DigiLevel - Tahap Digital Dengan Dua Gandar: 13 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Inspirasi untuk pengajaran ini adalah DIY Digital Spirit Level yang terdapat di sini oleh GreatScottLab. Saya menyukai reka bentuk ini, tetapi mahukan paparan yang lebih besar dengan antara muka grafik. Saya juga mahukan pilihan pemasangan yang lebih baik untuk elektronik dalam kes ini. Pada akhirnya, saya menggunakan projek ini untuk meningkatkan kemahiran reka bentuk 3D saya (menggunakan Fusion 360) dan untuk meneroka komponen elektronik baru.

DigiLevel akan memberikan maklum balas mengenai sama ada permukaannya rata - baik di sepanjang paksi-x (mendatar) dan paksi-y (menegak). Derajat dari tahap ditunjukkan, serta perwakilan grafik pada carta 2 paksi. Sebagai tambahan, tahap bateri ditunjukkan, dan suhu saat ini di Fahrenheit atau Celsius ditunjukkan (seperti yang dilaporkan oleh chip accelerometer). Ini adalah maklum balas minimum yang dapat didengar - nada awal untuk mengesahkan kuasa, dan kemudian nada ganda setiap kali tahap dipindahkan dari kedudukan bukan tahap ke kedudukan rata.

Saya telah memberikan arahan terperinci mengenai bagaimana anda dapat membuat tahap digital ini, tetapi jangan ragu untuk memperluas dan mengubahsuai reka bentuk saya, seperti yang saya lakukan di DIY Digital Spirit Level.

Langkah 1: Bahan

Berikut adalah bahan yang digunakan untuk mengumpulkan Tahap Digital ini. Sebilangan besar pautan beli adalah untuk beberapa bahagian, yang biasanya lebih murah daripada membeli komponen masing-masing. Sebagai contoh, cip TP4056 hadir dengan 10 keping dengan harga $ 9 (kurang dari $ 1 / TP4056), atau boleh dibeli secara individu dengan harga $ 5.

• Pengecas bateri Li-Po TP4056 (Amazon -
• Percepat LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• Paparan LCD OLED 128x64 (Amazon -
• Pembesar suara Piezo (Amazon -

• Bateri Li-Po 3.7V (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Skru mengetuk kepala pan M2 - 4 skru M2x4, 6 M2x6, dan 6 M2x8 diperlukan (eBay -
• Suis slaid (Amazon -

Dengan pengecualian skru, pautan yang disediakan akan membawa anda ke Amazon. Hampir semua barang ini, bagaimanapun, dapat dibeli di eBay atau terus dari China dengan potongan harga yang besar. Perlu diingat bahawa pesanan dari China boleh menyebabkan masa yang lama (3-4 minggu tidak biasa).

Perhatikan juga bahawa ada alternatif untuk banyak komponen ini. Sebagai contoh, anda boleh menggantikan pecutan yang berbeza untuk LSM9DS1 (seperti MPU-9205). Anda boleh mengganti Arduino Nano dengan menggunakan pemproses yang serasi dengan Arduino dengan pin GPIO yang betul.

Khususnya, LSM9DS1 adalah yang saya beli dijual di Sparkfun dengan harga kurang dari $ 10, tetapi biasanya harganya lebih tinggi; MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) menyediakan fungsi serupa pada harga yang lebih rendah.

Sekiranya anda membuat penggantian, anda mungkin perlu mengubah suai kes (atau sekurang-kurangnya bagaimana anda memasang komponen dalam casing) dan anda mungkin perlu mengubah suai perisian untuk menyambung ke komponen alternatif. Saya tidak mempunyai pengubahsuaian tersebut - anda perlu meneliti dan mengemas kini dengan sewajarnya.

Langkah 2: Diagram Pendawaian

Skema pendawaian memperincikan bagaimana pelbagai komponen elektronik disatukan antara satu sama lain. Garis merah mewakili voltan positif manakala garis hitam mewakili tanah. Garis kuning dan hijau digunakan untuk isyarat data dari pecutan dan ke paparan LCD OLED. Anda akan melihat bagaimana komponen ini disatukan dalam langkah-langkah berikut.

Langkah 3: Buat Kes

Sekiranya anda mempunyai pencetak 3D, casingnya boleh dicetak dengan mudah. Fail STL termasuk dalam Instructable ini. Sekiranya anda tidak mempunyai pencetak 3D, anda boleh memuat naik fail STL ke biro pencetak 3D (seperti ini) dan mencetaknya untuk anda.

