DigiLevel: un nivel digital con dos ejes: 13 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

La inspiración para este instructivo es el nivel de burbuja digital de bricolaje que se encuentra aquí por GreatScottLab. Me gustó este diseño, pero quería una pantalla más grande con una interfaz más gráfica. También quería mejores opciones de montaje para la electrónica de la carcasa. Finalmente, utilicé este proyecto para mejorar mis habilidades de diseño 3D (usando Fusion 360) y para explorar nuevos componentes electrónicos.

DigiLevel proporcionará información sobre si una superficie está nivelada, tanto a lo largo del eje x (horizontal) como del eje y (vertical). Se muestran los grados desde el nivel, así como una representación gráfica en un gráfico de 2 ejes. Además, se muestra el nivel de la batería y se muestra la temperatura actual en Fahrenheit o Celsius (según lo informado por el chip del acelerómetro). Esta es una retroalimentación audible mínima: un tono inicial para verificar la potencia y luego un tono doble cada vez que el nivel se mueve de una posición no nivelada a una posición nivelada.

He proporcionado instrucciones detalladas sobre cómo puede hacer este nivel digital, pero siéntase libre de ampliar y modificar mi diseño, tal como lo hice con el nivel de burbuja digital DIY.

Paso 1: Materiales

A continuación se muestran los materiales utilizados para armar este nivel digital. La mayoría de los enlaces de compra son para varias piezas, que suelen ser más baratas que comprar los componentes individuales. Como ejemplo, el chip TP4056 viene con 10 piezas por $ 9 (menos de $ 1 / TP4056), o se puede comprar individualmente por $ 5.

• Cargador de batería TP4056 Li-Po (Amazon -
• Acelerómetro LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• Pantalla LCD OLED de 128x64 (Amazon -
• Altavoz piezoeléctrico (Amazon -

• Batería Li-Po de 3,7 V (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Tornillos autorroscantes de cabeza plana M2: se necesitan 4 tornillos M2x4, 6 M2x6 y 6 M2x8 (eBay -
• Interruptor deslizante (Amazon -

Con la excepción de los tornillos, los enlaces proporcionados lo llevarán a Amazon. Casi todos estos artículos, sin embargo, se pueden comprar en eBay o directamente desde China con un descuento significativo. Solo tenga en cuenta que realizar pedidos desde China puede resultar en largos plazos de entrega (3-4 semanas no es inusual).

Tenga en cuenta también que existen alternativas para muchos de estos componentes. Por ejemplo, puede sustituir el LSM9DS1 por un acelerómetro diferente (como el MPU-9205). Puede reemplazar el Arduino Nano utilizando cualquier procesador compatible con Arduino con los pines GPIO adecuados.

En particular, el LSM9DS1 es uno que compré en oferta en Sparkfun por menos de $ 10, pero normalmente tiene un precio más alto; el MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) proporciona una funcionalidad similar a un precio más bajo.

Si realiza una sustitución, es probable que deba modificar la carcasa (o al menos cómo monta el componente en la carcasa) y es probable que deba modificar el software para conectarse al componente alternativo. No tengo esas modificaciones; necesitará investigar y actualizar según corresponda.

Paso 2: diagrama de cableado

El esquema de cableado detalla cómo se conectan los distintos componentes electrónicos entre sí. Las líneas rojas representan voltaje positivo mientras que las líneas negras representan tierra. Las líneas amarillas y verdes se utilizan para las señales de datos del acelerómetro y la pantalla LCD OLED. Verá cómo se conectan estos componentes en los siguientes pasos.

Paso 3: haz el caso

Si tiene una impresora 3D, la carcasa se puede imprimir con bastante facilidad. Los archivos STL incluidos en este Instructable. Si no tiene una impresora 3D, puede cargar los archivos STL en una oficina de impresoras 3D (como esta) y hacer que se los impriman.

