基于鉆井深度顯示器和帶有Arduino支持的7段顯示器設(shè)計

在這個Arduino項目中，通過陀螺傳感器的鉆井深度顯示器和帶有Arduino支持的7段顯示器，來讀取所需位置的深度。

概念：

指定鉆孔深度時，用鉆頭刮擦表面，記下坐標(biāo)，然后添加所需的鉆孔深度，最后進(jìn)行鉆孔，直到達(dá)到該深度為止。為了防止鉆孔過深，當(dāng)?shù)竭_(dá)孔深度時，會收到消息。

按鈕功能：當(dāng)按下它時，Arduino會將當(dāng)前鉆孔位置保存為停止值，并在以后到達(dá)時隨時提醒。

鉆頭的軸具有SW17六角螺母。因此，只需一個3D打印的組件即可安轉(zhuǎn)傳感器，并可以將其插入六角螺母上。

所需組件：

Arduino Nano

陀螺傳感器GY-521

7位模塊，帶8位數(shù)字（SPI版本，帶有MAX7219 IC）

按鍵

開/關(guān)

電源：AA或AAA電池的電池夾或移動電源

3D打印外殼

釹磁鐵

原理圖：

連接：

1、陀螺儀傳感器通過I2C連接。因此，對于Nano，必須使用A5和A4。

VCC-》 5V

地線-》地線

SCL-》 A5

SDA-》 A4

XDA-》未連接

XCL-》未連接

ADO-》未連接

INT-》未連接

2、7段模塊：

連接7段模塊時，可以使用任何數(shù)字引腳。使用Arduino草圖設(shè)置引腳。

VCC-》 3.3V

地線-》地線

DIN-》 D12

CS-》 D10

時鐘-》 D11

3、按鈕：

可以自由選擇按鈕的輸入引腳。該項目使用D9針。

4、電源供應(yīng)：

對于電源，使用6節(jié)AA電池。在打開/關(guān)閉開關(guān)后，它們?yōu)檎麄€系統(tǒng)供電。

5、套管：

使用Autodesk Fusion 360設(shè)計了機殼、使用Anycubic i3 Mega創(chuàng)建了3D打印。

代碼：

/ *程序：rilling-depth.ino

*作者：托馬斯·安吉爾斯基

*版本：2021 -03-20

*

* https://techpluscode.de/

* https://techpluscode.de/bohrtiefenanzeige-mit-gyro-sensor/

*

*此草圖測量臺式鉆孔的鉆孔深度

*使用GY-521陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)

*通過7段顯示

查看深度

*

*來自electronicoobs.com的calc誤差補償?shù)南敕?謝謝！

*

* /

#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 ：引腳D12，引腳D11，引腳D10、1個模塊

LedControl lc=LedControl（12，11，10，1）;

void setup（） {

//準(zhǔn)備串行連接

//Serial.begin（9600）;

//開始值

stopPos=0.0;

currentPos=0.0;

rad_to_deg = 180/PI;

//準(zhǔn)備GY-521傳感器

//我們僅使用加速器數(shù)據(jù)

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）; //注冊 ACCEL_CONFIG

Wire.write（0x10）; //設(shè)置00010000 來實習(xí) +/- 8g 滿量程范圍

Wire.endTransmission（true）;

//計算加速器數(shù)據(jù)錯誤

//進(jìn)行100次測量

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;

//準(zhǔn)備按鈕：D9針

pinMode（9，INPUT_PULLUP）;

//準(zhǔn)備7段顯示

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+/-將x角度計算為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，則顯示效果更好0

if （DrillingMachineAngle》350） {DrillingMachineAngle=0;}

//計算鉆孔深度

//最大鉆孔深度：50 mm（在機器上測量）

//手輪最大角度：316（使用Serial.print數(shù)據(jù)測量）

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（“ ”）;

