Ретро аналоговый вольтметр: 11 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Вступление

До того, как светодиоды и компьютерные экраны стали обычными методами отображения информации, инженеры и ученые полагались на аналоговые панельные измерители. Фактически, они до сих пор используются в ряде диспетчерских, потому что они:

• можно сделать довольно большим
• предоставить информацию с первого взгляда

В этом проекте мы собираемся использовать сервопривод, чтобы построить простой аналоговый измеритель, а затем использовать его как вольтметр постоянного тока. Обратите внимание, что многие части этого проекта, включая TINKERplate, доступны здесь:

Pi-Plates.com/TINKERkit

Запасы

1. Pi-Plate TINKERplate, подключенный к Raspberry Pi под управлением Raspian и с установленными модулями Pi-Plates Python 3. См. Больше на:
2. Пять перемычек между мужчинами
3. Серводвигатель 9G
4. Кроме того, вам понадобится двусторонний скотч, толстый картон для подкладки стрелки и немного белой бумаги. Примечание: мы решили сделать наш аналоговый измеритель более прочным, поэтому мы использовали 3D-принтер, чтобы сделать указатель, и немного плексигласа для подложки.

Шаг 1. Сделайте указатель

Сначала вырежьте из картона указатель длиной 100 мм (да, иногда мы используем метрические системы). Вот файл STL, если у вас есть доступ к 3D-принтеру: https://www.thingiverse.com/thing:4007011. Для указателя, который сужается к острому кончику, попробуйте этот:

Шаг 2: прикрепите указатель к сервоприводу

После того, как вы сделали указатель, используйте двусторонний скотч, чтобы прикрепить его к одному из рычагов, которые идут в комплекте с серводвигателем. Затем прижмите рычаг к валу.

Шаг 3. Отрежьте покровителя

Отрежьте кусок картона шириной примерно 200 мм и высотой 110 мм. Затем вырежьте небольшую выемку 25 на 12 мм на нижнем крае для серводвигателя. Вам придется сместить выемку примерно на 5 мм вправо от центра, чтобы компенсировать положение вала на сервоприводе. Выше вы можете увидеть, как выглядело наше оргстекло до того, как мы разрезали верх и сняли защитную пленку. Обратите внимание, что мы использовали ножовку и дремель, чтобы вырезать выемку.

Шаг 4: Установите сервопривод на подложку

Затем вставьте сервопривод на место с помощью монтажных выступов внизу. Используйте крепежные винты, которые идут в комплекте с сервоприводом, в качестве штифтов, чтобы удерживать его на месте. Возможно, вам придется сначала пробить отверстия в этих местах острым карандашом, если вы используете картон или сверло со сверлом 1/16 дюйма, если вы используете дерево или акрил. Обратите внимание, как мы сделали выемку слишком широкой, что привело к винту на справа не хватает дыры и вклинивается в щель. Не будь такими, как мы.

Шаг 5: Распечатайте масштаб

Распечатайте масштаб, показанный выше. Вырежьте по пунктирным линиям, обращая внимание на расположение вертикальных и горизонтальных линий вокруг надреза. Используйте эти линии, чтобы выровнять шкалу вокруг вала сервопривода. Загружаемую копию этой шкалы можно найти здесь: https:// pi-plate / downloads / Voltmeter Scale.pdf

Шаг 6: примените масштаб к подложке

Снимите узел рычага / указателя с вала сервопривода и поместите лист бумаги со шкалой на материал подложки с надрезом из шага 3. Расположите его так, чтобы линии вокруг выемки находились по центру сервопривода. Мы снова включим указатель после включения серводвигателя.

Шаг 7: Электрическая сборка

Присоедините серводвигатель и «выводы» к пластине Pi-Plates TINKERplate, используя схему выше в качестве руководства. После сборки измерителя красный и черный провода, подключенные к аналоговому блоку слева, будут вашими пробниками вольтметра. Подключите красный провод к положительной клемме, а черный провод к отрицательной клемме устройства, которое вы планируете измерять.