Imprimí el mío sin ala ni balsa (y sin soportes) y con un 20% de relleno, pero puedes imprimir el tuyo como estés acostumbrado a imprimir. Cada pieza debe imprimirse por separado, colocándola plana. Es posible que deba girarlo 45 grados para que se ajuste a la base de la impresora. La mía se imprimió con una Monoprice Maker Select Plus con un tamaño de cama de 200 mm x 200 mm; cada pieza tardó aproximadamente 12 horas en imprimirse. Si tiene una cama más pequeña, es posible que no quepa. No se recomienda el escalado, ya que los soportes de los componentes electrónicos no se escalarán adecuadamente.

Paso 4: Conecte los componentes a una placa de pruebas para verificar la conectividad (opcional)

Recomiendo encarecidamente conectar los componentes primarios a una placa de pruebas para verificar la conectividad antes de proceder con el montaje de los componentes dentro de la caja. Puede descargar el software al Arduino Nano (consulte el siguiente paso) y verificar que la pantalla LCD OLED esté correctamente cableada y en funcionamiento, y que el acelerómetro se haya cableado correctamente y que esté informando sus datos al Arduino Nano. Además, esto se puede utilizar para verificar el funcionamiento del altavoz piezoeléctrico opcional.

No conecté la batería y el cargador a la placa de pruebas en esta etapa; la conexión del interruptor para controlar la batería se realiza después de montar el interruptor en la caja. La última imagen muestra cómo se ve esto antes del cableado.

Paso 5: descargue el software al Arduino Nano

El software se carga en el Arduino Nano usando el IDE de Arduino. Esto se puede hacer en cualquier momento durante el proceso de construcción del DigiLevel, pero es mejor hacerlo cuando los componentes se han cableado usando una placa de prueba (consulte el paso anterior) para verificar el cableado y el funcionamiento correctos de los componentes eléctricos.

El software requiere la instalación de 2 bibliotecas. La primera es la biblioteca U8g2 (de oliver); puede instalarla haciendo clic en 'Sketch -> Incluir biblioteca -> Administrar bibliotecas …' en el IDE de Arduino. Busque U8g2 y luego haga clic en Instalar. La segunda biblioteca es la biblioteca Sparkfun LSM9DS1. Puede obtener instrucciones sobre cómo instalar esa biblioteca aquí.

Después de las especificaciones de la biblioteca, el software tiene una sección de configuración y un ciclo de procesamiento principal. La sección de configuración inicializa el acelerómetro y la pantalla LCD OLED, y luego muestra una pantalla de inicio antes de mostrar la pantalla principal. Si hay un altavoz conectado, se reproducirá un pitido en el altavoz para indicar el estado de encendido.

El ciclo de procesamiento principal es responsable de leer el acelerómetro, obtener los ángulos xey y luego mostrar los valores como un conjunto de números absolutos y también gráficamente en un gráfico. También se muestra la lectura de temperatura del acelerómetro (en Fahrenheit o Celsius). Si el nivel no estaba nivelado anteriormente, cuando vuelva al nivel, generará dos pitidos en el altavoz (si está conectado).

Finalmente, se obtiene el voltaje de la batería para determinar y mostrar el nivel actual de la batería. No sé qué tan preciso es este código, pero es lo suficientemente preciso como para mostrar una batería llena y la reducción gradual del nivel de la batería durante el uso.

Paso 6: monte y conecte la pantalla OLED y el altavoz piezoeléctrico

La pantalla OLED de 1.3 (128x64) se monta en la mitad superior de la carcasa con 4 tornillos autorroscantes de cabeza plana M2x4. Le sugiero que conecte los cables a la pantalla antes del montaje. Esto asegura que pueda ver cómo están los pines. etiquetado mientras conecta los cables. Una vez que la pantalla esté montada, no podrá ver las etiquetas de los pines. Notará que agregué una etiqueta en la parte posterior de la pantalla para recordar la valores de pin (ya que no hice esto la primera vez y lo conecté incorrectamente …).