Saya mencetak tambang tanpa pinggiran atau rakit (dan tidak ada sokongan) dan 20% isi, tetapi anda boleh mencetak milik anda namun anda sudah biasa mencetak. Setiap bahagian hendaklah dicetak secara berasingan, diletakkan rata. Anda mungkin perlu memutarnya 45 darjah agar sesuai dengan tempat tidur pencetak. Tambang saya dicetak menggunakan Monoprice Maker Select Plus dengan ukuran tempat tidur 200 mm x 200 mm - setiap bahagian mengambil masa sekitar 12 jam untuk dicetak. Sekiranya anda mempunyai katil yang lebih kecil, ia mungkin tidak sesuai. Penskalaan tidak digalakkan kerana pelekap untuk komponen elektronik tidak akan ditimbang dengan tepat.

Langkah 4: Kabelkan Komponen ke Papan Roti untuk Mengesahkan Kesambungan (pilihan)

Saya sangat mengesyorkan memasang komponen utama ke papan roti untuk mengesahkan penyambungan sebelum meneruskan pemasangan komponen di dalam casing. Anda boleh memuat turun perisian ke Arduino Nano (lihat langkah seterusnya), dan untuk mengesahkan bahawa paparan LCD OLED betul-betul berwayar dan beroperasi, dan akselerometer telah dikabelkan dengan betul dan melaporkan data ke Arduino Nano. Ini juga boleh digunakan untuk mengesahkan operasi pembesar suara piezo pilihan.

Saya tidak menyambungkan bateri dan pengecas ke papan roti pada tahap ini - menyambungkan suis untuk mengawal bateri dilakukan setelah anda memasang suis ke casing. Gambar terakhir menunjukkan bagaimana penampilan ini sebelum pendawaian.

Langkah 5: Muat turun Perisian ke Arduino Nano

Perisian dimuat ke Arduino Nano menggunakan Arduino IDE. Ini dapat dilakukan pada bila-bila masa semasa proses membina DigiLevel, tetapi sebaiknya dilakukan apabila komponen telah dilampirkan menggunakan papan roti (lihat langkah sebelumnya) untuk mengesahkan pendawaian dan pengoperasian komponen elektrik yang betul.

Perisian ini memerlukan 2 perpustakaan dipasang. Yang pertama adalah perpustakaan U8g2 (oleh oliver) - anda boleh memasangnya dengan mengklik pada 'Sketch -> Include Library -> Manage Libraries …' di Arduino IDE. Cari U8g2 dan kemudian klik Pasang. Perpustakaan kedua adalah perpustakaan Sparkfun LSM9DS1. Anda boleh mendapatkan arahan mengenai cara memasang perpustakaan itu di sini.

Setelah spesifikasi perpustakaan, perisian mempunyai bahagian persediaan dan gelung pemprosesan utama. Bahagian persediaan menginisialisasi pecutan dan paparan LCD OLED, dan kemudian memaparkan skrin permulaan sebelum menunjukkan paparan utama. Sekiranya pembesar suara disambungkan, ia akan memainkan satu bip pada pembesar suara untuk menandakan status hidup.

Gelung pemprosesan utama bertanggungjawab membaca pecutan, memperoleh sudut x dan y dan kemudian memaparkan nilai sebagai satu set nombor mutlak dan juga bergambar pada grafik. Bacaan suhu dari pecutan juga ditunjukkan (dalam Fahrenheit atau Celsius). Sekiranya tahap sebelumnya tidak rata, ketika kembali ke tahap itu akan menghasilkan dua bip pada pembesar suara (jika disambungkan).

Akhirnya, voltan dari bateri diperoleh untuk menentukan dan memaparkan tahap bateri semasa. Saya tidak tahu seberapa tepat kod ini, tetapi cukup tepat untuk menunjukkan bateri penuh dan penurunan tahap bateri secara beransur-ansur semasa digunakan.

Langkah 6: Pasang dan Kawat Paparan OLED dan Pembesar Suara Piezo

Paparan OLED 1.3 (128x64) dipasang di bahagian atas casing menggunakan skru 4 kepala kepala pan M2x4. Saya cadangkan anda menyambungkan wayar anda ke paparan sebelum dipasang. Ini memastikan anda dapat melihat bagaimana pinnya dilabelkan semasa anda menyambungkan wayar. Setelah paparan dipasang, anda tidak akan dapat melihat label untuk pin. Anda akan melihat bahawa saya telah menambahkan label ke bahagian belakang paparan sehingga saya dapat mengingat nilai pin (kerana saya tidak melakukan ini pada kali pertama dan saya menyusunnya dengan tidak betul…).

