DigiLevel - مستوى رقمي ذو محورين: 13 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

مصدر الإلهام لهذه التعليمات هو مستوى الروح الرقمي DIY الموجود هنا بواسطة GreatScottLab. أعجبني هذا التصميم ، لكنني أردت شاشة أكبر بواجهة رسومية أكثر. أردت أيضًا خيارات تركيب أفضل للإلكترونيات في العلبة. في النهاية ، استخدمت هذا المشروع لتحسين مهاراتي في التصميم ثلاثي الأبعاد (باستخدام Fusion 360) واستكشاف مكونات إلكترونية جديدة.

سيوفر DigiLevel ملاحظات حول ما إذا كان السطح مستويًا - على طول المحور السيني (الأفقي) والمحور الصادي (العمودي). يتم عرض الدرجات من المستوى ، بالإضافة إلى تمثيل رسومي على مخطط محورين. بالإضافة إلى ذلك ، يتم عرض مستوى البطارية ، وتظهر درجة الحرارة الحالية بالفهرنهايت أو مئوية (كما ورد في شريحة مقياس التسارع). هذا هو الحد الأدنى من ردود الفعل المسموعة - نغمة أولية للتحقق من القوة ، ثم نغمة مزدوجة في أي وقت ينتقل فيه المستوى من موضع غير مستوي إلى موضع مستوي.

لقد قدمت إرشادات مفصلة حول كيفية إنشاء هذا المستوى الرقمي ، لكن لا تتردد في التوسع والتعديل في تصميمي ، تمامًا كما فعلت على مستوى الروح الرقمي DIY.

الخطوة 1: المواد

فيما يلي المواد المستخدمة في تجميع هذا المستوى الرقمي. معظم روابط الشراء مخصصة لقطع متعددة ، وعادة ما تكون أرخص من شراء المكونات الفردية. على سبيل المثال ، تأتي شريحة TP4056 مع 10 قطع بسعر 9 دولارات (أقل من 1 دولار / TP4056) ، أو يمكن شراؤها بشكل فردي مقابل 5 دولارات.

• شاحن بطارية TP4056 Li-Po (أمازون -
• مقياس التسارع LSM9DS1 (أمازون -
• اردوينو نانو (أمازون -
• شاشة OLED LCD بحجم 128 × 64 (أمازون -
• مكبر صوت بيزو (أمازون -

• بطارية Li-Po 3.7 فولت (أمازون -

  a.co/d/1v9n7uP)

• مسامير التنصت الذاتية برأس M2 - هناك حاجة إلى 4 M2x4 و 6 M2x6 و 6 M2x8 (eBay -
• مفتاح منزلق (أمازون -

باستثناء البراغي ، ستأخذك الروابط المتوفرة إلى Amazon. ومع ذلك ، يمكن شراء جميع هذه العناصر تقريبًا من موقع eBay أو مباشرة من الصين بخصم كبير. فقط ضع في اعتبارك أن الطلب من الصين يمكن أن يؤدي إلى فترات زمنية طويلة (3-4 أسابيع ليس بالأمر غير المعتاد).

لاحظ أيضًا أن هناك بدائل للعديد من هذه المكونات. على سبيل المثال ، يمكنك استبدال مقياس تسارع مختلف لـ LSM9DS1 (مثل MPU-9205). يمكنك استبدال Arduino Nano باستخدام أي معالج متوافق مع Arduino مع دبابيس GPIO المناسبة.

على وجه الخصوص ، فإن LSM9DS1 هو الذي اشتريته للبيع في Sparkfun بأقل من 10 دولارات ، لكنه عادة ما يكون أعلى سعرًا ؛ يوفر MPU-9025 (https://a.co/d/g1yu2r1) وظائف مماثلة بسعر أقل.

إذا قمت بإجراء بديل ، فستحتاج على الأرجح إلى تعديل الحالة (أو على الأقل كيفية تحميل المكون في الحالة) وستحتاج على الأرجح إلى تعديل البرنامج للاتصال بالمكون البديل. لا توجد لدي هذه التعديلات - ستحتاج إلى البحث والتحديث حسب الاقتضاء.

