HERRAMIENTA DE MEDICIÓN DIGITAL MULTIFUNCIÓN: 21 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

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Hola a todos. Siempre había querido un dispositivo que me ayudara a nivelar la base de mi impresora 3D y algún otro dispositivo que me ayudara a obtener una longitud aproximada de una superficie curva para poder cortar fácilmente la longitud correcta de adhesivo para aplicar en esa superficie y evitando así el desperdicio. Así que pensé por qué no combinar ambas ideas y crear un único dispositivo que pueda hacer ambas cosas. Por fin, terminé construyendo un dispositivo que no solo puede medir líneas curvas y la nivelación de la superficie, sino que también puede medir distancias en línea recta y el ángulo de una línea. Básicamente, este dispositivo funciona como un nivel digital todo en uno + regla + transportador + medida de rollo. El dispositivo es lo suficientemente pequeño como para caber en un bolsillo y sus baterías se pueden recargar fácilmente con un cargador de teléfono.

Este dispositivo utiliza un sensor de acelerómetro y giroscopio para medir con precisión la nivelación y el ángulo de la superficie, un sensor de infrarrojos nítido para medir la longitud lineal sin contacto y un codificador con una rueda que se puede rodar sobre una superficie curva o una línea curva para obtenga su longitud.

La navegación a través de los modos y funciones del dispositivo se realiza mediante 3 botones táctiles marcados como M (modo), U (unidad) y 0 (cero)

M - Para elegir entre diferentes tipos de medidas

U - Para elegir entre las unidades mm, cm, pulgadas y metro

0: para restablecer los valores medidos a 0 después de medir una distancia o un ángulo.

La razón para usar botones táctiles es navegar suavemente a través de los modos y unidades sin alterar la posición del dispositivo durante la medición.

El dispositivo tiene un imán de neodimio incrustado en su base para que no se deslice ni se deslice de la superficie metálica que se está midiendo.

La carcasa está diseñada para hacer que el dispositivo sea lo más compacto posible y también para ser impreso en 3D fácilmente.

Paso 1: COMPONENTES Y MÓDULOS REQUERIDOS

Los componentes se eligieron teniendo en cuenta que este dispositivo está diseñado para caber dentro de un bolsillo. Así que se utilizaron los más pequeños de la pantalla, la batería y los sensores que pude encontrar.

1. estuche impreso en 3d

2. Sensor de distancia IR Sharp GP2Y0A41SK0F X 1 (Aliexpress)

3. Módulo de acelerómetro / giroscopio MPU6050 X 1 (Aliexpress)

4. Módulo de carga Boost + X 1 (Aliexpress)

5. Codificador Grove Mouse X 1 (Aliexpress)

6. Pantalla OLED de 128 X 32 X 1 (Aliexpress)

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

8. Zumbador de 12 mm X 1 (Aliexpress)

9. Batería lipo de 3,7 v, 1000 mah X 1 (Aliexpress)

10. Módulo de botón táctil TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. imán de neodimio de 20x10x2 mm X 1 (Aliexpress)

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

13. Alambre de cobre esmaltado (Aliexpress)

14. Resistencias de 10K X 2

15. 19 (longitud) X2 (dia) mm eje de acero X 1

16. LED de 3 mm X 1

17. Cualquier rollo de pegatinas de vinilo (Aliexpress)

18. Cable micro USB

MPU6050

MPU6050 es un dispositivo mems que consta de un acelerómetro de 3 ejes y un giroscopio de 3 ejes. Esto nos ayuda a medir la aceleración, la velocidad, la orientación y el desplazamiento. Este es un dispositivo basado en I2C que funciona con 3.3 a 5v. En este proyecto, el MPU6050 se usa para medir si una superficie está nivelada o no y también para medir el ángulo de una línea.

CODIFICADOR DE RATÓN GROVE

Este es un codificador rotatorio incremental mecánico con datos de retroalimentación de la dirección de rotación y la velocidad de rotación. Usé este codificador porque es el codificador más pequeño que pude encontrar y la parte de programación también fue fácil. Este codificador tiene 24 pasos por rotación. Con esto podemos calcular la distancia recorrida por la rueda en el codificador si se conoce el diámetro de la rueda. Los cálculos sobre cómo hacer esto se discuten en los pasos posteriores de este instructivo. Este proyecto utiliza el codificador para medir distancias de líneas curvas.

MÓDULO DE DISTANCIA IR SHARP GP2Y0A41SK0F

Este es un sensor analógico que proporciona un voltaje variable como salida en función de la distancia del objeto al sensor. A diferencia de otros módulos de infrarrojos, el color del objeto que se detecta no afectará la salida del sensor. Hay muchas versiones de sensores nítidos, pero el que estamos usando tiene un alcance de 4 a 30 cm. El sensor opera un voltaje entre 4.5 y 5.5 voltios y consume solo 12 mA de corriente. Los cables rojo (+) y negro (-) son los cables de alimentación y el tercer cable (blanco o amarillo) es el cable de salida analógica. El sensor se utiliza en este proyecto para medir distancias lineales sin contacto.

