数字电平与跨线激光器

4713年

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6.

介绍:交叉线激光数字水准仪

大家好,今天我要告诉你如何使可选的集成交叉线激光数字水平。大约一年前,我创建了一个数字多功能工具。虽然该工具确实具有许多不同的模式,但对于我来说,最常见的和有用的是水平和角度测量模式。所以,我认为制作一个新的更紧凑的工具只聚焦在角度感测上就会富有成效。大会直截了当,所以希望这将是一个有趣的周末项目。

我还设计了一个雪橇来保持水平,同时使用交叉线激光。它可以调整+/-4度在y/x,以帮助水平的激光线。雪橇也可以安装在相机三脚架上。

你可以找到所有需要在我Github上一级的文件:这里

级别有五种模式:

(你可以在上面的视频中看到这些。看到他们可能会更有意义比阅读的说明)

  1. x-y水平:这就像一个圆形泡沫水平。通过铺设级别的水平,模式报告了刀具上/下/右侧/右侧的倾斜角度。
  2. 卷级别:这就像一个普通的精神层面。随着水平直立在其上/下/左/右,它报告水平的顶部/底部面的倾斜角度。
  3. Protractor.:像滚动的水平,但水平是躺在它的底面平坦。
  4. 激光笔:只是一个简单的点激光器,从工具的右侧面突出。
  5. 跨线激光:从右边的水平上投射十字架。通过双击“Z”按钮,也可以在使用X-Y电平或滚动水平模式时激活。应定向,使得底面与激光线对齐。

为了使关卡更紧凑,更容易组装,我将所有的部件整合到一个定制的PCB上。最小的组件是0805 SMD尺寸,可以很容易地手工焊接。

该水平仪的外壳是3D打印的,尺寸为74x60x23.8毫米的跨线激光,74x44x23.8毫米的无跨线激光,使工具舒适的口袋大小的两种情况下。

该电平由可充电Lipo电池供电。我应该注意,如果不正确处理,Lipo可能是危险的。主要是不缩短脂肪,但如果你完全不熟悉他们,你应该做一些安全研究。

最后,我使用的两种激光功率非常低,虽然我不建议直接将它们对准你的眼睛,但它们应该是安全的。

如果你有任何问题,请留下评论,我会再和你联系。

供应:

PCB:

你可以从这里找到PCB的Gerber文件:这里(点击右下角下载)

如果您想检查PCB的原理图,你可以找到它这里

除非您可以在本地制作PCB,否则您必须从原型PCB制造商订购一些。如果您之前从未购买过自定义PCB,则非常直接;大多数公司都有一个接受拉链格伯文件的自动引用系统。我可以推荐JLC PCBSeeedstudioAllPCB, 或者OSH公园,尽管我相信其他大多数也能工作。这些厂商的所有默认板规格都可以正常工作,但要确保将板厚度设置为1.6mm(应该是默认)。板的颜色是您的喜好。

电子部分:

(请注意,您可能会在aliexpress,ebay,banggood等时找到这些零件以便更便宜。

  • 一个Arduino Pro-Mini,5V Ver。请注意,那里有一些不同的板设计。它们之间的唯一区别是模拟引脚A4-7的位置。我已经制作了级别的PCB,以便两个板应该工作。在这里找到。
  • 一个MPU6050接口板。在这里找到。
  • 一台0.96" SSD1306 OLED。显示颜色并不重要(尽管蓝色/黄色版本效果最好)。可以在两种不同的引脚配置中找到,在那里接地/vcc引脚是反向的。两者都适用于关卡。在这里找到
  • 一台TP4056 1S Lipo Charger板。在这里找到。
  • 1个1s LiPo电池。任何一种都可以,只要它适合在40x50x10mm的体积。容量和电流输出不是非常重要,因为水平的功耗相当低。你可以找到我用过的那个这里
  • 一台6.5×18mm 5MW激光二极管。在这里找到
  • 一个12x40mm 5mw交叉线激光二极管。在这里找到。(可选的)
  • 两个2n2222通孔晶体管。在这里找到。
  • 一个19x6x13mm滑动开关。在这里找到。
  • 四个1K 0805电阻。在这里找到
  • 两个100K电阻0805。在这里找到
  • 两个1uf 0805多层陶瓷电容器。在这里找到
  • 二6x6x10mm通孔触觉的按钮。在这里找到
  • 2.54毫米男头。
  • FTDI编程电缆。在这里找到,不过亚马逊上也有价格更低的其他类型。你也可以使用Arduino Uno作为编程器(如果它有一个可移动的ATMEGA328P芯片),请参阅相关指南这里

其他地区:

工具/用品

  • 3D打印机
  • 带细尖端的烙铁
  • 塑料胶水(用于粘合丙烯酸正方形,Superglue Fogs Up)
  • 强力胶
  • 热胶枪热胶
  • 油漆+刷子(用于填充按钮标签)
  • 剥线器/刀
  • 镊子(用于处理SMD零件)
  • 爱好刀

雪橇部分(可选,如果您添加横向激光)

  • 三个m3坚果
  • 3个M3x16mm螺丝(或更长,会给你更大的角度调整范围)
  • 一1/4“-20螺母(用于相机三脚架安装)
  • 两个6x1mm轮磁体(见上面的链接)

第1步:设计说明(可选)

在我开始水平的施工步骤,我要记录有关其设计,建设,规划等,这些都是可选的几个音符,但如果你想调整以任何方式水平,他们可能是有用的。

  • 装配图片我有一个老版本的PCB。有一些小问题,我已经修复了一个新的PCB版本。我已经测试了新的PCB,但是在匆忙测试的过程中,我完全忘记了拍摄组装照片。幸运的是,差异非常小,组装基本上没有变化,所以旧的图片应该可以工作。
  • 关于MPU6050、SSD1306 OLED和TP4056的说明,请参见我的步骤1数字多工具教程。
  • 我想尽可能紧凑地制作水平,同时也可以轻松地由平均焊接技巧组装。因此,我选择主要使用主要通孔部件,以及常用的现成突破板。我使用了0805 SMD电阻/电容器,因为它们相当容易焊接,您可以过度过热,而不担心太多,如果您打破/失去一个,他们就会非常便宜。
  • 使用用于传感器/ OLED /微控制器的预先开工的突破板也保持整体部分计数低,因此可以更容易地购买电路板的所有零件。
  • 在我的数字多工具我用WEMOS D1 MINI作为主要的微控制器。这主要是由于编程内存约束。对于级别,因为MPU6050是唯一的传感器,我选择使用Arduino Pro-Mini。虽然它具有较少的内存,但它比WEMOS D1迷你小,并且由于它是一个本机Arduino产品,因此在Arduino IDE中本身包含编程支持。最后,我实际上非常接近达到编程内存。这主要是由于MPU6050和OLED的图书馆的大小。
  • 我选择使用5v版本的Arduino Pro-Mini,而不是3.3v版本。这主要是因为5v版本的时钟速度是3.3v版本的两倍,这有助于提高电平的响应速度。一个充分充电的1s LiPo输出4.2v,所以你可以使用它直接从其vcc引脚电源的pro-mini。这样做绕过板载5v电压调节器,通常不应该这样做,除非你确定你的电源永远不会超过5v。
  • 除了前一点之外,MPU6050和OLED的接受电压都在5-3V之间,因此1S Lipo将没有问题。
  • 我本可以使用5V升压调节器,在整个板上保持稳定的5V。虽然确保恒定的时钟速度(随着电压的降低),但这将是良好的,但防止激光从调光(这不是真正明显),我认为这不值得附加部分。同样,1S Lipo在3.6V下放电95%,因此即使在最低电压下,5V Pro-Mini也应仍然比3.3V版本更快地运行。
  • 两个按钮都有一个脱扣电路。这可以防止重复计算单个按钮的按压次数。你可以在软件中跳出,但我更喜欢在硬件中,因为它只需要两个电阻和一个电容,然后你就不用担心它了。如果你喜欢在软件中这样做,你可以省略电容器和焊接一个跳线之间的100K电阻的垫。你仍然应该包括1K电阻。
  • 电平报告当前的LiPo电荷百分比在显示器的右上角。这是通过比较Arduino内部的1.1V参考电压和在vcc引脚测量的电压来计算的。最初我认为您需要使用模拟引脚来做这一点,这反映在PCB上,但可以安全地忽略。

步骤2:PCB组装步骤1:

首先,我们将组装关卡的PCB。为了使组装更容易,我们将逐步添加组件到板,通过增加高度有序。这给了你更多的空间来放置烙铁,因为你只需要在任何时候处理类似高度的组件。

首先,您应该将所有SMD电阻器和电容器焊接在板上的顶部。值在PCB上列出,但您可以使用附图以供参考。不要担心10K电阻,因为它在您的董事会上没有。我最初将使用它来测量电池电压,但我发现了一种替代方法。

步骤3:PCB组装步骤2:

接下来,切割和剥离小激光二极管的引线。您可能需要一直剥离它们的激光底座。一定要跟踪哪一方是积极的。

放置在切出区域的激光在印刷电路板的右侧。您可能需要使用一点胶水将其固定到位。焊料激光器引线到标记为“激光2”作为描绘的的+/-孔。

接下来,焊锡2 2N2222是在板上的右上角位置。要确保它们符合印刷电路板上的方向。当你焊料他们,只把他们大约一半的方式进入板如右图所示。它们被焊接后,修剪掉多余的线索,然后弯曲2N2222的,这样的平面是针对板的顶部如右图所示。

