh X 1 (Aliexpress)

10. Modulo pulsante a sfioramento TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. Magnete al neodimio 20x10x2mm X 1 (Aliexpress)

12. Modulo CP2102 da USB a UART TTL X 1 (Aliexpress)

13. Filo di rame smaltato (Aliexpress)

14. Resistori da 10K X 2

15. 19 (lunghezza) X2 (diametro) mm asse in acciaio X 1

16. LED 3mm X 1

17. Qualsiasi rotolo di adesivi in vinile (Aliexpress)

18. Cavo micro USB

MPU6050

MPU6050 è un dispositivo mems che consiste in un accelerometro a 3 assi e un giroscopio a 3 assi al suo interno. Questo ci aiuta a misurare l'accelerazione, la velocità, l'orientamento e lo spostamento. Questo è un dispositivo basato su I2C che funziona da 3.3 a 5v. In questo progetto, l'MPU6050 viene utilizzato per misurare se una superficie è piana o meno e anche per misurare l'angolo di una linea.

ENCODER MOUSE GROVE

Questo è un encoder rotativo incrementale meccanico con dati di feedback della direzione di rotazione e della velocità di rotazione. Ho usato questo encoder perché è l'encoder più piccolo che ho trovato e anche la parte di programmazione è stata facile. Questo encoder ha 24 passi per rotazione. Usando questo possiamo calcolare la distanza percorsa dalla ruota sull'encoder se il diametro della ruota è noto. I calcoli su come eseguire questa operazione sono discussi nei passaggi successivi di questa istruzione. Questo progetto utilizza l'encoder per misurare le distanze delle linee curve.

MODULO DI DISTANZA IR SHARP GP2Y0A41SK0F

Si tratta di un sensore analogico che fornisce in uscita una tensione variabile in base alla distanza dell'oggetto dal sensore. A differenza di altri moduli IR, il colore dell'oggetto rilevato non influirà sull'uscita del sensore. Esistono molte versioni di sensori nitidi, ma quello che stiamo utilizzando ha un raggio di 4 - 30 cm. Il sensore gestisce una tensione compresa tra 4,5 e 5,5 volt e assorbe solo 12 mA di corrente. I fili rosso (+) e nero (-) sono i fili di alimentazione e il terzo filo (bianco o giallo) è il filo di uscita analogica. Il sensore viene utilizzato in questo progetto per misurare distanze lineari senza contatto.

Fase 2: STRUMENTI NECESSARI

1. Un paio di forbici

2. Taglierini o altre lame super affilate

3. pinzette

4. Pistola per colla a caldo

5. Colla istantanea (come la super colla)

6. Adesivo a base di gomma (come un fevi bond)

7. Saldatore e piombo

8. taglierina laser

9. Stampante 3D

10. Uno strumento rotante con punta da taglio a disco

11. Tagliafili

12. Carta vetrata

Passaggio 3: file STL per la stampa 3D

La custodia per questo dispositivo è stata progettata nel software Autodesk Fusion 360. Ci sono 3 pezzi. I file STL per questi pezzi sono riportati di seguito.

I file "LID" e "wheel" possono essere stampati senza supporti mentre il file "BODY" necessita di supporto. Li ho stampati con un'altezza dello strato di 0,2 mm al 100% di riempimento utilizzando PLA verde. La stampante utilizzata è una tarantola TEVO.

Fase 4: RIVESTIMENTO DELL'INVOLUCRO CON VINILE

1. Usa carta vetrata fine per levigare tutte le superfici esterne dei pezzi stampati in 3D in modo che l'adesivo in vinile si attacchi facilmente.

2. Utilizzare un panno umido per eliminare tutte le particelle fini che potrebbero rimanere sulle superfici dopo la levigatura.

3. Dopo che la superficie si è asciugata, applicare l'adesivo in vinile sulla superficie. Assicurati che non ci siano bolle d'aria intrappolate.

4. Usa le forbici per tagliare l'adesivo in eccesso attorno ai bordi.

5. Ora applica l'adesivo attorno ai lati dell'involucro e taglia l'eccesso.

6. Usa un coltellino o qualsiasi altro rasoio per ritagliare i fori per il display OLED, la porta di ricarica, la ruota dell'encoder e il sensore IR affilato.

