Interface sans fil Bluetooth pour étriers et indicateurs Mitutoyo : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Il existe aujourd'hui des millions d'étriers, de micromètres, d'indicateurs et d'autres appareils Mitutoyo Digimatic dans le monde. Beaucoup de gens comme moi utilisent ces appareils pour collecter des données directement sur un PC. Cela évite d'avoir à se connecter et à saisir parfois des centaines de valeurs, mais présente également des problèmes liés au fait d'avoir un ordinateur portable dans le magasin où les ordinateurs portables peuvent tomber ou être endommagés. Cela est particulièrement vrai si les mesures sont prises sur de grandes pièces ou dans des situations où le câble de données Mitutoyo standard n'est tout simplement pas assez long.

Il y a quelques années, j'ai construit un appareil similaire basé sur des modules Bluetooth HC-05 et des cartes de microcontrôleur Arduino qui me permettraient de laisser l'ordinateur portable en sécurité sur une table et de parcourir jusqu'à 50 pieds en prenant des mesures. Cet appareil fonctionnait très bien mais avait plusieurs problèmes. Il n'y avait aucune indication du moment où la batterie de l'émetteur était complètement chargée, aucune indication de l'état de la connexion Bluetooth et aucune indication de la réussite de la transmission des données. C'était aussi gros et maladroit et ressemblait littéralement à un projet scientifique ! Même avec ces limitations, les autres gars de la boutique ont préféré l'utiliser sur le câble de données USB Mitutoyo.

Ce projet surmonte les limitations de l'ancien appareil, ajoute plus de fonctionnalités et est un peu plus professionnel, le tout pour moins de 100 $.

Étape 1: Comment ça marche:

L'interface est composée de deux parties, un émetteur et un récepteur. Connectez l'émetteur à la jauge à l'aide du câble de données qui y est fixé en permanence et connectez le récepteur à un PC à l'aide d'un câble de données micro USB.

Sur l'émetteur, faire glisser l'interrupteur vers l'extrémité du câble l'allume. Du côté du récepteur, la LED bleue clignote initialement pour indiquer qu'il n'y a pas de connexion, lorsqu'une connexion est établie, la LED arrête de clignoter et reste allumée en continu. L'émetteur et le récepteur sont maintenant connectés.

L'émetteur (appareil du bas sur la photo) se connecte à la jauge et lit le flux de données brut Mitutoyo à chaque fois que le bouton « données » est enfoncé. Ensuite, il formate les données en utilisant les informations du flux de données telles que l'emplacement de la virgule décimale, le signe et les unités. Ensuite, il construit une chaîne ASCII à partir de ces données et l'envoie via le module Bluetooth HM-10 de l'émetteur au HM-10 du côté récepteur.

Sur le récepteur (appareil supérieur sur la photo) le HM-10 envoie les caractères ASCII envoyés par le HM-10 transmetteur comprenant la mesure à l'Arduino Pro Micro qui les envoie ensuite via le câble USB au PC. Il émule un clavier pour ce faire, les données sont ensuite injectées dans l'application ouverte, dans mon cas, c'est Excel. Les données sont suivies de caractères qui amènent le curseur à passer à la ligne suivante. Une bonne chose à ce sujet est que vous pouvez changer cela pour faire ce que vous voulez si vous devez saisir des données dans un logiciel personnalisé. Le récepteur envoie ensuite une demande au HM-10 sur l'émetteur pour faire clignoter le côté bleu de la LED pour indiquer à l'opérateur que les données ont été reçues avec succès. Le module récepteur supprime également les caractères du flux de données entrant associé à la télécommande du HM-10 sur le récepteur.

La charge de l'émetteur se fait avec une charge micro USB ou un câble branché sur la prise USB de l'émetteur, la LED du récepteur s'allumera en rouge pendant la charge et s'éteindra une fois la charge terminée.

