أداة القياس الرقمية متعددة الوظائف: 21 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

مشاريع فيوجن 360 »

مرحبا جميعا. كنت أرغب دائمًا في الحصول على جهاز يساعدني في تسوية سرير الطابعة ثلاثية الأبعاد وبعض الأجهزة الأخرى التي من شأنها أن تساعدني في الحصول على طول تقريبي لسطح منحني حتى أتمكن بسهولة من قطع الطول المناسب للملصق لتطبيقه على هذا السطح و وبالتالي منع الهدر. لذلك فكرت لماذا لا تجمع بين الفكرتين وصنع أداة واحدة يمكنها القيام بالأمرين معًا. أخيرًا ، انتهى بي الأمر ببناء جهاز لا يمكنه قياس الخطوط المنحنية ومستوى السطح فحسب ، بل يمكنه أيضًا قياس مسافات الخط المستقيم وزاوية الخط. لذلك ، تعمل هذه الأداة بشكل أساسي كمستوى رقمي شامل + مسطرة + منقلة + قياس لفة. الجهاز صغير بما يكفي ليتسع داخل الجيب ويمكن إعادة شحن بطارياته بسهولة باستخدام شاحن الهاتف.

يستخدم هذا الجهاز مقياس التسارع ومستشعر الجيروسكوب لقياس مستوى السطح والزاوية بدقة ، ومستشعر IR الحاد لقياس الطول الخطي بطريقة غير ملامسة وجهاز تشفير بعجلة يمكن دحرجتها على سطح منحني أو خط منحني الحصول على طوله.

يتم التنقل عبر أوضاع الجهاز وميزاته باستخدام 3 أزرار تعمل باللمس تم تحديدها على أنها M (الوضع) و U (الوحدة) و 0 (صفر)

م - للاختيار بين أنواع مختلفة من القياسات

U - للاختيار بين الوحدات مم ، سم ، بوصة ، ومتر

0 - لإعادة القيم المقاسة إلى 0 بعد قياس المسافة أو الزاوية.

سبب استخدام أزرار اللمس هو التنقل بلطف عبر الأوضاع والوحدات دون الإخلال بموضع الجهاز أثناء القياس.

يحتوي الجهاز على مغناطيس نيوديميوم مدمج في قاعدته بحيث لا ينزلق أو ينزلق عن السطح المعدني الذي يتم قياسه.

تم تصميم الغلاف لجعل الجهاز مضغوطًا قدر الإمكان وأيضًا ليتم طباعته ثلاثية الأبعاد بسهولة.

الخطوة 1: المكونات والوحدات المطلوبة

تم اختيار المكونات مع الأخذ في الاعتبار أن هذا الجهاز مصمم ليلائم الجيب. لذلك تم استخدام أصغر الشاشة والبطارية وأجهزة الاستشعار التي يمكن أن أجدها.

1. 3d مطبوعة حالة

2. Sharp GP2Y0A41SK0F IR مسافة الاستشعار X 1 (Aliexpress)

3. MPU6050 مقياس التسارع / وحدة جيروسكوب X 1 (Aliexpress)

4. دفعة + وحدة الشحن X 1 (Aliexpress)

5. Grove Mouse encoder X 1 (Aliexpress)

6.شاشة OLED 128 × 32 × 1 (AliExpress)

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

8. 12 ملم الجرس X 1 (Aliexpress)

9. 3.7 فولت ، بطارية ليبو 1000 مللي أمبير × 1 (AliExpress)

10. وحدة زر اللمس TTP223 X 3 (AliExpress)

11. 20x10x2mm مغناطيس نيوديميوم X 1 (Aliexpress)

12. CP2102 USB إلى وحدة UART TTL X 1 (Aliexpress)

13. الأسلاك النحاسية المطلية بالمينا (Aliexpress)

14. 10 كيلو مقاومات × 2

15. 19 (طول) X2 (ديا) مم المحور الصلب X 1

16. 3mm led X 1

17. أي لفة ملصقات الفينيل (Aliexpress)

18. كابل Micro USB

MPU6050

MPU6050 عبارة عن جهاز mems يتكون من مقياس تسارع 3 محاور وجيروسكوب 3 محاور. يساعدنا هذا في قياس التسارع والسرعة والاتجاه والإزاحة. هذا جهاز قائم على I2C يعمل على 3.3 إلى 5 فولت. في هذا المشروع ، يتم استخدام MPU6050 لقياس ما إذا كان السطح مستويًا أم لا وأيضًا لقياس زاوية الخط.

