Antarmuka Nirkabel Bluetooth untuk Kaliper dan Indikator Mitutoyo: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Ada jutaan kaliper, mikrometer, indikator, dan perangkat digital Mitutoyo lainnya di dunia saat ini. Banyak orang seperti saya menggunakan perangkat tersebut untuk mengumpulkan data langsung ke PC. Ini menghilangkan keharusan untuk masuk dan mengetik kadang-kadang ratusan nilai, tetapi juga menghadirkan beberapa masalah yang terkait dengan memiliki laptop di toko tempat laptop mungkin terjatuh atau rusak. Ini terutama benar jika pengukuran dilakukan pada sebagian besar atau dalam situasi di mana kabel data standar Mitutoyo tidak cukup panjang.

Beberapa tahun yang lalu saya membangun perangkat serupa berdasarkan modul Bluetooth HC-05 dan beberapa papan mikrokontroler Arduino yang memungkinkan saya meninggalkan laptop dengan aman di atas meja dan menjelajah hingga 50 kaki melakukan pengukuran. Perangkat ini berfungsi dengan baik tetapi memiliki beberapa masalah. Tidak ada indikasi kapan baterai pemancar terisi penuh, tidak ada indikasi status koneksi bluetooth, dan indikasi transmisi data berhasil. Itu juga besar dan kikuk dan benar-benar tampak seperti proyek sains! Bahkan dengan keterbatasan ini, dia orang lain di toko lebih suka menggunakannya daripada kabel data USB Mitutoyo.

Proyek ini mengatasi keterbatasan perangkat lama tersebut, menambahkan lebih banyak fitur dan sedikit lebih profesional, semuanya dengan harga kurang dari $100.

Langkah 1: Cara Kerjanya:

Antarmuka terdiri dari dua bagian, pemancar dan penerima. Hubungkan pemancar ke pengukur menggunakan kabel data yang terpasang secara permanen dan hubungkan penerima ke PC menggunakan kabel data micro USB.

Pada pemancar, menggeser sakelar ke arah ujung kabel akan menyalakannya. Di ujung penerima, LED biru awalnya berkedip menunjukkan tidak ada koneksi, ketika koneksi dibuat, LED akan berhenti berkedip dan menyala terus menerus. Pemancar dan penerima sekarang terhubung.

Pemancar (perangkat bawah di foto) terhubung ke pengukur dan membaca aliran data mentah Mitutoyo setiap kali tombol "data" ditekan. Kemudian memformat data menggunakan informasi dalam aliran data seperti lokasi titik desimal, tanda dan satuan. Kemudian ia membuat string ASCII dari data ini dan mengirimkannya melalui modul Bluetooth HM-10 di pemancar ke HM-10 di sisi penerima.

Pada penerima (perangkat atas di foto) HM-10 mengirimkan karakter ASCII yang dikirim dari HM-10 pengirim yang terdiri dari pengukuran ke Arduino Pro Micro yang kemudian mengirimkannya melalui kabel USB ke PC. Ini mengemulasi keyboard untuk melakukan ini sehingga data kemudian disuntikkan ke aplikasi yang terbuka, dalam kasus saya ini Excel. Data diikuti oleh karakter yang menyebabkan kursor turun ke baris berikutnya. Hal yang menyenangkan tentang ini adalah Anda dapat mengubah ini untuk melakukan apa pun yang Anda inginkan jika Anda perlu memasukkan data ke dalam perangkat lunak khusus. Penerima kemudian mengirimkan permintaan ke HM-10 pada pemancar untuk mem-flash sisi biru LED untuk menunjukkan kepada operator bahwa data telah diterima dengan sukses. Modul penerima juga menghapus karakter dari aliran data masuk yang terkait dengan remote control HM-10 pada penerima.

Pengisian daya pemancar dilakukan dengan pengisian USB mikro atau kabel yang dicolokkan ke soket USB pada pemancar, LED pada penerima akan menyala merah saat pengisian dan mati ketika pengisian selesai.

