Digitalna razina s unakrsnim laserom: 15 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Pozdrav svima, danas ću vam pokazati kako napraviti digitalnu razinu s opcijskim integriranim laserom za unakrsnu liniju. Prije otprilike godinu dana stvorio sam digitalni višenamjenski alat. Iako taj alat ima mnogo različitih načina rada, za mene su najčešći i najkorisniji načini mjerenja razine i kuta. Stoga sam mislio da bi bilo produktivno napraviti novi, kompaktniji alat usmjeren samo na mjerenje kuta. Skupština je naprijed, pa se nadamo da će to biti zabavan vikend projekt za ljude.

Također sam dizajnirao sanjke za držanje u ravnini dok koristim cross-line laser. Može se podesiti za +/- 4 stupnja u y/x kako bi se izravnala laserska linija. Sanjke se također mogu montirati na stativ za kameru.

Sve datoteke potrebne za razinu možete pronaći na mom Githubu: ovdje.

Razina ima pet načina rada:

(Ovo možete vidjeti u videu iznad. Njihovo gledanje vjerojatno će imati više smisla od čitanja opisa)

1. X-Y razina: Ovo je poput kružne razine mjehurića. S polaganjem razine na stražnjoj strani, način rada prijavljuje kutove nagiba oko gornje/donje i lijeve/desne strane alata.
2. Roll Level: Ovo je kao obična libela. S visinom koja stoji uspravno na gornjoj/donjoj/lijevoj/desnoj strani, izvještava o kutu nagiba gornje/donje strane razine.
3. Kutomjer: Poput razine kotrljanja, ali razina leži ravno na donjoj strani.
4. Laserski pokazivač: Samo laserski točkica naprijed, projicirana s desne strane alata.
5. Cross-Line Laser: Projektira križ s desne strane razine. To se također može aktivirati kada koristite načine X-Y Level ili Roll Level dvostrukim dodirom na gumb "Z". Treba biti orijentiran tako da je donja strana poravnata s laserskom linijom.

Kako bih razinu učinio kompaktnijom i lakše sastavljao, sve sam dijelove ugradio na prilagođenu PCB. Najmanje komponente su 0805 SMD veličine, koje se lako mogu lemiti ručno.

Kućište razine je 3D ispisano, a dimenzije 74x60x23,8 mm s laserom s poprečnom linijom, 74x44x23,8 mm bez, čineći alat udobnim džepnim veličinama u oba slučaja.

Razina se napaja punjivom LiPo baterijom. Trebao bih napomenuti da LiPo -i mogu biti opasni ako se s njima nepravilno rukuje. Najvažnije je da ne skraćujete LiPo, ali trebali biste napraviti malo sigurnosno istraživanje ako ih potpuno ne poznajete.

Konačno, dva lasera koje koristim imaju vrlo nisku snagu i iako ne preporučujem da ih usmjerite izravno u oči, inače bi trebali biti sigurni.

Ako imate bilo kakvih pitanja, ostavite komentar, a ja ću vam se javiti.

Pribor

PCB:

Gerber datoteku za PCB možete pronaći ovdje: ovdje (preuzmite u donjem desnom kutu)

Ako želite pregledati shemu PCB -a, možete je pronaći ovdje.

Osim ako ne možete napraviti PCB -ove lokalno, neke ćete morati naručiti od proizvođača prototipa PCB -a. Ako nikada prije niste kupili prilagođenu PCB ploču, to je vrlo jednostavno; većina tvrtki ima automatizirani sustav citiranja koji prihvaća komprimirane Gerberove datoteke. Mogu preporučiti JLC PCB, Seeedstudio, AllPCB ili OSH Park, iako sam siguran da će i većina drugih raditi. Sve zadane specifikacije ploča ovih proizvođača dobro će funkcionirati, ali svakako postavite debljinu ploče na 1,6 mm (trebalo bi biti zadano). Boja ploče je vaša želja.

Elektronički dijelovi:

(imajte na umu da ove dijelove vjerojatno možete jeftinije pronaći na stranicama poput Aliexpress, Ebay, Banggood itd.)

