Suunta: Lonely Boat: 11 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämä ohje on luotu täyttämään Etelä -Floridan yliopiston Makecourse -projektin vaatimus (www.makecourse.com).

Oletko uusi Arduinon, 3D-tulostuksen ja tietokoneavusteisen suunnittelun (CAD) käyttäjä? Tämä projekti on loistava tapa oppia kaikki näiden aiheiden perusteet ja tarjoaa tilaa luovuudelle tehdä siitä oma! Siinä on paljon CAD -mallinnusta veneen rakenteelle, johdanto itsenäisiin järjestelmiin ja se esittelee vedenpitävien 3D -tulosteiden käsitteen!

Vaihe 1: Materiaaliluettelo

Jotta voit aloittaa projektin, sinun on ensin tiedettävä, mitä työskentelet! Tässä on materiaalit, jotka sinulla pitäisi olla ennen kuin aloitat:

• 1x Arduino Uno R3 -mikro -ohjain ja USB -kaapeli (Amazon Link)
• 1x L298N -moottorinohjain (Amazon Link)
• 4x (2 varmuuskopiota) DC-moottorit 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 askelmoottorit ja ULN2003-moduulit (Amazon Link)
• 1x kannettava puhelinlaturi virtalähteeksi (tässä käytin sitä, mutta se on hieman suuri. Voit halutessasi käyttää toista: Amazon Link)
• 1x ultraääni -HCSR04 -anturi (Tässä linkissä on muutamia lisäosia, jotka on heitetty jousiliittimillä: Amazon Link)
• 3 pakkaus hyppyjohtoja (uros-naaras, uros-uros, nainen-nainen. Amazon Link)
• 1x tölkki joustavaa tiivistettä (16 oz, Amazon Link)
• 1x maalarin nauha (Amazon Link)
• 1x hieno hiekkapaperi (noin 300 on hyvä)
• Muutama popsicle -tikku ja harja flex -tiivisteen levittämiseen

• Pääsy 3D-tulostamiseen. (Tässä on suhteellisen halpa ja tehokas 3D -tulostin - Amazon Link)

  • Punainen filamentti 3D-tulostusta varten (Amazon Link
  • Musta filamentti 3D-tulostusta varten (Amazon Link)

Voit vapaasti lisätä materiaaleja, joita keksit projektisi versiota varten!

Vaihe 2: 3D-painetut osat ja suunnittelu

Tämän projektin ensimmäinen osa on mekaanisen järjestelmän luominen sen toimimiseksi. Tämä käsittäisi monia osia, kuten rungon, kannen, siivet, moottorien akselit lautoille, anturin kiinnityksen ja akselin anturin kiinnike istuu.

Komponentit on suunniteltu SolidWorksissa ja koottu kokoonpanoksi. Kaikki osatiedostot ja kokoonpano on liitetty zip -tiedostoon, joka löytyy tämän vaiheen lopusta. Huomaa, että SolidWorks ei ole ainoa CAD -ohjelmisto, jota voit käyttää, sillä monia ohjelmia, kuten Inventor ja Fusion360, voidaan käyttää CAD: ään. Voit tuoda SolidWorks -osia niihin.

On tärkeää huomata, että melat pitävät akselit ovat samankeskisiä rungon reikien kanssa, mikä estää akselin taipumisen ja sen menemisen suoraan veneestä.

Kaikki tässä projektissa on 3D -tulostettu (paitsi sähkökomponentit), joten mitat ovat tärkeitä. Annoin osille noin 0,01 tuuman toleranssit varmistaakseen, että kaikki sopii yhteen (vähän kuin löysä istuvuus). Moottoriin meneville akseleille oli vähemmän toleransseja, joten ne sopivat tiukasti. Melat on kiinnitetty tiukasti akseliin niin, että kun moottorit on kytketty päälle, siivet liikkuvat ja kuljettavat venettä.

Kun katsot CAD: tä, huomaat sähkökomponenttien alustat. Tämä tarkoittaa, että komponentit "ponnahtavat" alustalleen estääkseen niitä liikkumasta.

Suurimmat tulosteet ovat runko ja kansi, joten muista tämä mielessä suunnitellessasi. Saatat joutua jakamaan sen osiin, koska se olisi liian suuri tulostettavaksi kerralla.

Vaihe 3: Ohjauspiiri

Täällä keskustelemme sähköpiiristä, joka ohjaa venettä. Minulla on kaavio Fritzingiltä, joka on hyödyllinen ohjelmisto, jonka voit ladata täältä. Se auttaa sähkökaavioiden luomisessa.

