FERRAMENTA DE MEDIÇÃO DIGITAL MULTI-FUNÇÕES: 21 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Projetos Fusion 360 »

Olá a todos. Sempre quis um dispositivo que me ajudasse a nivelar minha mesa de impressora 3D e algum outro dispositivo que me ajudasse a obter um comprimento aproximado de uma superfície curva para que eu pudesse facilmente cortar o comprimento certo do adesivo para aplicar nessa superfície e evitando assim o desperdício. Então pensei por que não combinar as duas ideias e fazer um único gadget que pode fazer as duas coisas. Por fim, acabei construindo um dispositivo que pode não apenas medir linhas curvas e nivelamento de superfície, mas também medir distâncias em linha reta e ângulo de uma linha. Então, basicamente, este gadget funciona como um nível digital + régua + transferidor + medida de rotação. O dispositivo é pequeno o suficiente para caber em um bolso e suas baterias podem ser recarregadas facilmente usando um carregador de telefone.

Este dispositivo usa um sensor de acelerômetro e giroscópio para medir com precisão o nível de superfície e ângulo, um sensor IV afiado para medir o comprimento linear de uma forma sem contato e um codificador com uma roda que pode ser rolada sobre uma superfície curva ou uma linha curva para obtenha seu comprimento.

A navegação pelos modos e recursos do dispositivo é feita usando 3 botões de toque marcados como M (modo), U (unidade) e 0 (zero)

M - Para escolher entre diferentes tipos de medidas

U - Para escolher entre as unidades mm, cm, polegadas e metros

0 - Para redefinir os valores medidos para 0 após medir uma distância ou ângulo.

A razão para usar os botões de toque é navegar suavemente pelos modos e unidades sem perturbar a posição do dispositivo durante a medição.

O dispositivo tem um ímã de neodímio embutido em sua base para que não escorregue ou deslize para fora da superfície de metal que está sendo medida.

O invólucro é projetado para tornar o dispositivo o mais compacto possível e também para ser impresso em 3D facilmente.

Etapa 1: COMPONENTES E MÓDULOS NECESSÁRIOS

Os componentes foram escolhidos tendo em mente que este dispositivo foi feito para caber no bolso. Portanto, foram usados os menores da tela, bateria e sensores que consegui encontrar.

1. Caixa impressa em 3D

2. Sensor de distância infravermelho Sharp GP2Y0A41SK0F X 1 (Aliexpress)

3. Módulo acelerômetro / giroscópio MPU6050 X 1 (Aliexpress)

4. Boost + módulo de carregamento X 1 (Aliexpress)

5. Codificador de mouse Grove X 1 (Aliexpress)

6. Visor OLED 128 X 32 X 1 (Aliexpress)

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

8. campainha de 12 mm X 1 (Aliexpress)

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

10. Módulo de botão de toque TTP223 X 3 (Aliexpress)

11. Ímã de neodímio 20x10x2mm X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 USB para módulo UART TTL X 1 (Aliexpress)

13. Fio de cobre esmaltado (Aliexpress)

14. 10K resistores X 2

15. 19 (comprimento) X2 (dia) mm eixo de aço X 1

16. led de 3 mm X 1

17. Qualquer rolo de adesivo de vinil (Aliexpress)

18. Cabo micro USB

MPU6050

MPU6050 é um dispositivo de MEMS que consiste em um acelerômetro de 3 eixos e um giroscópio de 3 eixos nele. Isso nos ajuda a medir a aceleração, velocidade, orientação e deslocamento. Este é um dispositivo baseado em I2C que funciona em 3,3 a 5v. Neste projeto, o MPU6050 é usado para medir se uma superfície está nivelada ou não e também para medir o ângulo de uma linha.

GROVE MOUSE CODIFICADOR

Este é um codificador rotativo incremental mecânico com dados de feedback de direção e velocidade de rotação. Usei este codificador porque é o menor codificador que consegui encontrar e a parte de programação dele também foi fácil. Este codificador tem 24 etapas por rotação. Usando isso, podemos calcular a distância movida pela roda no codificador se o diâmetro da roda for conhecido. Os cálculos sobre como fazer isso são discutidos nas etapas posteriores deste instrutível. Este projeto usa o codificador para medir distâncias de linhas curvas.

MÓDULO DE DISTÂNCIA DE IR SHARP GP2Y0A41SK0F

Este é um sensor analógico que fornece uma tensão variável como saída com base na distância do objeto ao sensor. Ao contrário de outros módulos IR, a cor do objeto que está sendo detectado não afetará a saída do sensor. Existem muitas versões de sensores pontiagudos, mas o que estamos usando tem um alcance de 4 a 30 cm. O sensor opera uma tensão entre 4,5 a 5,5 volts e consome apenas 12 mA de corrente. Os fios vermelho (+) e preto (-) são os fios de alimentação e o terceiro fio (branco ou amarelo) é o fio de saída analógica. O sensor é usado neste projeto para medir distâncias lineares sem contato.