Paso 2: HERRAMIENTAS REQUERIDAS

1. Un par de tijeras

2. Cortadores de cajas o cualquier otra cuchilla súper afilada

3. pinzas

4. Pistola de pegamento caliente

5. Pegamento instantáneo (como superpegamento)

6. Adhesivo a base de caucho (como un adhesivo fevi)

7. Soldador y plomo

8. cortador láser

9. impresora 3D

10. Una herramienta rotativa con broca de corte de disco

11. Cortadores de alambre

12. Papel de lija

Paso 3: archivos STL para imprimir en 3D

La carcasa de este dispositivo se diseñó en el software Autodesk Fusion 360. Hay 3 piezas. Los archivos STL para estas piezas se dan a continuación.

Los archivos "LID" y "wheel" se pueden imprimir sin soportes, mientras que el archivo "BODY" necesita soporte. Los imprimí a una altura de capa de 0,2 mm con un relleno del 100% utilizando PLA verde. La impresora utilizada es una tarántula TEVO.

Paso 4: CUBRIR LA CARCASA CON VINILO

1. Utilice papel de lija fino para suavizar todas las superficies exteriores de las piezas impresas en 3D para que la pegatina de vinilo se adhiera fácilmente.

2. Utilice un paño húmedo para eliminar todas las partículas finas que puedan quedar en las superficies después del lijado.

3. Después de que la superficie se seque, aplique la pegatina de vinilo en la superficie. Asegúrese de que no haya burbujas de aire atrapadas.

4. Utilice unas tijeras para recortar el exceso de adhesivo alrededor de los bordes.

5. Ahora aplique adhesivo alrededor de los lados de la carcasa y recorte el exceso.

6. Utilice un cortador de cajas o cualquier otra maquinilla de afeitar para cortar los orificios de la pantalla OLED, el puerto de carga, la rueda del codificador y el sensor de infrarrojos nítido.

ADVERTENCIA: TENGA MUCHO CUIDADO CON LAS HOJAS Y HERRAMIENTAS AFILADAS

Paso 5: DIAGRAMAS DE CIRCUITOS

PROGRAMAR UN PRO MINI

A diferencia de Arduino nano, pro mini no se puede programar directamente conectando un cable USB, ya que no tiene un convertidor TTL de USB a serie integrado. Por lo tanto, primero debemos conectar un convertidor de USB a serie externo al pro mini para poder programarlo. La primera imagen muestra cómo se realizarán estas conexiones.

Vcc - 5 V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

ESQUEMA DE CIRCUITO COMPLETO

La segunda imagen muestra el diagrama de circuito completo de este proyecto.

D2 - INT MPU6050

D3 - E / S (MODO)

D5 - E / S (UNIDAD)

D6 - E / S (CERO)

D7 - + (1) CODIFICADOR

D8 - + (2) CODIFICADOR

A0 - E / S SHARP IR

A1 - + Zumbador

A4 - SDA (OLED Y MPU6050)

A5 - SCL (OLED Y MPU6050)

GND - GND DE TODOS LOS MÓDULOS Y SENSORES Y MÓDULO BOOST

VCC - + DEL PUERTO USB DEL MÓDULO BOOST

B + - BATERÍA +

B- - BATERIA -

La tercera foto fue tomada mientras estaba creando el código. Esta es una configuración temporal que se hizo para probar el código, los módulos y el circuito. Es opcional para ustedes intentarlo

Paso 6: INSERCIÓN DEL IMÁN

1. Aplique pegamento instantáneo en la cavidad del imán que se encuentra debajo del orificio del puerto de carga.

2. Coloque el imán en la cavidad y manténgalo presionado hasta que el pegamento se seque con algo no magnético.

El imán ayuda a evitar que el dispositivo se deslice o se mueva cuando se usa sobre una superficie metálica.

Paso 7: DANDO FORMA A LOS SENSORES

Para hacer que el dispositivo sea lo más pequeño posible, los soportes de montaje del sensor IR afilado y el codificador se cortaron con una herramienta giratoria con un accesorio de broca de disco de corte.

Paso 8: COLOCACIÓN DE LA PANTALLA OLED

1. Marque los nombres de los pines en la parte posterior de la pantalla OLED para que las conexiones se puedan realizar correctamente más adelante.

2. Coloque la pantalla OLED en la posición correcta como se muestra en la segunda imagen. La apertura de la pantalla está diseñada de tal manera que la pantalla entre ligeramente en las paredes. Esto asegura que la pantalla esté en la posición y orientación correctas y no se mueva fácilmente.