الخطوة 2: مخطط الأسلاك

يوضح مخطط الأسلاك كيفية توصيل المكونات الإلكترونية المختلفة ببعضها البعض. تمثل الخطوط الحمراء جهدًا إيجابيًا بينما تمثل الخطوط السوداء الأرض. تُستخدم الخطوط الصفراء والخضراء لإشارات البيانات من مقياس التسارع وشاشة OLED LCD. سترى كيف يتم توصيل هذه المكونات معًا في الخطوات التالية.

الخطوة 3: اصنع القضية

إذا كان لديك طابعة ثلاثية الأبعاد ، فيمكن طباعة العلبة بسهولة إلى حد ما. ملفات STL المضمنة في هذا Instructable. إذا لم يكن لديك طابعة ثلاثية الأبعاد ، فيمكنك تحميل ملفات STL إلى مكتب طابعة ثلاثية الأبعاد (مثل هذا) وطباعتها لك.

لقد طبعت لي بدون حافة أو طوف (ولا داعم) و 20 ٪ حشو ، لكن يمكنك طباعة ما يخصك ولكنك معتاد على الطباعة. يجب طباعة كل قطعة على حدة ، ووضعها بشكل مسطح. قد تحتاج إلى تدويرها 45 درجة لتلائم سرير الطابعة. تمت طباعة المنجم باستخدام Monoprice Maker Select Plus بحجم سرير 200 مم × 200 مم - استغرقت كل قطعة حوالي 12 ساعة للطباعة. إذا كان لديك سرير أصغر ، فقد لا يكون مناسبًا. لا يوصى بالتدرج لأن حوامل المكونات الإلكترونية لن يتم قياسها بشكل مناسب بعد ذلك.

الخطوة 4: قم بتوصيل المكونات بلوحة توصيل للتحقق من الاتصال (اختياري)

أوصي بشدة بتوصيل المكونات الأساسية بلوحة تجارب للتحقق من الاتصال قبل متابعة تركيب المكونات داخل العلبة. يمكنك تنزيل البرنامج على Arduino Nano (انظر الخطوة التالية) ، وللتحقق من أن شاشة OLED LCD سلكية وتعمل بشكل صحيح ، وأن مقياس التسارع قد تم توصيله بشكل صحيح وأنه يقوم بالإبلاغ عن بياناته إلى Arduino Nano. أيضًا ، يمكن استخدام هذا للتحقق من تشغيل مكبر الصوت الانضغاطي الاختياري.

لم أقم بتوصيل البطارية والشاحن بلوحة التجارب في هذه المرحلة - يتم توصيل المفتاح للتحكم في البطارية بعد تثبيت المفتاح على العلبة. تظهر الصورة الأخيرة كيف يبدو هذا قبل الأسلاك.

الخطوة 5: قم بتنزيل البرنامج على Arduino Nano

يتم تحميل البرنامج على Arduino Nano باستخدام Arduino IDE. يمكن القيام بذلك في أي وقت أثناء عملية بناء DigiLevel ، ولكن من الأفضل القيام بذلك عندما يتم توصيل المكونات بأسلاك باستخدام لوح التجارب (انظر الخطوة السابقة) للتحقق من توصيل الأسلاك وتشغيل المكونات الكهربائية بشكل صحيح.

يتطلب البرنامج تثبيت مكتبتين. الأول هو مكتبة U8g2 (بواسطة oliver) - يمكنك تثبيتها بالنقر فوق "Sketch -> Include Library -> Manage Libraries…" في Arduino IDE. ابحث عن U8g2 ثم انقر فوق تثبيت. المكتبة الثانية هي مكتبة Sparkfun LSM9DS1. يمكنك الحصول على إرشادات حول كيفية تثبيت هذه المكتبة هنا.

بعد مواصفات المكتبة ، يحتوي البرنامج على قسم إعداد وحلقة معالجة رئيسية. يقوم قسم الإعداد بتهيئة مقياس التسارع وشاشة OLED LCD ، ثم يعرض شاشة بدء التشغيل قبل إظهار الشاشة الرئيسية. إذا تم توصيل مكبر صوت ، فسيصدر صوتًا واحدًا على مكبر الصوت للإشارة إلى حالة التشغيل.