Etapa 2: FERRAMENTAS NECESSÁRIAS

1. Uma tesoura

2. Cortadores de caixa ou quaisquer outras lâminas super afiadas

3. pinças

4. Pistola de cola quente

5. Cola instantânea (como super cola)

6. Adesivo à base de borracha (como um ligante Feevi)

7. Ferro de soldar e chumbo

8. cortador a laser

9. impressora 3D

10. Uma ferramenta rotativa com broca de corte de disco

11. Cortadores de fio

12. Lixa

Etapa 3: Arquivos STL para impressão 3D

A caixa para este dispositivo foi projetada no software Autodesk Fusion 360. Existem 3 peças. Os arquivos STL para essas peças são fornecidos abaixo.

Os arquivos "LID" e "wheel" podem ser impressos sem suporte, enquanto o arquivo "BODY" precisa de suporte. Imprimi-os com uma camada de 0,2 mm de altura e 100% de preenchimento usando PLA verde. A impressora usada é uma tarântula TEVO.

Etapa 4: COBRINDO O REVESTIMENTO COM VINIL

1. Use uma lixa fina para alisar todas as superfícies externas das peças impressas em 3D para que o adesivo de vinil adira facilmente.

2. Use um pano úmido para remover todas as partículas finas que podem permanecer nas superfícies após o lixamento.

3. Após a secagem da superfície, aplique o adesivo de vinil na superfície. Certifique-se de que não haja bolhas de ar presas.

4. Use uma tesoura para cortar o excesso de adesivo nas bordas.

5. Agora aplique o adesivo nas laterais da caixa e apare o excesso.

6. Use um cortador de caixa ou qualquer outra lâmina de barbear para cortar os orifícios para o display OLED, a porta de carregamento, a roda codificadora e o sensor infravermelho afiado.

AVISO: TENHA MUITO CUIDADO COM AS LÂMINAS E FERRAMENTAS AFIADAS

Etapa 5: DIAGRAMAS DO CIRCUITO

PROGRAMANDO UM PRO MINI

Ao contrário do Arduino nano, o pro mini não pode ser programado diretamente conectando um cabo USB, pois não possui um conversor USB para serial TTL integrado. Portanto, primeiro devemos conectar um conversor USB externo para serial ao mini pro para programá-lo. A primeira imagem mostra como essas conexões devem ser feitas.

Vcc - 5V

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

DIAGRAMA COMPLETO DO CIRCUITO

A 2ª imagem mostra o diagrama de circuito completo deste projeto.

D2 - INT MPU6050

D3 - I / O (MODO)

D5 - E / S (UNIDADE)

D6 - I / O (ZERO)

D7 - + (1) CODIFICADOR

D8 - + (2) CODIFICADOR

A0 - I / O SHARP IR

A1 - + Campainha

A4 - SDA (OLED E MPU6050)

A5 - SCL (OLED E MPU6050)

GND - GND DE TODOS OS MÓDULOS E SENSORES E MÓDULO DE REFORÇO

VCC - + DA PORTA USB DO MÓDULO DE REFORÇO

B + - BATERIA +

B- - BATERIA -

A terceira foto foi tirada enquanto eu estava criando o código. Esta é uma configuração temporária que foi feita para testar o código, os módulos e o circuito. É opcional para vocês tentarem

Etapa 6: INSERINDO O ÍMÃ

1. Aplique cola instantânea na cavidade do ímã fornecido abaixo do orifício da porta de carregamento.

2. Coloque o ímã na cavidade e segure-o até que a cola seque usando algo não magnético.

O ímã ajuda a evitar que o dispositivo deslize ou se mova quando usado em uma superfície de metal.

Etapa 7: MODELAR OS SENSORES

Para tornar o dispositivo o mais pequeno possível, os suportes de montagem do sensor IV afiado e do codificador foram cortados com uma ferramenta rotativa com acessório de broca de disco de corte.

Etapa 8: COLOCANDO O DISPLAY OLED

1. Marque os nomes dos pinos na parte de trás do display OLED para que as conexões possam ser feitas corretamente mais tarde.

2. Coloque o display OLED na posição correta, conforme mostrado na segunda imagem. A abertura para a tela é projetada de forma que a tela vá ligeiramente para as paredes. Isso garante que a tela esteja na posição e orientação corretas e não se mova facilmente.