• Jedan Arduino Pro-mini, 5V ver. Imajte na umu da postoji nekoliko različitih dizajna ploča. Jedina razlika između njih je postavljanje analognih pinova A4-7. Napravio sam PCB razine tako da obje ploče trebaju raditi. Ovdje pronađeno.
• Jedna ploča za razbijanje MPU6050. Ovdje pronađeno.
• Jedan OLED od 0,96 "SSD1306. Boja zaslona nije bitna (iako plavo/žuta verzija najbolje funkcionira). Može se pronaći u dvije različite konfiguracije pinova, gdje su uzemljeni/vcc pinovi obrnuti. Ili će raditi za razinu. Ovdje se nalazi..
• Jedna ploča za punjenje TP4056 1s LiPo. Ovdje pronađeno.
• Jedna LiPo baterija od 1s. Bilo koja vrsta je u redu sve dok stane u volumen 40x50x10 mm. Kapacitet i trenutni izlaz nisu jako važni jer je potrošnja energije na razini prilično niska. Ovdje možete pronaći onu koju sam koristio.
• Jedna laserska dioda 6,5x18 mm 5mw. Ovdje pronađeno.
• Jedna laserska dioda s unakrsnom linijom od 12 x 40 mm i snage 5 mw. Ovdje pronađeno. (izborno)
• Dva tranzistora kroz rupu 2N2222. Ovdje pronađeno.
• Jedan klizni prekidač 19x6x13 mm. Ovdje pronađeno.
• Četiri otpornika 1K 0805. Ovdje pronađeno.
• Dva 100K 0805 otpornika. Ovdje pronađeno.
• Dva višeslojna keramička kondenzatora 1uf 0805. Ovdje pronađeno.
• Dva taktilna gumba kroz otvor 6x6x10 mm. Ovdje pronađeno.
• 2,54 mm muška zaglavlja.
• FTDI kabel za programiranje. Ovdje se nalazi, iako su druge vrste dostupne na Amazonu po nižoj cijeni. Također možete koristiti Arduino Uno kao programer (ako ima uklonjivi ATMEGA328P čip), pogledajte vodič za to ovdje.

Ostali dijelovi:

• Dvadeset okruglih neodimijskih magneta 6x1 mm. Ovdje pronađeno.
• Jedan akrilni kvadrat dimenzija 25x1,5 mm. Ovdje pronađeno.
• Mala duljina čičak trake s ljepljivom podlogom.
• Četiri vijka M2 od 4 mm.

Alati/potrepštine

• 3D pisač
• Lemilica s finim vrhom
• Ljepilo za plastiku (za lijepljenje akrilnog kvadrata, super ljepilo ga zamagljuje)
• Super ljepilo
• Pištolj za vruće ljepilo i vruće ljepilo
• Boja+četka (za punjenje oznaka gumba)
• Skidač žice/rezač žica
• Pinceta (za rukovanje SMD dijelovima)
• Nož za hobi

Dijelovi za sanjke (izborno, ako dodajete laser za unakrsnu liniju)

• Tri matice M3
• Tri vijka M3x16 mm (ili dulji, pružit će vam veći raspon podešavanja kuta)
• Jedna 1/4 "-20 matica (za montažu na stativ kamere)
• Dva okrugla magneta 6x1 mm (vidi gornju vezu)

Korak 1: Napomene o dizajnu (izborno)

Prije nego što krenem u korake izgradnje razine, snimit ću nekoliko bilješki o njenom dizajnu, konstrukciji, programiranju itd. One su izborne, ali ako želite na bilo koji način prilagoditi razinu, one mogu biti korisne.