حلقة المعالجة الرئيسية مسؤولة عن قراءة مقياس التسارع ، والحصول على زاويتَي x و y ثم عرض القيم كمجموعة من الأرقام المطلقة وأيضًا بشكل تصويري على الرسم البياني. يتم أيضًا عرض قراءة درجة الحرارة من مقياس التسارع (إما بالفهرنهايت أو بالدرجة المئوية). إذا كان المستوى سابقًا غير مستوي ، فعندما يعود إلى المستوى ، سيصدر صوتان على مكبر الصوت (إذا كان متصلاً).

أخيرًا ، يتم الحصول على الجهد من البطارية لتحديد وعرض مستوى البطارية الحالي. لا أعرف مدى دقة هذا الرمز ، لكنه دقيق بما يكفي لإظهار بطارية ممتلئة والسحب التدريجي لمستوى البطارية أثناء الاستخدام.

الخطوة 6: قم بتركيب وتوصيل شاشة OLED ومكبر الصوت بيزو

يتم تثبيت شاشة OLED مقاس 1.3 بوصة (128 × 64) على النصف العلوي من العلبة باستخدام 4 مسامير ملولبة ذات رأس دائري M2x4. أقترح عليك توصيل الأسلاك الخاصة بك بالشاشة قبل التثبيت. وهذا يضمن أنه يمكنك رؤية كيفية عمل المسامير تم تسميته أثناء توصيل الأسلاك. بمجرد تثبيت الشاشة ، لن تتمكن من رؤية ملصقات الدبابيس. ستلاحظ أنني أضفت تسمية إلى الجانب الخلفي من الشاشة حتى أتمكن من تذكر قيم الدبوس (بما أنني لم أفعل هذا في المرة الأولى وقمت بتوصيله بشكل غير صحيح …).

يتم استخدام مكبر الصوت لإصدار نغمة موجزة عند تشغيل المستوى الرقمي للتحقق من أن البطارية جيدة وأنها تعمل. كما يصدر نغمة مزدوجة كلما تم نقل المستوى من موضع غير مستوي إلى موضع مستوي. هذا لتقديم ملاحظات مسموعة أثناء تحديد المستوى أو أيًا كان المستوى. يتم تثبيته في النصف العلوي من العلبة باستخدام مسامير 2 M2x4 رأس التنصت الذاتية. لا تحتاج إلى مكبر صوت - سيعمل DigiLevel بشكل جيد بدونه ، ولكنك ستفقد أي ردود فعل مسموعة.

الخطوة 7: قم بتركيب وتوصيل البطارية وشاحن البطارية والمفتاح

يجب تثبيت المفتاح على العلبة قبل توصيله بالبطارية. هذا لأنه إذا قمت بتوصيله أولاً ، فلن تتمكن من تركيب المفتاح دون فصله. لذا قم بتركيب المفتاح أولاً ، ثم قم بتركيب بطارية TP4056 و Li-Po الموصولة مسبقًا ، ثم أكمل الأسلاك بالمفتاح.

يحتوي TP4056 على 4 وسادات أسلاك: B + ، B- ، Out + ، Out-. ستحتاج إلى توصيل البطارية بتوصيلات B + (جهد موجب) و B- (أرضي). يتم استخدام الاتصال الخارجي للأرض الذي سينتقل إلى Arduino Nano ، ويتم توصيل Out + بدبوس واحد من المحول. ثم يتم توصيل الدبوس الثاني للمفتاح بـ VIN الخاص بـ Arduino Nano.

وظيفة اللحام الخاصة بي ليست الأفضل - أحب استخدام أنابيب الانكماش الحراري لتغطية وعزل المفصل الملحوم. ستلاحظ أنه في إحدى الوصلات الملحومة هنا ، تأثر أنبوب الانكماش الحراري بحرارة اللحام وتقلص قبل أن أتمكن من تحريكه.