El altavoz se utiliza para emitir un tono breve cuando se enciende el nivel digital para verificar que la batería está en buen estado y que funciona. También emite un tono doble siempre que el nivel se mueve de una posición no nivelada a una posición nivelada. Esto es para proporcionar una retroalimentación audible mientras coloca el nivel o cualquiera que sea el nivel. Se monta en la mitad superior de la caja con 2 tornillos autorroscantes de cabeza plana M2x4. No necesita un altavoz: el DigiLevel funcionará bien sin él, sin embargo, se perderá cualquier retroalimentación audible.

Paso 7: monte y cablee la batería, el cargador de batería y el interruptor

El interruptor debe montarse en la caja antes de conectarlo a la batería. Esto se debe a que si lo cablea primero, no podrá montar el interruptor sin desconectarlo. Así que monte el interruptor primero, luego monte el TP4056 precableado y la batería Li-Po, luego complete el cableado hasta el interruptor.

El TP4056 tiene 4 almohadillas de cableado: B +, B-, Out +, Out-. Deberá conectar la batería a las conexiones B + (voltaje positivo) y B- (tierra). La conexión Out- se usa para la tierra que irá al Arduino Nano, y la Out + está conectada a un pin del interruptor. El segundo pin del interruptor se conecta al VIN del Arduino Nano.

Mi trabajo de soldadura no es el mejor; me gusta usar tubos termorretráctiles para cubrir y aislar la unión soldada. Notarás que en una de las conexiones soldadas aquí, el tubo termorretráctil se vio afectado por el calor de la soldadura y se encogió antes de que pudiera moverlo.

Paso 8: Monte y cablee el acelerómetro

El acelerómetro (LSM9DS1) está montado en el medio de la mitad inferior de la carcasa. Hay que conectar 4 pines: VCC va al pin V5 del Arduino Nano; GND va a tierra; SDA va al pin A5 en el Arduino Nano; y SCL va al pin A4 en el Arduino Nano.

He usado cables de puente con conectores Dupont para el cableado, sin embargo, puede soldar el cable directamente a los pines si lo prefiere. Si suelda los cables directamente a los pines, probablemente querrá hacer esto antes de montar el chip del acelerómetro para que sea más fácil.

Paso 9: completa la electrónica conectando el Arduino Nano

El cableado final se realiza conectando todos los componentes eléctricos al Arduino Nano. Es mejor hacerlo antes de montar el Arduino Nano para que el puerto USB sea accesible para la calibración y cualquier otro cambio de software de última hora.

Comience conectando el interruptor al Nano. El cable positivo (rojo) va del interruptor al pin VIN del Nano. El cable negativo (negro) de la batería irá al pin GND del Nano. Hay dos pines GND en el Nano y los cuatro componentes eléctricos tienen un cable de tierra. Elegí combinar los dos terrenos en la parte inferior de la carcasa en un cable conectado a uno de los pines GND. Los dos terrenos de la parte superior de la carcasa los combiné en un cable conectado a los otros pines GND.

El acelerómetro (LSM9DS1) se puede conectar al Nano conectando el pin VDD del acelerómetro al pin 3V3 del Nano. NO conecte esto al pin de 5V o dañará el chip del acelerómetro. Conecte SDA al pin A4 del Nano y SCL al pin A5 del Nano. El pin GND va al pin GND en el Nano (combinado con el cable negativo de la batería).

La pantalla LCD OLED se puede conectar a continuación al Nano conectando el pin VCC en la pantalla al pin 5V en el Nano. Conecte SDA al pin D2 del Nano y SCL al pin D5 del Nano.

Finalmente, el altavoz se puede conectar conectando el cable rojo (positivo) al pin D7 del Nano. El cable negro va a GND junto con GND de la pantalla LCD OLED.