Ada fungsi lain yang dibahas kemudian untuk pemrosesan yang dapat dilakukan untuk memastikan bahwa semua nilai dalam metrik atau satuan standar atau untuk memperingatkan jika Anda secara tidak sengaja menekan tombol +/- yang membuat semua pengukuran menjadi negatif. Anda bahkan dapat memeriksa tegangan baterai pemancar.

Langkah 2: Persiapan:

Selain materi yang disebutkan dalam Instruksi ini, ada beberapa item lain untuk mengonfigurasi dan memprogram modul dan mikrokontroler Bluetooth HM-10. Anda akan memerlukan adaptor serial USB to TTL UART untuk mengkonfigurasi modul Bluetooth, Arduino untuk berfungsi sebagai programmer untuk mikrokontroler ATTiny85 (atau programmer serupa yang dapat bekerja dengan Arduino IDE) dan tentu saja, kabel jumper untuk melakukan konfigurasi dan pemrograman. ATTiny85 dalam Instruksi ini diprogram menggunakan klon Arduino Nano dan kapasitor elektrolitik 10 uf yang terhubung antara pin RST dan GND. Perangkat keras lain akan berfungsi jika Anda memilikinya tetapi Anda mungkin harus meneliti perubahan prosedur yang diperlukan untuk itu. Instruksi ini mengasumsikan bahwa Anda sudah familiar dengan Arduino IDE dan agak nyaman menggunakannya, Google dan beberapa kesabaran diperlukan sebaliknya.

Sebelum mengonfigurasi modul Bluetooth, ada baiknya membaca tutorial BLE Martyn Currey di https://www.martyncurrey.com/hm-10-bluetooth-4ble-modules/ Artikel ini berisi informasi tentang cara membedakan yang asli dari yang palsu, atur pemasangan, peran, mode, dan informasi pembaruan firmware untuk modul HM-10 yang digunakan dalam Instruksi ini.

Waspadalah terhadap HM-10 palsu di pasaran. Tautan di BOM yang disediakan dalam Instructable ini adalah yang asli (atau setidaknya yang memiliki firmware asli saat saya membelinya musim gugur yang lalu). Mendapatkan yang palsu bukanlah pemecah masalah, tetapi jika Anda berakhir dengan yang palsu, diperlukan beberapa langkah lagi untuk membuatnya berfungsi sesuai kebutuhan untuk Instructable karena mereka harus memiliki firmware asli sebelum dapat dikonfigurasi dengan benar. Jika Anda mendapatkan yang palsu, Anda dapat mem-flash firmware asli ke dalamnya dengan menggunakan tutorial berikut https://www.youtube.com/embed/ez3491-v8Og Ada tutorial lain tentang cara mem-flash firmware HM-10 ke CC2541 modul (palsu). Foto-foto di Instructable ini menunjukkan modul palsu yang harus saya flash dengan firmware HM-10 saat membangun antarmuka ini (ini adalah yang ke-3 yang saya buat). Yang asli sekitar $6 per pasang dan yang palsu $3 per pasang, nilainya tambahan $3 untuk mendapatkan yang asli. Saya sangat menganjurkan Anda untuk membeli modul HM-10 asli!

Beberapa definisi yang tidak disertakan secara default dalam Arduino IDE diperlukan untuk mikrokontroler Sparkfun Arduino Pro Micro dan ATTiny85 yang digunakan dalam Instruksi ini.

Anda dapat menambahkan dukungan untuk bagian-bagian ini ke Arduino IDE dengan menambahkan tautan berikut ke pengelola papan Anda.

Untuk ATTiny85:

raw.githubusercontent.com/damellis/attiny/ide-1.6.x-boards-manager/package_damellis_attiny_index.json

Untuk Sparkfun Arduino Pro Mikro:

raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

Pisahkan dua entri ini dengan koma seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Anda juga akan memerlukan perpustakaan serial footprint kecil khusus untuk modul pemancar:

SendOnlySoftwareSerial:

Langkah 3: PAPAN

Papan yang saya rancang untuk Instruksi ini dapat dipesan dari JLCPCB atau situs lain seperti Seedstudio dll jika Anda menggunakan file gerber yang dilampirkan pada Instruksi ini. Saya mendesainnya menggunakan easyeda.com. Berikut ini tautan ke papan di easyeda. https://easyeda.com/MrFixIt87/mitutoyo-bluematic-spc-smt-mcp73831 Jika ada cukup minat, saya mungkin membuat beberapa PCB dan menjualnya dengan harga murah di ebay.