Kaikki tässä projektissa käytetyt komponentit eivät ole Fritzingissä, joten ne korvataan. Musta valoanturi edustaa HCSR04 -anturia ja pieni puolisilta on L298N -moottorisäädin.

HCSR04 ja L298N on kytketty leipälevyn virtakiskoihin, jotka puolestaan on kytketty Arduinon virtapuolelle (5 V: n ja maadoitus nastoissa). HCSR04: n kaiun ja liipaisimen nastat menevät Arduinon nastoihin 12 ja 13.

L298: n sallitut nastat (tämä ohjausnopeus) on kytketty nastoihin 10 ja 11 (Ota käyttöön A/moottori A) ja 5 ja 6 (ENB/moottori B). Moottorien teho ja maadoitus kytketään sitten L298N: n portteihin.

Arduino saa tietysti virtaa kannettavasta puhelinlaturistamme. Kun piiri on kytketty päälle, moottorit asetetaan suurimmalle nopeudelle läheisyysanturimme määräämään suuntaan. Tämä katetaan koodausosassa. Tämä liikuttaa venettä.

Vaihe 4: Arduino -koodi

Nyt päästään siihen, mikä saa tämän projektin toimimaan: koodin! Olen liittänyt zip -tiedoston, joka sisältää tämän projektin koodin, joka löytyy tämän vaiheen lopusta. Se on täysin kommentoitu, jotta voit katsoa läpi!

- Arduinolle kirjoitettu koodi on kirjoitettu ohjelmassa, joka tunnetaan nimellä Arduino Integrated Development Environment (IDE). Se kannattaa ladata Arduinon viralliselta verkkosivustolta, joka löytyy täältä. IDE on kirjoitettu C/C ++ -ohjelmointikielillä.

IDE: n kautta kirjoitettu ja tallennettu koodi tunnetaan luonnoksena. Sisältyy luonnoksiin ja luokkatiedostoihin ja kirjastoihin, jotka voit sisällyttää verkosta tai itse luomistasi. Yksityiskohtaiset selitykset näistä ja ohjelmointi Arduinossa löytyvät täältä.

- Kuten tämän vaiheen alussa näkyi, minulla on YouTube -video, joka käsittelee projektin pääluonnosta, voit tarkistaa sen täältä! Tässä käsitellään pääluonnosta ja sen toimintoja.

- Käyn nyt lyhyesti läpi kirjaston, jonka olen luonut läheisyysanturin ohjaamiseksi. Kirjasto helpottaa tietojen saamista anturista pienemmillä koodiriveillä pääluonnoksessani.

. H -tiedosto (HCSR04.h) luettelee toiminnot ja muuttujat, joita käytämme tässä kirjastossa, ja määrittelee, kuka voi käyttää niitä. Aloitamme konstruktorilla, joka on koodirivi, joka määrittää objektin (meidän tapauksessamme käyttämämme "HCSR04ProxSensor"), joka pitää suluissa syöttämämme arvot. Nämä arvot ovat käyttämämme kaiun ja liipaisimen nastat, jotka sidotaan luomaamme anturiobjektiin (joka voidaan nimetä haluamallamme sisällyttämällä "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). "Julkisen" määritelmän sisältämiin asioihin pääsee käsiksi millä tahansa, sekä kirjastossa että sen ulkopuolella (kuten pääluonnoksemme). Tässä luetellaan toiminnot, joita kutsumme pääluonnoksessa. "Yksityiseen" tallennamme muuttujat, jotka saavat kirjaston toimimaan. Näitä muuttujia voivat käyttää vain kirjastomme toiminnot. Toimintamme on pohjimmiltaan tapa seurata, mitä muuttujia ja arvoja liittyy jokaiseen luomaamme anturiobjektiin.

Nyt siirrymme "HCSR04.cpp" -tiedostoon. Tässä määritämme toiminnot ja muuttujat ja miten ne toimivat. Se on samanlainen kuin jos kirjoitit koodin pääluonnokseen. Huomaa, että funktiot on määritettävä palautettaviksi. "ReadSensor ()": lle se palauttaa luvun (kelluvana), joten määritämme merkin funktion "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". Huomaa, että meidän on sisällytettävä tähän toimintoon liittyvän objektin nimi "HCSR04ProxSensor::". Määritämme nastamme konstruktorimme avulla, etsimme objektin etäisyyden funktiolla "readSensor ()" ja saamme viimeisimmän lukuarvon funktion "getLastValue ()" avulla.