Paso 10: Calibración

Una vez que se descarga el software y antes de montar el Arduino Nano, es posible que deba calibrar su nivel. Asegúrese de que se haya montado la placa del acelerómetro. Montarlo con los tornillos debería resultar en un tablero nivelado, sin embargo, si está un poco fuera de lugar por cualquier motivo, la calibración garantizará una visualización correcta.

Coloque la carcasa inferior sobre una superficie que se sepa que está nivelada (utilizando un nivel de burbuja o algún otro medio). Lea los valores mostrados para X e Y. Si alguno de ellos es distinto de cero, deberá actualizar el software con la cantidad de calibración. Esto se hace configurando la variable xCalibration o la variable yCalibration en la cantidad apropiada (lo que se muestra).

// // Establezca estas variables con valores iniciales según corresponda // bool displayF = true; // verdadero para Fahrenheit, falso para Celsius int xCalibration = 0; // cantidad de calibración para nivelar el eje x int yCalibration = 0; // cantidad de calibración para nivelar el eje y largo irvCalibration = 1457; // cantidad de calibración para voltaje de referencia interno

En este momento, también debe establecer el valor de displayF en la configuración adecuada dependiendo de si desea que la temperatura se muestre en Fahrenheit o Celsius.

La recarga del software en el Nano ahora debería resultar en una lectura de 0/0 en una superficie de nivel conocido.

Paso 11: Monte el Arduino Nano y ensamble la carcasa

Una vez que se completa la calibración, puede montar el Arduino Nano en la carcasa aplicando pegamento caliente a los rieles y colocando el Arduino Nano en estos rieles, con los pines hacia arriba y el puerto USB hacia el interior de la carcasa.

La caja que contiene todos los componentes electrónicos ahora se puede ensamblar juntando las dos mitades y usando 4 tornillos autorroscantes de cabeza plana M2x8.

Paso 12: Verifique el funcionamiento de su nuevo nivel digital

Asegúrese de que la batería Li-Po esté cargada. Si el estuche está ensamblado, no podrá ver los indicadores LED de carga directamente. Si desea verificar la operación de carga al ver las luces de carga directamente, deberá abrir el estuche, sin embargo, debería poder ver el brillo rojo que indica que se está cargando con el estuche cerrado.

Una vez cargado y ensamblado, encienda el nivel digital y verifique su funcionamiento. Si no funciona, los dos posibles puntos problemáticos son el cableado de la pantalla LCD OLED y el cableado del acelerómetro. Si la pantalla no muestra nada, comience con el cableado de la pantalla LCD OLED. Si la pantalla funciona, pero las etiquetas H y V muestran 0 y la temperatura es 0 (C) o 32 (F), es probable que el acelerómetro no esté cableado correctamente.

Paso 13: Pensamientos finales …

Reuní este nivel digital (y el Instructable) principalmente como una experiencia de aprendizaje. Para mí era menos importante hacer un nivel de funcionamiento que explorar los diversos componentes y sus capacidades, y luego juntarlos de una manera que agregue valor.

¿Qué mejoras haría? Hay varios que estoy considerando para una futura actualización:

• Exponga el puerto USB del Arduino Nano a través de la carcasa modificando la forma en que está montado. Esto permitiría actualizaciones más fáciles del software (que en cualquier caso debería ser poco común).
• Imprime la carcasa en 3D con un filamento de madera. He estado experimentando con el filamento Hatchbox Wood y estoy muy satisfecho con los resultados que he obtenido. Creo que esto proporcionaría una mejor apariencia general al DigiLevel.
• Actualice el diseño para usar el acelerómetro MPU-9250 para reducir el costo sin afectar la función.

Este es mi primer instructivo y agradezco sus comentarios. Si bien he tratado de evitarlo, estoy seguro de que esto todavía tiene una perspectiva más centrada en los EE. UU., Así que me disculpo por aquellos que están fuera de los EE. UU.

Si lo encontró interesante, por favor vote por mí en el Concurso de Autor por Primera Vez. ¡Gracias por leer hasta el final!

Finalista por primera vez como autor