Papan ini harus dipotong menjadi dua papan terpisah (satu untuk pemancar dan satu untuk penerima). Pemotongan akan mengikuti garis putih di tengah PCB pada gambar di atas dan salah satu sudut papan pemancar. Pemotongan ini akan mengikuti garis merah yang tergambar pada gambar PCB di atas. Berhati-hatilah saat memotong papan, terutama pada takik di sudut papan pemancar. Pemotongan ini sangat dekat dengan jejak di papan tulis. Satu set file bagus berguna di sini.

Sebagian besar komponen dapat dipesan dari Digi-Key atau Mouser dll, nomor bagian Digi-Key disertakan dalam BOM untuk item yang mereka miliki. Beberapa barang yang saya beli di eBay, Amazon atau AliExpress. Saya telah menyertakan tautan ke item di situs tersebut sesuai kebutuhan di BOM.

File BOM.pdf adalah yang paling mudah dibaca dan URL-nya adalah tautan yang dapat diklik.

Langkah 4: Konfigurasi Modul HM-10, Pemrograman Mikro Arduino Pro

Ini adalah ide yang baik untuk mendapatkan modul HM-10 sebelum hal lain dan pastikan Anda mendapatkan mereka dikonfigurasi dengan benar dan bekerja sebagai pasangan karena ada banyak yang palsu di pasar dan memerlukan beberapa langkah tambahan untuk menginstal yang asli. firmware pada palsu. Hanya firmware HM-10 asli yang memungkinkan receiver untuk mem-flash LED dari jarak jauh pada pemancar saat tombol "data" ditekan. Jangan meng-upgrade firmware di luar V6.05.

Tutorial Martyn Currey sangat berguna untuk ini. Jika Anda mengikutinya, Anda tidak akan memiliki masalah. Juga pastikan untuk mendapatkan modul castellated telanjang seperti yang ada di sisi kanan pada gambar untuk langkah ini. Solder ke PCB jika diperlukan untuk membantu memasang kabel sementara untuk konfigurasi. Jangan menyolder komponen lain ke salah satu PCB sampai Anda memiliki sepasang modul BLE yang berfungsi. Hanya pin 1, 2, 12-15, 21-25 yang perlu disolder.

Pada PCB Tx, HM-10 memerlukan konfigurasi berikut:

Pemasangan: pasangkan ke HM-10 lainnya (gunakan monitor serial untuk menguji aliran data antar modul saat terhubung)

Peran: periferal

Modus: 2

Pada Rx PCB, HM-10 memerlukan konfigurasi berikut:

Pemasangan: Harus dipasangkan dengan periferal HM-10 di atas

Peran: pusat

Mode: (tidak ada, hanya periferal yang memiliki mode)

Program mikro Arduino pro dengan sketsa bernama Mitutoyo_Keyboard… di atas. Pastikan Anda memilih versi 3.3V 8MHz dari mikro Arduino Pro di pengelola papan Arduino IDE saat mengunggah ke papan. Pastikan juga Anda telah menginstal semua pustaka yang direferensikan. Saya menggunakan versi Sparkfun dari pro mikro (merah) tetapi klon tersedia di ebay yang juga akan berfungsi, pastikan Anda mendapatkan papan 3.3V 8MHz dengan mikrokontroler Atmel 32U4 dan BUKAN ATMega328P. Juga dapatkan yang biru yang terlihat seperti Sparkfun merah di Instructable ini dan bukan yang hitam, yang hitam terlalu lebar untuk menyesuaikan pola lubang pada PCB).

