Makecourse: The Lonely Boat: 11 Steps

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento pokyn bol vytvorený ako splnenie projektovej požiadavky Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com).

Začínate s Arduinom, 3D tlačou a počítačom podporovaným dizajnom (CAD)? Tento projekt je skvelým spôsobom, ako sa naučiť všetky základy týchto tém, a ponúka priestor pre vašu kreativitu, aby sa stal vašim vlastným! Obsahuje množstvo CAD modelovaní štruktúry lode, úvod do autonómnych systémov a predstavuje koncept hydroizolačných 3D výtlačkov!

Krok 1: Zoznam materiálov

Aby ste mohli začať projekt, musíte najskôr vedieť, s čím budete pracovať! Tu sú materiály, ktoré by ste mali mať, než začnete:

• 1x mikrokontrolér Arduino Uno R3 a kábel USB (Amazon Link)
• 1x Ovládač motora L298N (Amazon Link)
• 4x (2 sú záložné) jednosmerné motory 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 krokové motory a moduly ULN2003 (Amazon Link)
• 1x Prenosná nabíjačka telefónu pre napájanie (Tu je tá, ktorú som použil, je však trochu veľká. V prípade potreby môžete použiť aj inú: Amazon Link)
• 1x ultrazvukový senzor HCSR04 (Tento odkaz obsahuje niekoľko doplnkov, ktoré sú prepojené prepojovacími drôtmi: Amazon Link)
• 3x balenie prepojovacích káblov (samec-samica, samec-samec, samica-samica. Amazon Link)
• 1x plechovka Flex Seal (16 oz, Amazon Link)
• 1x maliarska páska (odkaz Amazon)
• 1x brúsny papier s jemnou zrnitosťou (dobrých 300)
• Niekoľko paličiek a nanukov na nanesenie flexe

• Prístup k 3D tlači. (Tu je relatívne lacná a efektívna 3D tlačiareň - Amazon Link)

  • Červené vlákno pre 3D tlač (Amazon Link
  • Čierne vlákno pre 3D tlač (Amazon Link)

Neváhajte pridať akékoľvek materiály, s ktorými prídete pre svoju verziu projektu!

Krok 2: 3D tlačené diely a dizajn

Prvá časť tohto projektu je vytvorenie mechanického systému, v ktorom bude fungovať. To by zahŕňalo mnoho častí vrátane trupu, veka, pádiel, náprav pre motory k pádlam, držiaka pre snímač a nápravy, na ktorej je držiak senzora sedí.

Komponenty sú navrhnuté v SolidWorks a zostavené do zostavy. Všetky súbory súčiastok a zostava boli vložené do súboru zip, ktorý nájdete na konci tohto kroku. Všimnite si toho, že SolidWorks nie je jediný CAD softvér, ktorý môžete použiť, pretože mnoho programov ako Inventor a Fusion360 je možné použiť pre CAD. Môžete do nich importovať diely SolidWorks.

Je dôležité si uvedomiť, že nápravy, ktoré držia pádla, sú sústredné s otvormi na trupe, aby sa zabránilo ohnutiu nápravy a jej vychádzaniu priamo z lode.

Všetko na tomto projekte je vytlačené 3D (okrem elektrických komponentov), takže rozmery sú dôležité. Na diely som dával tolerancie okolo 0,01 palca, aby som zaistil, že všetko do seba zapadá (niečo ako voľné uloženie). Nápravy idúce k motoru mali menšiu toleranciu, aby mohli tesne priliehať. Lopatky sú pevne pripevnené k náprave, takže keď sú motory zapnuté, lopatky sa pohybujú a poháňajú loď.

Pri prezeraní CAD si všimnete platformy pre elektrické komponenty. Je to kvôli tomu, aby komponenty „vyskočili“na svoju platformu, aby sa zabránilo pohybu.

Najväčšie výtlačky sú trup a veko, preto na to pri navrhovaní pamätajte. Možno ho budete musieť rozdeliť na časti, pretože by bol príliš veľký na tlač naraz.

Krok 3: Riadiaci obvod

Tu budeme diskutovať o elektrickom obvode, ktorý riadi loď. Mám schému od Fritzing, čo je užitočný softvér, ktorý si môžete stiahnuť tu. Pomáha pri vytváraní elektrických schém.

Nie všetky komponenty použité v tomto projekte sú vo Fritzingu, takže sú vymenené. Čierny fotosenzor predstavuje snímač HCSR04 a malý polovičný mostík je ovládač motora L298N.