步骤4:电路板安装步骤3:

翻转板,并焊接单公头的洞附近的激光二极管。接下来,焊接TP4056模块到头,如图所示。请确保它安装在单板的底部,且USB端口与单板边缘对齐。修剪掉任何多余的标题长度。

步骤5:PCB组装

将电路板翻回其顶端。使用行男标题,焊接MPU6505板如图所示。尽量将MPU6050保持与级别的PCB并行。这将有助于将其初始角度读数保持接近零。修剪任何多余的头长度。

步骤6:PCB组件步骤5:

用于Arduino Pro-Mini的焊料男标题在板上的顶部。他们的方向无关紧要,除了最高的头部标题。这是板的编程标题,因此它们朝向至关重要,使得标题的长边指出级别的PCB的顶部。你可以在图片中看到这一点。此外,请确保使用符合您的Pro-Mini的A4-7引脚方向(矿井沿电路板的底部有一行,但有些则将它们放在一个边缘成对)。

其次,虽然没有合照,你可代替焊接Arduino的亲迷你。

然后,将SSD1306 OLED显示屏焊接到板顶部。与MPU6050一样,尽量将显示器保持为与电平PCB的平行。请注意,SSD1306电路板似乎有两种可能的配置,一个带有GND和VCC引脚的逆转。两者都将与我的电路板合作,但必须使用级别的PCB背面上的跳线焊盘配置引脚。只需将中心焊盘桥接到VCC或GND焊盘即可设置引脚。不幸的是,我没有这张照片,因为我没有发现颠倒的销钉,直到我购买并组装了初始PCB(我的显示器的引脚错了,所以我不得不订购一个全新的显示器)。如果您有任何疑问,请发表评论。

最后,修剪掉多余的针脚长度。

步骤7:PCB组装步骤6:

如果您在前一步中没有这样做,则将Arduino Pro-Mini焊接到PCB顶部的位置。

接着,焊接两个触觉的按钮和滑动开关到位作为pictured.You将需要修剪掉用钳子的滑动开关的安装突片。

步骤8:PCB组件步骤7:

贴一小条Velcro水平PCB和LiPo电池的背面,如图所示。请忽略Arduino的与第一图像在显示器之间多余的红线。我在设计PCB的时候做了一个小的接线错误。这已得到纠正你的版本。

接下来,使用VELCRO将电池连接到电平PCB的背面。然后,切割并剥离电池的正极和负线。如图所示,将它们焊接到TP4056上的B +和B垫。电池的正线应连接到B +,否为B-。在焊接之前,您应该使用多米确认每个电线的极性。为避免缩短电池,我会一次推荐条纹和焊接一根电线。

在这一点上,该级别的PCB完成。您可能需要的情况下安装前测试它。要做到这一点,跳过TI的代码上传步。

步骤9:案例组件步骤1:

如果要添加的交叉线激光,打印出来“主要Base.stl”“主顶部.STL”。他们应该匹配所描绘的零件。

如果您没有添加横向激光,请打印出来“主基地不Cross.stl”“主要顶部没有十字架”。这些是相同的图片部分,但与隔室的交叉线激光删除。

您可以在GitHub中找到所有这些零件:这里

对于这两种情况,胶水1x6mm圆形磁铁到每一个的情况下的外部孔。你需要共20个磁铁。

接下来,采取“主顶”,将25mm丙烯酸正方形粘在切口中,如图所示。使用强力胶,因为它会使丙烯酸起雾。如果你打算在组装好关卡后重新编程,你可以用一把业余刀在“主关卡”的左上角切出矩形。当关卡完全组装好后,你就可以进入编程头了。注意,这已经在我的图片中剪掉了。

最后,你可以选择使用一些油漆在“M”和“Z”按钮标签。

步骤10:案例组件步骤2:

对于这两种情况,将组装好的电平PCB插入机箱。它应该能够平躺在箱子的内部立管上。一旦你对它的位置感到满意,用热胶把它粘到合适的位置。

第11步:代码上传

你可以在我的Github上找到代码:这里

您将需要手动或使用Arduino的IDE的库管理器安装下列库:

我对他的工作表示赞赏adafruit.罗伯特·罗Giacco, 和保罗Stoffregen生产这些库,没有它,我几乎可以肯定一直没能完成这个项目。

要上传代码,您需要将FTDI编程电缆连接到Arduino Pro-Mini上方的六个引脚标头。FTDI电缆应具有黑色电线,或某种定向标记。当您将电缆插入标题时,黑色电线应符合级别的PCB上标记为“BLK”的引脚。如果您通过正确的方式绕过arduino上的电源LED,请亮起,否则您必须倒置电缆。