Langkah 5: Perakitan Komponen, Memasang PCB Ke Dalam Kandang

Untuk PCB Tx solder komponen lainnya ke PCB. Sebaiknya solder konektor USB pada papan BLE Tx terlebih dahulu sebelum komponen lain di area ini. Mungkin ada baiknya menyolder header ICSP ke papan BLE Tx terakhir. Perhatikan bagaimana lead pada LED dua warna "dilipat", awalnya idenya adalah untuk melewati sisi enklosur, tetapi saya kemudian memutuskan untuk menggunakan enklosur tembus cahaya sehingga LED tidak perlu berbelit-belit meskipun lubang saat perakitan. Ini juga menambahkan efek yang bagus ketika sisi biru LED berkedip setelah pengukuran dikirimkan. Untuk LED dua warna, ujung terpendek berwarna biru, pusatnya adalah anoda umum.

Pada saat ini ukur lokasi sakelar, konektor USB dan buat lubang di penutup untuk barang-barang ini. Saya telah menemukan bahwa yang terbaik untuk memberi makan kabel data keluar dari sisi kiri (seperti yang digambarkan) dari kotak (lubang 0,25 berpusat pada lebar dan tinggi selungkup). Uji dengan hati-hati untuk menyesuaikan PCB dengan ukuran kotak. lubang sampai sakelar bergerak bebas dan konektor USB masuk ke lubangnya. Pasang 2 sekrup #2 untuk menahan PCB di tempatnya (namun jika pemasangannya pas, PCB akan tetap terikat dan benar-benar tidak memerlukan sekrup).

Pada Rx PCB solder mikro Arduino pro ke PCB menggunakan dua header 7 pin. Sesuaikan bukaan di sisi konektor USB dari casing Rx PCB agar PCB dapat menempel dengan kuat di bagian dalam casing. Perhatikan pada gambar rakitan ini bahwa LED memanjang dari papan. Ini untuk menempatkan PCB dengan kuat di dalam kotak dan bekerja cukup baik sebenarnya dengan grommet yang lebih kecil. Sesuaikan panjang kabel LED dengan hati-hati agar pas setelah perakitan. PCB ditandai dengan warna merah dan biru, kabel yang lebih pendek pada LED adalah kabel biru, bagian tengah adalah anoda umum. Pasang penutup pada penutup Rx, selesai.

Langkah 6: Program ATTiny85, Solder di Koneksi Kabel Data, Hubungkan Baterai

Sekarang waktunya untuk memprogram ATTiny85. Saya menggunakan klon Arduino Nano yang menjalankan sketsa contoh Arduino ISP. Nano membutuhkan kapasitor elektrolitik 10uf yang dipasang antara GND dan RST (- mengarah ke GND) untuk pemrograman. Detail koneksi pin ada di sketsa Arduino ISP. Header ICSP pada PCB dalam proyek ini memiliki nama pin yang distensil sehingga koneksi harus lurus ke depan.

Pastikan Anda memiliki opsi ATTiny85, flash 8kB dan internal 8MHz yang dipilih di pengelola papan saat mengunggah ke ATTiny85 seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Setelah ini selesai, pasang grommet besar. Potong kabel data sekitar 8"-10" dari ujung instrumen dan lepaskan jaket luar yang memperlihatkan beberapa inci kabel interior. Biarkan untai pelindung sekitar 1/2 "dari penutup bergaris seperti yang ditunjukkan. Saya menyolder pelindung kabel data ke sakelar untuk memberikan kekuatan terhadap penarikan saat digunakan meskipun ada juga lubang besar di PCB di sini untuk itu jika Anda ingin pergi ke rute itu. Solder masing-masing kabel ke PCB seperti yang ditunjukkan, warna kabel data disablon pada PCB di lubang yang sesuai.

Hubungkan baterai seperti yang ditunjukkan, hati-hati dengan polaritas karena membalikkannya akan membakar chip pengisi daya / manajer LiPo pada PCB dalam waktu singkat (jangan tanya bagaimana saya tahu …)

Langkah 7: Uji, Gunakan, Menu Fungsi Lanjut

Sekarang pasang penutupnya. Kamu sudah selesai!

