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基于Arduino的钻深显示器
发布时间:2021-05-09
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基于Arduino的钻深显示器
发布时间:2021-05-09
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在这个Arduino项目中,通过陀螺传感器的钻井深度显示器和带有Arduino支持的7段显示器,来读取所需位置的深度。

概念:

指定钻孔深度时,用钻头刮擦表面,记下坐标,然后添加所需的钻孔深度,最后进行钻孔,直到达到该深度为止。为了防止钻孔过深,当到达孔深度时,会收到消息。

按钮功能:当按下它时,Arduino会将当前钻孔位置保存为停止值,并在以后到达时随时提醒。

钻头的轴具有SW17六角螺母。因此,只需一个3D打印的组件即可安转传感器,并可以将其插入六角螺母上。

所需组件:

  • Arduino Nano
  • 陀螺传感器GY-521
  • 7位模块,带8位数字(SPI版本,带有MAX7219 IC)
  • 按键
  • 开/关
  • 电源:AA或AAA电池的电池夹或移动电源
  • 3D打印外壳
  • 钕磁铁

原理图:

连接:

1、陀螺仪传感器通过I2C连接。因此,对于Nano,必须使用A5和A4。

  • VCC-> 5V
  • 地线->地线
  • SCL-> A5
  • SDA-> A4
  • XDA->未连接
  • XCL->未连接
  • ADO->未连接
  • INT->未连接

2、7段模块:

连接7段模块时,可以使用任何数字引脚。使用Arduino草图设置引脚。

  • VCC-> 3.3V
  • 地线->地线
  • DIN-> D12
  • CS-> D10
  • 时钟-> D11

3、按钮:

可以自由选择按钮的输入引脚。该项目使用D9针。

4、电源供应:

对于电源,使用6节AA电池。在打开/关闭开关后,它们为整个系统供电。

5、套管:

使用Autodesk Fusion 360设计了机壳、使用Anycubic i3 Mega创建了3D打印。

代码:

/ *程序:rilling-depth.ino
 *作者:托马斯·安吉尔斯基
*版本:2021 -03-20
 * 
 * https://techpluscode.de/
 * https://techpluscode.de/bohrtiefenanzeige-mit-gyro-sensor/
 * 
 *此草图测量台式钻孔的钻孔深度
 *使用GY-521陀螺仪传感器数据
*通过7段显示
查看深度
 * 
 *来自electronicoobs.com的calc误差补偿的想法-谢谢!
 * 
 * /
#include <Wire.h>
#include <math.h>
#include "LedControl.h"

#define MPU 0x68

char txt[8];
String s;
float currentPos,stopPos;
float rad_to_deg;
float AccX, AccY, AccZ;  
float AccAngleX, AccAngleY;         
float AccAngleErrorX, AccAngleErrorY; 
float TotalAngleX, TotalAngleY;
float DrillingMachineAngle, delta;

//初始化LED :引脚D12,引脚D11,引脚D10、1个模块
LedControl lc=LedControl(12,11,10,1);
void setup() {
  //准备串行连接
  //Serial.begin(9600);

  
  //开始值
  stopPos=0.0;
  currentPos=0.0;  
  rad_to_deg = 180/PI;

  //准备GY-521传感器
  //我们仅使用加速器数据
  Wire.begin(); 
  Wire.beginTransmission(MPU);         
  Wire.write(0x6B);
  Wire.write(0x00); // wake up MPU
  Wire.endTransmission(true); 

  //delay(1000)
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x1C); //注册 ACCEL_CONFIG 
  Wire.write(0x10); //设置00010000 来实习 +/- 8g 满量程范围
  Wire.endTransmission(true); 


  //计算加速器数据错误
  //进行100次测量
  for(int a=0; a<100; a++) {
      Wire.beginTransmission(MPU);
      Wire.write(0x3B);
      Wire.endTransmission(false);
      Wire.requestFrom(MPU,6,true); 
      
      AccX=(Wire.read()<<8|Wire.read())/4096.0 ; 
      AccY=(Wire.read()<<8|Wire.read())/4096.0 ;
      AccZ=(Wire.read()<<8|Wire.read())/4096.0 ;
      
      AccAngleErrorX=AccAngleErrorX+((atan((AccY)/sqrt(pow((AccX),2)+pow((AccZ),2)))*rad_to_deg));
      //AccAngleErrorY=AccAngleErrorY+((atan(-1*(AccX)/sqrt(pow((AccY),2)+pow((AccZ),2)))*rad_to_deg)); 
    }
      
  AccAngleErrorX=AccAngleErrorX/100;
  //AccAngleErrorY=AccAngleErrorY/100;
  
  //准备按钮:D9针
  pinMode(9,INPUT_PULLUP);

  //准备7段显示
  lc.shutdown(0,false);
  lc.setIntensity(0,8);
  lc.clearDisplay(0);
}


void loop() {
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU,6,true);
  
  AccX=(Wire.read()<<8|Wire.read())/4096.0; 
  AccY=(Wire.read()<<8|Wire.read())/4096.0;
  AccZ=(Wire.read()<<8|Wire.read())/4096.0; 

  AccAngleX=(atan((AccY)/sqrt(pow((AccX),2)+pow((AccZ),2)))*rad_to_deg)-AccAngleErrorX;
  //AccAngleY=(atan(-1*(AccX)/sqrt(pow((AccY),2)+pow((AccZ),2)))*rad_to_deg)-AccAngleErrorY;    

  //平均值
  TotalAngleX=0.5*(TotalAngleX)+0.5*AccAngleX;
  //TotalAngleY=0.5*(TotalAngleY)+0.5*AccAngleY;