• Slike montaže koje imam su starije verzije PCB -a. Bilo je nekoliko malih problema koje sam od tada riješio novom verzijom PCB -a. Testirao sam novi PCB, ali u žurbi s testiranjem potpuno sam zaboravio snimiti montažne slike. Srećom, razlike su vrlo male, a sklop je uglavnom nepromijenjen, pa bi starije slike trebale dobro funkcionirati.
• Za napomene o MPU6050, SSD1306 OLED i TP4056, pogledajte 1. korak mojih instrukcija o digitalnom višenamjenskom alatu.
• Htio sam napraviti razinu što je moguće kompaktnijom, a također i olakšati sastavljanje nekome tko ima prosječne vještine lemljenja. Stoga sam odlučio koristiti uglavnom komponente kroz rupe i uobičajene ploče za probijanje koje su dostupne u prodaji. Koristio sam 0805 SMD otpornike/kondenzatore jer su prilično laki za lemljenje, možete ih pregrijati bez previše brige, a vrlo su jeftini za zamjenu ako pokvarite/izgubite jedan.
• Korištenje unaprijed izrađenih ploča za probijanje za senzor/OLED/mikrokontroler također održava ukupni broj dijelova niskim, pa je lakše kupiti sve dijelove za ploču.
• Na svom digitalnom višenamjenskom alatu koristio sam Wemos D1 Mini kao glavni mikrokontroler. To je uglavnom bilo zbog programskih ograničenja u memoriji. Za razinu, jer je MPU6050 jedini senzor, odlučio sam koristiti Arduino Pro-mini. Iako ima manje memorije, malo je manji od Wemos D1 Mini, a budući da je izvorni Arduino proizvod, programska podrška izvorno je uključena u Arduino IDE. Na kraju sam se jako približio maksimiziranju programske memorije. To je uglavnom zbog veličine knjižnica za MPU6050 i OLED.
• Odlučio sam se koristiti 5v verziju Arduino Pro-Mini u odnosu na 3.3v verziju. To je uglavnom zato što verzija 5v ima dvostruku brzinu takta od verzije 3.3v, što pomaže da razina bude osjetljivija. Potpuno napunjeni 1Po LiPo emitira 4.2v, pa ga možete koristiti za napajanje pro-mini izravno s vcc pina. Time se zaobilazi ugrađeni regulator napona od 5 V i općenito se to ne bi smjelo raditi osim ako niste sigurni da vaš izvor napajanja nikada neće preći 5 V.
• Uz prethodnu točku, i MPU6050 i OLED prihvaćaju napone između 5-3v, pa ih 1s LiPo neće imati problema napajati.
• Mogao sam upotrijebiti pojačavač od 5 V za održavanje stalnih 5 V po cijeloj ploči. Iako bi to bilo dobro kako bi se osigurala konstantna brzina takta (smanjuje se sa smanjenjem napona) i spriječilo zatamnjenje lasera (što se zapravo ne primjećuje), nisam mislio da su vrijedni dodatni dijelovi. Slično, 1s LiPo je 95% ispražnjen na 3,6v, pa bi čak i pri najnižem naponu 5v pro-mini i dalje trebao raditi brže od verzije 3,3v.
• Oba gumba imaju krug debounce. Time se sprječava da se jedan pritisak gumba broji više puta. Možete se osloboditi softvera, ali ja to više volim učiniti hardverom, jer za to su potrebna samo dva otpornika i jedan kondenzator, a onda se o tome ne morate brinuti. Ako biste radije to učinili u softveru, možete izostaviti kondenzator i lemiti kratkospojnu žicu između pločica otpornika od 100K. I dalje biste trebali uključiti 1K otpornik.
• Razina izvješćuje o trenutnom postotku napunjenosti LiPo u gornjem desnom kutu zaslona. To se izračunava usporedbom internog referentnog napona od 1,1 V Arduina s naponom izmjerenim na vcc pinu. U početku sam mislio da za to trebate koristiti analogni pin, što se odražava na PCB -u, ali se može sigurno zanemariti.

Korak 2: Montaža PCB -a Korak 1:

Za početak ćemo sastaviti PCB razine. Kako bismo olakšali montažu, na ploču ćemo dodavati komponente u fazama, poredane po povećanju visine. To vam daje više prostora za postavljanje lemilice, jer se u svakom trenutku morate baviti samo komponentama slične visine.

Prvo trebate lemiti sve SMD otpornike i kondenzatore na gornjoj strani ploče. Vrijednosti su navedene na PCB -u, ali možete upotrijebiti priloženu sliku za referencu. Ne brinite za 10K otpornik jer nije na vašoj ploči. Prvotno sam ga namjeravao koristiti za mjerenje napona baterije, ali pronašao sam alternativni način za to.

Korak 3: Montaža PCB -a Korak 2:

Zatim izrežite i skinite olovne žice male laserske diode. Vjerojatno ćete ih morati skinuti skroz do baze lasera. Svakako pratite koja je strana pozitivna.