3. A cola quente é aplicada com cuidado ao redor da tela. A cola quente é preferida porque age como um amortecedor para a tela e não pressiona a tela quando aplicada.

Etapa 9: ANEXAR OS BOTÕES DE TOQUE E MPU6050

1. É usado um adesivo à base de borracha.

2. O adesivo é aplicado em ambas as superfícies.

3. Certificando-se de que todos os pontos de solda estão voltados para o lado aberto da caixa, coloque os módulos em seus lugares atribuídos, conforme mostrado nas fotos.

4. Mantenha o módulo e o invólucro suavemente pressionados um ao outro por pelo menos 2 minutos após colocá-los um no outro.

Etapa 10: REFORÇO + MÓDULO DE CARREGAMENTO

Este é um módulo que tirei de um banco de energia de célula única barato. Este módulo possui circuitos de proteção de bateria e também um conversor boost de 5v e 1 amp. Também possui um botão ON / OFF que pode ser usado como interruptor de energia para todo o projeto. A porta USB fêmea do módulo foi removida com um ferro de solda e dois fios foram soldados aos terminais de + 5v e terra como mostrado na 4ª foto.

Solde 2 pinos coletores machos em B + e B- conforme mostrado nas duas primeiras fotos e, em seguida, verifique se o módulo funciona com as baterias.

Aplique cola instantânea na plataforma fornecida para o módulo e posicione o módulo com cuidado certificando-se de que a porta de carregamento e a abertura prevista para ele estejam perfeitamente alinhadas.

Etapa 11: COLOCANDO A BATERIA E O SENSOR IR AFIADO

1. O revestimento do fio de cobre esmaltado é removido aquecendo a ponta do fio com o ferro de soldar ou isqueiro até o isolamento derreter. Os fios são então cuidadosamente soldados ao display OLED. Isso é feito agora porque pode ser difícil fazer o mesmo depois que as baterias forem colocadas.

2. A bateria é deslizada sob a plataforma do módulo de reforço de forma que seus conectores de fio fiquem voltados para a direção do display OLED, conforme mostrado na 3ª imagem.

3. O sensor IV de ponta é inserido no slot fornecido para ele.

Etapa 12: ANEXAR O ARDUINO E O BUZZER

1. O conversor de USB para serial é soldado ao Arduino de acordo com o diagrama de circuito fornecido.

2. A cola quente é usada para colar o Arduino no meio da caixa sobre as baterias.

3. Os fios são soldados aos terminais da campainha e, em seguida, a campainha é empurrada para a cavidade circular no invólucro fornecido para ele, como visto na 7ª foto.

Etapa 13: ENCODER

1. Os terminais do codificador são limpos com uma lâmina.

2. Os resistores são soldados ao codificador.

3. Os fios de cobre são soldados de acordo com o diagrama do circuito.

4. O eixo de aço é inserido na roda impressa em 3D. Se a roda estiver muito frouxa, fixe-a com cola instantânea.

5. Insira a configuração da roda do eixo no codificador. Novamente, se estiver solto, use cola instantânea. Mas, desta vez, tenha muito cuidado para não deixar nenhuma cola entrar nos mecanismos do codificador.

6. Posicione o codificador dentro da caixa de modo que as rodas se projetem para fora através da abertura fornecida e também certifique-se de que ele gira livremente.

7. Use cola quente para prender o codificador no lugar.

Etapa 14: FIAÇÃO E SOLDA

1. A fiação do circuito é feita de acordo com o diagrama do circuito fornecido na etapa "DIAGRAMA DO CIRCUITO" anterior.

2. Os fios + ve e -ve de todos os sensores e módulos são conectados paralelamente à fonte de alimentação.

3. Certifique-se de que nenhum dos fios bloqueie a visão do módulo IR ou se enrosque na roda codificadora.

Etapa 15: CODIFICAÇÃO

1. Baixe o código e as bibliotecas fornecidas abaixo.

2. Extraia as pastas da biblioteca. Copie essas pastas para a pasta "libraries" na pasta "Arduino" que se encontra dentro de "My Documents" do seu computador (se você for um usuário do Windows).

3. Abra o código fornecido ("filal_code") no Arduino IDE e carregue-o no Arduino.

Etapa 16: CALIBRAÇÃO DE MPU6050

Como o módulo do acelerômetro / giroscópio MPU6050 acabou de ser colado à caixa, ele pode não estar perfeitamente nivelado. Portanto, as etapas a seguir são seguidas para corrigir esse erro zero.