ATTENZIONE: FARE MOLTA ATTENZIONE CON LAME E STRUMENTI AFFILATI

Passaggio 5: SCHEMI CIRCUITI

PROGRAMMARE UNA PRO MINI

A differenza di Arduino nano, pro mini non può essere programmato direttamente collegando un cavo USB in quanto non dispone di un convertitore da USB a seriale TTL integrato. Quindi prima dobbiamo collegare un convertitore USB esterno a seriale al pro mini per programmarlo. La prima immagine mostra come devono essere effettuati questi collegamenti.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

SCHEMA CIRCUITO COMPLETO

La seconda immagine mostra lo schema elettrico completo di questo progetto.

D2 - INT MPU6050

D3 - I/O (MODALITÀ)

D5 - I/O (UNITÀ)

D6 - I/O (ZERO)

D7 - +(1) ENCODER

D8 - +(2) ENCODER

A0 - I/O SHARP IR

A1 - + Cicalino

A4 - SDA (OLED E MPU6050)

A5 - SCL (OLED E MPU6050)

GND - GND DI TUTTI I MODULI E SENSORI E MODULO BOOST

VCC - + PORTA USB DEL MODULO BOOST

B+ - BATTERIA +

B- - BATTERIA -

La terza foto è stata scattata mentre stavo creando il codice. Questa è una configurazione temporanea creata per testare il codice, i moduli e il circuito. È facoltativo per voi ragazzi provare

Passaggio 6: INSERIMENTO DEL MAGNETE

1. Applicare la colla istantanea nella cavità per il magnete fornita sotto il foro della porta di ricarica.

2. Posiziona il magnete nella cavità e tieni premuto finché la colla non si asciuga usando qualcosa di non magnetico.

Il magnete aiuta a impedire che il dispositivo scivoli via o si muova quando viene utilizzato su una superficie metallica.

Passaggio 7: MODELLARE I SENSORI

Per rendere il dispositivo il più piccolo possibile, le staffe di montaggio del sensore IR tagliente e dell'encoder sono state tagliate utilizzando uno strumento rotante con attacco per la punta del disco da taglio.

Passaggio 8: POSIZIONAMENTO DEL DISPLAY OLED

1. Contrassegnare i nomi dei pin sul retro del display OLED in modo che le connessioni possano essere eseguite correttamente in seguito.

2. Posizionare il display OLED nella posizione corretta come mostrato nella seconda immagine. L'apertura per il display è progettata in modo tale che il display entri leggermente nelle pareti. Ciò garantisce che il display sia nella posizione e nell'orientamento corretti e che non si muova facilmente.

3. La colla a caldo viene applicata con cura intorno al display. La colla a caldo è preferita perché agisce come un ammortizzatore per il display e non sottopone a stress il display quando viene applicata.

Passaggio 9: ATTACCARE I PULSANTI A SFIORAMENTO E MPU6050

1. Viene utilizzato un adesivo a base di gomma.

2. L'adesivo viene applicato su entrambe le superfici.

3. Assicurandosi che tutti i punti di saldatura siano rivolti verso il lato aperto della custodia, posizionare i moduli nelle posizioni assegnate come mostrato nelle immagini.

4. Tenere il modulo e l'involucro leggermente premuti insieme per almeno 2 minuti dopo averli aderiti.

Passaggio 10: MODULO BOOST+RICARICA

Questo è un modulo che ho preso da un economico power bank a cella singola. Questo modulo ha sia un circuito di protezione della batteria che un convertitore boost 5v, 1 amp. Dispone inoltre di un pulsante ON/OFF che può essere utilizzato come interruttore di alimentazione per l'intero progetto. La porta USB femmina sul modulo è stata rimossa utilizzando un saldatore e due fili sono stati saldati ai terminali +5v e terra come mostrato nella quarta immagine.

Saldare 2 pin dell'intestazione maschio a B+ e B- come mostrato nelle prime due immagini e quindi verificare se il modulo funziona con le batterie.