Laser postavite u izrezano područje s desne strane PCB-a. Možda ćete htjeti malo ljepila držati na mjestu. Lemljenje lasera vodi do rupa +/- označenih s "Laser 2" na slici.

Zatim lemite dva 2N2222 na mjesto u gornjem desnom kutu ploče. Provjerite odgovaraju li ispisanoj orijentaciji na ploči. Kada ih lemite, gurnite ih samo do pola u ploču kao na slici. Nakon što su zalemljeni, odrežite višak kabela, a zatim savijte 2N2222 tako da je ravna strana naslonjena na vrh ploče kao na slici.

Korak 4: Montaža PCB -a Korak 3:

Preokrenite ploču i lemite pojedinačne muške zaglavlje u rupe u blizini laserske diode. Zatim lemite modul TP4056 u zaglavlja, kao na slici. Provjerite je li montiran na donju stranu ploče, s USB priključkom poravnatim s rubom ploča. Odrežite višak duljine zaglavlja.

Korak 5: Montaža PCB -a Korak 4:

Okrenite ploču natrag na gornju stranu. Pomoću muških zaglavlja reda lemite ploču MPU6505 kao na slici. Pokušajte MPU6050 držati što paralelnije s PCB -om razine. To će pomoći zadržati početna očitanja kuta blizu nule. Odrežite višak duljine zaglavlja.

Korak 6: Montaža PCB -a Korak 5:

Lemljenje muških zaglavlja za Arduino Pro-Mini na mjestu s gornje strane ploče. Njihova orijentacija nije bitna, osim gornjeg reda zaglavlja. Ovo je programsko zaglavlje ploče, stoga je važno da budu orijentirani tako da duga strana zaglavlja bude usmjerena prema gornjoj strani PCB -a razine. To možete vidjeti na slici. Također, provjerite koristite li orijentaciju pina A4-7 koja odgovara vašem Pro-Miniju (moj ima red kao niz duž dna ploče, ali neki ih postavljaju kao parove uz jedan rub).

Zatim, iako nije na slici, možete lemiti Arduino Pro-Mini na mjestu.

Zatim lemite SSD1306 OLED zaslon na mjesto na vrhu ploče. Kao i kod MPU6050, pokušajte držati zaslon što paralelniji s PCB -om razine. Imajte na umu da se čini da ploče SSD1306 dolaze u dvije moguće konfiguracije, jedna s obrnutim pinovima GND i VCC. Oboje će raditi s mojom pločom, ali pinove morate konfigurirati pomoću prespojnih jastučića na stražnjoj strani PCB -a razine. Jednostavno premostite središnje jastučiće na VCC ili GND jastučiće za postavljanje pinova. Nažalost, nemam sliku za ovo, jer sam za obrnute pinove saznao tek nakon što sam kupio i sastavio početnu PCB (iglice na mom zaslonu su bile pogrešne, pa sam morao naručiti potpuno novi zaslon). Ako imate pitanja, postavite komentar.

Na kraju, odrežite višak duljine igle.

Korak 7: Montaža PCB -a Korak 6:

Ako to niste učinili u prethodnom koraku, lemite Arduino Pro-Mini na mjesto na vrhu PCB-a.

Zatim lemite dva taktilna gumba i klizni prekidač na mjesto kako je prikazano na slici. Morat ćete obrezati pričvrsne jezičke kliznog prekidača pomoću kliješta.

Korak 8: Montaža PCB -a Korak 7:

Pričvrstite malu traku čičak trake na stražnju stranu razine PCB -a i LiPo baterije, kao na slici. Zanemarite dodatnu crvenu žicu između Arduina i zaslona na prvoj slici. Napravio sam malu grešku u ožičenju pri projektiranju PCB -a. To je ispravljeno u vašoj verziji.

Zatim pričvrstite bateriju na stražnju stranu PCB -a razine pomoću čičak trake. Zatim prerežite pozitivne i negativne žice baterije. Lemite ih na B+ i B- jastučiće na TP4056 kao na slici. Pozitivna žica baterije treba biti spojena na B+, a negativna na B-. Prije lemljenja, trebali biste potvrditi polaritet svake žice pomoću višemetara. Kako biste izbjegli kratki spoj baterije, preporučujem uklanjanje i lemljenje jedne po jedne žice.