Modely HCSR04 a L298N sú pripojené k napájacím lištám na doske, ktoré sú zasa spojené s napájacou stranou Arduina (na 5V a uzemňovacích kolíkoch). Ozvučné a spúšťacie piny HCSR04 prechádzajú na piny 12 a 13 na Arduine.

Aktivačné kolíky (ktoré riadia rýchlosť) pre L298 sú pripojené k pinom 10 a 11 (zapnite A/motor A) a 5 a 6 (ENB/motor B). Napájanie a uzemnenie motorov sú potom pripojené k portom na L298N.

Arduino bude samozrejme napájať našu nabíjačku prenosných telefónov. Keď je obvod zapnutý, motory sú nastavené na maximálnu rýchlosť v smere diktovanom naším snímačom priblíženia. Toto bude zahrnuté v kódovacej časti. Tým sa loď pohne.

Krok 4: Arduino kód

Teraz sa dostaneme k tomu, čo tento projekt funguje: kód! Pripojil som súbor zip obsahujúci kód tohto projektu, ktorý nájdete na konci tohto kroku. Je celý komentovaný, aby ste si to prezreli!

- Kód napísaný pre Arduino je napísaný v programe známom ako integrované vývojové prostredie Arduino (IDE). Je to niečo, čo by ste si mali stiahnuť z oficiálnych webových stránok Arduina, ktoré nájdete tu. IDE je napísané v programovacích jazykoch C/C ++.

Kód napísaný a uložený prostredníctvom IDE je známy ako skica. Zahrnuté v náčrtoch a súboroch tried a knižniciach, ktoré môžete zahrnúť z online alebo z tých, ktoré ste vytvorili sami. Ich podrobné vysvetlenie a programovanie v Arduine nájdete tu.

- Ako je vidieť na začiatku tohto kroku, mám video z YouTube, ktoré prechádza hlavným náčrtom projektu, môžete si ho pozrieť tu! Prejde to cez hlavný náčrt a jeho funkcie.

- Teraz stručne prejdem knižnicu, ktorú som vytvoril na ovládanie senzora priblíženia. Knižnica uľahčuje získavanie údajov zo snímača s menším počtom riadkov kódu v mojom hlavnom náčrte.

Súbor.h (HCSR04.h) obsahuje zoznam funkcií a premenných, ktoré budeme v tejto knižnici používať, a definuje, kto k nim má prístup. Začneme konštruktorom, čo je riadok kódu, ktorý definuje objekt (v našom prípade „HCSR04ProxSensor“, ktorý používame), ktorý obsahuje hodnoty, ktoré zadáme do zátvoriek. Tieto hodnoty budú kolíky ozveny a spúšťača, ktoré používame, budú viazané na objekt senzora, ktorý vytvoríme (ktorý môže byť pomenovaný akýmkoľvek spôsobom, ktorý sa nám páči, vrátane „HCSR04ProxSensor NameOfOurObject“). K veciam v rámci „verejnej“definície je prístupné čokoľvek, či už v knižnici alebo mimo nej (ako napríklad náš hlavný náčrt). Tu uvádzame zoznam našich funkcií, ktoré nazývame v hlavnom náčrte. V „súkromnom“ukladáme premenné, ktoré spôsobujú spustenie knižnice. Tieto premenné sú použiteľné iba funkciami v našej knižnici. Je to v podstate spôsob, akým naše funkcie môžu sledovať, aké premenné a hodnoty sú priradené ku každému objektu senzora, ktorý vytvoríme.

Teraz sa presunieme do súboru "HCSR04.cpp". Tu skutočne definujeme svoje funkcie a premenné a ako fungujú. Je to podobné, ako keby ste kód písali vo svojom hlavnom náčrte. Všimnite si toho, že funkcie by mali byť špecifikované pre to, čo vracajú. Pre "readSensor ()" vráti číslo (ako float), takže funkciu definujeme označením "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". Upozorňujeme, že musíme zahrnúť „HCSR04ProxSensor::“, názov objektu priradeného k tejto funkcii. Naše piny definujeme pomocou nášho konštruktora, nájdeme vzdialenosť objektu pomocou funkcie „readSensor ()“a pomocou funkcie „getLastValue ()“získame poslednú prečítanú hodnotu.