Il y a d'autres fonctions couvertes plus tard quant au traitement qui peut être fait pour s'assurer que toutes les valeurs sont en unités métriques ou standard ou pour avertir si vous avez accidentellement appuyé sur le bouton +/- rendant toutes les mesures négatives. Vous pouvez même vérifier la tension de la batterie de l'émetteur.

Étape 2: Préparation:

En plus des matériaux mentionnés dans ce Instructable, il existe quelques autres éléments pour configurer et programmer les modules et microcontrôleurs Bluetooth HM-10. Vous aurez besoin d'un adaptateur série USB vers TTL UART pour configurer les modules Bluetooth, d'un Arduino pour servir de programmeur pour le microcontrôleur ATTiny85 (ou d'un programmeur similaire pouvant fonctionner avec l'IDE Arduino) et bien sûr, des câbles de connexion pour effectuer la configuration et la programmation. L'ATTiny85 dans ce Instructable a été programmé à l'aide d'un clone Arduino Nano et d'un condensateur électrolytique de 10 uf connecté entre les broches RST et GND. Un autre matériel fonctionnera si vous en avez, mais vous devrez peut-être rechercher les changements de procédure nécessaires pour cela. Ce Instructable suppose que vous connaissez l'IDE Arduino et que vous l'utilisez quelque peu, Google et un peu de patience sont nécessaires dans le cas contraire.

Avant de configurer les modules Bluetooth, ce serait une bonne idée de lire le didacticiel BLE de Martyn Currey sur https://www.martyncurrey.com/hm-10-bluetooth-4ble-modules/ Cet article contient des informations sur la façon de dire les vrais à partir des contrefaçons, configurez le couplage, les rôles, les modes et les informations de mise à jour du micrologiciel pour les modules HM-10 utilisés dans ce Instructable.

Méfiez-vous des faux HM-10 sur le marché. Le lien dans la nomenclature fournie dans ce Instructable est vers les vrais (ou au moins ceux avec un vrai firmware sur eux quand je les ai achetés l'automne dernier). Obtenir de faux n'est pas un compromis, mais si vous vous retrouvez avec des faux, il faut quelques étapes supplémentaires pour les faire fonctionner comme nécessaire pour Instructable car ils doivent avoir le vrai firmware avant de pouvoir être configurés correctement. Si vous obtenez un faux, vous pouvez flasher le vrai firmware dessus en utilisant le tutoriel suivant https://www.youtube.com/embed/ez3491-v8Og Il existe d'autres tutoriels sur la façon de flasher le firmware HM-10 sur CC2541 modules (faux). Les photos de ce Instructable montrent de faux modules que j'ai dû flasher avec le firmware HM-10 lors de la construction de cette interface (c'est le 3ème que j'ai construit). Les vrais coûtent environ 6 $ par paire et les faux coûtent 3 $ par paire, cela vaut les 3 $ supplémentaires pour obtenir les vrais. Je vous encourage fortement à acheter de vrais modules HM-10 !

Quelques définitions non incluses par défaut dans l'IDE Arduino sont nécessaires pour les microcontrôleurs Sparkfun Arduino Pro Micro et ATTiny85 utilisés dans ce Instructable.

Vous pouvez ajouter la prise en charge de ces pièces à l'IDE Arduino en ajoutant les liens suivants à votre gestionnaire de cartes.

Pour l'ATTiny85:

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

Pour le Sparkfun Arduino Pro Micro:

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

Séparez ces deux entrées par une virgule comme indiqué sur l'image.

Vous aurez également besoin d'une bibliothèque série spéciale à faible encombrement pour le module émetteur:

SendOnlySoftwareSerial:

Étape 3: LE CONSEIL

Le tableau que j'ai conçu pour ce Instructable peut être commandé auprès de JLCPCB ou d'un autre site tel que Seedstudio ect si vous utilisez les fichiers gerber joints à ce Instructable. Je l'ai conçu en utilisant easyeda.com. Voici un lien vers le tableau d'easyeda. https://easyeda.com/MrFixIt87/mitutoyo-bluematic-spc-smt-mcp73831 S'il y a suffisamment d'intérêt, je peux faire fabriquer quelques PCB et les vendre à bas prix sur ebay.

