Interfaccia wireless Bluetooth per calibri e indicatori Mitutoyo: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Ci sono milioni di calibri, micrometri, indicatori e altri dispositivi Mitutoyo Digimatic nel mondo di oggi. Molte persone come me usano questi dispositivi per raccogliere dati direttamente in un PC. Ciò elimina la necessità di accedere e digitare a volte centinaia di valori, ma presenta anche alcuni problemi relativi all'avere un laptop nel negozio in cui i laptop potrebbero cadere o danneggiarsi in altro modo. Ciò è particolarmente vero se le misurazioni vengono effettuate su parti di grandi dimensioni o in situazioni in cui il cavo dati Mitutoyo standard non è abbastanza lungo.

Alcuni anni fa ho costruito un dispositivo simile basato su moduli Bluetooth HC-05 e alcune schede microcontrollore Arduino che mi avrebbero permesso di lasciare il laptop al sicuro su un tavolo e di vagare fino a 50 piedi per effettuare misurazioni. Questo dispositivo ha funzionato benissimo ma ha avuto diversi problemi. Non c'era alcuna indicazione di quando la batteria del trasmettitore era completamente carica, nessuna indicazione dello stato della connessione Bluetooth e indicazione della corretta trasmissione dei dati. Inoltre era grande e goffo e sembrava letteralmente un progetto scientifico! Anche con queste limitazioni, gli altri ragazzi del negozio hanno preferito usarlo sul cavo dati USB Mitutoyo.

Questo progetto supera i limiti del vecchio dispositivo, aggiunge più funzionalità ed è un po' più professionale per meno di $ 100.

Passaggio 1: come funziona:

L'interfaccia è composta da due parti, un trasmettitore e un ricevitore. Collegare il trasmettitore allo strumento utilizzando il cavo dati collegato in modo permanente e collegare il ricevitore a un PC utilizzando un cavo dati micro USB.

Sul trasmettitore, facendo scorrere l'interruttore verso l'estremità del cavo si accende. All'estremità del ricevitore il LED blu inizialmente lampeggia indicando l'assenza di connessione, quando viene effettuata una connessione il LED smetterà di lampeggiare e rimarrà acceso continuamente. Il trasmettitore e il ricevitore sono ora collegati.

Il trasmettitore (dispositivo in basso nella foto) si collega allo strumento e legge il flusso di dati Mitutoyo non elaborato ogni volta che viene premuto il pulsante "dati". Quindi formatta i dati utilizzando le informazioni nel flusso di dati come la posizione del punto decimale, il segno e le unità. Quindi costruisce una stringa ASCII da questi dati e la invia attraverso il modulo Bluetooth HM-10 nel trasmettitore all'HM-10 sul lato del ricevitore.

Sul ricevitore (dispositivo in alto nella foto) l'HM-10 invia i caratteri ASCII inviati dall'HM-10 trasmittente comprendenti la misura all'Arduino Pro Micro che poi li invia tramite il cavo USB al PC. Emula una tastiera per farlo, quindi i dati vengono quindi iniettati nell'applicazione aperta, nel mio caso Excel. I dati sono seguiti da caratteri che fanno passare il cursore alla riga successiva. Una cosa bella di questo è che puoi cambiarlo per fare quello che vuoi se hai bisogno di inserire dati in un software personalizzato. Il ricevitore invia quindi una richiesta all'HM-10 sul trasmettitore per far lampeggiare il lato blu del LED per indicare all'operatore che i dati sono stati ricevuti con successo. Il modulo ricevitore elimina anche i caratteri dal flusso di dati in entrata associato al controllo remoto dell'HM-10 sul ricevitore.

La ricarica del trasmettitore viene eseguita con una ricarica micro USB o un cavo collegato alla presa USB sul trasmettitore, il LED sul ricevitore si illuminerà di rosso durante la ricarica e si spegnerà quando la ricarica è completa.

Ci sono altre funzioni trattate in seguito per quanto riguarda l'elaborazione che può essere eseguita per assicurare che tutti i valori siano in unità metriche o standard o per avvertire se hai accidentalmente premuto il pulsante +/- rendendo tutte le misurazioni negative. Puoi anche controllare la tensione della batteria del trasmettitore.