Krok 5: 3D tlač všetkých dielov a zostavy

Akonáhle sú dva kusy trupu vytlačené, môžete ich lepiť páskou. Toto by to malo držať pohromade. Potom môžete zostaviť všetky ostatné diely ako obvykle na základe nášho návrhu CAD.

3D tlačiarne fungujú na g-kóde, ktorý môžete získať pomocou softvéru krájača dodaného s tlačiarňou. Tento softvér prevezme súbor.stl (časti, ktorú ste vytvorili v CAD) a skonvertuje ho na kód, ktorý si tlačiareň môže prečítať (prípona tohto súboru sa medzi tlačiarňami líši). Medzi obľúbené krájače na 3D tlač patria Cura, FlashPrint a ďalšie!

Pri 3D tlači je dôležité vedieť, že vám zaberie veľa času, a preto sa podľa toho naplánujte. Aby ste sa vyhli dlhým časom tlače a ťažším častiam, môžete tlačiť s výplňou okolo 10%. Všimnite si toho, že vyššia výplň pomôže zabrániť vniknutiu vody do tlače, pretože pórov bude menej, ale tým budú diely ťažšie a budú trvať dlhšie.

Asi všetky 3D výtlačky nie sú vhodné pre vodu, preto ich musíme vodotesne izolovať. V tomto projekte som si vybral aplikáciu Flex Seal, pretože je veľmi jednoduchý a funguje veľmi dobre, aby sa voda nedostala do tlače.

Krok 6: Hydroizolácia tlače

Hydroizolácia tejto tlače je dôležitá, pretože nechcete, aby sa poškodila vaša drahá elektronika!

Na začiatok prebrúsime vonkajšiu a spodnú časť trupu. To má vytvoriť drážky, do ktorých môže preniknúť pružné tesnenie, a poskytnúť tak lepšiu ochranu. Môžete použiť brúsny papier s vysokým zrnom/jemným brúsením. Dávajte pozor, aby ste príliš nebrúsili, niekoľko ťahov by malo byť v poriadku.

Krok 7: Brúsenie trupu

Budete vedieť, kedy prestať, keď sa začnú objavovať biele čiary.

Krok 8: Naneste Flex Seal

Na nanesenie flex tesnenia môžete použiť tyčinku alebo nanuk. Určite nevynechajte žiadne miesta a buďte dôkladní. Náradie môžete jednoducho ponoriť do otvorenej plechovky a votrieť ho do trupu.

Krok 9: Nechajte Flex Seal sedieť

Teraz čakáme! Bežne trvá asi 3 hodiny, kým sa tesnenie celkom vyschne, ale pre istotu by som ho nechal 24 hodín odstáť. Po dokončení sušenia môžete naniesť ďalšiu vrstvu pružného tesnenia, aby ste ešte viac chránili trup, ale je to trochu prehnané (1 vrstva sa mi osvedčila).

Krok 10: Zostavenie a testovanie

Teraz, keď pružné tesnenie dokončilo sušenie, odporúčam pred pridaním elektrických komponentov otestovať trup vo vode (ak trup NIE JE vodotesný, mohlo by to spôsobiť problémy pre vaše Arduino!). Stačí ho vziať do umývadla alebo k bazénu a zistiť, či čln môže plávať viac ako 5 minút bez akýchkoľvek netesností.

Keď sa ubezpečíme, že náš trup je vodotesný, môžeme začať pridávať všetky naše diely! Uistite sa, že ste Arduino, L298N a ostatné komponenty správne zapojili na svoje správne kolíky.

Aby boli vodiče vhodné pre jednosmerné motory, spájkoval som mužské vodiče s vodičmi v motore, aby som zaistil, že zostanú zapnuté. Spájkovanie je tiež užitočné na zaistenie bezpečnosti všetkých vašich pripojení alebo v prípade, že potrebujete vytvoriť dlhší vodič. Ak ste nikdy predtým nespájkovali, môžete sa o tom dozvedieť viac tu!

Akonáhle je všetko pohromade, umiestnite všetky diely do trupu a urobte niekoľko testovaní! Budete chcieť skontrolovať, či snímač funguje tak, ako má, načítaním hodnôt vzdialenosti na sériovom monitore, skontrolovať, či sa motory správne otáčajú a podobne.

Krok 11: Konečný produkt

A teraz ste hotoví! Skontrolujte, či v testovacej jazde nie sú chyby (testujte plavák na lodi a trupe skôr, ako použijete elektroniku) a máte hotovo!