Applicare la colla istantanea sulla piattaforma fornita per il modulo e posizionare delicatamente il modulo assicurandosi che la porta di ricarica e l'apertura prevista siano perfettamente allineate.

Passaggio 11: INSERIMENTO DELLA BATTERIA E DEL SENSORE IR SHARP

1. Il rivestimento del filo di rame smaltato viene rimosso riscaldando la punta del filo con il saldatore o un accendino fino a quando l'isolante non si scioglie. I fili vengono quindi saldati con cura al display OLED. Questo è fatto ora perché potrebbe essere difficile fare lo stesso dopo aver posizionato le batterie.

2. La batteria viene fatta scorrere sotto la piattaforma del modulo boost in modo tale che i suoi connettori siano rivolti nella direzione del display OLED, come mostrato nella terza immagine.

3. Il sensore IR nitido è inserito nell'apposito slot.

Step 12: ATTACCARE ARDUINO E BUZZER

1. Il convertitore da USB a seriale è saldato ad Arduino secondo lo schema elettrico fornito.

2. La colla a caldo viene utilizzata per attaccare l'Arduino al centro dell'involucro sopra le batterie.

3. I fili vengono saldati ai terminali del cicalino e quindi il cicalino viene spinto nella cavità circolare sull'involucro previsto come mostrato nella settima immagine.

Passaggio 13: ENCODER

1. I terminali dell'encoder vengono puliti con una lama.

2. Le resistenze sono saldate all'encoder.

3. I fili di rame sono saldati secondo lo schema elettrico.

4. L'asse in acciaio viene inserito nella ruota stampata in 3D. Se la ruota è troppo lenta, fissala con la colla istantanea.

5. Inserire la configurazione asse-ruota nell'encoder. Anche in questo caso, se è allentato, usa la colla istantanea. Ma questa volta, fai molta attenzione a non lasciare che la colla entri nei meccanismi dell'encoder.

6. Posizionare l'encoder all'interno del carter in modo che le ruote fuoriescano dall'apposito foro e assicurarsi inoltre che giri liberamente.

7. Utilizzare la colla a caldo per fissare l'encoder in posizione.

Fase 14: CABLAGGIO E SALDATURA

1. Il cablaggio del circuito viene eseguito secondo lo schema elettrico fornito nel passaggio "SCHEMA CIRCUITO" in precedenza.

2. I fili +ve e -ve di tutti i sensori e moduli sono collegati in parallelo alla fonte di alimentazione.

3. Assicurarsi che nessuno dei fili blocchi la vista del modulo IR o si impigli con la ruota dell'encoder.

Passaggio 15: CODIFICA

1. Scarica il codice e le librerie fornite di seguito.

2. Estrarre le cartelle della libreria. Copia queste cartelle nella cartella "librerie" nella cartella "Arduino" che si trova all'interno di "Documenti" del tuo computer (se sei un utente Windows).

3. Aprire il codice fornito ("filal_code") nell'IDE di Arduino e caricarlo su Arduino.

Passaggio 16: CALIBRAZIONE DI MPU6050

Poiché il modulo accelerometro/giroscopio MPU6050 è stato semplicemente incollato al case, potrebbe non essere perfettamente livellato. Pertanto si seguono i seguenti passaggi per correggere questo errore zero.

FASE 1: Collega il dispositivo al computer e posizionalo su una superficie che sai già essere perfettamente in piano (esempio: un pavimento piastrellato)

FASE 2: Vai alla modalità "LIVELLO" sul dispositivo toccando il pulsante "M" e annota i valori X e Y.

PASSO 3: Assegna questi valori alle variabili "calibx" e "caliby" nel codice.

PASSO 4: Carica di nuovo il programma.

Step 17: CALCOLO DISTANZA PERCORSO PER STEP DELL'ENCODER

Numero di passi per rotazione dell'albero dell'encoder, N = 24 passi

Il diametro della ruota, D = 12,7 mm

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

Pertanto, distanza percorsa per passo = C/N = 39,898/24 = 1,6625 mm

Se stai usando una ruota di diametro diverso o un encoder con un conteggio dei passi diverso, trova la distanza percorsa per mm sostituendo i tuoi valori nella formula sopra e una volta trovata la risoluzione, inserisci questo valore nella formula all'interno del codice come mostrato in la foto.