GROVE Mouse Encoder

هذا جهاز تشفير دوار ميكانيكي تزايدي مع بيانات التغذية الراجعة لاتجاه الدوران وسرعة الدوران. لقد استخدمت برنامج التشفير هذا لأنه أصغر برنامج تشفير يمكنني العثور عليه وكان جزء البرمجة منه سهلاً أيضًا. يحتوي هذا المشفر على 24 خطوة لكل دورة. باستخدام هذا يمكننا حساب المسافة التي تحركها العجلة على المشفر إذا كان قطر العجلة معروفًا. تتم مناقشة العمليات الحسابية الخاصة بكيفية القيام بذلك في الخطوات اللاحقة من هذا الدليل. يستخدم هذا المشروع المشفر لقياس مسافات الخطوط المنحنية.

وحدة شارب GP2Y0A41SK0F IR المسافة

هذا مستشعر تناظري يعطي جهدًا متغيرًا كناتج بناءً على مسافة الجسم من المستشعر. على عكس وحدات IR الأخرى ، لن يؤثر لون الكائن الذي يتم اكتشافه على إخراج المستشعر. هناك إصدارات عديدة من أجهزة الاستشعار الحادة ولكن الذي نستخدمه يتراوح مداها بين 4 و 30 سم. يعمل المستشعر بجهد يتراوح بين 4.5 إلى 5.5 فولت ويستهلك 12 مللي أمبير فقط من التيار. الأسلاك الحمراء (+) والأسود (-) هي أسلاك الطاقة والسلك الثالث (إما الأبيض أو الأصفر) هو سلك الإخراج التناظري. يستخدم المستشعر في هذا المشروع لقياس المسافات الخطية دون ملامسة.

الخطوة 2: الأدوات المطلوبة

1. مقص

2. قواطع صندوقية أو أي شفرات أخرى فائقة الحدة

3. ملاقط

4. مسدس الغراء الساخن

5. الغراء الفوري (مثل الغراء الفائق)

6. مادة لاصقة أساسها المطاط (مثل رابطة فيفي)

7. لحام الحديد والرصاص

8. قطع الليزر

9. طابعة ثلاثية الأبعاد

10. أداة دوارة مع ريشة تقطيع

11. قواطع للاسلاك

12. ورق الصنفرة

الخطوة 3: ملفات STL للطباعة ثلاثية الأبعاد

تم تصميم غلاف هذا الجهاز في برنامج Autodesk Fusion 360. يوجد 3 قطع. فيما يلي ملفات المحكمة الخاصة بلبنان لهذه القطع.

يمكن طباعة ملفات "LID" و "wheel" بدون دعم بينما يحتاج ملف "BODY" إلى دعم. لقد قمت بطباعة هذه على ارتفاع 0.2 مم للطبقة عند 100 ٪ باستخدام PLA الأخضر. الطابعة المستخدمة هي TEVO عنكبوت الرتيلاء.

الخطوة 4: تغطية الغلاف بالفينيل

1. استخدم ورق الصنفرة الناعم لتنعيم جميع الأسطح الخارجية للقطع المطبوعة ثلاثية الأبعاد بحيث يلتصق ملصق الفينيل بسهولة.

2. استخدم قطعة قماش مبللة للتخلص من جميع الجسيمات الدقيقة التي قد تبقى على الأسطح بعد الصنفرة.

3. بعد أن يجف السطح ، ضع ملصق الفينيل على السطح. تأكد من عدم وجود فقاعات هواء محاصرة.

4. استخدم المقص لقص الملصق الزائد حول الحواف.

5. الآن قم بتطبيق الملصق حول جوانب الغلاف وتقليم الزائدة.

6. استخدم ماكينة حلاقة أو أي ماكينة حلاقة أخرى لقطع الثقوب لشاشة OLED ، ومنفذ الشحن ، وعجلة التشفير ، ومستشعر الأشعة تحت الحمراء الحاد.

تحذير: كن حذرًا جدًا مع الشفرات والأدوات الحادة

الخطوة 5: مخططات الدائرة

برمجة PRO MINI

على عكس Arduino nano ، لا يمكن برمجة pro mini مباشرة عن طريق توصيل كبل USB لأنه لا يحتوي على محول USB مدمج إلى محول TTL التسلسلي. لذلك يجب أولاً توصيل USB خارجي بمحول تسلسلي إلى pro mini من أجل برمجته. توضح الصورة الأولى كيفية إجراء هذه الاتصالات.

