Tanfolyam: A magányos hajó: 11 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Ez az oktatóanyag a Dél -Floridai Egyetem Makecourse (www.makecourse.com) projektkövetelményének teljesítésével jött létre.

Új az Arduino, a 3D nyomtatás és a számítógépes tervezés (CAD) területén? Ez a projekt nagyszerű módja annak, hogy elsajátítsuk a témák mögött meghúzódó alapokat, és teret ad a kreativitásodnak, hogy saját magad lehess! Sok CAD modellezést tartalmaz a hajó szerkezetéhez, bevezetést nyújt az autonóm rendszerekhez, és bemutatja a vízszigetelő 3D nyomatok fogalmát!

1. lépés: Anyaglista

A projekt elindításához először tudnia kell, hogy mivel fog dolgozni! Íme az anyagok, amelyeket meg kell szereznie, mielőtt elkezdené:

• 1x Arduino Uno R3 mikrokontroller és USB -kábel (Amazon Link)
• 1x L298N motorvezérlő (Amazon Link)
• 4x (2 biztonsági mentés) egyenáramú motorok 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 léptetőmotor és ULN2003 modul (Amazon Link)
• 1x hordozható telefon töltő az áramellátáshoz (ezt használtam, de egy kicsit nagy. Használhat másikat is, ha úgy tetszik: Amazon Link)
• 1x ultrahangos HCSR04 érzékelő (Ez a link néhány extrát tartalmaz néhány jumper vezetékkel: Amazon Link)
• 3x csomag Jumper vezeték (férfi-nő, férfi-férfi, nő-nő. Amazon Link)
• 1x doboz rugalmas tömítés (16 oz, Amazon Link)
• 1x Painter's Tape (Amazon Link)
• 1x finomszemcsés csiszolópapír (300 körül jó)
• Néhány popsicle bot és ecset a flex tömítés felhordásához

• Hozzáférés a 3D nyomtatáshoz. (Itt egy viszonylag olcsó és hatékony 3D nyomtató - Amazon Link)

  • Piros szál 3D nyomtatáshoz (Amazon Link
  • Fekete szál 3D nyomtatáshoz (Amazon Link)

Nyugodtan adjon hozzá bármilyen anyagot, amelyet a projekt verziójához talált!

2. lépés: 3D nyomtatott alkatrészek és tervezés

A projekt első része egy mechanikus rendszer létrehozása a működéshez. Ez számos alkatrészt tartalmaz, beleértve a hajótestet, a fedelet, a lapátokat, a motorok tengelyeit a lapátokhoz, az érzékelő rögzítését és a tengelyt, amelyen ül az érzékelő tartó.

Az alkatrészeket a SolidWorks -ban tervezték, és összeállították. Az összes alkatrészfájlt és az összeállítást zip fájlba helyezték, amely a lépés végén található. Ne feledje, hogy a SolidWorks nem az egyetlen CAD szoftver, amelyet használhat, mivel sok program, például az Inventor és a Fusion360 használható a CAD -hez. Importálhat beléjük SolidWorks alkatrészeket.

Fontos megjegyezni, hogy a lapátokat tartó tengelyek koncentrikusak a hajótesten lévő lyukakkal, hogy megakadályozzák a tengely meghajlását és azt, hogy egyenesen kimegy a csónakból.

Ebben a projektben minden 3D nyomtatott (az elektromos alkatrészek kivételével), ezért a méretek fontosak. Körülbelül 0,01 hüvelyk tűrést adtam az alkatrészeken, hogy minden illeszkedjen egymáshoz (olyan, mint egy laza illeszkedés). Kevesebb tűrés volt a motorhoz tartozó tengelyeknél, így szorosan illeszkednek. A lapátok szorosan illeszkednek a tengelyhez, így a motorok bekapcsolásakor a lapátok mozognak és meghajtják a hajót.

A CAD megtekintésekor észreveszi az elektromos alkatrészek platformjait. Ez azért van, hogy az alkatrészek "beugorjanak" a platformjukba, hogy megakadályozzák a mozgást.

A legnagyobb nyomatok a hajótest és a fedél, ezért ezt mindenképpen vegye figyelembe a tervezés során. Lehet, hogy részekre kell osztania, mivel túl nagy lenne egyszerre nyomtatni.

3. lépés: Vezérlő áramkör

Itt megvitatjuk a hajót vezérlő elektromos áramkört. Van egy vázlatom a Fritzing -től, amely egy hasznos szoftver, amelyet innen tölthet le. Segít az elektromos rajzok elkészítésében.