*/

//按下按鈕？

if （digitalRead（9）==LOW） {

//儲存停止位置

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（“按下按鈕”）;

delay（1000）;

}

if （stopPos》0） {

//到達(dá)停止位置？

if （currentPos》=stopPos） {

//是：在右側(cè)顯示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：顯示到停止位置的距離

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 {

//不顯示任何內(nèi)容

lc.setChar（0，3，‘ ’，false）;

lc.setChar（0，2，‘ ’，false）;

lc.setChar（0，1，‘ ’，false）;

lc.setChar（0，0，‘ ’，false）;

}

//在左側(cè)顯示當(dāng)前鉆孔深度

//格式化為字符串

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）;

}

代碼講解：

1、使用LedControl.h庫來控制7段顯示。如未安裝，則必須使用庫管理器進(jìn)行安裝。

2、陀螺傳感器通過I2C總線連接。通過Wire.h進(jìn)行通信。

3、使用Led Control控制7段顯示。

4、引腳進(jìn)行初始化后，設(shè)置過程僅需要進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作即可喚醒顯示并調(diào)整強度。

5、在循環(huán)部分中，顯示屏僅顯示當(dāng)前鉆孔深度，如果已設(shè)置，則顯示停止位置，顯示為數(shù)字。

6、函數(shù)dtostrf將浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為字符數(shù)組。然后輸入一個字符串，以在顯示屏上按字符顯示它。

當(dāng)?shù)竭_(dá)停止位置時，“ StOP”出現(xiàn)在顯示屏上?？梢允褂胹etRow過程和適當(dāng)?shù)奈荒Ｊ紹00001111生成小的“ t” 。

8、通過線庫的功能讀取陀螺傳感器的功能。使用加速度計來確定角度位置。

9、當(dāng)USB連接到Arduino IDE時，一切運行正常。拔下插頭并連接到外部電源后，傳感器未提供任何數(shù)據(jù)。它僅在Arduino復(fù)位后才能再次工作。經(jīng)過長時間的搜索，解決方案是在喚醒傳感器后安裝等待時間。這使延遲（1000）在整個源代碼中成為最重要的命令。

必須在開始時為傳感器確定偏移值，否則值會波動。在設(shè)置部分中，測量100個值并將偏差平均。

X角度（度）使用以下公式計算：

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

加速度傳感器的值波動很大。因此，將當(dāng)前計算的值與先前的值分別取50％的平均值。

TotalAngleX = 0.5 * TotalAngleX + 0.5 * AccAngleX;

傳感器從-90°到+ 90°輸出角度值。但是需要從0°到360°的角度才能轉(zhuǎn)換成鉆孔深度。

但是，對于該程序，查看傳感器數(shù)據(jù)Z和Y是正還是負(fù)就足夠了。并相應(yīng)地轉(zhuǎn)換角度。

通過Serial.print輸出確定角度，并記下旋轉(zhuǎn)角度的最大值。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為316°， 最大鉆孔深度為50mm時，當(dāng)前位置的計算方式：

currentPos=50.0/316.0*DrillingMachineAngle;

如果按下該按鈕，則Arduino將保存當(dāng)前的鉆孔位置。顯示屏上顯示8888，短等待1秒。

如果設(shè)置了停止位置，則在右側(cè)顯示屏上會顯示直到停止為止的剩余鉆削深度。

組裝：

陀螺儀傳感器最好用熱膠點固定。將連接電纜穿過蓋子。這部分就是這樣。

在第一個測試中，陀螺儀傳感器必須首先對準(zhǔn)。我是水平安裝的。由于支架設(shè)計為可旋轉(zhuǎn)的，因此可以輕松進(jìn)行調(diào)整，直到顯示屏上顯示0.0。

測試：

傳感器反應(yīng)非常迅速，計算出的值與鉆孔深度完全匹配。而且由于采用了大型LED顯示屏，可讀取準(zhǔn)確的鉆削深度。
責(zé)任編輯:pj