3. Se aplica pegamento caliente con cuidado alrededor de la pantalla. Se prefiere el pegamento caliente porque actúa como un amortiguador para la pantalla y no ejerce presión sobre la pantalla cuando se aplica.

Paso 9: COLOCACIÓN DE LOS BOTONES TÁCTILES Y MPU6050

1. Se utiliza un adhesivo a base de caucho.

2. El adhesivo se aplica a ambas superficies.

3. Asegurándose de que todos los puntos de soldadura estén orientados hacia el lado abierto de la carcasa, coloque los módulos en sus lugares asignados como se muestra en las imágenes.

4. Mantenga el módulo y la carcasa presionados suavemente juntos durante al menos 2 minutos después de adherirlos.

Paso 10: MÓDULO DE CARGA + BOOST

Este es un módulo que saqué de un banco de energía de una sola celda barata. Este módulo tiene tanto un circuito de protección de batería como un convertidor de refuerzo de 5 V y 1 amperio. También tiene un botón de encendido / apagado que se puede usar como interruptor de encendido para todo el proyecto. El puerto USB hembra del módulo se quitó con un soldador y se soldaron dos cables a los terminales de + 5v y tierra como se muestra en la cuarta imagen.

Suelde 2 clavijas de cabezal macho a B + y B- como se muestra en las dos primeras imágenes y luego verifique si el módulo funciona con las baterías.

Aplique pegamento instantáneo en la plataforma provista para el módulo y coloque el módulo con cuidado asegurándose de que el puerto de carga y la abertura que lo proporcionan estén perfectamente alineados.

Paso 11: COLOCACIÓN DE LA BATERÍA Y EL SENSOR DE IR AFILADO

1. El revestimiento del alambre de cobre esmaltado se quita calentando la punta del alambre con el soldador o un encendedor hasta que el aislamiento se derrita. Luego, los cables se sueldan cuidadosamente a la pantalla OLED. Esto se hace ahora porque puede ser difícil hacer lo mismo después de colocar las baterías.

2. La batería se desliza debajo de la plataforma del módulo de refuerzo de tal manera que sus conectores de cables estén orientados en la dirección de la pantalla OLED como se ve en la tercera imagen.

3. El sensor de infrarrojos nítido se inserta en la ranura que se le proporciona.

Paso 12: COLOCAR EL ARDUINO Y EL ZUMBADOR

1. El convertidor de USB a serie está soldado al Arduino de acuerdo con el diagrama de circuito proporcionado.

2. Se usa pegamento caliente para pegar el Arduino en el medio de la carcasa sobre las baterías.

3. Los cables se sueldan a los terminales del zumbador y luego el zumbador se empuja en la cavidad circular en la carcasa provista para él como se ve en la séptima imagen.

Paso 13: CODIFICADOR

1. Los terminales del codificador se limpian con una cuchilla.

2. Las resistencias están soldadas al codificador.

3. Los cables de cobre se sueldan de acuerdo con el diagrama del circuito.

4. El eje de acero se inserta en la rueda impresa en 3D. Si la rueda está demasiado floja, fíjela con pegamento instantáneo.

5. Inserte la configuración de la rueda del eje en el codificador. Nuevamente, si está suelto, use pegamento instantáneo. Pero esta vez, tenga mucho cuidado de que no entre pegamento en los mecanismos del codificador.

6. Coloque el codificador dentro de la carcasa de manera que las ruedas sobresalgan por la abertura provista y también asegúrese de que gire libremente.

7. Utilice pegamento caliente para fijar el codificador en su lugar.

Paso 14: CABLEADO Y SOLDADURA

1. El cableado del circuito se realiza de acuerdo con el diagrama de circuito dado en el paso "DIAGRAMA DE CIRCUITO" anteriormente.

2. Los cables + ve y -ve de todos los sensores y módulos están conectados en paralelo a la fuente de alimentación.

3. Asegúrese de que ninguno de los cables bloquee la vista del módulo de infrarrojos o se enrede con la rueda del codificador.

Paso 15: CODIFICACIÓN

1. Descargue el código y las bibliotecas que se proporcionan a continuación.

2. Extraiga las carpetas de la biblioteca. Copie estas carpetas en la carpeta "bibliotecas" en la carpeta "Arduino" que se encuentra dentro de "Mis documentos" de su computadora (si es un usuario de Windows).

3. Abra el código proporcionado ("filal_code") en Arduino IDE y cárguelo en Arduino.

Paso 16: CALIBRACIÓN DE MPU6050

Dado que el módulo de acelerómetro / giroscopio MPU6050 estaba pegado a la carcasa, es posible que no esté perfectamente nivelado. Por lo tanto, se siguen los siguientes pasos para corregir este error cero.