Cette carte doit être découpée en deux cartes distinctes (une pour l'émetteur et une pour le récepteur). Les coupes suivront les contours blancs au centre du PCB dans l'image ci-dessus et un coin de la carte de l'émetteur. Ces coupes suivront les lignes rouges tracées sur l'image du PCB ci-dessus. Soyez prudent lors de la découpe des cartes, en particulier dans les encoches aux coins de la carte émettrice. Ces coupures sont très proches des traces sur la planche. Un ensemble de fichiers fins est utile ici.

La plupart des composants peuvent être commandés auprès de Digi-Key ou Mouser, etc. Les numéros de référence Digi-Key sont inclus dans la nomenclature pour les articles qu'ils possèdent. Certains des articles que j'ai achetés sur eBay, Amazon ou AliExpress. J'ai inclus des liens vers des articles sur ces sites selon les besoins dans la nomenclature.

Le fichier BOM.pdf est le plus facile à lire et les URL sont des liens cliquables.

Étape 4: Configuration du module HM-10, microprogrammation Arduino Pro

C'est une bonne idée d'obtenir les modules HM-10 avant toute autre chose et de vous assurer de les configurer correctement et de les faire fonctionner par paire car il y a beaucoup de faux sur le marché et cela nécessite quelques étapes supplémentaires pour installer le vrai firmware sur les contrefaçons. Seul le vrai firmware HM-10 permet au récepteur de faire clignoter à distance la LED de l'émetteur lorsque le bouton "data" est enfoncé. Ne mettez pas à niveau le firmware au-delà de la V6.05.

Le tutoriel de Martyn Currey est très pratique pour cela. Si vous le suivez, vous n'aurez aucun problème. Assurez-vous également d'obtenir des modules crénelés nus comme celui sur le côté droit de l'image pour cette étape. Soudez-les au PCB si nécessaire pour faciliter la fixation des fils temporaires pour la configuration. Ne soudez aucun autre composant sur l'un ou l'autre PCB jusqu'à ce que vous ayez une paire de modules BLE fonctionnels. Seules les broches 1, 2, 12-15, 21-25 doivent être soudées.

Sur le PCB Tx, le HM-10 aura besoin de la configuration suivante:

Appairage: associez-le à un autre HM-10 (utilisez un moniteur série pour tester le flux de données entre les modules lorsqu'ils sont connectés)

Rôle: périphérique

Modes: 2

Sur le PCB Rx, le HM-10 aura besoin de la configuration suivante:

Couplage: Doit être couplé avec le périphérique HM-10 ci-dessus

Rôle: central

Mode: (aucun, seul le périphérique a un mode)

Programmez le micro Arduino pro avec le croquis nommé Mitutoyo_Keyboard… ci-dessus. Assurez-vous de choisir la version 3,3 V 8 MHz du micro Arduino Pro dans le gestionnaire de carte de l'IDE Arduino lors du téléchargement sur la carte. Assurez-vous également que toutes les bibliothèques référencées sont installées. J'ai utilisé la version Sparkfun du micro pro (rouge) mais des clones sont disponibles sur ebay qui fonctionneront également, assurez-vous simplement d'avoir une carte 3,3V 8MHz avec le microcontrôleur Atmel 32U4 et NON un ATMega328P. Obtenez également un bleu qui ressemble au rouge Sparkfun dans ce Instructable et non un noir, les noirs sont trop larges pour s'adapter au motif des trous sur le PCB).