ETAPA 1: conecte o dispositivo ao computador e coloque-o em uma superfície que você já sabe que está perfeitamente nivelada (exemplo: um piso de ladrilho)

PASSO 2: Vá para o modo "NÍVEL" no dispositivo tocando no botão "M" e anote os valores X e Y.

ETAPA 3: Atribua esses valores às variáveis "calibx" e "caliby" no código.

PASSO 4: Carregue o programa novamente.

Etapa 17: CÁLCULO DA DISTÂNCIA MOVIDA POR PASSO DO CODIFICADOR

Número de etapas por rotação do eixo do codificador, N = 24 etapas

O diâmetro da roda, D = 12,7 mm

Circunferência da roda, C = 2 * pi * (D / 2) = 2 * 3,14 * 6,35 = 39,898 mm

Portanto, distância movida por etapa = C / N = 39,898 / 24 = 1,6625 mm

Se vocês estão usando uma roda de diâmetro diferente ou codificador com uma contagem de passos diferente, encontre a distância movida por mm substituindo seus valores na fórmula acima e uma vez que você encontre a resolução, insira este valor na fórmula dentro do código conforme mostrado em a imagem.

Compile e carregue o código para o Arduino novamente.

Uma vez que a calibração do codificador é feita e o programa modificado é carregado, você pode desoldar e remover o módulo conversor USB para TTL serial do Arduino Pro Mini.

Etapa 18: TESTAR TUDO ANTES DE FECHAR O CASO

Coisas para testar:

1. Se o carregador pode ser facilmente conectado à porta e se as baterias estão carregando corretamente.

2. O botão liga / desliga está funcionando ou não.

3. O OLED exibe tudo na orientação e posição corretas com o espaçamento correto.

4. Os botões de toque estão todos funcionando e etiquetados corretamente.

5. Se o codificador fornecer os valores de distância ao girar.

6. Os módulos MPU6050 e SHARP IR estão funcionando e fornecendo as leituras corretas.

7. A campainha está soando.

8. Certifique-se de que nada dentro do aparelho esteja esquentando quando LIGADO. Se ocorrer aquecimento, significa que a fiação está errada em algum lugar.

9. Certifique-se de que tudo está preso na posição e não se move dentro da caixa.

Etapa 19: COLOCAR A EXTENSÃO DO BOTÃO DE PRESSÃO E LIGAR A CAIXA

USANDO UM LED PARA ESTENDER O EIXO DO BOTÃO DE PRESSÃO

O eixo do botão de pressão no módulo de carregamento é muito curto para sair pela abertura na caixa. Portanto, uma cabeça de LED de 3 mm é usada como extensor.

1. As pernas dos LEDs são cortadas com um alicate.

2. O lado plano do LED é alisado e nivelado com uma lixa. Se o LED for muito pequeno para ser manuseado, use uma pinça.

3. Coloque a cabeça do LED no orifício fornecido para ela na tampa da caixa, conforme mostrado na imagem. Certifique-se de que o led não está apertado, pois deve deslizar para dentro e para fora quando o botão é pressionado

LIGANDO O CASO

1. Aplique quaisquer adesivos à base de borracha (usei Fevi Bond) cuidadosamente ao longo da borda do corpo e da tampa.

2. Espere de 5 a 10 minutos para que a cola seque ligeiramente e pressione as duas metades uma contra a outra. Certifique-se de que a extremidade livre do eixo de aço da roda codificadora entre no orifício fornecido para ele na tampa.

3. Use uma carga pesada (usei uma bateria UPS) para manter as duas peças pressionadas enquanto a cola seca.

Um adesivo à base de borracha foi recomendado aqui porque no caso de o invólucro ter que ser aberto no futuro para substituição ou reprogramação da bateria, isso pode ser feito facilmente passando uma lâmina afiada ou faca ao longo da junta.

Etapa 20: ROTULANDO OS BOTÕES DE TOQUE

A etiquetagem é feita para identificar facilmente as posições e funções dos botões de toque.

Os alfabetos foram cortados de uma folha de adesivo branca usando meu cortador a laser feito em casa.

As peças cortadas foram retiradas da lâmina principal com uma pinça e aplicadas no dispositivo na posição e orientação corretas.

Altura máxima do alfabeto: 8 mm

Largura máxima do alfabeto: 10 MM

AVISO: USE ÓCULOS DE SEGURANÇA DE BLOQUEIO A LASER AO TRABALHAR COM UM GRAVADOR OU CORTADOR DE LASER

Etapa 21: RESULTADOS

O dispositivo está finalmente pronto. Se vocês tiverem dúvidas ou sugestões em relação ao projeto, por favor me avisem através dos comentários.

OBRIGADA

Primeiro prêmio no concurso de tamanho reduzido