Vcc - 5 فولت

GND - GND

RXI - TXD

TXD - RXI

DTR - DTR

رسم بياني كامل للدائرة

تُظهر الصورة الثانية مخطط الدائرة الكاملة لهذا المشروع.

D2 - INT MPU6050

D3 - الإدخال / الإخراج (الوضع)

D5 - I / O (وحدة)

D6 - I / O (صفر)

D7 - + (1) مشفر

D8 - + (2) مشفر

A0 - I / O SHARP IR

A1 - + الجرس

A4 - SDA (OLED و MPU6050)

A5 - SCL (OLED و MPU6050)

GND - GND لجميع الوحدات وأجهزة الاستشعار ووحدة التعزيز

VCC - + منفذ USB بوحدة التعزيز

B + - بطارية +

ب- - البطارية -

تم التقاط الصورة الثالثة أثناء إنشاء الكود. هذا إعداد مؤقت تم إجراؤه لاختبار الكود والوحدات والدائرة. إنه اختياري بالنسبة لكم يا رفاق للمحاولة

الخطوة 6: إدخال المغناطيس

1. ضع الغراء الفوري في التجويف للمغناطيس المتوفر أسفل فتحة منفذ الشحن.

2. ضع المغناطيس في التجويف واستمر في الضغط عليه حتى يجف الغراء باستخدام شيء غير مغناطيسي.

يساعد المغناطيس في منع الجهاز من الانزلاق أو الحركة عند استخدامه على سطح معدني.

الخطوة السابعة: تشكيل أجهزة الاستشعار

من أجل جعل الجهاز صغيرًا قدر الإمكان ، تم قطع أقواس التثبيت لمستشعر IR الحاد وجهاز التشفير باستخدام أداة دوارة مع مرفق قرص القطع.

الخطوة 8: وضع شاشة OLED

1. قم بتمييز أسماء المسامير على الجانب الخلفي من شاشة OLED بحيث يمكن إجراء التوصيلات بشكل صحيح لاحقًا.

2. ضع شاشة OLED في الموضع الصحيح كما هو موضح في الصورة الثانية. تم تصميم فتحة الشاشة بحيث تدخل الشاشة قليلاً في الجدران. يضمن ذلك أن الشاشة في الموضع والاتجاه الصحيحين ولا تتحرك بسهولة.

3. يتم وضع الغراء الساخن بعناية حول الشاشة. يُفضل الغراء الساخن لأنه يعمل نوعًا ما كممتص صدمات للشاشة ولن يضغط على الشاشة عند تطبيقه.

الخطوة 9: إرفاق أزرار اللمس و MPU6050

1. يتم استخدام مادة لاصقة ذات قاعدة مطاطية.

2. يتم تطبيق المادة اللاصقة على كلا السطحين.

3. التأكد من أن جميع نقاط اللحام تواجه الجانب المفتوح من العلبة ، ضع الوحدات في الأماكن المخصصة لها كما هو موضح في الصور.

4. احتفظ بالوحدة والغلاف مضغوطين برفق معًا لمدة دقيقتين على الأقل بعد لصقهما معًا.

الخطوة 10: دفعة + وحدة الشحن

هذه وحدة أخذتها من بنك طاقة ذو خلية واحدة رخيصة. تحتوي هذه الوحدة على كلاً من دوائر حماية البطارية بالإضافة إلى محول تعزيز 5 فولت و 1 أمبير. كما أن لديها زر تشغيل / إيقاف يمكن استخدامه كمفتاح طاقة للمشروع بأكمله. تمت إزالة منفذ USB الأنثوي على الوحدة باستخدام مكواة لحام وتم لحام سلكين في المحطات الطرفية + 5 فولت والأرضية كما هو موضح في الصورة الرابعة.

لحام 2 دبابيس رأس ذكر إلى B + و B- كما هو موضح في الصورتين الأوليين ثم تحقق مما إذا كانت الوحدة تعمل مع البطاريات.

ضع الغراء الفوري على المنصة المتوفرة للوحدة وضع الوحدة برفق مع التأكد من محاذاة منفذ الشحن والفتحة بشكل مثالي.

الخطوة 11: وضع البطارية ومستشعر الأشعة تحت الحمراء حاد

1. تتم إزالة طلاء الأسلاك النحاسية المطلية بالمينا عن طريق تسخين طرف السلك باستخدام مكواة اللحام أو ولاعة حتى يذوب العازل. ثم يتم لحام الأسلاك بعناية على شاشة OLED. يتم ذلك الآن لأنه قد يكون من الصعب فعل الشيء نفسه بعد وضع البطاريات.