Fase 2: Preparazione:

Oltre ai materiali menzionati in questo Instructable, ci sono alcuni altri elementi per configurare e programmare i moduli e i microcontrollori Bluetooth HM-10. Avrai bisogno di un adattatore seriale UART da USB a TTL per configurare i moduli Bluetooth, un Arduino per fungere da programmatore per il microcontrollore ATTiny85 (o programmatore simile che può funzionare con l'IDE Arduino) e, naturalmente, cavi di collegamento per eseguire la configurazione e programmazione. L'ATTiny85 in questo Instructable è stato programmato utilizzando un clone Arduino Nano e un condensatore elettrolitico da 10 uf collegato tra i pin RST e GND. L'altro hardware funzionerà se lo hai, ma potresti dover ricercare le modifiche nella procedura necessarie per questo. Questo Instructable presuppone che tu abbia familiarità con l'IDE di Arduino e che ti trovi a tuo agio nell'usarlo, altrimenti sono necessari Google e un po' di pazienza.

Prima di configurare i moduli Bluetooth sarebbe una buona idea leggere il tutorial BLE di Martyn Currey su https://www.martyncurrey.com/hm-10-bluetooth-4ble-modules/ Questo articolo contiene informazioni su come riconoscere quelli reali dai falsi, impostare l'abbinamento, i ruoli, le modalità e le informazioni sull'aggiornamento del firmware per i moduli HM-10 utilizzati in questo Instructable.

Attenzione ai falsi HM-10 sul mercato. Il collegamento nel BOM fornito in questo Instructable è a quelli reali (o almeno a quelli con firmware reale su di essi quando li ho acquistati lo scorso autunno). Ottenere quelli falsi non è un problema, ma se finisci con i falsi ci vogliono alcuni passaggi in più per farli funzionare come necessario per Instructable in quanto devono avere il firmware reale prima di poter essere configurati correttamente. Se ottieni un falso, puoi eseguire il flashing del firmware reale su di esso utilizzando il seguente tutorial https://www.youtube.com/embed/ez3491-v8Og Ci sono altri tutorial su come eseguire il flashing del firmware HM-10 su CC2541 moduli (falsi). Le foto in questo Instructable mostrano moduli falsi che ho dovuto flashare con il firmware HM-10 durante la creazione di questa interfaccia (questa è la terza che ho costruito). Quelli veri costano circa $ 6 al paio e quelli falsi costano $ 3 al paio, vale la pena spendere $ 3 in più per ottenere quelli veri. Ti consiglio vivamente di acquistare veri moduli HM-10!

Un paio di definizioni non incluse di default nell'IDE Arduino sono necessarie per il microcontrollore Sparkfun Arduino Pro Micro e ATTiny85 utilizzato in questo Instructable.

Puoi aggiungere il supporto per queste parti all'IDE Arduino aggiungendo i seguenti collegamenti al tuo gestore di schede.

Per l'ATTiny85:

raw.githubusercontent.com/damellis/attiny/ide-1.6.x-boards-manager/package_damellis_attiny_index.json

Per Sparkfun Arduino Pro Micro:

raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

Separare queste due voci con una virgola come mostrato nell'immagine.

Inoltre avrai bisogno di una speciale libreria seriale a ingombro ridotto per il modulo trasmettitore:

SendOnlySoftwareSerial:

Fase 3: IL CONSIGLIO

La scheda che ho progettato per questo Instructable può essere ordinata da JLCPCB o da qualche altro sito come Seedstudio ect se usi i file gerber allegati a questo Instructable. L'ho progettato utilizzando easyeda.com. Ecco un link alla bacheca di easyeda. https://easyeda.com/MrFixIt87/mitutoyo-bluematic-spc-smt-mcp73831 Se c'è abbastanza interesse, potrei farmi realizzare alcuni PCB e venderli a buon mercato su ebay.

Questa scheda deve essere tagliata in due schede separate (una per il trasmettitore e una per il ricevitore). I tagli seguiranno i contorni bianchi al centro del PCB nell'immagine sopra e un angolo della scheda del trasmettitore. Questi tagli seguiranno le linee rosse disegnate sull'immagine del PCB sopra. Prestare attenzione quando si tagliano le schede, in particolare nelle tacche agli angoli della scheda del trasmettitore. Questi tagli si avvicinano molto alle tracce sul tabellone. Una serie di file fini è utile qui.

La maggior parte dei componenti può essere ordinata da Digi-Key o Mouser, ecc., I numeri di parte Digi-Key sono inclusi nella distinta base per gli articoli che hanno. Alcuni degli articoli che ho acquistato su eBay, Amazon o AliExpress. Ho incluso i collegamenti agli articoli su quei siti, se necessario, nella distinta base.

Il file BOM.pdf è il più facile da leggere e gli URL sono collegamenti cliccabili.

