CÔNG CỤ ĐO LƯỜNG ĐA CHỨC NĂNG KỸ THUẬT SỐ: 21 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Các dự án Fusion 360 »

Chào mọi người. Tôi luôn muốn có một thiết bị có thể giúp tôi cân bằng giường máy in 3D của mình và một số thiết bị khác có thể giúp tôi có được chiều dài gần đúng của một bề mặt cong để tôi có thể dễ dàng cắt ra chiều dài phù hợp của hình dán để dán lên bề mặt đó và do đó ngăn ngừa sự lãng phí. Vì vậy, tôi nghĩ tại sao không kết hợp cả hai ý tưởng và tạo ra một thiết bị duy nhất có thể làm được cả hai. Cuối cùng, tôi đã chế tạo ra một thiết bị không chỉ có thể đo các đường cong và độ cao bề mặt mà còn có thể đo khoảng cách đường thẳng và góc của một đường. Vì vậy, về cơ bản tiện ích này hoạt động như một mức kỹ thuật số tất cả trong một + thước kẻ + thước đo góc + thước cuộn. Thiết bị này đủ nhỏ để nhét trong túi và pin của nó có thể dễ dàng sạc lại bằng bộ sạc điện thoại.

Thiết bị này sử dụng cảm biến gia tốc kế và con quay hồi chuyển để đo chính xác độ cao và góc của bề mặt, cảm biến IR sắc nét để đo chiều dài tuyến tính theo cách không tiếp xúc và bộ mã hóa có bánh xe có thể lăn trên bề mặt cong hoặc đường cong để lấy chiều dài của nó.

Điều hướng qua các chế độ và tính năng của thiết bị được thực hiện bằng 3 nút cảm ứng được đánh dấu là M (chế độ), U (đơn vị) và 0 (không)

M - Để chọn giữa các loại phép đo khác nhau

U - Để chọn giữa các đơn vị mm, cm, inch và mét

0 - Đặt lại các giá trị đo được về 0 sau khi đo khoảng cách hoặc góc.

Lý do của việc sử dụng các nút cảm ứng là để điều hướng nhẹ nhàng qua các chế độ và đơn vị mà không làm ảnh hưởng đến vị trí của thiết bị trong khi đo.

Thiết bị có một nam châm neodymium được nhúng vào đế của nó để nó không bị trượt hoặc trượt ra khỏi bề mặt kim loại đang được đo.

Vỏ được thiết kế để làm cho thiết bị nhỏ gọn nhất có thể và cũng có thể in 3D dễ dàng.

Bước 1: CÁC THÀNH PHẦN VÀ CHẾ ĐỘ CẦN THIẾT

Các thành phần đã được chọn để lưu ý rằng thiết bị này được chế tạo để vừa vặn bên trong túi. Vì vậy, phần nhỏ nhất của màn hình, pin và cảm biến mà tôi có thể tìm thấy đã được sử dụng.

1. trường hợp in 3d

2. Cảm biến khoảng cách IR GP2Y0A41SK0F sắc nét X 1 (Aliexpress)

3. Mô-đun gia tốc kế / con quay hồi chuyển MPU6050 X 1 (Aliexpress)

4. Boost + mô-đun sạc X 1 (Aliexpress)

5. Bộ mã hóa Grove Mouse X 1 (Aliexpress)

6. Màn hình OLED 128 X 32 X 1 (Aliexpress)

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

8. Bộ rung 12 mm X 1 (Aliexpress)

9. Pin lipo 3.7v, 1000mah X 1 (Aliexpress)

10. Mô-đun nút cảm ứng TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. Nam châm neodymium 20x10x2mm X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 USB đến UART TTL module X 1 (Aliexpress)

13. Dây đồng tráng men (Aliexpress)

14. Điện trở 10K X 2

15. Trục thép 19 (chiều dài) X2 (đường kính) mm X 1

16. 3mm dẫn X 1

17. Bất kỳ cuộn nhãn dán vinyl nào (Aliexpress)

18. Cáp micro USB

MPU6050

MPU6050 là một thiết bị mems bao gồm một gia tốc kế 3 trục và một con quay hồi chuyển 3 trục trong đó. Điều này giúp chúng tôi đo gia tốc, vận tốc, định hướng và dịch chuyển. Đây là thiết bị dựa trên I2C chạy trên 3.3 đến 5v. Trong dự án này, MPU6050 được sử dụng để đo bề mặt có bằng phẳng hay không và cũng để đo góc của một đường thẳng.