2. انزلقت البطارية أسفل منصة وحدة التعزيز بطريقة تجعل موصلات الأسلاك الخاصة بها تواجه اتجاه شاشة OLED كما هو موضح في الصورة الثالثة.

3. يتم إدخال مستشعر IR الحاد في الفتحة المخصصة له.

الخطوة 12: إرفاق ARDUINO و BUZZER

1. يتم لحام محول USB إلى المسلسل بـ Arduino وفقًا لمخطط الدائرة المتوفرة.

2. يتم استخدام الغراء الساخن لإلصاق Arduino بمنتصف الغلاف فوق البطاريات.

3. الأسلاك ملحومة بأطراف الجرس ثم يتم دفع الجرس في التجويف الدائري على الغلاف المخصص له كما هو موضح في الصورة السابعة.

الخطوة 13: التشفير

1. يتم تنظيف أطراف المشفر باستخدام شفرة.

2. المقاومات ملحومة بجهاز التشفير.

3. الأسلاك النحاسية ملحومة طبقاً لمخطط الدائرة.

4. يتم إدخال المحور الفولاذي في العجلة المطبوعة ثلاثية الأبعاد. إذا كانت العجلة فضفاضة جدًا ، فقم بتثبيتها باستخدام الغراء الفوري.

5. أدخل إعداد عجلة المحور في المشفر. مرة أخرى إذا كانت فضفاضة ، استخدم الغراء الفوري. لكن هذه المرة ، كن حريصًا جدًا على عدم السماح لأي غراء بالدخول إلى آليات التشفير.

6. ضع المشفر داخل الغلاف بحيث تبرز العجلات من الفتحة المتوفرة وتأكد أيضًا من دورانها بحرية.

7. استخدم الغراء الساخن لتثبيت المشفر في مكانه.

الخطوة 14: الأسلاك والقطع

1. يتم إجراء توصيلات الدائرة وفقًا لمخطط الدائرة الوارد في خطوة "مخطط الدائرة" سابقًا.

2. يتم توصيل أسلاك + ve و -ve لجميع أجهزة الاستشعار والوحدات بشكل متوازي بمصدر الطاقة.

3. تأكد من عدم وجود أي من الأسلاك يحجب رؤية وحدة الأشعة تحت الحمراء أو يتشابك مع عجلة التشفير.

الخطوة 15: البرمجة

1. قم بتنزيل الكود والمكتبات الموضحة أدناه.

2. استخراج مجلدات المكتبة. انسخ هذه المجلدات إلى مجلد "المكتبات" في مجلد "Arduino" الموجود داخل "My Documents" بجهاز الكمبيوتر الخاص بك (إذا كنت من مستخدمي windows).

3. افتح الكود المقدم ("filal_code") في Arduino IDE وقم بتحميله على Arduino.

الخطوة 16: معايرة MPU6050

نظرًا لأنه تم لصق وحدة مقياس التسارع / الجيروسكوب MPU6050 على الغلاف ، فقد لا يكون مستويًا تمامًا. لذلك يتم اتباع الخطوات التالية لتصحيح هذا الخطأ الصفري.

الخطوة 1: قم بتوصيل الجهاز بجهاز الكمبيوتر الخاص بك ووضعه على سطح تعرف بالفعل أنه مستوي تمامًا (على سبيل المثال: أرضية من البلاط)

الخطوة 2: انتقل إلى وضع "LEVEL" على الجهاز عن طريق لمس الزر "M" وقم بتدوين قيم X و Y.

الخطوة 3: خصص هذه القيم للمتغيرين "calibx" و "caliby" في الكود.

الخطوة 4: قم بتحميل البرنامج مرة أخرى.

الخطوة 17: حساب المسافة التي تم تحريكها لكل خطوة من جهاز التشفير

عدد الخطوات لكل دوران لعمود التشفير ، N = 24 خطوة

قطر العجلة ، د = 12.7 مم

محيط العجلة ، C = 2 * pi * (D / 2) = 2 * 3.14 * 6.35 = 39.898 ملم

لذلك ، المسافة تتحرك في كل خطوة = C / N = 39.898 / 24 = 1.6625 مم

إذا كنتم تستخدمون عجلة أو أداة تشفير ذات قطر مختلف مع عدد خطوات مختلف ، فابحث عن المسافة التي تم تحريكها لكل مم عن طريق استبدال القيم الخاصة بك في الصيغة أعلاه وبمجرد العثور على الدقة ، أدخل هذه القيمة في الصيغة داخل الكود كما هو موضح في الصورة.