PASO 1: Conecte el dispositivo a su computadora y colóquelo en una superficie que ya sabe que está perfectamente nivelada (ejemplo: un piso de baldosas)

PASO 2: Vaya al modo "NIVEL" en el dispositivo tocando el botón "M" y anote los valores X e Y.

PASO 3: Asigne estos valores a las variables "calibx" y "caliby" en el código.

PASO 4: Cargue el programa nuevamente.

Paso 17: CÁLCULO DE LA DISTANCIA MOVIDA POR PASO DEL CODIFICADOR

Número de pasos por rotación del eje del codificador, N = 24 pasos

El diámetro de la rueda, D = 12,7 mm.

Circunferencia de la rueda, C = 2 * pi * (D / 2) = 2 * 3.14 * 6.35 = 39.898 mm

Por lo tanto, la distancia recorrida por paso = C / N = 39.898 / 24 = 1.6625 mm

Si están usando una rueda de diámetro diferente o un codificador con un recuento de pasos diferente, encuentre la distancia movida por mm sustituyendo sus valores en la fórmula anterior y una vez que encuentre la resolución, ingrese este valor en la fórmula dentro del código como se muestra en la imagen.

Compile y cargue el código en Arduino nuevamente.

Una vez que se realiza la calibración del codificador y se carga el programa modificado, puede desoldar y quitar el módulo convertidor TTL de USB a serie del Arduino Pro Mini.

Paso 18: PROBAR TODO ANTES DE CERRAR LA CARCASA

Cosas para probar:

1. Si el cargador se puede conectar fácilmente al puerto y si las baterías se cargan correctamente.

2. El botón de encendido / apagado funciona o no.

3. El OLED muestra todo en la orientación y posición correctas con el espacio correcto.

4. Los botones táctiles funcionan correctamente y están etiquetados correctamente.

5. Si el codificador da los valores de distancia cuando se gira.

6. Los módulos MPU6050 y SHARP IR funcionan y dan las lecturas correctas.

7. El timbre está sonando.

8. Asegúrese de que nada en el interior se esté calentando cuando se enciende. Si se produce calentamiento, significa que el cableado está mal en alguna parte.

9. Asegúrese de que todo esté asegurado en su posición y no se mueva dentro de la carcasa.

Paso 19: COLOCAR EL EXTENSOR DE BOTONES Y PEGAR LA CARCASA

UTILIZAR UN LED PARA EXTENDER EL EJE DEL BOTÓN PULSADOR

El eje del botón pulsador del módulo de carga es demasiado corto para salir por la abertura de la carcasa. Por lo tanto, se utiliza un cabezal LED de 3 mm como extensor.

1. Las patas de los LED se cortan con un cortador de alambre.

2. El lado plano del LED se suaviza y nivela con papel de lija. Si el LED es demasiado pequeño para manipularlo con la mano, use unas pinzas.

3. Coloque el cabezal del LED en el orificio provisto para él en la tapa de la caja como se muestra en la imagen. Asegúrese de que el LED no esté apretado, ya que se supone que debe deslizarse hacia adentro y hacia afuera cuando se presiona el botón.

UNIENDO EL CASO

1. Aplique los adhesivos a base de caucho (yo usé Fevi Bond) con cuidado a lo largo del borde, tanto en el cuerpo como en la tapa.

2. Espere de 5 a 10 minutos para que el pegamento se seque un poco y luego presione ambas mitades juntas. Asegúrese de que el extremo libre del eje de acero de la rueda del codificador entre en el orificio provisto para ello en la tapa.

3. Use una carga pesada (usé una batería UPS) para mantener presionadas ambas piezas mientras se seca el pegamento.

Aquí se recomendó un adhesivo a base de caucho porque en caso de que la carcasa deba abrirse en el futuro para reemplazar o reprogramar la batería, se puede hacer fácilmente pasando una hoja afilada o un cuchillo a lo largo de la junta.

Paso 20: ETIQUETADO DE LOS BOTONES TÁCTILES

El etiquetado se realiza para identificar fácilmente las posiciones y funciones de los botones táctiles.

Los alfabetos fueron recortados de una hoja de calcomanías blancas usando mi cortadora láser casera.

Las piezas cortadas se retiraron de la hoja principal con unas pinzas y luego se aplicaron en el dispositivo en la posición y orientación correctas.

Altura máxima del alfabeto: 8 mm

Ancho máximo del alfabeto: 10 mm

ADVERTENCIA: USE GAFAS DE SEGURIDAD CON BLOQUEO LÁSER CUANDO TRABAJE CON UN CORTADOR O GRABADOR LÁSER

Paso 21: RESULTADOS

El dispositivo finalmente está listo. Si tienen alguna duda o sugerencia con respecto al proyecto, hágamelo saber a través de los comentarios.

GRACIAS

Primer premio en el concurso Pocket Sized