基于钻井深度显示器和带有Arduino支持的7段显示器设计

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。
责任编辑:pj