A projektben használt összes összetevő nem Fritzing -ben van, ezért kicserélik őket. A fekete fényérzékelő a HCSR04 érzékelőt, a kis félhíd pedig az L298N motorvezérlő.

A HCSR04 és az L298N a kenyértáblán lévő tápcsövekhez van csatlakoztatva, amelyek viszont az Arduino áramellátó oldalához vannak csatlakoztatva (az 5 V -os és a földelt érintkezőkön). A HCSR04 visszhang- és triggercsapjai az Arduino 12 -es és 13 -as érintkezőire mennek.

Az L298 engedélyező csapjai (ez a fordulatszám -szabályozó) a 10 -es és 11 -es (A/Motor engedélyezése) és az 5 -ös és 6 -as (ENB/B -motor) csapokhoz vannak csatlakoztatva. A motorok áramellátása és földelése ezután az L298N portjaihoz csatlakozik.

Az Arduino természetesen áramot kap a hordozható telefon töltőnkből. Az áramkör bekapcsolásakor a motorok maximális fordulatszámra vannak állítva a közelségérzékelőnk által diktált irányba. Ezt a kódoló rész tartalmazza. Ez megmozgatja a hajót.

4. lépés: Arduino kód

Most elérkeztünk a projekt működésének lényegéhez: a kódhoz! Csatoltam egy zip fájlt, amely tartalmazza a projekt kódját, amely a lépés végén található. Teljesen megjegyzés, hogy nézze át!

- Az Arduino számára írt kódot az Arduino integrált fejlesztői környezet (IDE) néven ismert program írja. Ezt le kell töltenie az Arduino hivatalos webhelyéről, amely itt található. Az IDE a C/C ++ programozási nyelveken van írva.

Az IDE -n keresztül írt és mentett kód vázlat. A vázlatok, osztályfájlok és könyvtárak tartalmazzák az online vagy a saját maga által létrehozott fájlokat. Ezek részletes magyarázata és az Arduino programozása itt található.

- Amint az a lépés elején látható, van egy YouTube -videóm, amely áttekinti a projekt fő vázlatát, itt megnézheti! Ez áttekinti a fő vázlatot és annak funkcióit.

- Most röviden átnézem a könyvtárat, amelyet a közelségérzékelő vezérlésére hoztam létre. A könyvtár megkönnyíti az adatok lekérését az érzékelőből, kevesebb kódsorral a fő vázlatomban.

A.h fájl (HCSR04.h) listázza azokat a függvényeket és változókat, amelyeket ebben a könyvtárban fogunk használni, és meghatározza, hogy kik férhetnek hozzá. Kezdjük egy konstruktorral, amely egy kódsor, amely definiál egy objektumot (esetünkben az általunk használt "HCSR04ProxSensor"), amely a zárójelben megadott értékeket tartalmazza. Ezek az értékek lesznek az általunk használt visszhang- és triggercsapok, amelyek az általunk létrehozott érzékelőobjektumhoz lesznek kötve (amelyet bármikor elnevezhetünk a "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject" szerepeltetésével). A "nyilvános" definíción belüli dolgokhoz bármi hozzáférhet, mind a könyvtáron belül, mind azon kívül (mint a fő vázlatunk). Itt fogjuk felsorolni a fő vázlatban meghívott funkcióinkat. A "privát" -ban tároljuk azokat a változókat, amelyek a könyvtárat futtatják. Ezeket a változókat csak a könyvtárunk funkciói használhatják. Alapvetően ez a módja annak, hogy a funkcióink nyomon kövessék, hogy milyen változókat és értékeket társítunk minden egyes létrehozott érzékelőobjektumhoz.

Most térjünk át a "HCSR04.cpp" fájlra. Itt határozzuk meg ténylegesen funkcióinkat és változóinkat, valamint azok működését. Hasonló ahhoz, mint ha a kódot a fő vázlatába írná. Ne feledje, hogy a függvényeket meg kell adni, hogy mit adnak vissza. A "readSensor ()" esetén ez egy számot ad vissza (úszóként), ezért definiáljuk a függvény jelölését "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". Ne feledje, hogy tartalmaznia kell a "HCSR04ProxSensor::", a funkcióhoz társított objektum nevét. A konstruktorunk segítségével definiáljuk csapjainkat, a "readSensor ()" függvénnyel megtaláljuk az objektum távolságát, és a "getLastValue ()" függvénnyel kapjuk meg az utolsó olvasási értékünket.

