DigiLevel - um nível digital com dois eixos: 13 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

A inspiração para este instrutível é o nível de espírito digital DIY encontrado aqui por GreatScottLab. Gostei desse design, mas queria uma tela maior com uma interface mais gráfica. Eu também queria melhores opções de montagem para os componentes eletrônicos do gabinete. Por fim, usei este projeto para melhorar minhas habilidades de design 3D (usando Fusion 360) e para explorar novos componentes eletrônicos.

O DigiLevel fornecerá feedback sobre se uma superfície está nivelada - ambos ao longo do eixo x (horizontal) e do eixo y (vertical). Os graus de nível são mostrados, bem como uma representação gráfica em um gráfico de 2 eixos. Além disso, o nível da bateria é mostrado e a temperatura atual em Fahrenheit ou Celsius (conforme relatado pelo chip do acelerômetro). Este é um feedback audível mínimo - um tom inicial para verificar a potência e, em seguida, um tom duplo sempre que o nível é movido de uma posição não nivelada para uma posição nivelada.

Forneci instruções detalhadas sobre como você pode fazer este nível digital, mas sinta-se à vontade para ampliar e modificar meu design, assim como fiz no nível de espírito digital DIY.

Etapa 1: Materiais

A seguir estão os materiais usados na montagem deste Nível Digital. A maioria dos links de compra são para várias peças, que normalmente são mais baratas do que comprar os componentes individuais. Como exemplo, o chip TP4056 vem com 10 peças por $ 9 (menos de $ 1 / TP4056), ou pode ser comprado individualmente por $ 5.

• Carregador de bateria TP4056 Li-Po (Amazon -
• Acelerômetro LSM9DS1 (Amazon -
• Arduino Nano (Amazon -
• Display OLED LCD de 128x64 (Amazon -
• Alto-falante piezo (Amazon -

• Bateria Li-Po de 3,7 V (Amazon -

  a.co/d/1v9n7uP)

• Parafusos auto-roscantes M2 de cabeça panela - são necessários 4 parafusos M2x4, 6 M2x6 e 6 M2x8 (eBay -
• Botão deslizante (Amazon -

Com exceção dos parafusos, os links fornecidos o levarão à Amazon. Quase todos esses itens, no entanto, podem ser comprados no eBay ou direto da China com um desconto significativo. Lembre-se de que fazer pedidos da China pode resultar em longos prazos de entrega (3-4 semanas não é incomum).

Observe também que existem alternativas para muitos desses componentes. Por exemplo, você pode substituir um acelerômetro diferente para o LSM9DS1 (como o MPU-9205). Você pode substituir o Arduino Nano usando qualquer processador compatível com o Arduino com os pinos GPIO adequados.

Em particular, o LSM9DS1 é um que comprei à venda na Sparkfun por menos de $ 10, mas normalmente tem um preço mais alto; o MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) oferece funcionalidade semelhante a um preço mais baixo.

Se você fizer uma substituição, provavelmente precisará modificar o gabinete (ou pelo menos como monta o componente no gabinete) e provavelmente precisará modificar o software para se conectar ao componente alternativo. Eu não tenho essas modificações - você precisará pesquisar e atualizar conforme apropriado.

Etapa 2: Diagrama de fiação

O esquema de fiação detalha como os vários componentes eletrônicos são conectados uns aos outros. As linhas vermelhas representam a tensão positiva, enquanto as linhas pretas representam o aterramento. As linhas amarelas e verdes são usadas para sinais de dados do acelerômetro e para o display OLED LCD. Você verá como esses componentes são conectados nas etapas a seguir.

Etapa 3: Faça o Caso

Se você tiver uma impressora 3D, o estojo pode ser impresso com bastante facilidade. Os arquivos STL incluídos neste Instructable. Se você não tiver uma impressora 3D, pode carregar os arquivos STL em um bureau de impressão 3D (como este) e imprimi-los para você.