Passaggio 4: configurazione del modulo HM-10, programmazione micro Arduino Pro

È una buona idea ottenere i moduli HM-10 prima di ogni altra cosa e assicurarsi di configurarli correttamente e di farli funzionare in coppia poiché sul mercato ce ne sono molti falsi e richiede un paio di passaggi in più per installare il vero firmware sui falsi. Solo il vero firmware HM-10 consente al ricevitore di far lampeggiare a distanza il LED sul trasmettitore quando viene premuto il pulsante "dati". Non aggiornare il firmware oltre V6.05.

Il tutorial di Martyn Currey è molto utile per questo. Se lo segui, non avrai problemi. Assicurati anche di ottenere moduli a corona nudi come quello sul lato destro nell'immagine per questo passaggio. Saldarli al PCB se necessario per facilitare il collegamento dei cavi temporanei per la configurazione. Non saldare altri componenti su entrambi i PCB finché non si dispone di una coppia di moduli BLE funzionanti. Solo i pin 1, 2, 12-15, 21-25 devono essere saldati.

Sul PCB Tx l'HM-10 avrà bisogno della seguente configurazione:

Accoppiamento: accoppiare ad altri HM-10 (utilizzare un monitor seriale per verificare il flusso di dati tra i moduli quando è collegato)

Ruolo: periferico

Modalità: 2

Sul PCB Rx l'HM-10 avrà bisogno della seguente configurazione:

Accoppiamento: deve accoppiarsi con la periferica HM-10 sopra

Ruolo: centrale

Modalità: (nessuna, solo la periferica ha una modalità)

Programma Arduino pro micro con lo sketch chiamato Mitutoyo_Keyboard… sopra. Assicurati di scegliere la versione a 3,3 V 8 MHz di Arduino Pro micro nel gestore della scheda dell'IDE Arduino durante il caricamento sulla scheda. Assicurati anche di avere tutte le librerie di riferimento installate. Ho usato la versione Sparkfun del pro micro (rosso) ma sono disponibili cloni su ebay che funzioneranno anche, assicurati di ottenere una scheda da 3,3 V 8 MHz con il microcontrollore Atmel 32U4 e NON un ATMega328P. Prendi anche uno blu che assomigli a quello rosso Sparkfun in questo Instructable e non uno nero, quelli neri sono troppo larghi per adattarsi allo schema dei fori sul PCB).

Passaggio 5: assemblaggio dei componenti, montaggio dei PCB negli involucri

Per il PCB Tx, saldare gli altri componenti sul PCB. È una buona idea saldare il connettore USB sulla scheda BLE Tx prima degli altri componenti in quest'area. Potrebbe essere una buona idea saldare l'intestazione ICSP sulla scheda BLE Tx per ultima. Nota come i cavi del LED bicolore sono "piegati", in origine l'idea era di farlo passare attraverso il lato dell'involucro, ma in seguito ho deciso di utilizzare un involucro traslucido in modo che il LED non dovesse essere attorcigliato anche se un foro durante il montaggio. Aggiunge anche un bell'effetto quando il lato blu del LED lampeggia dopo che è stata trasmessa una misurazione. Per il LED bicolore il cavo più corto è blu, il centro è l'anodo comune.

A questo punto misurare la posizione dell'interruttore, del connettore USB e praticare dei fori nella custodia per questi elementi. Ho scoperto che è meglio far passare il cavo dati dal lato sinistro (come nella foto) della scatola (foro da 0,25 centrato sulla larghezza e l'altezza della custodia). Testare attentamente il PCB regolando le dimensioni del fori fino a quando l'interruttore si muove liberamente e il connettore USB si inserisce nell'apertura. Installare 2 viti n. 2 per tenere il PCB in posizione (tuttavia, se l'adattamento è aderente, il PCB sarà comunque prigioniero e non avrà davvero bisogno di viti).

Sul PCB Rx saldare l'Arduino pro micro sul PCB utilizzando le due intestazioni a 7 pin. Regolare l'apertura sul lato del connettore USB dell'involucro del PCB Rx per consentire al PCB di aderire saldamente all'interno dell'involucro. Notare nell'immagine di questo assieme che il LED si estende lontano dalla scheda. Questo serve per posizionare saldamente il PCB all'interno della scatola e funziona abbastanza bene in realtà con il gommino più piccolo. Regolare con attenzione la lunghezza del cavo del LED in modo da ottenere una perfetta aderenza dopo il montaggio. Il PCB è contrassegnato in rosso e blu, il cavo più corto sul LED è il cavo blu, il centro è l'anodo comune. Agganciare il coperchio sulla custodia Rx, il gioco è fatto.

