DigiLevel - רמה דיגיטלית עם שני צירים: 13 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

ההשראה להדרכה זו היא רמת הרוח הדיגיטלית של DIY שנמצאת כאן על ידי GreatScottLab. אהבתי את העיצוב הזה, אבל רציתי תצוגה גדולה יותר עם ממשק גרפי יותר. רציתי גם אפשרויות הרכבה טובות יותר לאלקטרוניקה במקרה. בסופו של דבר, השתמשתי בפרויקט זה כדי לשפר את כישורי עיצוב התלת -ממד שלי (באמצעות Fusion 360) ולחקור רכיבים אלקטרוניים חדשים.

DigiLevel תספק משוב אם משטח ישר-הן לאורך ציר ה- x (אופקי) והן בציר ה- y (אנכי). מוצגות דרגות מהרמה, כמו גם ייצוג גרפי בתרשים של 2 צירים. בנוסף, רמת הסוללה מוצגת, והטמפרטורה הנוכחית בפרנהייט או צלזיוס מוצגת (כפי שדווח על ידי שבב מד התאוצה). זהו משוב מינימלי נשמע - צליל ראשוני לאימות הספק, ולאחר מכן צליל כפול בכל פעם שהרמה מועברת ממיקום לא ברמה למיקום רמה.

סיפקתי הוראות מפורטות כיצד תוכל להפוך את הרמה הדיגיטלית הזו, אך אל תהסס להרחיב ולשנות את העיצוב שלי, בדיוק כפי שעשיתי ברמת ה- Digital Digital Level Level.

שלב 1: חומרים

להלן החומרים המשמשים להרכיב רמה דיגיטלית זו. רוב קישורי הקנייה מיועדים ליצירות מרובות, שבדרך כלל זולות יותר מקניית הרכיבים האישיים. כדוגמה, שבב TP4056 מגיע עם 10 חלקים תמורת 9 $ (פחות מ -1 $/TP4056), או שניתן לקנות אותו בנפרד ב -5 $.

• מטען סוללות TP4056 Li -Po (אמזון -
• מד תאוצה LSM9DS1 (אמזון -
• Arduino Nano (אמזון -
• צג LCD בגודל 128X64 OLED (אמזון -
• רמקול פיז'ו (אמזון -

• סוללת 3.7V Li -Po (אמזון -

  a.co/d/1v9n7uP)

• יש צורך בברגים הקשה עצמית M2 - 4 ברגים M2x4, 6 M2x6 ו- 6 M2x8 (eBay -
• מתג שקופיות (אמזון -

למעט הברגים, הקישורים המסופקים יובילו אותך לאמזון. עם זאת, ניתן לרכוש כמעט את כל הפריטים האלה ב- eBay או ישירות מסין בהנחה משמעותית. רק זכור כי הזמנה מסין עלולה לגרום לזמני הובלה ארוכים (3-4 שבועות אינם יוצאי דופן).

שים לב גם שישנן חלופות להרבה מרכיבים אלה. לדוגמה, תוכל להחליף מד תאוצה אחר עבור LSM9DS1 (כגון MPU-9205). תוכל להחליף את ה- Arduino Nano באמצעות כל מעבד תואם Arduino עם סיכות ה- GPIO המתאימות.

בפרט, LSM9DS1 הוא אחד שקניתי במכירה ב- Sparkfun בפחות מ -10 $, אך הוא בדרך כלל במחיר גבוה יותר; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) מספק פונקציונליות דומה במחיר נמוך יותר.

אם תבצע החלפה, סביר להניח שתצטרך לשנות את המארז (או לפחות את אופן ההתקנה של הרכיב במקרה) וסביר להניח שתצטרך לשנות את התוכנה כדי להתחבר לרכיב החלופי. אין לי את השינויים האלה - יהיה עליך לחקור ולעדכן בהתאם.

שלב 2: תרשים חיווט

סכמטי החיווט מפרטים כיצד הרכיבים האלקטרוניים השונים מחוברים זה לזה. קווים אדומים מייצגים מתח חיובי ואילו קווים שחורים מייצגים קרקע. קווים צהובים וירוקים משמשים לאותות נתונים ממד התאוצה ולתצוגת LCD OLED. תוכל לראות כיצד רכיבים אלה מחוברים יחד בשלבים הבאים.

שלב 3: הפוך את המארז

אם יש לך מדפסת תלת מימד, ניתן להדפיס את המארז די בקלות. קבצי STL הכלולים במדריך זה. אם אין לך מדפסת תלת מימד, תוכל להעלות את קבצי STL ללשכת מדפסות תלת מימד (כמו זו) ולהדפיס אותם עבורך.