Pembesar suara digunakan untuk mengeluarkan nada ringkas ketika Level Digital dihidupkan untuk mengesahkan bahawa baterinya baik dan beroperasi. Ia juga memancarkan nada ganda setiap kali tahap dipindahkan dari kedudukan bukan level ke posisi level. Ini untuk memberikan maklum balas yang dapat didengar semasa anda meletakkan tahap atau apa sahaja tahapnya. Ia dipasang ke bahagian atas casing dengan menggunakan 2 skru penoreh kepala pan M2x4. Anda tidak memerlukan pembesar suara - DigiLevel akan berfungsi dengan baik tanpanya, namun anda akan kehilangan maklum balas yang dapat didengar.

Langkah 7: Pasang dan Kabelkan Bateri, Pengecas Bateri, dan Tukar

Suis perlu dipasang ke casing sebelum menyambungkannya ke bateri. Ini kerana jika anda memasangnya terlebih dahulu, anda tidak dapat memasang suis tanpa memutuskannya. Oleh itu, pasang suis terlebih dahulu, kemudian pasangkan bateri TP4056 dan Li-Po yang telah dipasang sebelumnya, kemudian selesaikan pendawaian ke suis.

TP4056 mempunyai 4 pad pendawaian: B +, B-, Out +, Out-. Anda akan mahu memasukkan bateri ke sambungan B + (voltan positif) dan B- (tanah). Sambungan Out digunakan untuk tanah yang akan menuju ke Arduino Nano, dan Out + dihubungkan ke satu pin suis. Pin kedua suis kemudian disambungkan ke VIN Arduino Nano.

Pekerjaan pematerian saya bukan yang terbaik - saya suka menggunakan tiub pengecutan haba untuk menutup dan melindungi sendi pematerian. Anda akan perhatikan bahawa pada salah satu sambungan pematerian di sini, tiub pengecutan haba dipengaruhi oleh panas pematerian dan ia menyusut sebelum saya dapat menggerakkannya.

Langkah 8: Pasang dan Kawat Accelerometer

Pecut (LSM9DS1) dipasang di tengah-tengah bahagian bawah casing. Terdapat 4 pin yang perlu dikabelkan: VCC menuju ke pin V5 di Arduino Nano; GND menuju ke tanah; SDA menuju ke pin A5 di Arduino Nano; dan SCL menuju ke pin A4 di Arduino Nano.

Saya telah menggunakan wayar jumper dengan penyambung Dupont untuk pendawaian, namun anda boleh memasangkan wayar terus ke pin jika anda mahu. Sekiranya anda menyolder wayar terus ke pin, anda mungkin mahu melakukan ini sebelum memasang cip akselerometer untuk menjadikannya lebih mudah.

Langkah 9: Lengkapkan Elektronik dengan Pendawaian Arduino Nano

Pendawaian akhir dilakukan dengan menyambungkan semua komponen elektrik ke Arduino Nano. Ini paling baik dilakukan sebelum memasang Arduino Nano sehingga port USB dapat diakses untuk penentukuran dan perubahan perisian saat terakhir.

Mulakan dengan menyambungkan suis ke Nano. Pimpin positif (merah) beralih dari suis ke pin VIN Nano. Pimpin negatif (hitam) dari bateri akan masuk pin GND di Nano. Terdapat dua pin GND di Nano dan keempat-empat komponen elektrik mempunyai wayar tanah. Saya memilih untuk menggabungkan dua alasan di bahagian bawah casing menjadi satu plumbum yang disambungkan ke salah satu pin GND. Dua landasan dari bahagian atas kes saya digabungkan menjadi satu plumbum ke pin GND yang lain.

Accelerometer (LSM9DS1) dapat dihubungkan ke Nano dengan menyambungkan pin VDD pada accelerometer ke pin 3V3 di Nano. JANGAN sambungkan ini ke pin 5V atau anda akan merosakkan cip akselerometer. Sambungkan SDA ke pin A4 di Nano, dan SCL ke pin A5 di Nano. Pin GND menuju ke pin GND di Nano (digabungkan dengan plumbum negatif dari bateri).

Paparan LCD OLED seterusnya boleh disambungkan ke Nano dengan menyambungkan pin VCC pada paparan ke pin 5V di Nano. Sambungkan SDA ke pin D2 di Nano, dan SCL ke pin D5 di Nano.

Akhirnya, pembesar suara dapat dihubungkan dengan menyambungkan wayar merah (positif) ke pin D7 di Nano. Kawat hitam menuju ke GND bersama dengan GND paparan LCD OLED.

Langkah 10: Penentukuran

Setelah perisian dimuat turun, dan sebelum memasang Arduino Nano, anda mungkin perlu menentukur tahap anda. Pastikan papan pecutan telah dipasang. Memasangnya dengan skru akan menghasilkan papan level, namun jika sedikit mati untuk alasan apa pun, penentukuran akan memastikan paparan yang betul.