Semua 4 unit yang saya buat sejauh ini memiliki velcro untuk memasang pemancar ke instrumen dan penerima di bagian atas tutup laptop. Dalam praktiknya ini bekerja dengan sangat baik. Pasang sisi velcro fuzzy (lingkaran) ke bagian atas tutup laptop, sisi kasar (pengait) ke casing receiver. Pasang sisi fuzzy (loop) ke casing pemancar dan sisi kasar (pengait) ke belakang caliper atau indikator. Melakukannya dengan cara ini memungkinkan Anda untuk menyimpan pemancar dan penerima bersama-sama saat tidak digunakan dan juga memiliki sisi kabur yang lembut pada penutup laptop Anda.

Uji pengisian baterai dengan menghubungkan kabel micro USB ke konektor USB pada modul Tx, jika baterai tidak terisi penuh maka LED akan menyala merah. Terkadang LiPo hampir terisi penuh sehingga IC pengisi daya tidak dapat mengisi daya, jadi jangan khawatir jika LED awalnya tidak menyala.

Sekarang Anda dapat menghubungkan kabel data ke caliper atau indikator (apa pun yang menggunakan jenis kabel yang Anda gunakan).

Sambungkan ujung Rx ke kabel data micro USB (harus berupa kabel data dan bukan hanya kabel pengisi daya), dan ke port USB di PC Anda. Mungkin harus menginstal driver yang memungkinkannya bertindak sebagai keyboard tetapi harus otomatis. Nyalakan modul Tx menggunakan sakelar. LED pada modul Rx harus berkedip selama beberapa detik kemudian tetap menyala saat sambungan dibuat.

Uji dengan menekan tombol data pada kabel yang menghubungkan caliper ke modul pemancar. Anda akan melihat pengukuran di layar PC. Arduino Pro Micro berfungsi sebagai keyboard HID dan akan menyisipkan pengukuran yang masuk secara langsung di mana pun kursor berada di PC Anda.

Pemrograman dalam modul pemancar memungkinkan opsi. Anda dapat mengakses menu ini dengan mengukur 0 lima kali berturut-turut. Setelah dalam mode menu, untuk memilih opsi menu, ukur nilai negatif yang dimulai dengan nomor opsi di menu, misalnya untuk secara otomatis mengubah semua pengukuran menjadi metrik, ukur nilai negatif dengan 1 sebagai digit bukan nol pertama. (-1,xx mm atau -0,1 inci misalnya). Untuk kembali ke mode normal, ukur 0 lima kali kemudian ukur nilai negatif yang dimulai dengan 3 sebagai digit bukan nol pertama). Ini diprogram dengan cara ini untuk menghindari opsi konfigurasi yang tidak disengaja. Jika dalam mode menu mengukur 0 lagi atau nilai positif apa pun secara otomatis membatalkan mode menu dan kembali ke mode normal.

Pilihan menunya adalah:

1. Konversi otomatis semua pengukuran ke satuan metrik (jika diperlukan)
2. Konversi otomatis semua pengukuran ke unit standar (jika diperlukan)
3. Batalkan konversi otomatis unit
4. Tolak pengukuran negatif (mencetak pesan peringatan)
5. Batalkan penolakan pengukuran negatif
6. Ukur dan cetak tegangan baterai pemancar (tidak didokumentasikan dalam menu)

Saat memasuki mode menu, opsi apa pun yang berlaku dicetak di bagian atas sebagai pengingat opsi yang berlaku. Semua opsi disimpan di EEPROM dan dipertahankan setelah unit dimatikan atau baterai habis. Masa pakai baterai untuk unit yang saya buat adalah sekitar 45 jam penggunaan terus menerus dan pengisian ulang membutuhkan waktu sekitar 3 jam dari baterai habis.

Fitur yang tidak didokumentasikan adalah untuk masuk ke mode menu (0 lima kali) kemudian mengukur nilai negatif yang dimulai dengan 6 sebagai angka bukan nol pertama, yang menyebabkannya mengukur dan mencetak tegangan baterai saat ini seperti yang ditunjukkan dalam video terlampir.