הדפסתי את שלי ללא שוליים או רפסודות (וללא תומכים) ומילוי של 20%, אבל אתה יכול להדפיס את שלך בכל דרך שאתה רגיל להדפיס. כל פיסה צריכה להיות מודפסת בנפרד, מונחת שטוחה. ייתכן שיהיה עליך לסובב אותו 45 מעלות כדי שיתאים למיטת המדפסת. שלי הודפס באמצעות Monoprice Maker Select Plus בגודל מיטה של 200 מ"מ על 200 מ"מ - כל יצירה לקחה כ -12 שעות להדפסה. אם יש לך מיטה קטנה יותר, יתכן שהיא לא מתאימה. לא מומלץ לבצע קנה מידה מכיוון שהתושבים של הרכיבים האלקטרוניים לא יגדלו כראוי.

שלב 4: העבר את הרכיבים ללוח לחם לאמת קישוריות (אופציונלי)

אני ממליץ בחום לחבר את הרכיבים הראשיים ללוח לחם כדי לאמת קישוריות לפני שתמשיך בהרכבת הרכיבים בתוך המארז. אתה יכול להוריד את התוכנה ל- Arduino Nano (ראה את השלב הבא), ולוודא שתצוגת ה- OLED LCD מחוברת כראוי ותפעול, וכי מד התאוצה חובר כהלכה וכי הוא מדווח לנתוני Arduino Nano על נתוניו.. כמו כן, ניתן להשתמש בזה כדי לאמת את פעולתו של רמקול הפיזו האופציונלי.

בשלב זה לא חיברתי את הסוללה והמטען ללוח הלחם - חיבור המתג לשליטה בסוללה מתבצע לאחר שתחבר את המתג למארז. התמונה האחרונה מראה כיצד זה נראה לפני החיווט.

שלב 5: הורד את התוכנה ל- Arduino Nano

התוכנה נטענת ל- Arduino Nano באמצעות Arduino IDE. ניתן לעשות זאת בכל עת במהלך בניית DigiLevel, אך הדבר הטוב ביותר נעשה כאשר הרכיבים חוברו באמצעות לוח לחם (ראה השלב הקודם) כדי לאמת את החיווט והתפעול הנכון של הרכיבים החשמליים.

התוכנה דורשת התקנה של 2 ספריות. הראשונה היא ספריית U8g2 (מאת oliver) -תוכל להתקין זאת על ידי לחיצה על 'סקיצה -> כלול ספרייה -> נהל ספריות …' ב- Arduino IDE. חפש את U8g2 ולאחר מכן לחץ על התקן. הספרייה השנייה היא ספריית Sparkfun LSM9DS1. תוכל לקבל הוראות כיצד להתקין את הספרייה כאן.

לאחר מפרט הספרייה, התוכנה כוללת קטע התקנה ולולאת עיבוד ראשית. סעיף ההתקנה מאתחל את מד התאוצה ואת תצוגת ה- OLED LCD ולאחר מכן מציג מסך הפעלה לפני הצגת התצוגה הראשית. אם רמקול מחובר, הוא ישמיע צפצוף אחד ברמקול כדי לסמן את מצב ההפעלה.

לולאת העיבוד הראשית אחראית על קריאת מד התאוצה, השגת זוויות x ו- y ולאחר מכן הצגת הערכים כמכלול מספרים מוחלטים וגם ציורית על גרף. קריאת הטמפרטורה ממד התאוצה מוצגת גם (בפרנהייט או צלזיוס). אם הרמה הייתה בעבר לא ברמה, כשהיא תחזור לרמה היא תפיק שני צפצופים ברמקול (אם הוא מחובר).

לבסוף, המתח מהסוללה מתקבל כדי לקבוע ולהציג את רמת הסוללה הנוכחית. אני לא יודע עד כמה הקוד הזה מדויק, אבל הוא מספיק מדויק כדי להציג סוללה מלאה והורדה הדרגתית של רמת הסוללה במהלך השימוש.

שלב 6: הרכיב וחבר את צג OLED ורמקול הפיאו

תצוגת OLED בגודל 1.3 אינץ '(128x64) מותקנת לחצי העליון של המארז באמצעות 4 ברגים הקשה עצמית של ראש M2x4. אני מציע שתחבר את החוטים שלך לתצוגה לפני ההרכבה. זה מבטיח שתוכל לראות איך הפינים מסומנים כשאתה מחבר את החוטים. לאחר התקנת התצוגה, לא תוכל לראות את התוויות של הסיכות. תוכל להבחין שהוספתי תווית בצד האחורי של הצג כך שאזכור את ערכי pin (מכיוון שלא עשיתי זאת בפעם הראשונה וחיברתי אותו בצורה לא נכונה …).