الخطوة 8: قم بتركيب وتوصيل جهاز التسارع

تم تركيب مقياس التسارع (LSM9DS1) في منتصف النصف السفلي من العلبة. هناك 4 دبابيس يتم توصيلها بأسلاك: VCC يذهب إلى دبوس V5 على Arduino Nano ؛ يذهب GND إلى الأرض ؛ تذهب SDA إلى دبوس A5 في Arduino Nano ؛ وتذهب SCL إلى دبوس A4 على Arduino Nano.

لقد استخدمت أسلاك توصيل مع موصلات Dupont للأسلاك ، ولكن يمكنك لحام السلك مباشرة بالمسامير إذا كنت تفضل ذلك. إذا قمت بلحام الأسلاك مباشرة بالمسامير ، فربما تريد القيام بذلك قبل تركيب شريحة مقياس التسارع لتسهيل الأمر.

الخطوة 9: أكمل الإلكترونيات عن طريق توصيل أسلاك Arduino Nano

يتم إجراء الأسلاك النهائية عن طريق توصيل جميع المكونات الكهربائية بـ Arduino Nano. من الأفضل القيام بذلك قبل تركيب Arduino Nano بحيث يمكن الوصول إلى منفذ USB للمعايرة وأي تغييرات أخرى في البرامج في اللحظة الأخيرة.

ابدأ بتوصيل المفتاح بـ Nano. ينتقل الرصاص الموجب (الأحمر) من المفتاح إلى دبوس VIN الخاص بـ Nano. سيذهب السلك السالب (الأسود) من البطارية إلى دبوس GND في جهاز Nano. يوجد دبابيس GND على Nano وجميع المكونات الكهربائية الأربعة بها سلك أرضي. اخترت دمج الأسس الموجودة في الجزء السفلي من العلبة في سلك واحد متصل بأحد دبابيس GND. الأسس من الجزء العلوي من العلبة التي جمعتها في سلك واحد متصل بمسامير GND الأخرى.

يمكن توصيل مقياس التسارع (LSM9DS1) بـ Nano عن طريق توصيل دبوس VDD الموجود على مقياس التسارع بالدبوس 3V3 الموجود في جهاز Nano. لا تقم بتوصيل هذا بالدبوس 5 فولت وإلا ستلحق الضرر بشريحة مقياس التسارع. قم بتوصيل SDA بالدبوس A4 في Nano ، و SCL إلى دبوس A5 على Nano. يذهب دبوس GND إلى دبوس GND في Nano (جنبًا إلى جنب مع الرصاص السالب من البطارية).

يمكن توصيل شاشة OLED LCD بعد ذلك بـ Nano عن طريق توصيل دبوس VCC الموجود على الشاشة بالدبوس 5V على Nano. قم بتوصيل SDA بالدبوس D2 على Nano ، و SCL بـ D5 pin على Nano.

أخيرًا ، يمكن توصيل السماعة عن طريق توصيل السلك الأحمر (الموجب) بالدبوس D7 على جهاز Nano. يذهب السلك الأسود إلى GND جنبًا إلى جنب مع GND لشاشة OLED LCD.

الخطوة 10: المعايرة

بمجرد تنزيل البرنامج ، وقبل تثبيت Arduino Nano ، قد تحتاج إلى معايرة مستواك. تأكد من تركيب لوحة مقياس التسارع. يجب أن ينتج عن تثبيته بالمسامير لوحة مستوية ، ولكن إذا تم إيقاف تشغيلها قليلاً لأي سبب من الأسباب ، فستضمن المعايرة عرضًا صحيحًا.

ضع العلبة السفلية على سطح معروف أنه مستوي (باستخدام مستوى الفقاعة أو بعض الوسائل الأخرى). اقرأ القيم المعروضة لـ X و Y. إذا كان أي منهما غير صفري ، فستحتاج إلى تحديث البرنامج بمقدار المعايرة. يتم ذلك عن طريق ضبط إما متغير xCalibration أو متغير yCalibration على المقدار المناسب (ما يتم عرضه).