Étape 5: Assemblage des composants, montage des PCB dans des boîtiers

Pour le PCB Tx, soudez les autres composants sur le PCB. C'est une bonne idée de souder le connecteur USB sur la carte BLE Tx avant les autres composants de cette zone. Ce peut être une bonne idée de souder l'en-tête ICSP sur la carte BLE Tx en dernier. Notez comment les fils de la LED bicolore sont "pliés", à l'origine l'idée était de faire passer cela par le côté du boîtier, mais j'ai ensuite décidé d'utiliser un boîtier translucide pour que la LED n'ait pas à être disputée bien qu'un trou lors de l'assemblage. Cela ajoute également un bel effet lorsque le côté bleu de la LED clignote après la transmission d'une mesure. Pour la LED bicolore, le fil le plus court est bleu, le centre est l'anode commune.

À ce stade, mesurez l'emplacement du commutateur, du connecteur USB et faites des trous dans le boîtier pour ces éléments. J'ai trouvé qu'il était préférable de faire sortir le câble de données du côté gauche (comme illustré) de la boîte (trou de 0,25 centré sur la largeur et la hauteur du boîtier). Testez soigneusement l'ajustement du PCB en effectuant des ajustements à la taille du trous jusqu'à ce que le commutateur bouge librement et que le connecteur USB s'insère dans l'ouverture. Installez 2 vis #2 pour maintenir le PCB en place (cependant, si l'ajustement est bien ajusté, le PCB sera captif de toute façon et n'aura vraiment pas besoin de vis).

Sur le PCB Rx, soudez le micro Arduino pro sur le PCB à l'aide des deux en-têtes à 7 broches. Ajustez l'ouverture du côté du connecteur USB du boîtier Rx PCB pour permettre au PCB de s'asseoir fermement contre l'intérieur du boîtier. Notez dans l'image de cet assemblage que la LED s'étend loin de la carte. Il s'agit de positionner fermement le PCB dans la boîte et fonctionne assez bien en fait avec le plus petit passe-fil. Ajustez soigneusement la longueur du fil de la LED afin d'obtenir un ajustement parfait après l'assemblage. Le PCB est marqué en rouge et bleu, le fil le plus court sur la LED est le fil bleu, le centre est l'anode commune. Enclenchez le couvercle sur le boîtier Rx, c'est fait.

Étape 6: programmez l'ATTiny85, soudez les connexions du câble de données, connectez la batterie

Il est maintenant temps de programmer l'ATTiny85. J'ai utilisé un clone Arduino Nano exécutant l'exemple d'esquisse Arduino ISP. Le Nano nécessite un condensateur électrolytique de 10 uf installé entre GND et RST (- mène à GND) pour la programmation. Les détails de la connexion des broches se trouvent dans le croquis Arduino ISP. L'en-tête ICSP sur le PCB dans ce projet a les noms de broches au pochoir afin que les connexions doivent être simples.

Assurez-vous que vous avez sélectionné les options ATTiny85, flash 8kB et horloge interne 8MHz dans le gestionnaire de cartes lors du téléchargement vers l'ATTiny85, comme indiqué sur l'image.

Une fois cela fait, installez le grand œillet. Coupez le câble de données à environ 8"-10" de l'extrémité de l'instrument et retirez la gaine extérieure révélant quelques pouces des fils intérieurs. Laissez les brins de blindage à environ 1/2" du couvercle rayé comme indiqué. J'ai soudé le blindage du câble de données au commutateur pour lui donner une résistance contre l'arrachement en cours d'utilisation, bien qu'il y ait également un grand trou dans le PCB à cet effet Si vous voulez emprunter cette voie, soudez les fils individuels au PCB comme indiqué, les couleurs des fils de données sont sérigraphiées sur le PCB aux trous appropriés.

Connectez la batterie comme indiqué, faites attention à la polarité car l'inverser brûlera la puce du chargeur/gestionnaire LiPo sur le PCB en peu de temps (ne demandez pas comment je sais…)

Étape 7: Tester, utiliser, menu des fonctions avancées

Installez maintenant le couvercle. Vous avez terminé!