Imprimi o meu sem aba ou jangada (e sem suportes) e com 20% de preenchimento, mas você pode imprimir o seu da forma que estiver acostumado a imprimir. Cada peça deve ser impressa separadamente, na horizontal. Pode ser necessário girá-lo 45 graus para que se encaixe na mesa da impressora. A minha foi impressa usando um Monoprice Maker Select Plus com um tamanho de cama de 200 mm x 200 mm - cada peça demorou cerca de 12 horas para imprimir. Se você tiver uma cama menor, ela pode não caber. O dimensionamento não é recomendado, pois as montagens para os componentes eletrônicos não serão dimensionados adequadamente.

Etapa 4: Conecte os componentes a uma placa de ensaio para verificar a conectividade (opcional)

Eu recomendo fortemente a fiação dos componentes primários a uma placa de ensaio para verificar a conectividade antes de prosseguir com a montagem dos componentes dentro do gabinete. Você pode baixar o software para o Arduino Nano (veja a próxima etapa) e verificar se o display LCD OLED está corretamente conectado e operacional, e se o acelerômetro foi conectado corretamente e se está relatando seus dados ao Arduino Nano. Além disso, isso pode ser usado para verificar a operação do alto-falante piezoelétrico opcional.

Não conectei a bateria e o carregador à placa de ensaio neste estágio - a conexão do switch para controlar a bateria é feita depois que você monta o switch no gabinete. A última imagem mostra como isso ficava antes da fiação.

Etapa 5: Baixe o software para o Arduino Nano

O software é carregado no Arduino Nano usando o IDE do Arduino. Isso pode ser feito a qualquer momento durante o processo de construção do DigiLevel, mas é melhor feito quando os componentes foram conectados usando uma placa de ensaio (consulte a etapa anterior) para verificar a fiação e a operação correta dos componentes elétricos.

O software requer que 2 bibliotecas sejam instaladas. A primeira é a biblioteca U8g2 (de oliver) - você pode instalá-la clicando em 'Sketch -> Incluir biblioteca -> Gerenciar bibliotecas…' no IDE do Arduino. Procure U8g2 e clique em Instalar. A segunda biblioteca é a biblioteca Sparkfun LSM9DS1. Você pode obter instruções sobre como instalar essa biblioteca aqui.

Após as especificações da biblioteca, o software possui uma seção de configuração e um loop de processamento principal. A seção de configuração inicializa o acelerômetro e o display OLED LCD e, em seguida, exibe uma tela de inicialização antes de mostrar o display principal. Se um alto-falante estiver conectado, ele tocará um bipe no alto-falante para indicar o status de ligado.

O loop principal de processamento é responsável pela leitura do acelerômetro, obtendo os ângulos xey e, em seguida, exibindo os valores como um conjunto de números absolutos e também pictoricamente em um gráfico. A leitura de temperatura do acelerômetro também é exibida (em Fahrenheit ou Celsius). Se o nível não estava nivelado anteriormente, quando ele retornar ao nível, ele irá gerar dois bipes no alto-falante (se conectado).

Finalmente, a tensão da bateria é obtida para determinar e exibir o nível atual da bateria. Não sei quão preciso é este código, mas é preciso o suficiente para mostrar uma bateria cheia e a redução gradual do nível da bateria durante o uso.

Etapa 6: monte e conecte o display OLED e o alto-falante piezo

O display OLED de 1,3 (128x64) é montado na metade superior do gabinete usando 4 parafusos auto-roscantes M2x4. Sugiro que você conecte seus fios ao display antes da montagem. Isso garante que você possa ver como os pinos estão etiquetada à medida que você está conectando os fios. Depois que a tela for montada, você não conseguirá ver as etiquetas dos pinos. Você notará que adicionei uma etiqueta na parte de trás da tela para que eu pudesse me lembrar do valores de pinos (já que não fiz isso da primeira vez e conectei incorretamente …).