MÁY NẠP CHUỘT GROVE

Đây là bộ mã hóa vòng quay gia tăng cơ học với dữ liệu phản hồi về hướng quay và tốc độ quay. Tôi đã sử dụng bộ mã hóa này vì bộ mã hóa nhỏ nhất mà tôi có thể tìm thấy và phần lập trình của nó cũng dễ dàng. Bộ mã hóa này có 24 bước cho mỗi vòng quay. Sử dụng điều này, chúng tôi có thể tính toán khoảng cách di chuyển của bánh xe trên bộ mã hóa nếu đường kính bánh xe được biết. Các tính toán về cách thực hiện việc này sẽ được thảo luận trong các bước sau của tài liệu hướng dẫn này. Dự án này sử dụng bộ mã hóa để đo khoảng cách các đường cong.

MODULE KHOẢNG CÁCH IR SHARP GP2Y0A41SK0F

Đây là một cảm biến tương tự cung cấp một điện áp thay đổi làm đầu ra dựa trên khoảng cách của đối tượng từ cảm biến. Không giống như các mô-đun IR khác, màu sắc của đối tượng được phát hiện sẽ không ảnh hưởng đến đầu ra của cảm biến. Có nhiều phiên bản của cảm biến sắc nét nhưng loại mà chúng tôi đang sử dụng có phạm vi từ 4 - 30 cm. Cảm biến hoạt động ở điện áp từ 4,5 đến 5,5 vôn và chỉ tạo ra dòng điện 12 mA. Dây đỏ (+) và đen (-) là dây nguồn và dây thứ 3 (trắng hoặc vàng) là dây đầu ra tương tự. Cảm biến được sử dụng trong dự án này để đo khoảng cách tuyến tính mà không cần tiếp xúc.

Bước 2: CÔNG CỤ CẦN THIẾT

1. Một cái kéo

2. Máy cắt hộp hoặc bất kỳ loại lưỡi siêu sắc nào khác

3. nhíp

4. Súng bắn keo nóng

5. Keo tức thì (như keo siêu dính)

6. Chất kết dính dựa trên cao su (giống như một liên kết fevi)

7. Hàn sắt và chì

8. máy cắt laser

9. Máy in 3D

10. Một công cụ quay với bit cắt đĩa

11. Máy cắt dây

12. Giấy nhám

Bước 3: Tệp STL để in 3D

Vỏ cho thiết bị này được thiết kế trong phần mềm Autodesk Fusion 360. Có 3 miếng. Các tệp STL cho các phần này được đưa ra bên dưới.

Tệp "LID" và "bánh xe" có thể được in mà không cần hỗ trợ trong khi tệp "BODY" cần hỗ trợ. Tôi đã in những thứ này ở chiều cao lớp 0,2 mm với 100% mực in bằng cách sử dụng PLA màu xanh lá cây. Máy in được sử dụng là loại tarantula TEVO.

Bước 4: BẢO HIỂM TÌNH HUỐNG VỚI VINYL

1. Sử dụng giấy nhám mịn để làm phẳng tất cả các bề mặt bên ngoài của các miếng in 3D để nhãn dán vinyl dính dễ dàng.

2. Sử dụng khăn ướt để loại bỏ tất cả các hạt mịn có thể còn sót lại trên bề mặt sau khi chà nhám.

3. Sau khi bề mặt khô, dán nhãn vinyl lên bề mặt. Đảm bảo không có bọt khí bị mắc kẹt.

4. Dùng kéo cắt bớt miếng dán thừa xung quanh viền.

5. Bây giờ dán nhãn dán xung quanh các cạnh của vỏ và cắt phần thừa.

6. Sử dụng máy cắt hộp hoặc bất kỳ loại dao cạo nào khác để khoét các lỗ trên màn hình OLED, cổng sạc, bánh xe mã hóa và cảm biến IR sắc nét.

CẢNH BÁO: RẤT CẨN THẬN VỚI CÁC CỤM VÀ CÔNG CỤ CHIA SẺ

Bước 5: SƠ ĐỒ MẠCH

LẬP TRÌNH MỘT MINI CHUYÊN NGHIỆP

Không giống như Arduino nano, pro mini không thể được lập trình trực tiếp bằng cách cắm cáp USB vì nó không tích hợp bộ chuyển đổi USB sang TTL nối tiếp. Do đó, trước tiên chúng ta nên kết nối bộ chuyển đổi nối tiếp USB sang USB bên ngoài với máy mini chuyên nghiệp để lập trình nó. Hình ảnh đầu tiên cho thấy các kết nối này được thực hiện như thế nào.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

SƠ ĐỒ MẠCH HOÀN THIỆN

Hình ảnh thứ 2 cho thấy sơ đồ mạch hoàn chỉnh của dự án này.

