Makecourse: Barca Singuratică: 11 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Acest instructable a fost creat pentru a îndeplini cerințele proiectului Makecourse de la Universitatea din Florida de Sud (www.makecourse.com).

Sunteți nou în Arduino, în imprimarea 3D și în proiectarea asistată de computer (CAD)? Acest proiect este o modalitate excelentă de a învăța toate elementele de bază din spatele acestor subiecte și oferă spațiu creativității dvs. pentru a-l face propriu! Dispune de o mulțime de modele CAD pentru structura bărcii, o introducere în sistemele autonome și introduce conceptul de impermeabilizare a imprimărilor 3D!

Pasul 1: Lista materialelor

Pentru a începe proiectul, trebuie mai întâi să știți cu ce veți lucra! Iată materialele pe care ar trebui să le aveți înainte de a începe:

• 1x microcontroler Arduino Uno R3 și cablu USB (Amazon Link)
• 1 controler de motor L298N (Amazon Link)
• 4x (2 sunt copii de rezervă) motoare de curent continuu 3-6V (Amazon Link)
• 2 motoare pas cu pas 28BYJ-48 și module ULN2003 (Amazon Link)
• 1x încărcător de telefon portabil pentru energie (iată-l pe cel pe care l-am folosit, totuși este cam mare. Puteți folosi altul dacă doriți: Amazon Link)
• 1x senzor cu ultrasunete HCSR04 (Această legătură are câteva extrase aruncate cu câteva fire jumper: Amazon Link)
• 3x pachete de fire jumper (bărbat-femeie, bărbat-bărbat, femeie-femeie. Amazon Link)
• 1 x cutie de sigiliu flexibil (16 oz, Amazon Link)
• 1x Painter's Tape (Amazon Link)
• 1 x Hârtie de șlefuit fină (aproximativ 300 este bună)
• Câteva bețișoare și perii pentru aplicarea sigiliului flexibil

• Acces la imprimarea 3D. (Iată o imprimantă 3D relativ ieftină și eficientă - Amazon Link)

  • Filament roșu pentru imprimare 3D (Amazon Link
  • Filament negru pentru imprimare 3D (Amazon Link)

Simțiți-vă liber să adăugați orice material cu care veniți pentru versiunea dvs. de proiect!

Pasul 2: Piese și design imprimate 3D

Prima parte a acestui proiect este crearea unui sistem mecanic pentru ca acesta să funcționeze. Aceasta ar include multe părți, inclusiv corpul, capacul, paletele, axele pentru motoarele la palete, un suport pentru senzor și axul pe care suportul senzorului stă.

Componentele sunt proiectate în SolidWorks și reunite într-un ansamblu. Toate fișierele de piese și ansamblul au fost introduse într-un fișier zip, care poate fi găsit la sfârșitul acestui pas. Rețineți că SolidWorks nu este singurul software CAD pe care îl puteți utiliza, deoarece multe programe precum Inventor și Fusion360 pot fi utilizate pentru CAD. Puteți importa piese SolidWorks în ele.

Este important să rețineți că axele care țin paletele sunt concentrice cu găurile de pe carenă pentru a preveni îndoirea osiei și scoaterea ei directă din barcă.

Totul din acest proiect este tipărit 3D (cu excepția componentelor electrice), deci dimensiunile sunt importante. Am dat toleranțe de aproximativ 0,01 inci pe piese, pentru a mă asigura că totul se potrivește (cam ca o fixare slăbită). A existat o toleranță mai mică pentru axele care merg la motor, astfel încât acestea să se potrivească perfect. Paletele sunt bine fixate pe ax, astfel încât atunci când motoarele sunt pornite, paletele se mișcă și propulsează barca.

Când vizualizați CAD, veți observa platforme pentru componente electrice. Aceasta este pentru ca componentele să „apară” în platforma lor pentru a le împiedica să se deplaseze.

Cele mai mari amprente sunt carena și capacul, deci asigurați-vă că aveți în vedere acest lucru atunci când proiectați. Este posibil să fie necesar să îl împărțiți în părți, deoarece ar fi prea mare pentru a fi tipărit simultan.

Pasul 3: Circuit de control

Aici vom discuta despre circuitul electric care controlează barca. Am o schemă de la Fritzing, care este un software util pe care îl puteți descărca de aici. Ajută la crearea schemelor electrice.