5. lépés: 3D nyomtatás minden alkatrészre és összeszerelés

Miután kinyomtatta a hajótest két darabját, összeragaszthatja őket festőszalaggal. Ennek együtt kell tartania. Ezután az összes többi alkatrészt a szokásos módon összeszerelheti a CAD kialakításunk alapján.

A 3D nyomtatók g-kódon futnak, amelyet a nyomtatóhoz mellékelt szeletelő szoftver használatával szerezhet be. Ez a szoftver egy.stl fájlt (a CAD -ben létrehozott részből) készít, és átalakítja azt a nyomtató olvasható kódjává (a fájl kiterjesztése a nyomtatók között eltérő). A népszerű 3D nyomtatási szeletelők közé tartozik a Cura, a FlashPrint és még sok más!

3D nyomtatáskor fontos tudni, hogy sok időbe telik, ezért mindenképpen tervezzen megfelelően. A hosszú nyomtatási idő és a nehezebb alkatrészek elkerülése érdekében körülbelül 10%-os feltöltéssel nyomtathat. Ne feledje, hogy a nagyobb feltöltés segít megelőzni a víz behatolását a nyomtatásba, mivel kevesebb pórus lesz, de ezáltal az alkatrészek is nehezebbek és hosszabb ideig tartanak.

Szinte minden 3D-s nyomat nem alkalmas vízre, ezért vízállónak kell lennünk. Ebben a projektben a Flex Seal alkalmazását választottam, mivel nagyon egyszerű és rendkívül jól működik, hogy ne kerüljön víz a nyomtatásba.

6. lépés: A nyomtatás vízszigetelése

A nyomtatás vízszigetelése fontos, mivel nem akarja, hogy drága elektronikája megsérüljön!

Kezdetben csiszoljuk a hajótest külső és alsó részét. Ennek célja, hogy hornyokat hozzon létre a flexibilis tömítés számára, amely jobb védelmet nyújt. Használhat nagy szemcséjű/finom csiszolópapírt. Ügyeljen arra, hogy ne csiszoljon túl sokat, néhány mozdulattal minden rendben lehet.

7. lépés: A hajótest csiszolása

Tudni fogja, mikor kell megállnia, amikor látja, hogy a fehér vonalak elkezdenek megjelenni.

8. lépés: Vigye fel a Flex Seal -t

A rugalmas tömítés felhelyezéséhez popsicle botot vagy ecsetet használhat. Ügyeljen arra, hogy ne hagyjon ki egyetlen helyet sem, és legyen alapos. Csak mártsa a szerszámot a nyitott dobozba, és dörzsölje a hajótestre.

9. lépés: Hagyja ülni a rugalmas tömítést

Most várunk! Általában körülbelül 3 órát vesz igénybe, amíg a flex tömítés kissé megszárad, de hagyom állni 24 órát, hogy biztos lehessek benne. A hajszárítás befejezése után még egy réteg rugalmas tömítést alkalmazhat, hogy még jobban megvédje a hajótestet, de ez kissé túlzás (1 réteg nekem nagyon bevált).

10. lépés: Összeszerelés és tesztelés

Most, hogy a flexibilis tömítés megszáradt, azt javaslom, hogy az elektromos alkatrészek hozzáadása előtt tesztelje vízben a hajótestet (ha a hajótest NEM vízálló, ez gondot okozhat az Arduino számára!). Csak vigye a mosogatójához vagy a medencéhez, és nézze meg, hogy a hajó 5 percnél tovább lebeg -e szivárgás nélkül.

Miután megbizonyosodtunk arról, hogy hajótestünk vízálló, elkezdhetjük az összes alkatrész hozzáadását! Győződjön meg róla, hogy az Arduino, L298N és a többi alkatrész megfelelően csatlakozik a megfelelő tűkhöz.

Annak érdekében, hogy a vezetékek illeszkedjenek az egyenáramú motorokhoz, forrasztottam a dugaszoló vezetékeket a motor vezetékeire, hogy biztosítsák azok bekapcsolását. A forrasztás akkor is hasznos, ha minden csatlakozás biztonságban van, vagy ha hosszabb vezetéket kell készíteni. Ha még soha nem forrasztott, itt többet megtudhat róla!

Miután minden összeállt, helyezze az összes alkatrészt a hajótestbe, és végezzen néhány tesztet! Érdemes ellenőrizni, hogy az érzékelő megfelelően működik -e, ha leolvassa a távolságértékeket a soros monitorról, ellenőrizze, hogy a motorok megfelelően forognak -e.

11. lépés: Végső termék

És most kész! Ellenőrizze az esetleges hibákat a próbaút során (tesztelje le a hajót és a hajótestet az elektronika alkalmazása előtt), és kész!