Letakkan sarung bawah pada permukaan yang diketahui rata (menggunakan tahap gelembung atau cara lain). Baca nilai yang ditunjukkan untuk X dan Y. Jika salah satu daripada nilai nol, anda perlu mengemas kini perisian dengan jumlah penentukuran. Ini dilakukan dengan menetapkan sama ada pemboleh ubah xCalibration atau pembolehubah kalibrasi y ke jumlah yang sesuai (apa yang dipaparkan).

// // Tetapkan pemboleh ubah ini dengan nilai awal yang sesuai // bool displayF = true; // benar untuk Fahrenheit, salah untuk Celsius int xCalibration = 0; // jumlah penentukuran untuk meratakan paksi-x int y Kalibrasi = 0; // jumlah penentukuran untuk meratakan panjang paksi-y Kalibrasi = 1457; // jumlah penentukuran untuk voltan rujukan dalaman

Pada masa ini, anda juga harus menetapkan nilai displayF ke pengaturan yang sesuai bergantung pada apakah anda ingin suhu yang dipaparkan di Fahrenheit atau Celsius.

Memuat semula perisian ke Nano kini akan menghasilkan pembacaan 0/0 di permukaan yang diketahui.

Langkah 11: Pasang Arduino Nano dan Pasang Sarungnya

Setelah penentukuran selesai, anda boleh memasang Arduino Nano pada casing dengan memasang lem panas ke rel dan meletakkan Arduino Nano di rel ini, dengan pin menghadap ke atas dan port USB menghadap ke dalam casing.

Sarung yang mengandungi semua elektronik kini dapat dipasang dengan menyatukan dua bahagian dan menggunakan skru 4 kepala pan pan M2x8.

Langkah 12: Sahkan Pengoperasian Tahap Digital Baru Anda

Pastikan bateri Li-Po diisi. Sekiranya casing dipasang, anda tidak akan dapat melihat petunjuk LED pengecasan secara langsung. Sekiranya anda ingin mengesahkan operasi pengecasan dengan melihat lampu pengecasan secara langsung, anda perlu membuka casingnya, namun anda seharusnya dapat melihat cahaya merah yang menunjukkan bahawa pengecasan berlaku dengan casing ditutup.

Setelah dicas dan dipasang, hidupkan Tahap Digital dan sahkan pengoperasiannya. Sekiranya tidak berfungsi, dua titik masalah yang mungkin berlaku ialah pendawaian untuk paparan LCD OLED dan pendawaian untuk pecutan. Sekiranya paparan tidak menunjukkan apa-apa, mulakan dengan pendawaian LCD OLED. Sekiranya paparan berfungsi, tetapi label H dan V menunjukkan 0 dan suhunya 0 (C) atau 32 (F), maka pecutan mungkin tidak disambungkan dengan betul.

Langkah 13: Pemikiran Akhir…

Saya mengumpulkan tahap digital ini (dan Instructable) terutamanya sebagai pengalaman belajar. Adalah kurang penting bagi saya untuk membuat tahap yang berfungsi seperti untuk meneroka pelbagai komponen dan kemampuan mereka, dan kemudian menyatukannya dengan cara yang menambah nilai.

Apa penambahbaikan yang akan saya buat? Terdapat beberapa yang saya pertimbangkan untuk kemas kini yang akan datang:

• Paparkan port USB Arduino Nano melalui casing dengan mengubah cara pemasangannya. Ini akan membolehkan kemas kini perisian lebih mudah (yang mana pun jarang berlaku).
• 3D mencetak casing menggunakan filamen kayu. Saya telah bereksperimen dengan filamen Hatchbox Wood dan saya sangat gembira dengan hasil yang saya perolehi. Saya rasa ini akan memberikan gambaran keseluruhan yang lebih baik kepada DigiLevel.
• Kemas kini reka bentuk untuk menggunakan akselerometer MPU-9250 untuk menurunkan kos sambil tidak mempengaruhi fungsi.

Ini adalah arahan pertama saya dan saya mengalu-alukan maklum balas. Walaupun saya telah berusaha untuk mengelakkannya, saya yakin bahawa ini masih mempunyai perspektif yang lebih berpusat pada AS - jadi minta maaf bagi mereka yang berada di luar AS.

Sekiranya anda menganggapnya menarik, sila pilih saya dalam Peraduan Pengarang Kali Pertama. Terima kasih kerana membaca hingga akhir!

Naib Johan dalam Pengarang Kali Pertama