Passaggio 6: programmare ATTiny85, saldare nei collegamenti del cavo dati, collegare la batteria

Ora è il momento di programmare l'ATTiny85. Ho usato un clone di Arduino Nano eseguendo lo sketch di esempio dell'ISP Arduino. Il Nano richiede un condensatore elettrolitico da 10uf installato tra GND e RST (- portare a GND) per la programmazione. I dettagli della connessione dei pin sono nello sketch dell'ISP Arduino. L'intestazione ICSP sul PCB in questo progetto ha i nomi dei pin stampigliati, quindi le connessioni dovrebbero essere semplici.

Assicurati di avere ATTiny85, flash 8kB e le opzioni di clock interno 8MHz selezionate nel gestore della scheda durante il caricamento su ATTiny85 come mostrato nell'immagine.

Fatto ciò, installa il passacavo grande. Tagliare il cavo dati a circa 8"-10" dall'estremità dello strumento e rimuovere la guaina esterna rivelando un paio di pollici dei cavi interni. Lasciare i fili di schermatura a circa 1/2 "dal coperchio a strisce come mostrato. Ho saldato la schermatura del cavo dati all'interruttore per dargli forza contro l'estrazione in uso sebbene ci sia anche un grande foro nel PCB in questo sono per quello se vuoi seguire quella strada. Salda i singoli fili al PCB come mostrato, i colori dei fili dati sono serigrafati sul PCB nei fori appropriati.

Collegare la batteria come mostrato, fare attenzione alla polarità poiché l'inversione brucerà il chip del caricatore/gestore LiPo sul PCB in breve tempo (non chiedere come lo so…)

Passaggio 7: test, utilizzo, menu delle funzioni avanzate

Ora installa la copertura. Hai finito!

Tutte e 4 le unità che ho costruito finora hanno del velcro per attaccare il trasmettitore allo strumento e il ricevitore alla parte superiore del coperchio del laptop. In pratica funziona molto bene. Installa il lato sfocato in velcro (anello) sulla parte superiore del coperchio del laptop, il lato ruvido (gancio) sulla custodia del ricevitore. Installare il lato fuzzy (anello) sulla custodia del trasmettitore e il lato ruvido (gancio) sul retro del calibro o dell'indicatore. In questo modo puoi riporre il trasmettitore e il ricevitore insieme quando non sono in uso e ha anche il lato sfocato morbido sul coperchio del laptop.

Testare la carica della batteria collegando un cavo micro USB al connettore USB sul modulo Tx, se la batteria non è completamente carica il LED dovrebbe accendersi in rosso. A volte il LiPo è così vicino alla carica completa che il caricabatterie IC non lo caricherà, quindi non preoccuparti se il LED non si accende inizialmente.

Ora puoi collegare il cavo dati a un calibro o un indicatore (qualsiasi cosa che prenda il tipo di cavo che hai usato).

Collega l'estremità Rx a un cavo dati micro USB (deve essere un cavo dati e non solo un cavo di ricarica) e a una porta USB del PC. Potrebbe essere necessario installare il driver che gli consente di agire come una tastiera, ma dovrebbe essere automatico. Accendere il modulo Tx utilizzando l'interruttore. Il LED sul modulo Rx dovrebbe lampeggiare per alcuni secondi, quindi rimanere acceso quando viene stabilita una connessione.

Eseguire il test premendo il pulsante dati sul cavo che collega il calibro al modulo trasmettitore. Dovresti vedere la misurazione sullo schermo del PC. L'Arduino Pro Micro funziona come una tastiera HID e inserirà le misurazioni in arrivo direttamente ovunque si trovi il cursore sul tuo PC.

La programmazione nel modulo trasmettitore consente una serie di opzioni. È possibile accedere a questo menu misurando 0 cinque volte consecutivamente. Una volta in modalità menu, per selezionare un'opzione di menu misurare un valore negativo che inizia con il numero dell'opzione nel menu, ad esempio per convertire automaticamente tutte le misurazioni in metriche, misurare un valore negativo con 1 come prima cifra diversa da zero. (-1,xx mm o -0,1 pollici per esempio). Per tornare alla modalità normale, misurare 0 cinque volte, quindi misurare un valore negativo che inizia con un 3 come prima cifra diversa da zero). È programmato in questo modo per evitare di configurare accidentalmente le opzioni. Se in modalità menu si misura di nuovo 0 o qualsiasi valore positivo annulla automaticamente la modalità menu e torna alla modalità normale.