U ovom je trenutku PCB razine dovršen. Možda ćete ga htjeti testirati prije nego što ga instalirate u kućište. Da biste to učinili, preskočite korak Prijenos koda.

Korak 9: Sklapanje kućišta Korak 1:

Ako dodajete cross-line laser, ispišite "Main Base.stl" i "Main Top.stl". Trebali bi odgovarati dijelovima sa slike.

Ako ne dodajete cross-line laser, ispišite "Main Base No Cross.stl" i "Main Top No Cross.stl". Isti su kao i prikazani dijelovi, ali s uklonjenim pretincem za poprečni laser.

Sve ove dijelove možete pronaći na mom Githubu: ovdje

U oba slučaja zalijepite okrugle magnete 1x6 mm u svaku rupu na vanjskoj strani kućišta. Ukupno će vam trebati 20 magneta.

Zatim uzmite "Main Top" i zalijepite akrilni kvadrat od 25 mm u izrez kao na slici. Za to nemojte koristiti super ljepilo jer će zamagliti akril. Ako namjeravate reprogramirati razinu nakon što je sastavljena, možete izrezati pravokutnik u gornjem lijevom kutu "Glavnog vrha" pomoću noža za hobi. Nakon što je razina potpuno sastavljena, to će vam omogućiti pristup programskom zaglavlju. Imajte na umu da je to već izrezano na mojim slikama.

Na kraju, prema želji možete nanijeti boju naljepnicama na oznakama gumba "M" i "Z".

Korak 10: Montaža kućišta Korak 2:

U oba slučaja umetnite sklopljenu razinu PCB -a u kućište. Trebao bi moći sjediti ravno na unutarnjim usponima kućišta. Kad budete zadovoljni njegovim položajem, vruće ga zalijepite na mjesto.

Korak 11: Prijenos koda

Kôd možete pronaći na mom Githubu: ovdje

Morat ćete instalirati sljedeće knjižnice ručno ili pomoću upravitelja knjižnice Arduino IDE -a:

• I2C Dev
• Adafrutova biblioteka SSD1306
• Referenca napona

Zahvaljujem na poslu koji su Adafruit, Roberto Lo Giacco i Paul Stoffregen obavili u izradi ovih knjižnica, bez kojih gotovo sigurno ne bih uspio dovršiti ovaj projekt.

Da biste učitali kôd, morat ćete spojiti FTDI programski kabel na šesteropinsko zaglavlje iznad Arduino pro-mini. FTDI kabel bi trebao imati ili crnu žicu ili neku oznaku za orijentaciju. Kad umetnete kabel u zaglavlje, crna žica trebala bi stati preko pina označenog s "blk" na PCB -u razine. Ako ga ispravno postavite oko LED diode za napajanje na Arduinu, trebala bi zasvijetliti, u protivnom ćete morati preokrenuti kabel.

Alternativno možete učitati kôd koristeći Arduino Uno kako je ovdje opisano.

Kad koristite bilo koju od metoda, trebali biste moći učitati kôd kao što biste to učinili na bilo koji drugi Arduino. Prilikom učitavanja svakako odaberite Arduino Pro-Mini 5V kao ploču u izborniku alata. Prije učitavanja mog koda, kalibrirajte svoj MPU6050 pokretanjem primjera "IMU_Zero" (nalazi se u izborniku primjera za MPU6050). Koristeći rezultate, trebali biste promijeniti pomake pri vrhu mog koda. Kad se pomaci postave, možete učitati moj kôd i razina bi trebala početi raditi. Ako ne koristite cross-line laser, trebate postaviti "crossLaserEnable" na false u kodu.

Način razine mijenja se pomoću gumba "M". Pritiskom na tipku "Z" nulirat ćete kut ili uključiti jedan od lasera ovisno o načinu rada. Kada ste u načinu rada role ili x-y, dvostrukim pritiskom na gumb "Z" uključit ćete unakrsni laser ako je omogućen. Postotak napunjenosti baterije prikazan je u gornjem desnom kutu zaslona.

Ako ne možete učitati kôd, možda ćete morati postaviti ploču kao Arduino Uno pomoću izbornika alata.