Nu toate componentele utilizate în acest proiect sunt în Fritzing, deci sunt înlocuite. Senzorul fotosensibil negru reprezintă senzorul HCSR04, iar jumătatea mică este controlerul motor L298N.

HCSR04 și L298N sunt conectate la șinele de alimentare de pe panou, care sunt la rândul lor conectate la partea de alimentare a Arduino (pe pinii de 5V și de masă). Ecoul și pinii de declanșare ai HCSR04 merg la pinii 12 și, respectiv, 13 de pe Arduino.

Pinii de activare (care controlează viteza) pentru L298 sunt conectați la pinii 10 și 11 (Activare A / Motor A) și 5 și 6 (ENB / Motor B). Puterea și împământarea motoarelor sunt apoi conectate la porturile de pe L298N.

Desigur, Arduino va primi energie de la încărcătorul nostru de telefon portabil. Când circuitul este pornit, motoarele sunt setate la viteza maximă într-o direcție dictată de senzorul nostru de proximitate. Aceasta va fi acoperită în porțiunea de codificare. Aceasta va muta barca.

Pasul 4: Cod Arduino

Acum ajungem la ideea care face ca acest proiect să funcționeze: codul! Am atașat un fișier zip care conține codul pentru acest proiect, care poate fi găsit la sfârșitul acestui pas. Este complet comentat pentru ca tu să te uiți prin!

- Codul scris pentru Arduino este scris într-un program cunoscut sub numele de mediu de dezvoltare integrat Arduino (IDE). Este un lucru pe care ar trebui să îl descărcați de pe site-ul oficial Arduino, care poate fi găsit aici. IDE este scris în limbajele de programare C / C ++.

Codul scris și salvat prin IDE este cunoscut sub numele de schiță. Inclus în schițe și fișiere de clasă și biblioteci pe care le puteți include online sau din cele pe care le-ați creat singuri. Explicații detaliate despre acestea și despre modul de programare în Arduino pot fi găsite aici.

- Așa cum s-a văzut la începutul acestui pas, am un videoclip YouTube care trece peste schița principală a proiectului, o puteți verifica aici! Aceasta va trece peste schița principală și funcțiile sale.

- Acum voi trece pe scurt biblioteca pe care am creat-o pentru controlul senzorului de proximitate. Biblioteca facilitează obținerea de date de la senzor cu mai puține linii de cod în schița mea principală.

Fișierul.h (HCSR04.h) listează funcțiile și variabilele pe care le vom folosi în această bibliotecă și definește cine le poate accesa. Începem cu un constructor, care este o linie de cod care definește un obiect (în cazul nostru, „HCSR04ProxSensor” pe care îl folosim) care deține valorile pe care le introducem între paranteze. Aceste valori vor fi ecourile și pinii de declanșare pe care îi folosim, care vor fi legați de obiectul senzor pe care îl creăm (care poate fi numit orice ne place, incluzând „HCSR04ProxSensor NameOfOurObject”). Lucrurile din definiția „publică” pot fi accesate de orice, atât în cadrul bibliotecii, cât și în exterior (cum ar fi schița noastră principală). Aici vom enumera funcțiile noastre pe care le numim în schița principală. În „privat” stocăm variabilele care fac rularea bibliotecii. Aceste variabile pot fi utilizate numai de funcțiile din biblioteca noastră. Practic este o modalitate prin care funcțiile noastre de a urmări ce variabile și valori sunt asociate cu fiecare obiect senzor pe care îl creăm.

Acum trecem la fișierul „HCSR04.cpp”. Aici ne definim de fapt funcțiile și variabilele și modul în care acestea funcționează. Este similar cu cazul în care ați scrie codul în schița principală. Rețineți că funcțiile ar trebui specificate pentru ceea ce returnează. Pentru „readSensor ()”, acesta va returna un număr (ca float), deci definim marca funcției cu „float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()”. Rețineți că trebuie să includem „HCSR04ProxSensor::”, numele obiectului asociat acestei funcții. Ne definim pinii folosind constructorul nostru, găsim distanța unui obiect folosind funcția „readSensor ()” și obținem ultima noastră valoare de citire cu funcția „getLastValue ()”.