הרמקול משמש כדי להשמיע צליל קצר כאשר הרמה הדיגיטלית מופעלת כדי לוודא שהסוללה טובה ושהיא פעילה. הוא גם פולט צליל כפול בכל פעם שהרמה מועברת ממיקום לא ברמה למיקום רמה. זה כדי לתת משוב קולי כשאתה ממקם את הרמה או מה שהרמה היא. הוא מותקן לחצי העליון של המארז בעזרת 2 ברגים הקשה עצמית למחבת ראש. אינך צריך רמקול - DigiLevel יפעל בסדר גמור בלעדיו, אולם יחסרו לך משוב קולי.

שלב 7: הרכיב וסובב את הסוללה, מטען הסוללות והמתג

יש להתקין את המתג למארז לפני חיבורו לסוללה. הסיבה לכך היא שאם תחבר אותו תחילה, לא תוכל להתקין את המתג מבלי לנתק אותו. אז הרכיב תחילה את המתג, ולאחר מכן התקן את סוללת ה- TP4056 וה- Li-Po המחוברים מראש, ולאחר מכן השלם את החיווט למתג.

ל- TP4056 יש 4 רפידות חיווט: B+, B-, Out+, Out-. תרצה לחבר את הסוללה לחיבורי B+ (מתח חיובי) ו- B- (קרקע). חיבור החוצה משמש לקרקע שתגיע ל- Arduino Nano, ו- Out+ מחובר לסיכה אחת של המתג. הסיכה השנייה של המתג מחוברת לאחר מכן ל- VIN של ה- Arduino Nano.

עבודת ההלחמה שלי היא לא הטובה ביותר - אני אוהב להשתמש בצינורות כיווץ חום כדי לכסות ולבודד את המפרק המולחם. תוכל להבחין כי באחד החיבורים המולחמים כאן, צינור כיווץ החום הושפע מחום ההלחמה והוא התכווץ לפני שהצלחתי להזיז אותו.

שלב 8: הרכיב וחבר את מד התאוצה

מד התאוצה (LSM9DS1) מותקן באמצע החצי התחתון של המארז. יש לחבר 4 סיכות: VCC עובר לסיכת V5 על הארדואינו ננו; GND יורד לקרקע; SDA עובר לסיכה A5 על הארדואינו ננו; ו- SCL עובר לסיכת A4 בארנונו ננו.

השתמשתי בחוטי מגשר עם מחברי Dupont לחיווט, אולם תוכל להלחם את החוט ישירות לפינים אם אתה מעדיף. אם תלחם את החוטים ישירות לפינים, סביר להניח שתרצה לעשות זאת לפני שתעלה את שבב מד התאוצה כדי להקל.

שלב 9: השלם את האלקטרוניקה על ידי חיווט ה- Arduino Nano

החיווט הסופי מתבצע על ידי חיבור כל הרכיבים החשמליים ל- Arduino Nano. הדבר נעשה בצורה הטובה ביותר לפני הרכבת הארדואינו ננו כך שיציאת ה- USB תהיה נגישה לכיול ולכל שינויי תוכנה אחרים של הרגע האחרון.

התחל בחיבור המתג ל- Nano. ההובלה החיובית (אדומה) עוברת מהמתג לסיכת VIN של הננו. ההובלה השלילית (שחורה) מהסוללה תעביר את סיכת ה- GND בנאנו. ישנם שני סיכות GND בננו ולכל ארבעת הרכיבים החשמליים יש חוט הארקה. בחרתי לשלב את שני התחתיות בתחתית המארז להוביל אחד המחובר לאחד מסיכות ה- GND. את שני הטעמים מהחלק העליון של המארז שילבתי לכבל אחד מחובר לסיכות ה- GND האחרות.

ניתן לחבר את מד התאוצה (LSM9DS1) לננו על ידי חיבור סיכת VDD במד התאוצה לסיכה 3V3 בנאנו. אל תחבר את זה לסיכה של 5V, אחרת תפגע בשבב מד התאוצה. חבר SDA לפין A4 בנאנו ו- SCL לסיכה A5 בנאנו. סיכת ה- GND עוברת אל סיכת ה- GND בננו (בשילוב עם ההובלה השלילית מהסוללה).

לאחר מכן ניתן לחבר את תצוגת LCD OLED ל- Nano על ידי חיבור סיכת VCC בתצוגה לסיכה 5V בנאנו. חבר SDA לסיכה D2 בנאנו ו- SCL לסיכה D5 בנאנו.

לבסוף, ניתן לחבר את הרמקול על ידי חיבור החוט האדום (חיובי) לסיכת D7 בנאנו. החוט השחור עובר ל- GND יחד עם ה- GND של צג LCD OLED.