Ako se zaslon ne uključi, provjerite njegovu I2C adresu od nekoga od koga ste ga kupili. Prema zadanim postavkama u kodu je 0x3C. Možete promijeniti promjenom DISPLAY_ADDR na vrhu koda. Ako to ne uspije, morat ćete ukloniti PCB razine iz kućišta i potvrditi da pinovi zaslona odgovaraju onima na PCB -u razine. Ako se to dogodi, vjerojatno imate pokvaren zaslon (prilično su krhki i mogu se pokvariti pri isporuci) i morat ćete ga ukloniti.

Korak 12: Poprečni laserski sklop:

Ako ne koristite laser s unakrsnom linijom, možete preskočiti ovaj korak. Ako jeste, uzmite laserski modul i umetnite ga u kućište kao na slici, trebao bi uskočiti u zaobljene izreze za laser.

Zatim uzmite laserske žice i umetnite ih ispod zaslona do priključka Laser 1 na PCB -u razine. Skinite i lemite žice u +/- položaje kao na slici. Crvena žica bi trebala biti pozitivna.

Sada, kako bi cross-line laser bio koristan, potrebno ga je uskladiti s kućištem razine. Za to sam upotrijebio indeksnu karticu savijenu pod pravim kutom. Postavite razinu i indeksnu karticu na istu površinu. Uključite križni laser i usmjerite ga prema indeksnoj kartici. Pincetom ili kliještima zakrenite prednji poklopac objektiva s naborom lasera dok križ lasera ne poravna s vodoravnim linijama indeksne kartice. Nakon što ste zadovoljni, pričvrstite poklopac objektiva i laserski modul s poprečnom linijom vrućim ljepilom.

Korak 13: Završna montaža

Uzmite "Main Top" kućište i pritisnite ga na vrh "Main Base" kućišta. Možda ćete ga morati malo nagnuti da biste ga zaokružili oko zaslona.

Ažuriranje 2/1/2021, promijenjen gornji dio za pričvršćivanje s četiri vijka M2 od 4 mm. Trebalo bi biti ravno.

Ovdje je vaša razina završena! Zatim ću razmotriti kako izgraditi precizne saonice, koje po želji možete napraviti.

Ako se zaustavljate ovdje, nadam se da će vam razina biti korisna i zahvaljujem vam se na čitanju! Ako imate pitanja, ostavite komentar i pokušat ću vam pomoći.

Korak 14: Sastavljanje preciznih sanjki Korak 1:

Sada ću prijeći korake montaže preciznih sanjki. Saonice se namjeravaju koristiti zajedno s načinom X-Y razine. Njegova tri gumba za podešavanje pružaju vam finu kontrolu nad kutom razine, što je korisno pri rješavanju neravnih površina. Saonice također uključuju prostor za 1/4 -20 maticu, što vam omogućuje postavljanje razine na stativ kamere.

Ispisivanjem jednog "Precision Sled.stl" i tri od "Adjustment Knob.stl" i "Adjustment Foot.stl" (na gornjoj slici nedostaje jedan gumb za podešavanje)

Na dno sanjki umetnite tri matice M3 kao na slici i zalijepite ih na mjesto.

Korak 15: Montaža preciznih sanjki Korak 2:

Uzmite tri vijka M3 od 16 mm (ne dva kao na slici) i umetnite ih u gumbe za podešavanje. Njihova glava vijka trebala bi biti u ravnini s vrhom gumba. Ovo bi trebalo odgovarati trenju, ali možda ćete morati dodati malo super ljepila kako biste povezali gumbe i vijke.

Zatim provucite vijke M3 kroz matice M3 koje ste umetnuli u sanjke u koraku 1. Provjerite je li strana s gumbom za podešavanje na vrhu sanjki kao na slici.

Zalijepite nožicu za podešavanje na kraj svakog vijka M3 pomoću super ljepila.

Nakon što ste to učinili za sve tri noge, precizne sanjke su gotove!:)

Po želji možete umetnuti 1/4 -20 maticu i dva okrugla magneta 1x6 mm u rupe na sredini saonica (provjerite jesu li polariteti magneta suprotni onima na dnu razine). To će vam omogućiti da montirate saonice i nivelirati na stativu fotoaparata.

Ako ste ovoliko uspjeli, hvala vam na čitanju! Nadam se da vam je ovo informativno/korisno. Ako imate pitanja, ostavite komentar.

Drugoplasirani na natjecanju Build alat