Les 4 unités que j'ai construites jusqu'à présent ont du velcro pour attacher l'émetteur à l'instrument et le récepteur au sommet du couvercle de l'ordinateur portable. En pratique, cela fonctionne très bien. Installez le côté velcro flou (boucle) sur le dessus du couvercle de l'ordinateur portable, le côté rugueux (crochet) sur le boîtier du récepteur. Installez le côté flou (boucle) sur le boîtier de l'émetteur et le côté rugueux (crochet) à l'arrière de l'étrier ou de l'indicateur. Le faire de cette façon vous permet de ranger l'émetteur et le récepteur ensemble lorsqu'ils ne sont pas utilisés et a également le côté doux et flou sur le couvercle de votre ordinateur portable.

Testez la charge de la batterie en connectant un câble micro USB au connecteur USB du module Tx, si la batterie n'est pas complètement chargée, la LED doit s'allumer en rouge. Parfois, le LiPo est si proche de la pleine charge que le circuit intégré du chargeur ne le chargera pas, alors ne vous inquiétez pas si la LED ne s'allume pas initialement.

Vous pouvez maintenant connecter le câble de données à un pied à coulisse ou un indicateur (tout ce qui prend le type de câble que vous avez utilisé).

Connectez l'extrémité Rx à un câble de données micro USB (doit être un câble de données et pas seulement un câble de charge) et à un port USB de votre PC. Il faudra peut-être installer le pilote qui lui permet de faire office de clavier mais cela devrait être automatique. Allumez le module Tx à l'aide de l'interrupteur. La LED sur le module Rx doit clignoter pendant quelques secondes puis rester allumée lorsqu'une connexion est établie.

Testez en appuyant sur le bouton de données sur le câble reliant l'étrier au module émetteur. Vous devriez voir la mesure sur l'écran du PC. L'Arduino Pro Micro fonctionne comme un clavier HID et insère les mesures entrantes directement là où se trouve le curseur sur votre PC.

La programmation dans le module émetteur permet une option. Vous pouvez accéder à ce menu en mesurant 0 cinq fois de suite. Une fois en mode menu, pour sélectionner une option de menu, mesurez une valeur négative en commençant par le numéro de l'option dans le menu, par exemple pour convertir automatiquement toutes les mesures en mesures métriques, mesurez une valeur négative avec un 1 comme premier chiffre différent de zéro. (-1.xx mm ou -0,1 pouces par exemple). Pour revenir au mode normal, mesurez 0 cinq fois, puis mesurez une valeur négative qui commence par un 3 comme premier chiffre différent de zéro). Il est programmé de cette façon pour éviter de configurer accidentellement des options. Si vous êtes en mode menu, mesurer à nouveau 0 ou toute valeur positive annule automatiquement le mode menu et revient au mode normal.

Les options de menu sont:

1. Conversion automatique de toutes les mesures en unités métriques (si nécessaire)
2. Conversion automatique de toutes les mesures en unités standard (si nécessaire)
3. Annuler la conversion automatique des unités
4. Rejeter les mesures négatives (imprime un message d'avertissement)
5. Annuler le rejet des mesures négatives
6. Mesurer et imprimer la tension de la batterie de l'émetteur (non documenté dans le menu)

Lorsque vous entrez dans le mode menu, toutes les options en vigueur sont imprimées en haut pour rappeler les options en vigueur. Toutes les options sont stockées dans l'EEPROM et sont conservées après la mise hors tension de l'appareil ou l'épuisement de la batterie. La durée de vie de la batterie pour les unités que j'ai construites est d'environ 45 heures d'utilisation continue et la recharge prend environ 3 heures à partir du moment où elle est complètement déchargée.