D2 - INT MPU6050

D3 - I / O (MODE)

D5 - I / O (UNIT)

D6 - I / O (KHÔNG)

D7 - + (1) BỘ MÔI GIỚI

D8 - + (2) BỘ MÔI GIỚI

A0 - I / O SHARP IR

A1 - + Bộ rung

A4 - SDA (OLED VÀ MPU6050)

A5 - SCL (OLED VÀ MPU6050)

GND - GND CỦA TẤT CẢ CÁC CHẾ ĐỘ VÀ CẢM BIẾN VÀ MÔ ĐUN SÁCH

VCC - + CỦA CỔNG USB MODULE BOOST

B + - PIN +

B- - PIN -

Bức ảnh thứ 3 được chụp trong khi tôi đang tạo mã. Đây là một thiết lập tạm thời được thực hiện để kiểm tra mã, mô-đun và mạch. Nó là tùy chọn cho các bạn để thử

Bước 6: CHÈN TỪ VỰNG

1. Bôi keo tức thì trong khoang cho nam châm được cung cấp bên dưới lỗ cổng sạc.

2. Đặt nam châm vào trong hốc và giữ nó cho đến khi keo khô bằng cách sử dụng vật không có từ tính.

Nam châm giúp thiết bị không bị trượt hoặc di chuyển khi sử dụng trên bề mặt kim loại.

Bước 7: CHIA SẺ CÁC CẢM BIẾN

Để làm cho thiết bị càng nhỏ càng tốt, các giá lắp của cảm biến IR sắc nét và bộ mã hóa đã được cắt ra bằng cách sử dụng một công cụ quay có gắn đĩa cắt.

Bước 8: ĐẶT MÀN HÌNH OLED

1. Đánh dấu các tên pin ở mặt sau của màn hình OLED để các kết nối có thể được thực hiện chính xác sau này.

2. Đặt màn hình OLED vào đúng vị trí như trong hình thứ hai. Phần mở của màn hình được thiết kế sao cho màn hình sẽ hơi đi vào tường. Điều này đảm bảo rằng màn hình nằm ở vị trí và hướng chính xác và không di chuyển dễ dàng.

3. Keo nóng được bôi cẩn thận xung quanh màn hình. Keo nóng được ưa thích hơn vì nó hoạt động giống như một bộ giảm xóc cho màn hình và sẽ không gây căng thẳng cho màn hình khi dán.

Bước 9: ĐÍNH KÈM CÁC NÚT CẢM ỨNG VÀ MPU6050

1. Một chất kết dính dựa trên cao su được sử dụng.

2. Chất kết dính được áp dụng cho cả hai bề mặt.

3. Đảm bảo tất cả các điểm hàn đều hướng về phía mở của vỏ máy, đặt các mô-đun vào vị trí được chỉ định của chúng như trong hình.

4. Giữ mô-đun và vỏ được ép nhẹ vào nhau trong ít nhất 2 phút sau khi dính chặt chúng với nhau.

Bước 10: BOOST + MODULE SẠC

Đây là một mô-đun mà tôi đã lấy ra từ một pin sạc dự phòng rẻ tiền. Mô-đun này có cả mạch bảo vệ pin cũng như bộ chuyển đổi khuếch đại 5v, 1 amp. Nó cũng có một nút nhấn ON / OFF có thể được sử dụng như công tắc nguồn cho toàn bộ dự án. Cổng USB cái trên mô-đun đã được tháo ra bằng cách sử dụng mỏ hàn và hai dây được hàn vào các đầu nối đất và + 5v như thể hiện trong hình thứ 4.

Hàn 2 chân cắm đầu đực vào B + và B- như trong hai hình đầu tiên và sau đó kiểm tra xem mô-đun có hoạt động với pin hay không.

Bôi keo tức thì lên nền được cung cấp cho mô-đun và đặt mô-đun nhẹ nhàng để đảm bảo cổng sạc và phần mở cung cấp cho nó được căn chỉnh hoàn hảo.

Bước 11: ĐẶT PIN VÀ CẢM BIẾN IR SHARP

1. Lớp phủ của dây đồng tráng men được loại bỏ bằng cách đốt nóng đầu dây bằng mỏ hàn hoặc bật lửa cho đến khi lớp cách điện tan chảy. Các dây sau đó được hàn cẩn thận vào màn hình OLED. Điều này được thực hiện ngay bây giờ vì có thể khó thực hiện điều tương tự sau khi lắp pin.