Шаг 8: Окончательная сборка / калибровка

1. После выполнения электрических подключений выполните следующие действия:
2. Включите Raspberry Pi и откройте окно терминала.
3. Создайте сеанс терминала Python3, загрузите модуль TINKERplate и установите режим канала цифрового ввода-вывода 1 как «серво». Вы должны услышать, как сервопривод перемещается в положение 90 градусов.
4. Установите сервомеханизм обратно на вал так, чтобы указатель был направлен прямо вверх в положение 6 В.
5. Введите TINK.setSERVO (0, 1, 15), чтобы переместить сервопривод в положение 0 В. Если он не совсем приземляется на 0, введите его еще раз, но под другим углом, например 14 или 16. Вы можете обнаружить, что направление сервопривода двигаться вперед и назад с небольшими приращениями не влияет на указатель - это связано с к общей механической проблеме с шестернями, называемой люфтом, которую мы обсудим ниже. Если у вас есть угол, при котором указатель будет на 0 В, запишите его как ваше НИЗКОЕ значение.
6. Введите TINK.setSERVO (0, 1, 165), чтобы переместить сервопривод в положение 12 В. Опять же, если он не совсем приземляется на 12, введите его еще раз, но с другими углами, например, 164 или 166. Как только у вас есть угол, который помещает указатель на 12 В, запишите его как свое ВЫСОКОЕ значение.

Шаг 9: Код 1

Программа VOLTmeter.py показана на следующем шаге. Вы можете либо ввести его самостоятельно, используя Thonny IDE на Raspberry Pi, либо скопировать приведенное ниже в свой домашний каталог. Обратите внимание на строки 5 и 6 - сюда вы вставляете калибровочные значения, полученные на последнем шаге. Для нас это было:

lLimit = 12.0 # наше НИЗКОЕ значение

hLimit = 166.0 # наше ВЫСОКОЕ значение

После сохранения файла запустите его, набрав: python3 VOLTmeter.py и нажав клавишу в окне терминала. Если провода вашего датчика ничего не касаются, указатель переместится в положение 0 вольт на шкале. Фактически, вы можете увидеть, как стрелка немного двигается вперед и назад, поскольку она улавливает шум 60 Гц от ближайших источников света. При подключении красного щупа к клемме + 5V на аналоговом блоке указатель переместится к отметке 5 вольт на измерителе.

Шаг 10: Код 2

импортные пластины. TINKERplate как TINK

время импорта TINK.setDEFAULTS (0) # вернуть все порты в их состояния по умолчанию TINK.setMODE (0, 1, 'servo') # установить порт цифрового ввода / вывода 1 для управления сервоприводом lLimit = 12.0 # нижний предел = 0 вольт hLimit = 166.0 # верхний предел = 12 вольт while (True): analogIn = TINK.getADC (0, 1) # читать аналоговый канал 1 # масштабировать данные до угла в диапазоне от lLimit до hLimit angle = analogIn * (hLimit -lLimit) /12.0 TINK.setSERVO (0, 1, lLimit + angle) # установить угол сервопривода time.sleep (.1) # задержать и повторить

Шаг 11: Заключение

Итак, вот оно, мы использовали новые технологии, чтобы воссоздать то, что было современным в 1950-х годах. Не стесняйтесь создавать свои собственные весы и делиться ими с нами

Это началось как простой проект, но он быстро расширился, когда мы подумали о дополнительных улучшениях. Вы также можете обнаружить, что иногда указатель не попадает в нужное место - это по двум причинам:

1. Внутри серводвигателей есть ряд шестерен, которые при сборке страдают от общей проблемы, называемой люфтом. Вы можете прочитать больше об этом здесь.
2. Мы также подозреваем, что наш серводвигатель не совсем линейен во всем диапазоне.

Чтобы узнать больше о внутренней работе серводвигателей, прочтите этот документ. А чтобы увидеть больше проектов и дополнений для Raspberry Pi, посетите наш веб-сайт Pi-Plates.com.