  //使用X,Y,Z的+/-将x角度计算为360,增量= 0;
  
  if ((AccZ<0)) { 
    delta=180.0-TotalAngleX*2.0;
  }

 if ((AccZ>0)&&(AccY<0)) {
    delta=360.0;
  }

  DrillingMachineAngle=TotalAngleX+delta;
  //如果接近360,则显示效果更好0
  if (DrillingMachineAngle>350) {DrillingMachineAngle=0;}

 //计算钻孔深度
  //最大钻孔深度:50 mm(在机器上测量)
  //手轮最大角度:316(使用Serial.print数据测量)
  currentPos=50.0/316.0*DrillingMachineAngle;


  /*
  Serial.print("X / X / Y / Z / E : BOHRTIEFE");
  Serial.print(TotalAngleX);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(AccX);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(AccY);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(AccZ);  
  Serial.print(" >> ");
  Serial.print(DrillingMachineAngle);
  Serial.print(" >> ");
  Serial.print(currentPos);
  Serial.println(" ");
*/
  
  //按下按钮?
  if (digitalRead(9)==LOW) {
    //储存停止位置
    stopPos=currentPos;        
    lc.setChar(0,3,'8',false);
    lc.setChar(0,2,'8',false);
    lc.setChar(0,1,'8',false);
    lc.setChar(0,0,'8',false); 
    //Serial.println("按下按钮");
    delay(1000);
  }

  if (stopPos>0) {
    //到达停止位置?
    if (currentPos>=stopPos) {
      //是:在右侧显示STOP
      lc.setChar(0,3,'5',false);
      lc.setRow(0,2,B00001111);
      lc.setChar(0,1,'0',false);
      lc.setChar(0,0,'P',false);
    } else {
      //否:显示到停止位置的距离
      dtostrf(stopPos-currentPos,4,1,txt);
      s=' '+String(txt);
      lc.setChar(0,0,s.charAt(s.length()-1),false); 
      lc.setChar(0,1,s.charAt(s.length()-3),true); 
      lc.setChar(0,2,s.charAt(s.length()-4),false); 
      lc.setChar(0,3,s.charAt(s.length()-5),false); 
    }
  } else {
      //不显示任何内容
      lc.setChar(0,3,' ',false);
      lc.setChar(0,2,' ',false);
      lc.setChar(0,1,' ',false);
      lc.setChar(0,0,' ',false);        
  }

   //在左侧显示当前钻孔深度
  //格式化为字符串
  dtostrf(currentPos,4,1,txt);
  s=' '+String(txt);
 
  lc.setChar(0,4,s.charAt(s.length()-1),false); 
  lc.setChar(0,5,s.charAt(s.length()-3),true); 
  lc.setChar(0,6,s.charAt(s.length()-4),false); 
  lc.setChar(0,7,s.charAt(s.length()-5),false); 

  delay(200);
}

代码讲解:

1、使用LedControl.h库来控制7段显示。如未安装,则必须使用库管理器进行安装。

2、陀螺传感器通过I2C总线连接。通过Wire.h进行通信。

3、使用Led Control控制7段显示。

4、引脚进行初始化后,设置过程仅需要进行一些准备工作即可唤醒显示并调整强度。

5、在循环部分中,显示屏仅显示当前钻孔深度,如果已设置,则显示停止位置,显示为数字。

6、函数dtostrf将浮点数转换为字符数组。然后输入一个字符串,以在显示屏上按字符显示它。

当到达停止位置时,“ StOP”出现在显示屏上。可以使用setRow过程和适当的位模式B00001111生成小的“ t” 。

8、通过线库的功能读取陀螺传感器的功能。使用加速度计来确定角度位置。

9、当USB连接到Arduino IDE时,一切运行正常。拔下插头并连接到外部电源后,传感器未提供任何数据。它仅在Arduino复位后才能再次工作。经过长时间的搜索,解决方案是在唤醒传感器后安装等待时间。这使延迟(1000)在整个源代码中成为最重要的命令。

必须在开始时为传感器确定偏移值,否则值会波动。在设置部分中,测量100个值并将偏差平均。

X角度(度)使用以下公式计算:

AccAngleX = (atan ((AccY) / sqrt (pow ((AccX), 2) + pow ((AccZ), 2))) * rad_to_deg);

加速度传感器的值波动很大。因此,将当前计算的值与先前的值分别取50%的平均值。

TotalAngleX = 0.5 * TotalAngleX + 0.5 * AccAngleX;

传感器从-90°到+ 90°输出角度值。但是需要从0°到360°的角度才能转换成钻孔深度。

但是,对于该程序,查看传感器数据Z和Y是正还是负就足够了。并相应地转换角度。


通过Serial.print输出确定角度,并记下旋转角度的最大值。

当旋转角度为316°, 最大钻孔深度为50mm时,当前位置的计算方式:

currentPos=50.0/316.0*DrillingMachineAngle;

如果按下该按钮,则Arduino将保存当前的钻孔位置。显示屏上显示8888,短等待1秒。

如果设置了停止位置,则在右侧显示屏上会显示直到停止为止的剩余钻削深度。

组装:

陀螺仪传感器最好用热胶点固定。将连接电缆穿过盖子。这部分就是这样。

在第一个测试中,陀螺仪传感器必须首先对准。我是水平安装的。由于支架设计为可旋转的,因此可以轻松进行调整,直到显示屏上显示0.0。

测试:

传感器反应非常迅速,计算出的值与钻孔深度完全匹配。而且由于采用了大型LED显示屏,可读取准确的钻削深度。

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