قم بتجميع الكود وتحميله على Arduino مرة أخرى.

بمجرد الانتهاء من معايرة المشفر وتحميل البرنامج المعدل ، يمكنك إلغاء تجليد وإزالة USB إلى وحدة محول TTL التسلسلي من Arduino Pro Mini.

الخطوة 18: اختبار كل شيء قبل إغلاق القضية

أشياء يجب اختبارها:

1. إذا كان من السهل توصيل الشاحن بالمنفذ وإذا كانت البطاريات تشحن بشكل صحيح.

2. زر التشغيل / الإيقاف يعمل أم لا.

3. يعرض OLED كل شيء في الاتجاه الصحيح والموضع مع التباعد الصحيح.

4. جميع أزرار اللمس تعمل بشكل صحيح وتم تسميتها بشكل صحيح.

5. إذا أعطى المشفر قيم المسافة عند الدوران.

6. تعمل وحدات MPU6050 و SHARP IR وتعطي القراءات الصحيحة.

7. صوت الجرس.

8. تأكد من عدم تسخين أي شيء بالداخل عند تشغيله. في حالة حدوث تسخين ، فهذا يعني أن الأسلاك خاطئة في مكان ما.

9. تأكد من أن كل شيء مؤمن في مكانه ولا يتحرك في الغلاف.

الخطوة 19: وضع موسع زر الدفع وربط العلبة

استخدام مصباح لتمديد عمود الضغط

عمود زر الضغط في وحدة الشحن قصير جدًا بحيث لا يمكن إخراجه من الفتحة الموجودة على الغلاف. لذلك يتم استخدام رأس LED 3 مم كموسع.

1. يتم قطع أرجل المصابيح باستخدام قاطع الأسلاك.

2. الجانب المسطح من LED مصنوع على نحو سلس ومستوٍ باستخدام ورق الصنفرة. إذا كان مؤشر LED صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن التعامل معه يدويًا ، فاستخدم الملقط.

3. ضع رأس LED في الفتحة المتوفرة له على غطاء العلبة كما هو موضح في الصورة. تأكد من أن المصباح ليس مشدودًا لأنه من المفترض أن ينزلق للداخل وللخارج عند الضغط على الزر الانضغاطي

ربط القضية

1. ضع أي مواد لاصقة أساسها المطاط (استخدمت Fevi Bond) بعناية على طول الحافة على كل من الجسم والغطاء.

2. انتظر لمدة 5 إلى 10 دقائق حتى يجف الغراء قليلاً ثم اضغط على النصفين معًا. تأكد من دخول الطرف الحر للمحور الفولاذي لعجلة التشفير في الفتحة المتوفرة لها على الغطاء.

3. استخدم حمولة ثقيلة (استخدمت بطارية UPS) للإبقاء على كلتا القطعتين مضغوطين بينما يجف الغراء.

يوصى هنا باستخدام مادة لاصقة أساسها المطاط لأنه في حالة وجوب فتح الغلاف في المستقبل لاستبدال البطارية أو إعادة البرمجة ، يمكن القيام بذلك بسهولة عن طريق تشغيل شفرة حادة أو سكين على طول المفصل.

الخطوة 20: وسم أزرار اللمس

يتم وضع العلامات من أجل التعرف بسهولة على مواضع ووظائف زر اللمس.

تم قطع الحروف الهجائية من ورقة لاصقة بيضاء باستخدام قاطع الليزر محلي الصنع.

تمت إزالة القطع المقطوعة من الورقة الرئيسية باستخدام ملاقط ثم وضعها على الجهاز في الموضع والاتجاه الصحيحين.

أقصى ارتفاع للأبجدية: 8 مللي متر

أقصى عرض للأبجدية: 10 مللي متر

تحذير: ارتدِ نظارات الأمان التي تعمل بالليزر عند العمل باستخدام آلة حفر أو قاطع ليزر

الخطوة 21: النتائج

الجهاز انتهى أخيرًا. إذا كانت لديكم أي شكوك أو اقتراحات بخصوص المشروع ، فيرجى إبلاغي بذلك من خلال التعليقات.

اشكرك

الجائزة الأولى في مسابقة حجم الجيب