// // عيّن هذه المتغيرات بقيم أولية على النحو المناسب // bool displayF = true؛ // صحيح لفهرنهايت ، خطأ لـ Celsius int xCalibration = 0 ؛ // مقدار المعايرة لتسوية المحور x int yCalibration = 0 ؛ // مقدار المعايرة لتسوية محور y طويل لمعايرة irvCalibration = 1457 ؛ // كمية المعايرة للجهد المرجعي الداخلي

في هذا الوقت ، يجب أيضًا ضبط قيمة displayF على الإعداد المناسب اعتمادًا على ما إذا كنت تريد عرض درجة الحرارة بالفهرنهايت أو مئوية.

يجب أن يؤدي إعادة تحميل البرنامج على Nano الآن إلى قراءة 0/0 على سطح ذي مستوى معروف.

الخطوة 11: قم بتركيب Arduino Nano وقم بتجميع الحالة

بمجرد اكتمال المعايرة ، يمكنك تركيب Arduino Nano في العلبة عن طريق وضع الغراء الساخن على القضبان ووضع Arduino Nano على هذه القضبان ، مع توجيه المسامير لأعلى ومنافذ USB التي تواجه الجزء الداخلي من العلبة.

يمكن الآن تجميع العلبة التي تحتوي على جميع الأجهزة الإلكترونية عن طريق تجميع النصفين معًا واستخدام مسامير 4 M2x8 رأس التنصت الذاتية.

الخطوة 12: تحقق من تشغيل المستوى الرقمي الجديد الخاص بك

تأكد من شحن بطارية Li-Po. إذا تم تجميع العلبة ، فلن تتمكن من رؤية مؤشرات LED للشحن مباشرة. إذا كنت ترغب في التحقق من عملية الشحن من خلال عرض مصابيح الشحن مباشرة ، فستحتاج إلى فتح العلبة ، ولكن يجب أن تكون قادرًا على رؤية التوهج الأحمر الذي يشير إلى حدوث الشحن مع إغلاق العلبة.

بمجرد الشحن والتجميع ، قم بتشغيل المستوى الرقمي وتحقق من تشغيله. إذا لم يكن يعمل ، فإن نقطتي المشاكل المحتملتين هما الأسلاك الخاصة بشاشة OLED LCD والأسلاك الخاصة بمقياس التسارع. إذا كانت الشاشة لا تعرض أي شيء ، فابدأ بأسلاك OLED LCD. إذا كانت الشاشة تعمل ، لكن الملصقات H و V تظهر 0 وكانت درجة الحرارة 0 (C) أو 32 (F) ، فمن المحتمل ألا يكون مقياس التسارع موصلاً بشكل صحيح.

الخطوة 13: الأفكار النهائية …

لقد جمعت هذا المستوى الرقمي (و Instructable) في المقام الأول كتجربة تعليمية. لم يكن من المهم بالنسبة لي إنشاء مستوى وظيفي حيث كان استكشاف المكونات المختلفة وقدراتها ، ثم تجميعها معًا بطريقة تضيف قيمة.

ما هي التحسينات التي سأقوم بها؟ هناك العديد من الأشياء التي أفكر في تحديثها في المستقبل:

• قم بكشف منفذ USB الخاص بـ Arduino Nano من خلال العلبة عن طريق تعديل طريقة تركيبه. سيسمح هذا بإجراء تحديثات أسهل للبرنامج (والذي يجب أن يكون نادرًا على أي حال).
• اطبع العلبة ثلاثية الأبعاد باستخدام خيوط خشبية. لقد كنت أجرب خيوط Hatchbox Wood وأنا سعيد جدًا بالنتائج التي حصلت عليها. أعتقد أن هذا سيوفر نظرة شاملة أفضل لـ DigiLevel.
• قم بتحديث التصميم لاستخدام مقياس التسارع MPU-9250 لخفض التكلفة مع عدم التأثير على الوظيفة.

هذا هو أول تدريب لي وأنا أرحب بالتعليقات. بينما حاولت تجنب ذلك ، أنا متأكد من أن هذا لا يزال لديه منظور أكثر تمحورًا حول الولايات المتحدة - لذا أعتذر لمن هم خارج الولايات المتحدة.

إذا وجدت أنه مثير للاهتمام ، فالرجاء التصويت لي في مسابقة المؤلف لأول مرة. شكرا على القراءة حتى النهاية!

الوصيف في أول مرة المؤلف