O alto-falante é usado para emitir um breve tom quando o Nível Digital é ligado para verificar se a bateria está boa e operacional. Ele também emite um tom duplo sempre que o nível é movido de uma posição não nivelada para uma posição nivelada. Isso é para fornecer um feedback audível conforme você posiciona o nível ou qualquer que seja o nível. É montado na metade superior da caixa usando 2 parafusos auto-roscantes M2x4 de cabeça panela. Você não precisa de um alto-falante - o DigiLevel funcionará perfeitamente sem ele, no entanto, você perderá qualquer feedback audível.

Etapa 7: Monte e conecte a bateria, o carregador de bateria e o interruptor

A chave precisa ser montada na caixa antes de conectá-la à bateria. Isso ocorre porque se você conectá-lo primeiro, não conseguirá montar o switch sem desconectá-lo. Portanto, monte o switch primeiro, depois monte o TP4056 pré-cabeado e a bateria Li-Po e, em seguida, conclua a fiação do switch.

O TP4056 tem 4 almofadas de fiação: B +, B-, Out +, Out-. Você vai querer conectar a bateria às conexões B + (tensão positiva) e B- (terra). A conexão Out- é usada para o aterramento que irá para o Arduino Nano, e a Out + é conectada a um pino do switch. O segundo pino da chave é então conectado ao VIN do Arduino Nano.

Meu trabalho de soldagem não é o melhor - gosto de usar tubos termorretráteis para cobrir e isolar a junta soldada. Você notará que em uma das conexões soldadas aqui, o tubo termorretrátil foi impactado pelo calor da solda e encolheu antes que eu pudesse movê-lo.

Etapa 8: Monte e conecte o acelerômetro

O acelerômetro (LSM9DS1) é montado no meio da metade inferior da caixa. Há 4 pinos a serem conectados: VCC vai para o pino V5 no Arduino Nano; GND vai para o solo; SDA vai para o pino A5 no Arduino Nano; e SCL vai para o pino A4 no Arduino Nano.

Usei fios de jumper com conectores Dupont para a fiação, mas você pode soldar o fio diretamente nos pinos, se preferir. Se você soldar os fios diretamente aos pinos, provavelmente desejará fazer isso antes de montar o chip do acelerômetro para facilitar.

Etapa 9: Conclua a eletrônica conectando o Arduino Nano

A fiação final é feita conectando todos os componentes elétricos ao Arduino Nano. É melhor fazer isso antes de montar o Arduino Nano para que a porta USB fique acessível para calibração e quaisquer outras alterações de software de última hora.

Comece conectando o switch ao Nano. O fio positivo (vermelho) vai da chave para o pino VIN do Nano. O cabo negativo (preto) da bateria irá para o pino GND no Nano. Existem dois pinos GND no Nano e todos os quatro componentes elétricos têm um fio terra. Eu escolhi combinar os dois fundamentos na parte inferior da caixa em um cabo conectado a um dos pinos GND. Os dois aterramentos da parte superior do gabinete eu combinei em um condutor conectado aos outros pinos GND.

O acelerômetro (LSM9DS1) pode ser conectado ao Nano conectando o pino VDD do acelerômetro ao pino 3V3 do Nano. NÃO conecte isso ao pino de 5 V ou você danificará o chip do acelerômetro. Conecte o SDA ao pino A4 no Nano e o SCL ao pino A5 no Nano. O pino GND vai para o pino GND no Nano (combinado com o cabo negativo da bateria).

A seguir, o display LCD OLED pode ser conectado ao Nano conectando o pino VCC do display ao pino de 5V do Nano. Conecte o SDA ao pino D2 no Nano e o SCL ao pino D5 no Nano.

Finalmente, o alto-falante pode ser conectado conectando o fio vermelho (positivo) ao pino D7 no Nano. O fio preto vai para o GND junto com o GND do display OLED LCD.