Une fonctionnalité non documentée consiste à entrer en mode menu (0 cinq fois) puis à mesurer une valeur négative commençant par 6 comme premier chiffre différent de zéro, ce qui lui permet de mesurer et d'imprimer la tension actuelle de la batterie, comme indiqué dans la vidéo ci-jointe.

Mon expérience avec les 3 unités que j'ai construites est que la portée est d'environ 50 pieds dans un environnement d'atelier ouvert.

Étape 8: Réflexions finales - Modifications potentielles / Nouvelles fonctionnalités / Piratage

Bien qu'à ce stade, vous disposerez d'une interface parfaitement utilisable pouvant être utilisée avec des millions d'appareils dans le monde, elle n'est en aucun cas terminée dans le sens où rien d'autre ne peut être fait. L'un des avantages d'adopter cette approche plutôt que d'acheter le Mitutoyo U-Wave est que vous disposez désormais d'un appareil qui peut être personnalisé de plusieurs manières.

Vous pouvez utiliser d'autres câbles Mitutoyo pour vous connecter à l'émetteur au lieu de celui que j'ai utilisé pour ce Instructable si votre appareil utilise un câble différent. Les couleurs des fils internes et des signaux doivent être les mêmes sur tous les câbles Mitutoyo. Gardez simplement à l'esprit que le câble aurait besoin d'un bouton de données pour déclencher la mesure ou que d'autres moyens auraient été conçus pour déclencher la mesure. Une demande de mesure peut être envoyée à la jauge en connectant brièvement la paire de fils vert/blanc à la terre (le fil bleu dans le câble de la jauge). Cela peut être fait en installant un interrupteur ou une prise audio 1/8 dans le boîtier émetteur connecté à ces fils et en connectant un interrupteur externe à travers celui-ci. Si vous avez un indicateur monté dans un luminaire ou si vous n'avez pas besoin de toucher la jauge, le Une approche jack audio serait idéale.

Si tout ce dont vous avez besoin, ce sont des données série (RS232 TTL, SPI, I2C, etc.)

Télécommande: Une autre possibilité intéressante serait de connecter un transistor entre la paire verte/blanche et la masse bleue de la jauge avec la grille connectée à la broche 26 du HM-10. Ensuite, du côté récepteur, connectez un détecteur à distance IR 38kHz avec la broche de sortie vers le récepteur Arduino Pro Micro broche 7. puis modifiez le code sur ce microcontrôleur pour rechercher des commandes spécifiques à partir de n'importe quelle télécommande infrarouge, puis déclenchez le transistor installé dans l'émetteur via un appel à distance AT+PI031 / AT+PI030 similaire à la façon dont il clignote la LED bleue sur l'émetteur maintenant. Cela donnerait la possibilité de déclencher des lectures à partir d'un emplacement distant, ce qui, dans certaines circonstances, pourrait être très pratique. Je peux concevoir un autre PCB avec cette fonctionnalité intégrée.

Je suis sûr qu'il y a beaucoup d'autres fonctionnalités qui sont possibles, veuillez commenter avec des suggestions, des pensées et des idées.

Maintenant, il existe un appareil commercial de communication de données sans fil disponible auprès de Mitutoyo, mais lorsque j'ai vérifié, le prix était d'environ 800 $ pour le système. Le coût total de construction de cet appareil est d'environ 100 $ et peut être inférieur, surtout si vous utilisez un Arduino Pro Micro et/ou avez un câble de données Mitutoyo qui traîne à utiliser pour vous connecter à la jauge car ce sont deux des éléments les plus coûteux du Nomenclature. Je doute sérieusement que le Mitutoyo U-Wave soit piratable pour ajouter des fonctionnalités comme celle-ci.

J'espère que vous avez apprécié ce Instructable, c'est mon premier !

S'il vous plaît laissez des commentaires, des questions, des commentaires, des idées et des suggestions! Si vous l'aimez, votez pour lui dans le concours PCB ! Merci!!!!

Finaliste du concours PCB