Le opzioni del menu sono:

1. Converti automaticamente tutte le misurazioni in unità metriche (se necessario)
2. Converti automaticamente tutte le misurazioni in unità standard (se necessario)
3. Annulla la conversione automatica delle unità
4. Rifiuta misurazioni negative (stampa un messaggio di avviso)
5. Annulla il rifiuto di misurazioni negative
6. Misurare e stampare la tensione della batteria del trasmettitore (non documentato nel menu)

Quando si accede alla modalità menu, tutte le opzioni attive vengono stampate in alto come promemoria delle opzioni attive. Tutte le opzioni sono memorizzate in EEPROM e vengono mantenute dopo lo spegnimento dell'unità o l'esaurimento della batteria. La durata della batteria per le unità che ho costruito è di circa 45 ore di uso continuo e la ricarica richiede circa 3 ore dal completo esaurimento.

Una funzione non documentata consiste nell'entrare in modalità menu (0 cinque volte) quindi misurare un valore negativo che inizia con 6 come prima cifra diversa da zero, che fa sì che misuri e stampi la tensione attuale della batteria come mostrato nel video allegato.

La mia esperienza con le 3 unità che ho costruito è che la gamma è fino a circa 50 piedi in un ambiente di negozio aperto.

Passaggio 8: Considerazioni finali - Potenziali modifiche / Nuove funzionalità / Hackability

Anche se a questo punto avrai un'interfaccia perfettamente fruibile che potrà essere utilizzata con milioni di dispositivi nel mondo, non è affatto finita, nel senso che non si può fare altro. Una delle cose dolci di adottare questo approccio piuttosto che acquistare Mitutoyo U-Wave è che ora hai un dispositivo che può essere personalizzato in molti modi.

Potresti usare altri cavi Mitutoyo per connetterti al trasmettitore invece di quello che ho usato per questo Instructable se il tuo dispositivo utilizza un cavo diverso. I colori dei cavi interni e dei segnali dovrebbero essere gli stessi su tutti i cavi Mitutoyo. Tieni presente che il cavo avrebbe bisogno di un pulsante dati per attivare la misurazione o che sarebbero stati escogitati altri mezzi per attivare la misurazione. Una richiesta di misura può essere inviata allo strumento collegando brevemente la coppia di fili verde/bianco a massa (il filo blu nel cavo del misuratore). Questo potrebbe essere fatto installando un interruttore o un jack audio da 1/8 nella scatola del trasmettitore collegato a quei fili e collegando un interruttore esterno attraverso di esso. Se si dispone di un indicatore montato in un apparecchio o non è necessario toccare l'indicatore, l'approccio jack audio sarebbe l'ideale.

Se tutto ciò di cui hai bisogno sono dati seriali (RS232 TTL, SPI, I2C ecc.) che possono essere ottenuti modificando il codice sul ricevitore e collegandoti direttamente ai pin del Pro Micro che scegli di utilizzare per l'output dei dati.

Telecomando: Un'altra possibilità interessante sarebbe quella di collegare un transistor tra la coppia verde/bianco e la massa blu del misuratore con il gate collegato al pin 26 dell'HM-10. Quindi, dall'estremità del ricevitore, collegare un rilevatore remoto IR a 38kHz con il pin di uscita al pin 7 del ricevitore Arduino Pro Micro, quindi modificare il codice su questo microcontrollore per cercare comandi specifici da qualsiasi telecomando a infrarossi e quindi attivare il transistor installato nel trasmettitore tramite una chiamata remota AT+PI031 / AT+PI030 simile a il modo in cui ora lampeggia il LED blu sul trasmettitore. Ciò darebbe la possibilità di attivare letture da una posizione remota che in determinate circostanze potrebbe essere molto utile. Potrei progettare un altro PCB con questa funzionalità integrata.

Sono sicuro che ci sono molte altre funzionalità possibili, per favore commenta con suggerimenti, pensieri e idee.

Ora c'è un dispositivo di comunicazione dati wireless commerciale disponibile da Mitutoyo, ma quando ho controllato il prezzo era di circa $ 800 per il sistema. Il costo totale di costruzione di questo dispositivo è di circa $ 100 e può essere inferiore, soprattutto se si utilizza un Arduino Pro Micro e o si dispone di un cavo dati Mitutoyo in giro da utilizzare per connettersi al misuratore poiché questi sono due degli articoli più costosi del BOM. Dubito seriamente che Mitutoyo U-Wave sia hackerabile per aggiungere funzionalità come questa.

Spero che questo Instructable ti sia piaciuto, è il mio primo!

Si prega di lasciare commenti, domande, feedback, idee e suggerimenti! Se ti piace, vota per il PCB contest! Grazie!!!!

Secondo classificato al PCB Contest