Compila e carica nuovamente il codice su Arduino.

Una volta eseguita la calibrazione dell'encoder e caricato il programma modificato, è possibile dissaldare e rimuovere il modulo convertitore da USB a seriale TTL da Arduino Pro Mini.

Passaggio 18: TESTARE TUTTO PRIMA DI CHIUDERE IL CASO

Cose da testare:

1. Se il caricabatterie può essere facilmente collegato alla porta e se le batterie si stanno caricando correttamente.

2. Il pulsante di accensione/spegnimento funziona o meno.

3. L'OLED mostra tutto nell'orientamento e nella posizione corretti con la giusta spaziatura.

4. I pulsanti a sfioramento funzionano tutti correttamente e sono etichettati correttamente.

5. Se l'encoder fornisce i valori della distanza quando viene ruotato.

6. I moduli MPU6050 e SHARP IR funzionano e forniscono le letture corrette.

7. Il cicalino sta suonando.

8. Assicurarsi che nulla all'interno si riscaldi quando è acceso. Se si verifica il riscaldamento, significa che il cablaggio è sbagliato da qualche parte.

9. Assicurarsi che tutto sia fissato in posizione e che non si muova all'interno dell'involucro.

Passaggio 19: POSIZIONAMENTO DELLA PROLUNGA DEL PULSANTE E INCOLLAGGIO DELLA CUSTODIA

UTILIZZO DI UN LED PER ESTENDERE L'ALBERO DEL PULSANTE

L'asta del pulsante sul modulo di ricarica è troppo corta per uscire dall'apertura sull'involucro. Quindi una testa LED da 3 mm viene utilizzata come extender.

1. Le gambe dei LED vengono tagliate utilizzando un tronchese.

2. Il lato piatto del LED è reso liscio e livellato con carta vetrata. Se il LED è troppo piccolo per essere maneggiato a mano, usa delle pinzette.

3. Posizionare la testina LED nell'apposito foro sul coperchio della custodia come mostrato nell'immagine. Assicurati che il led non sia stretto in quanto dovrebbe scorrere dentro e fuori quando viene premuto il pulsante

INCOLLARE IL CASO

1. Applicare con attenzione gli eventuali adesivi a base di gomma (ho usato Fevi Bond) lungo il bordo sia sul corpo che sul cappuccio.

2. Attendi da 5 a 10 minuti affinché la colla si asciughi leggermente, quindi premi entrambe le metà insieme. Assicurarsi che l'estremità libera dell'asse in acciaio della ruota fonica entri nell'apposito foro sul cappuccio.

3. Usa un carico pesante (ho usato una batteria UPS) per tenere premuti entrambi i pezzi mentre la colla si asciuga.

Un adesivo a base di gomma è stato consigliato qui perché nel caso in cui l'involucro debba essere aperto in futuro per la sostituzione della batteria o la riprogrammazione, può essere fatto facilmente passando una lama o un coltello affilato lungo il giunto.

Passaggio 20: ETICHETTATURA DEI PULSANTI A SFIORAMENTO

L'etichettatura viene eseguita per identificare facilmente le posizioni e le funzioni dei pulsanti a sfioramento.

Gli alfabeti sono stati ritagliati da un foglio di adesivi bianchi usando il mio laser cutter fatto in casa.

I pezzi tagliati sono stati rimossi dal foglio principale utilizzando una pinzetta e quindi applicati sul dispositivo nella posizione e nell'orientamento corretti.

Altezza massima dell'alfabeto: 8 mm

Larghezza massima dell'alfabeto: 10 mm

AVVERTENZA: INDOSSARE OCCHIALI DI SICUREZZA CON BLOCCAGGIO LASER QUANDO SI LAVORA CON UN INCISORE LASER O UN CUTTER

Passo 21: RISULTATI

Il dispositivo è finalmente pronto. Se avete dubbi o suggerimenti sul progetto, fatemelo sapere attraverso i commenti.

GRAZIE

Primo Premio al Concorso Tascabile