Etapa 10: Calibração

Depois de fazer o download do software e antes de montar o Arduino Nano, pode ser necessário calibrar o nível. Certifique-se de que a placa do acelerômetro foi montada. A montagem com os parafusos deve resultar em uma placa nivelada, no entanto, se por algum motivo estiver levemente desalinhada, a calibração garantirá uma exibição correta.

Coloque a caixa inferior em uma superfície que esteja nivelada (usando um nível de bolha ou algum outro meio). Leia os valores exibidos para X e Y. Se algum for diferente de zero, você precisará atualizar o software com a quantidade de calibração. Isso é feito definindo a variável xCalibration ou a variável yCalibration para a quantidade apropriada (o que é exibido).

// // Defina essas variáveis com valores iniciais conforme apropriado // bool displayF = true; // verdadeiro para Fahrenheit, falso para Celsius int xCalibration = 0; // quantidade de calibração para nivelar o eixo x int yCalibration = 0; // quantidade de calibração para nivelar o longo do eixo y irvCalibration = 1457; // quantidade de calibração para tensão de referência interna

Nesse momento, você também deve definir o valor de displayF para a configuração apropriada, dependendo se deseja que a temperatura seja exibida em Fahrenheit ou Celsius.

Recarregar o software no Nano agora deve resultar em uma leitura de 0/0 em uma superfície de nível conhecido.

Etapa 11: monte o Arduino Nano e monte a caixa

Assim que a calibração for concluída, você pode montar o Arduino Nano no gabinete aplicando cola quente nos trilhos e colocando o Arduino Nano nesses trilhos, com os pinos voltados para cima e a porta USB voltada para o interior do gabinete.

A caixa contendo todos os componentes eletrônicos agora pode ser montada colocando as duas metades juntas e usando 4 parafusos auto-roscantes M2x8 de cabeça panela.

Etapa 12: verifique a operação de seu novo nível digital

Certifique-se de que a bateria Li-Po esteja carregada. Se a caixa estiver montada, você não poderá ver os indicadores LED de carregamento diretamente. Se você quiser verificar a operação de carregamento visualizando as luzes de carregamento diretamente, você precisará abrir o estojo, no entanto, você deve ser capaz de ver o brilho vermelho indicando que o carregamento está ocorrendo com o estojo fechado.

Depois de carregado e montado, ligue o nível digital e verifique seu funcionamento. Se não estiver funcionando, os dois prováveis pontos de problema são a fiação do display OLED LCD e a fiação do acelerômetro. Se o display não estiver mostrando nada, comece com a fiação do LCD OLED. Se o visor estiver funcionando, mas os rótulos H e V mostrarem 0 e a temperatura for 0 (C) ou 32 (F), provavelmente o acelerômetro não está conectado corretamente.

Etapa 13: Considerações finais …

Eu juntei este nível digital (e o Instrutível) principalmente como uma experiência de aprendizagem. Era menos importante para mim criar um nível de funcionamento do que explorar os vários componentes e suas capacidades e, em seguida, colocá-los juntos de uma forma que agregue valor.

Que melhorias eu faria? Estou considerando vários para uma atualização futura:

• Exponha a porta USB do Arduino Nano através do gabinete, modificando a forma como ele é montado. Isso permitiria atualizações mais fáceis do software (o que, em qualquer caso, deve ser raro).
• Imprima a caixa em 3D usando um filamento de madeira. Tenho experimentado com o filamento Hatchbox Wood e estou muito satisfeito com os resultados que obtive. Acho que isso forneceria uma visão geral melhor do DigiLevel.
• Atualize o design para usar o acelerômetro MPU-9250 para reduzir o custo sem afetar a função.

Este é o meu primeiro instrutível e agradeço comentários. Embora eu tenha tentado evitar isso, tenho certeza de que isso ainda tem uma perspectiva mais centrada nos EUA - então, desculpas para aqueles que estão fora dos EUA.

Se você achou interessante, vote em mim no Concurso de Autoria pela Primeira Vez. Obrigado por ler até o fim!

Vice-campeão pela primeira vez, autor