Pasul 5: Imprimați 3D toate piesele și ansamblul

Odată ce cele două bucăți ale corpului sunt tipărite, le puteți lipi împreună cu bandă pentru pictori. Aceasta ar trebui să o țină împreună. Apoi puteți asambla toate celelalte părți în mod normal, pe baza designului nostru CAD.

Imprimantele 3D rulează pe g-code, pe care îl puteți obține folosind un software de tăiere care vine cu imprimanta. Acest software va prelua un fișier.stl (al unei părți pe care ați creat-o în CAD) și îl va converti în cod pentru a fi citit de imprimantă (extensia pentru acest fișier variază între imprimante). Feliatoarele de imprimare 3D populare includ Cura, FlashPrint și multe altele!

Când imprimați 3D, este important să știți că este nevoie de mult timp, deci asigurați-vă că planificați în consecință. Pentru a evita timpii mari de imprimare și piesele mai grele, puteți imprima cu o umplutură de aproximativ 10%. Rețineți că o umplutură mai mare va ajuta la apariția apei care intră în imprimare, deoarece vor exista mai puțini pori, dar acest lucru va face și piesele mai grele și va dura mai mult.

Despre toate imprimările 3D nu sunt potrivite pentru apă, așa că trebuie să le impermeabilizăm. În acest proiect, am ales aplicarea Flex Seal, deoarece este destul de simplă și funcționează extrem de bine pentru a menține apa neimprimată.

Pasul 6: Impermeabilizarea imprimării

Impermeabilizarea acestei imprimări este importantă, deoarece nu doriți ca electronica dvs. scumpă să fie deteriorată!

Pentru început, vom șlefui exteriorul și fundul corpului. Acest lucru este pentru a crea caneluri pentru ca etanșarea flexibilă să se infiltreze, oferind o protecție mai bună. Puteți folosi niște șmirghel fin / granulat. Aveți grijă să nu șlefuiți prea mult, câteva lovituri ar trebui să fie în regulă.

Pasul 7: Șlefuirea corpului

Veți ști când să vă opriți când vedeți că încep să apară liniile albe.

Pasul 8: Aplicați Flex Seal

Puteți utiliza un stick sau o perie pentru a aplica sigiliul flexibil. Asigurați-vă că nu ratați niciun loc și fiți minuțios. Puteți doar să vă scufundați scula în cutia deschisă și să o frecați pe corp.

Pasul 9: Lăsați sigiliul Flex să stea

Acum așteptăm! În mod normal, durează aproximativ 3 ore pentru ca sigiliul flexibil să se usuce destul de puțin, dar aș lăsa să stea 24 de ore doar pentru a fi sigur. Puteți aplica un alt strat de sigiliu flexibil odată ce sa terminat de uscat pentru a proteja și mai mult corpul, dar acesta este un pic excesiv (1 strat a funcționat excelent pentru mine).

Pasul 10: Asamblare și testare

Acum, după ce sigiliul flexibil s-a uscat, aș recomanda să testați carena în apă înainte de a adăuga componentele electrice (dacă carena NU ESTE rezistentă la apă, acest lucru ar putea cauza probleme pentru Arduino!). Pur și simplu duceți-l la chiuvetă sau piscină și vedeți dacă barca poate pluti mai mult de 5 minute fără scurgeri.

Odată ce ne asigurăm că corpul nostru este rezistent la apă, putem începe să adăugăm toate piesele noastre! Asigurați-vă că conectați corect Arduino, L298N și restul componentelor la pinii lor corespunzători.

Pentru ca cablurile să se potrivească motoarelor de curent continuu, am lipit cablurile tată la cablurile de pe motor pentru a mă asigura că rămân aprinse. Lipirea este, de asemenea, utilă pentru a vă asigura că toate conexiunile sunt sigure sau dacă trebuie să realizați un fir mai lung. Dacă nu ați mai lipit niciodată, puteți afla mai multe despre asta aici!

Odată ce totul este împreună, puneți toate componentele în carenă și faceți câteva teste! Veți dori să verificați funcționarea senzorului așa cum se intenționează citind valorile distanței pe monitorul serial, verificați dacă motoarele se rotesc corect, lucruri de genul acesta.

Pasul 11: Produsul final

Și acum ai terminat! Verificați dacă există erori într-un test drive (testul pluteste barca și carena înainte de a aplica electronice) și sunteți gata!