Pengalaman saya dengan 3 unit yang saya buat adalah jangkauannya hingga kira-kira 50 kaki di lingkungan toko terbuka.

Langkah 8: Pemikiran Terakhir - Potensi Modifikasi / Fitur Baru / Kemampuan Hackability

Meskipun pada titik ini Anda akan memiliki antarmuka yang dapat digunakan dengan sempurna yang dapat digunakan dengan jutaan perangkat di dunia, itu tidak berarti selesai dalam arti tidak ada lagi yang dapat dilakukan. Salah satu hal manis tentang mengambil pendekatan ini daripada membeli Mitutoyo U-Wave adalah sekarang Anda memiliki perangkat yang dapat disesuaikan dengan banyak cara.

Anda dapat menggunakan kabel Mitutoyo lain untuk menghubungkan ke pemancar, bukan yang saya gunakan untuk Instruksi ini jika perangkat Anda menggunakan kabel yang berbeda. Warna kabel internal dan sinyal harus sama pada semua kabel Mitutoyo. Perlu diingat bahwa kabel memerlukan tombol data untuk memicu pengukuran atau beberapa cara lain akan dirancang untuk memicu pengukuran. Permintaan pengukuran dapat dikirim ke pengukur dengan menghubungkan secara singkat pasangan kabel hijau/putih ke ground (kabel biru pada kabel pengukur). Ini dapat dilakukan dengan memasang sakelar atau jack audio 1/8 di kotak pemancar yang terhubung ke kabel tersebut dan menghubungkan sakelar eksternal melaluinya. Jika Anda memiliki indikator yang dipasang di perlengkapan atau tidak perlu menyentuh pengukur pendekatan jack audio akan ideal.

Jika yang Anda butuhkan hanyalah data serial (RS232 TTL, SPI, I2C dll) yang dapat dilakukan dengan mengubah kode pada penerima dan menghubungkan langsung ke pin pada Pro Micro yang Anda pilih untuk digunakan untuk mengeluarkan data.

Remote Control: Kemungkinan lain yang menarik adalah menghubungkan transistor antara pasangan hijau/putih dan ground biru dari pengukur dengan gerbang yang terhubung ke pin HM-10 26. Kemudian pada ujung penerima, sambungkan detektor jarak jauh IR 38kHz dengan pin output ke penerima pin Mikro Arduino Pro 7. kemudian modifikasi kode pada mikrokontroler ini untuk mencari perintah khusus dari remote inframerah apa pun dan kemudian memicu transistor yang dipasang di pemancar melalui panggilan jarak jauh AT+PI031 / AT+PI030 mirip dengan cara berkedip LED biru pada pemancar sekarang. Ini akan memberikan kemampuan untuk memicu pembacaan dari lokasi terpencil yang dalam keadaan tertentu bisa sangat berguna. Saya dapat mendesain PCB lain dengan fungsi bawaan ini.

Saya yakin masih banyak fitur lain yang memungkinkan, silahkan berkomentar dengan saran, pemikiran dan ide.

Sekarang ada perangkat komunikasi data nirkabel komersial yang tersedia dari Mitutoyo, tetapi ketika saya memeriksa harganya sekitar $800 untuk sistem tersebut. Total biaya pembuatan perangkat ini adalah sekitar $100 dan bisa lebih murah, terutama jika Anda menggunakan Arduino Pro Micro dan atau memiliki kabel data Mitutoyo yang tergeletak di sekitar untuk digunakan untuk menyambungkan ke pengukur karena itu adalah dua item yang paling mahal di BOM. Saya sangat ragu bahwa Mitutoyo U-Wave dapat diretas untuk menambahkan fitur seperti ini.

Saya harap Anda menikmati Instruksi ini, ini yang pertama saya!

Silakan tinggalkan komentar, pertanyaan, umpan balik, ide dan saran! Jika Anda menyukainya, silakan pilih dalam kontes PCB! Terima kasih!!!!

Runner Up di Lomba PCB