2. Pin được trượt dưới nền tảng của mô-đun tăng cường theo cách mà các đầu nối dây của nó hướng về hướng của màn hình OLED như trong hình thứ 3.

3. Cảm biến IR sắc nét được lắp vào khe được cung cấp cho nó.

Bước 12: ĐÍNH KÈM ARDUINO VÀ BUZZER

1. Bộ chuyển đổi USB sang nối tiếp được hàn vào Arduino theo sơ đồ mạch được cung cấp.

2. Keo nóng được sử dụng để dán Arduino vào giữa vỏ qua pin.

3. Dây được hàn vào các đầu cực của bộ rung và sau đó bộ rung được đẩy vào khoang tròn trên vỏ được cung cấp cho nó như trong hình thứ 7.

Bước 13: THƯỞNG THỨC

1. Các đầu cuối của bộ mã hóa được làm sạch bằng lưỡi dao.

2. Các điện trở được hàn vào bộ mã hóa.

3. Các dây đồng được hàn theo sơ đồ mạch điện.

4. Trục thép được lắp vào bánh xe in 3D. Nếu bánh xe quá lỏng, hãy cố định bánh xe bằng keo dán ngay.

5. Chèn thiết lập bánh xe trục vào bộ mã hóa. Một lần nữa nếu nó bị lỏng, hãy sử dụng keo ngay lập tức. Nhưng lần này, hãy hết sức cẩn thận để không để bất kỳ chất keo nào xâm nhập vào cơ chế bộ mã hóa.

6. Định vị bộ mã hóa bên trong vỏ sao cho các bánh xe nhô ra ngoài qua lỗ được cung cấp và cũng đảm bảo rằng nó quay tự do.

7. Sử dụng keo nóng để cố định bộ mã hóa tại chỗ.

Bước 14: DÂY VÀ BÁN

1. Đấu dây mạch được thực hiện theo sơ đồ mạch đã cho ở bước "SƠ ĐỒ MẠCH" trước đó.

2. Các dây + ve và -ve của tất cả các cảm biến và mô-đun được kết nối song song với nguồn điện.

3. Đảm bảo không có dây nào chặn tầm nhìn của mô-đun IR hoặc vướng vào bánh xe bộ mã hóa.

Bước 15: GIẢI MÃ

1. Tải xuống mã và thư viện được cung cấp bên dưới.

2. Giải nén các thư mục thư viện. Sao chép các thư mục này vào thư mục "thư viện" trong thư mục "Arduino" được tìm thấy bên trong "Tài liệu của tôi" trên máy tính của bạn (nếu bạn là người dùng windows).

3. Mở mã được cung cấp ("filal_code") trong Arduino IDE và tải nó lên Arduino.

Bước 16: ĐỊNH LƯỢNG MPU6050

Vì mô-đun gia tốc kế / con quay hồi chuyển MPU6050 chỉ được dán vào vỏ nên nó có thể không ở mức hoàn hảo. Do đó, các bước sau được thực hiện để sửa lỗi 0 này.

BƯỚC 1: Cắm thiết bị vào máy tính của bạn và đặt nó trên một bề mặt mà bạn đã biết là hoàn toàn bằng phẳng (ví dụ: sàn gạch)

BƯỚC 2: Vào chế độ "LEVEL" trên thiết bị bằng cách chạm vào nút "M" và ghi lại các giá trị X và Y.

BƯỚC 3: Gán các giá trị này cho các biến "calibx" và "caliby" trong mã.

BƯỚC 4: Tải lại chương trình lên.

Bước 17: TÍNH TOÁN KHOẢNG CÁCH DI CHUYỂN MỖI BƯỚC CỦA MÁY NĂNG LƯỢNG

Số bước trên mỗi vòng quay của trục bộ mã hóa, N = 24 bước

Đường kính của bánh xe, D = 12,7mm

Chu vi của bánh xe, C = 2 * pi * (D / 2) = 2 * 3,14 * 6,35 = 39,898 mm

Do đó, khoảng cách di chuyển trên mỗi bước = C / N = 39,898 / 24 = 1,6625 mm

Nếu các bạn đang sử dụng bộ mã hóa hoặc bánh xe có đường kính khác với số bước khác nhau, hãy tìm khoảng cách di chuyển trên mỗi mm bằng cách thay thế các giá trị của bạn trong công thức trên và khi bạn tìm thấy độ phân giải, hãy nhập giá trị này vào công thức trong mã như được hiển thị trong bức tranh.