שלב 10: כיול

לאחר הורדת התוכנה, ולפני הרכבת ה- Arduino Nano, ייתכן שיהיה עליך לכייל את הרמה שלך. ודא כי לוח מד התאוצה הותקן. הרכבה באמצעות הברגים אמורה לגרום ללוח מפולס, אולם אם הוא כבוי מעט מסיבה כלשהי, הכיול יבטיח תצוגה נכונה.

הניחו את המארז התחתון על משטח שידוע שהוא מישור (באמצעות מפלס בועה או באמצעים אחרים). קרא את הערכים המוצגים עבור X ו- Y. אם אחד מהם אינו אפס, יהיה עליך לעדכן את התוכנה בכמות הכיול. זה נעשה על ידי הגדרת משתנה xCalibration או משתנה yCalibration לסכום המתאים (מה שמוצג).

// // הגדר משתנים אלה עם ערכים ראשוניים כמתאים // bool displayF = true; // נכון לגבי פרנהייט, שקר עבור צלזיוס int xCalibration = 0; // כמות כיול לפילוס ציר ה- x int yCalibration = 0; // כמות כיול לפילוס של ציר ה- y ארוך irvCalibration = 1457; // כמות כיול למתח הפניה פנימי

בשלב זה, עליך גם להגדיר את הערך של displayF להגדרה המתאימה בהתאם אם ברצונך להציג את הטמפרטורה בפרנהייט או צלזיוס.

טעינת התוכנה על הננו אמורה כעת להביא לקריאה 0/0 על משטח ברמה ידועה.

שלב 11: הר את ננו הארדואינו והרכב את המארז

לאחר סיום הכיול, תוכל להרכיב את הארדואינו ננו במארז על ידי החלת דבק חם על המסילות והצבת הארדואינו ננו על מסילות אלה, כשהסיכות כלפי מעלה ויציאת ה- USB כלפי פנים המארז.

כעת ניתן להרכיב את המארז המכיל את כל האלקטרוניקה על ידי חיבור שני החצאים יחד ועם 4 ברגי ראש פנלים מסוג M2x8.

שלב 12: אמת את פעולת הרמה הדיגיטלית החדשה שלך

וודא שסוללת ה- Li-Po טעונה. אם המארז מורכב, לא תוכל לראות ישירות את מחווני LED הטעינה. אם ברצונך לאמת את פעולת הטעינה על ידי צפייה ישירות באורות הטעינה, יהיה עליך לפתוח את המארז, אולם תוכל לראות את הזוהר האדום המציין כי הטעינה מתרחשת כאשר המארז סגור.

לאחר הטעינה וההרכבה, הפעל את הרמה הדיגיטלית וודא את פעולתה. אם זה לא עובד, שתי נקודות הבעייה הסבירות הן החיווט לתצוגת LCD OLED והחיווט למד התאוצה. אם הצג אינו מראה דבר, התחל בחיווט LCD OLED. אם התצוגה פועלת, אך תוויות H ו- V מציגים שניהם 0 והטמפרטורה היא 0 (C) או 32 (F), כנראה שמד התאוצה אינו מחובר כראוי.

שלב 13: מחשבות אחרונות …

חיברתי את הרמה הדיגיטלית הזו (ואת ההוראה) בעיקר כחוויית למידה. היה לי פחות חשוב לעשות רמה מתפקדת כמו לחקור את המרכיבים השונים ואת היכולות שלהם, ואז להרכיב אותם באופן המוסיף ערך.

אילו שיפורים הייתי עושה? יש כמה שאני שוקל לעדכון עתידי:

• חשפו את יציאת ה- USB של ה- Arduino Nano דרך המארז על ידי שינוי אופן ההתקנה שלו. זה יאפשר עדכונים קלים יותר לתוכנה (שבכל מקרה צריכה להיות נדירה).
• הדפס את המארז בתלת מימד באמצעות נימה מעץ. התנסיתי בנימה של האצ'בוקס ווד ואני מאוד מרוצה מהתוצאות שקיבלתי. אני חושב שזה יספק מראה כללי טוב יותר ל- DigiLevel.
• עדכן את העיצוב כדי להשתמש במד התאוצה MPU-9250 כדי להוריד את העלות מבלי להשפיע על הפונקציה.

זהו ההנחיה הראשונה שלי ואני מברך על משוב. למרות שניסיתי להימנע מכך, אני בטוח שעדיין יש לזה נקודת מבט ממוקדת יותר בארה"ב - אז אני מתנצל בפני מי שמחוץ לארה"ב.

אם מצאת שזה מעניין, אנא הצביע עבורי בתחרות המחברים בפעם הראשונה. תודה שקראתם עד הסוף!

מחזיק זוכה בפעם הראשונה