Vaihe 5: 3D-tulostus Kaikki osat ja kokoonpano

Kun rungon kaksi kappaletta on tulostettu, voit teipata ne yhteen maalarinteipillä. Tämän pitäisi pitää se yhdessä. Voit sitten koota kaikki muut osat normaalisti CAD -suunnittelumme perusteella.

3D-tulostimet toimivat g-koodilla, jonka saat käyttämällä tulostimen mukana toimitettua leikkausohjelmistoa. Tämä ohjelmisto ottaa.stl -tiedoston (osasta, jonka loit CAD -muodossa) ja muuntaa sen tulostimen luettavaksi koodiksi (tämän tiedoston laajennus vaihtelee tulostimien välillä). Suosittuja 3D-tulostusleikkureita ovat Cura, FlashPrint ja paljon muuta!

3D-tulostuksessa on tärkeää tietää, että se vie paljon aikaa, joten muista suunnitella sen mukaisesti. Voit välttää pitkiä tulostusaikoja ja raskaampia osia tulostamalla noin 10%: n täyteaineella. Huomaa, että suurempi täyttö auttaa estämään veden pääsyn tulosteeseen, koska huokosia on vähemmän, mutta tämä myös rasittaa osia ja kestää kauemmin.

Lähes kaikki 3D-tulosteet eivät sovellu hyvin veteen, joten meidän on vedettävä ne. Tässä projektissa valitsin Flex Seal -sovelluksen, koska se on melko yksinkertainen ja toimii erittäin hyvin, jotta vesi ei pääse tulostamaan.

Vaihe 6: Tulosteen vedeneristys

Tämän vedoksen vedeneristys on tärkeää, koska et halua kalliiden elektroniikkatuotteiden vaurioituvan!

Aluksi hiomme rungon ulkopinnan ja pohjan. Tämän tarkoituksena on luoda uria joustavaan tiivisteeseen, joka suojaa paremmin. Voit käyttää hienojakoista/hienoa hiekkapaperia. Varo hioa liikaa, muutaman vedon pitäisi olla kunnossa.

Vaihe 7: Rungon hiominen

Tiedät milloin lopettaa, kun näet valkoiset viivat alkavat näkyä.

Vaihe 8: Levitä Flex Seal

Voit käyttää joustavaa tiivistettä popsicle -tikulla tai harjalla. Älä missaa paikkoja ja ole perusteellinen. Voit vain upottaa työkalun avoimeen tölkkiin ja hieroa sen runkoon.

Vaihe 9: Anna Flex -tiivisteen istua

Nyt odotellaan! Normaalisti kestää noin 3 tuntia, ennen kuin joustava tiiviste kuivuu melko vähän, mutta antaisin sen istua 24 tuntia varmuuden vuoksi. Voit levittää toisen kerroksen joustavaa tiivistettä, kun se on kuivunut, suojaamaan rungon entisestään, mutta tämä on hieman liikaa (1 kerros toimi minulle hyvin).

Vaihe 10: Kokoonpano ja testaus

Nyt kun joustava tiiviste on kuivunut, suosittelen testaamaan rungon vedessä ennen sähkökomponenttien lisäämistä (jos runko EI ole vedenpitävä, se voi aiheuttaa ongelmia Arduinollesi!). Vie se pesualtaalle tai uima -altaalle ja katso, pystyykö vene kellumaan yli 5 minuuttia ilman vuotoja.

Kun olemme varmistaneet, että runko on vedenpitävä, voimme alkaa lisätä kaikkia osia! Varmista, että Arduino, L298N ja muut komponentit on kytketty oikein asianmukaisiin nastoihinsa.

Jotta johdot sopisivat tasavirtamoottoreihin, juotin urosjohdot moottorin johtimiin varmistaakseni, että ne pysyvät päällä. Juotos on myös hyödyllinen varmistettaessa, että kaikki liitännät ovat turvassa tai joudut tekemään pidemmän johdon. Jos et ole koskaan juottanut ennen, voit oppia lisää tästä!

Kun kaikki on yhdessä, aseta kaikki komponentit runkoon ja testaa! Haluat tarkistaa, että anturi toimii aiotulla tavalla lukemalla etäisyysarvot sarjamonitorista, tarkista, että moottorit pyörivät oikein.

Vaihe 11: Lopputuote

Ja nyt olet valmis! Tarkista mahdolliset virheet koeajossa (koe kelluta vene ja runko ennen elektroniikan käyttöä) ja olet valmis!