Biên dịch và tải lại mã lên Arduino.

Sau khi hiệu chỉnh bộ mã hóa xong và chương trình đã sửa đổi được tải lên, bạn có thể giải mã và tháo mô-đun chuyển đổi USB sang TTL nối tiếp khỏi Arduino Pro Mini.

Bước 18: KIỂM TRA MỌI THỨ TRƯỚC KHI ĐÓNG TRƯỜNG HỢP

Những điều cần kiểm tra:

1. Nếu bộ sạc có thể dễ dàng cắm vào cổng và nếu pin đang sạc đúng cách.

2. Nút BẬT / TẮT nguồn có hoạt động hay không.

3. Màn hình OLED hiển thị mọi thứ theo đúng hướng và vị trí với khoảng cách phù hợp.

4. Các nút cảm ứng đều hoạt động bình thường và được dán nhãn chính xác.

5. Nếu bộ mã hóa cung cấp các giá trị khoảng cách khi quay.

6. Các mô-đun MPU6050 và SHARP IR đang hoạt động và cho kết quả đọc chính xác.

7. Còi kêu.

8. Đảm bảo không có gì bên trong nóng lên khi BẬT. Nếu hiện tượng nóng xảy ra, có nghĩa là hệ thống dây điện bị sai ở đâu đó.

9. Đảm bảo rằng mọi thứ được cố định đúng vị trí và không di chuyển trong vỏ.

Bước 19: ĐẶT MỞ RỘNG NÚT PUSH VÀ KHAI THÁC TRƯỜNG HỢP

SỬ DỤNG ĐÈN LED ĐỂ MỞ RỘNG MẶT BẰNG NÚT PUSH

Trục của nút nhấn trên mô-đun sạc quá ngắn để đi ra qua lỗ trên vỏ. Vì vậy, một đầu LED 3mm được sử dụng như một bộ mở rộng.

1. Chân của đèn LED được cắt bằng máy cắt dây.

2. Mặt phẳng của đèn LED được làm nhẵn và phẳng bằng giấy nhám. Nếu đèn LED quá nhỏ để xử lý bằng tay, hãy sử dụng nhíp.

3. Đặt đầu đèn LED vào lỗ được cung cấp cho nó trên nắp hộp như trong hình. Đảm bảo rằng đèn led không bị chặt vì nó phải trượt vào và trượt ra khi nhấn nút

TRÁCH NHIỆM VỤ

1. Bôi bất kỳ chất kết dính làm từ cao su nào (tôi đã sử dụng Fevi Bond) cẩn thận dọc theo viền trên cả thân và nắp.

2. Chờ khoảng 5 đến 10 phút cho keo hơi khô rồi ấn cả hai nửa vào nhau. Đảm bảo đầu còn lại của trục thép của bánh xe mã hóa đi vào lỗ được cung cấp cho nó trên nắp.

3. Sử dụng một tải nặng (tôi đã sử dụng pin UPS) để giữ cả hai miếng được ép trong khi keo khô.

Chất kết dính dựa trên cao su được đề xuất ở đây vì trong trường hợp phải mở vỏ trong tương lai để thay pin hoặc lập trình lại, có thể dễ dàng thực hiện bằng cách chạy một lưỡi dao sắc hoặc dao dọc theo mối nối.

Bước 20: GHI NHÃN CÁC NÚT CẢM ỨNG

Việc ghi nhãn được thực hiện để dễ dàng xác định các vị trí và chức năng của nút cảm ứng.

Các bảng chữ cái được cắt ra từ một tờ giấy dán tường màu trắng bằng máy cắt laser tự chế của tôi.

Các miếng cắt được lấy ra khỏi tấm chính bằng nhíp và sau đó dán lên thiết bị theo đúng vị trí và hướng.

Chiều cao bảng chữ cái tối đa: 8mm

Chiều rộng bảng chữ cái tối đa: 10MM

CẢNH BÁO: MẶT KÍNH AN TOÀN KHỐI LASER KHI LÀM VIỆC VỚI MÁY KHẮC HOẶC CẮT LASER

Bước 21: KẾT QUẢ

Thiết bị cuối cùng đã được thực hiện. Nếu các bạn có bất kỳ nghi ngờ hoặc đề xuất nào liên quan đến dự án, vui lòng cho tôi biết thông qua các ý kiến.

CẢM ƠN

Giải nhất cuộc thi bỏ túi