您也可以上传使用一个Arduino欧诺代码描述这里

当使用这两种方法,你应该能够代码上传,你会为任何其他的Arduino。一定要在上传工具菜单下选择Arduino的亲迷你5V的电路板。在上传我的代码之前,您应该通过运行“IMU_Zero”示例(在MPU6050的示例菜单下找到)来校准MPU6050。使用结果,您应该更改代码顶部附近的偏移量。一旦设置了偏移量,你就可以上传我的代码,关卡就可以开始工作了。如果您没有使用跨线激光,您应该在代码中将“crossLaserEnable”设置为false。

该级别的方式是使用“M”键来改变。击中“Z”按钮将零出角度或打开取决于模式的激光器之一。当在任一辊或X-Y水平模式双按下“Z”按钮,如果是使能会变成对交叉激光。电池的电量百分比显示在屏幕的右上角。

如果无法上传代码,则可能必须使用“工具”菜单将电路板设置为Arduino UNO。

如果显示器没有打开,请与你购买它的买家确认它的I2C地址。在代码中,默认值是0x3C。您可以通过更改代码顶部的DISPLAY_ADDR来进行更改。如果这不起作用,你将不得不从机箱中移除水平的PCB,并确认显示的引脚与水平的PCB上的那些匹配。如果他们这样做了,你可能会有一个坏掉的显示器(它们相当脆弱,在运输过程中可能会坏掉),你必须把它移除。

步骤12:跨线激光组装:

如果您没有使用跨线激光,可以跳过此步骤。如果您是,请拍摄激光模块并将其插入如图所示,它应该捕捉到激光的圆形剪裁中。

接着,取激光的电线,并且显示的水平的PCB上的激光1端口下蛇它们。条和焊料的导线到+/-位置如右图所示。红色线应是积极的。

现在,为了使交叉线激光有用,它需要与水平仪的情况校准。为了做到这一点,我使用了一张弯曲成直角的索引卡。将水平仪和索引卡放在同一表面上。打开十字激光,对准索引卡。使用镊子或钳子,旋转激光的滚花前镜头帽,直到激光的十字与索引卡的水平线对齐。一旦你满意了,用热胶固定镜头盖和交叉线激光模块。

步骤13:最终组装

拿起箱子的“主顶”,把它压在箱子的“主底座”的顶部。你可能需要稍微调整它的角度以使它围绕显示器。它应该能迅速就位。

此时,您的水平已完成!我将接下来越过如何构建精确的股票,您可以选择性地制作。

如果你在这里停下来,我希望你能找到一个有用的水平,我感谢你的阅读!如果您有任何疑问,请发表评论,我会尽力帮助。

步骤14:精密滑动组件步骤1:

现在我将回顾精密雪橇的装配步骤。滑车是与X-Y水平模式结合使用的。它的三个调节旋钮可以让你很好地控制水平仪的角度,这对处理不平整的表面很有帮助。雪橇还包括一个1/4“-20螺帽的空间,这允许你安装水平相机三脚架。

打印出一个“精密雪橇”。stl”和三个“调节旋钮。stl”和“调整脚”。Stl”(上图缺少一个调节旋钮)

在雪橇的底部,插入三个M3螺母,如图所示,并将它们粘在适当的地方。

步骤15:精密滑雪组件步骤2:

采取三个16mm m3螺栓(如图2所示)并将其插入调节旋钮。它们的头部应与旋钮顶部齐平。这应该是一个摩擦贴合,但你可能需要添加一点超级格子来将旋钮和螺栓绑定在一起。

接下来,在步骤1中将M3螺栓穿过插入滑雪板的M3螺母。确保使用调节旋钮的一侧位于滑雪板的顶部,如图所示。

使用超级胶水将调节脚粘在每个M3螺栓的末端。

在完成这三英尺之后,精密雪橇完成了!:)

您可以选择插入一个1/4" -20螺母和两个1x6mm圆形磁铁成的中心孔雪橇(确保磁铁的极性相反那些上水平的底部)。这将让你安装雪橇并在相机上水平三脚架。

如果你这么走了,谢谢你的阅读!我希望你发现这个信息丰富/有用。如果您有任何疑问,请发表评论。

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    6讨论

    0.
    弗雷特

    2个月前

    妈的,非常酷。爱它这么多!从IDEEA到执行,这就是完美。此外,不错的3D印刷的情况下,可能想了解一两件事;)

    0.
    agbarber.

    回复2个月前

    谢谢你!

    0.
    JohnC430

    2个月前

    非常有据可查。谢谢。

    0.
    agbarber.

    回复2个月前

    谢谢你:)

    0.
    gada888

    2个月前

    代码链接坏了,请检查。

    0.
    agbarber.

    回复2个月前

    哎呀,仓库是私人的。现在应该是固定的,谢谢你让我知道。