Ukážka energie bicykla (zostava): 7 krokov

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

Cieľom tohto Instructable bolo vytvoriť interaktívnu ukážku energie bicykla, aby vzbudila záujem dieťaťa o inžinierstvo. Projekt funguje nasledovne: pretože dieťa šliape na bicykli rýchlejšie, je schopné aktivovať viac svetiel na zobrazovacej doske a v konečnom dôsledku vysloviť slovo CITADEL v modrých LED svetlách. Keď jazdec pokračuje v rýchlejšom šliapaní do pedálov, je potom schopný aktivovať oči buldoga ako červené LED diódy. Šírka každej zostavy nikdy nepresahuje 30 palcov, aby sa zabezpečilo, že sa projekt zmestí do tried cez akékoľvek dvere štandardnej veľkosti. Zobrazovacia doska je postavená na kolieskach, takže je ľahko prenosná. So všetkými dostupnými materiálmi a nástrojmi bude tento projekt trvať zhruba 6 až 10 dní za odhadovanú cenu približne ~ 400 USD, ak si budete musieť kúpiť všetok hardvér/elektrické komponenty a tiež bicykel.

Použité nástroje: elektrická vŕtačka, stolová píla, skladačka, vŕtačka, brúska, zvinovací meter, zverák, súprava nástrčných kľúčov, spájkovačka, krimpovací nástroj, 3D tlačiareň, rôzne domáce nástroje (kliešte, nožnice atď.)

Použitý materiál:

12 mm rozptýlené tenké pixely LED Digitel RGB LED (pásmo 25) (2)

GDSTIME 5V DC 50mm ventilátor (2)

Arduino Uno

Rozteč 5 mm (HTD), 15 mm široký jednostranný pás

Kent 20 "Boys Ambush Bicykel alebo akýkoľvek iný 20" bicykel so zadnými kolíkmi

Veľký chladič - viacwattový balíček (od Sparkfun) (5)

Weathershield 2 "x4" x8 "tlakovo ošetrené rezivo Everbilt 1-1/2" (4)

Preglejka pre zobrazovaciu dosku (chce byť ľahká, ale o niečo odolnejšia)

Drevotriesková doska pre listy

Hranaté drevené hmoždinky pre nohy zobrazovacej dosky

Rohový závesný hodnotový balíček (18564)

2 -palcová rohová vzpera Everbilt pre vysoké zaťaženie (2 balenia)

Skrutky Grip-Rite # 8 x 2 “(Model č. PTN2S1)

24V 250W elektrický skúterový motor pre kolobežky s pásovým pohonom (položka č. MOT-24250B)

WIR-110, 16-koncový čierny napájací kábel (12 stôp)

WIR-110, 16-vodičový červený napájací kábel (12 stôp)

Drôt s priemerom 16-20

Lineárny regulátor napätia LM338T/NOPB

Svorkovnica 5 gangov (2)

Spájkovacie dosky

Rezistory 1,0 ohm (5)

Rezistory 5,1 kOhm (2)

150 ohmový odpor

Rezistor 100 kOhm

Kondenzátor 2200 uF

Rezistor 20 kOhm

Kondenzátor 200 pF

5V Zenerova dióda

2N2905 tranzistor alebo ekvivalent

1,5k potenciometer

LM308 Operačný zosilňovač

Súprava prepojovacieho drôtu

Farba / štetce

Krok 1: Zostavenie trénera

Začnite tým, že rozrežete kusy dreva 2x4x8 na dve 28 -palcové dosky, ďalšie dve dosky na 24 "a dve ďalšie na 16". Na to budete potrebovať dve dosky 2x4x8. Vyrežte ďalšie štyri dosky s uhlom 45 stupňov na každom konci. Tieto dve dosky by mali mať dĺžku 10 palcov. Použitím 16 "dosiek vyrežte skladačkou pílky v doske, ktoré sú 3" hlboké a 1 3/4 "široké. Je vhodné vysledovať tieto rozmery pred tým, ako začnete rezať.

Vezmite 2 z 10 "dosiek a pripevnite ich na jednu zo 16" dosiek. Postavte 16 -palcovú dosku hore a opierajte 10 -palcové dosky o každú stranu 16 -palcovej dosky tak, aby boli v jednej rovine s doskou a podlahou. Pomocou 3 skrutiek pripevnite 3 dosky k sebe. Tento postup zopakujte pre zvyšných 16 palcov a dve 10 "dosky.

Označte stredovú značku 12 "na oboch 24" doskách a stred 16 "dosiek. Zarovnajte tieto dve značky dohromady tak, aby 16" doska bola zvislá a zarovnaná s 24 "doskou ležiacou na boku. Do nich vyvŕtajte 2 skrutky 16 "na 24" dosku a 2 ďalšie na každú 10 "dosku na 24" dosku. Tento postup zopakujte s ďalšou 24 "doskou a 16" doskou s pripevnenými 10 "doskami.

Ďalej označte stred dosky na každej z 28 "dosiek. Na každej strane značky 14" urobte ďalšiu značku 4 ". Medzi týmito 2 značkami by malo byť 8". Zarovnajte 24 "dosky na týchto značkách s vnútornou stranou dosky na značke. Do každej vyvŕtajte 2 skrutky, ktorými spojíte 3 dosky dohromady. Opakujte to s druhou 28" doskou, aby boli všetky spojené.

Krok 2: Zostavenie/pripevnenie napínača motora

Tím, s ktorým zápasil, odvodenie vhodného spôsobu napnutia pásu, bolo niečo, s čím sa boril. Predtým, ako sme dospeli k tomu, čo je vidieť vyššie, sme prešli niekoľkými rôznymi myšlienkami. Kovová posuvná koľajnica by bola ideálna, ale kvôli nízkemu rozpočtu sa tím musel uspokojiť s drevenou koľajnicou.

Začnite vytvorením figúrky v tvare L pomocou blokov 2 "x4". Spodná časť L, na ktorú sa bude montovať koľajnica, by mala byť približne 8 "dlhá. Horná časť vysoká približne 6". Vyrežte ďalší blok 2 "x4" pre držiak motora. Na vytvorenie systému koľajníc tím použil náhradný, malý obdĺžnikový drevený stĺpik. Spodná koľajnica je obkročená dvoma koľajnicami namontovanými na spodnej časti bloku motora. Kľúčom je použiť drevo dostatočne trvanlivé, aby sa pri skrutkovaní do 2 "x4" s neroztrhlo. Tím použil vŕtačku na vyvŕtanie otvoru cez blok 2 "x4", ku ktorému je motor namontovaný. Cez hornú časť písmena L. bol vyvŕtaný ďalší otvor. Systémom prešiel celú skrutku. Na rozloženie nákladu nezabudnite na oboch koncoch použiť veľké podložky. Konečná zostava bola namontovaná na trenažér pomocou L-konzol. Medzi koľajnicu a tréner bol vložený malý kus dreva, aby sa zabránilo tendencii systému pri vysokom napätí skloniť sa. Pri montáži na trenažér je užitočné, aby niekto držal zostavu na mieste, aby sa zaistilo správne zarovnanie so zadnou pneumatikou.

Krok 3: Vyberte zadnú pneumatiku z bicykla a pripevnite zadné kolíky

Na vybratie zadnej pneumatiky z bicykla najskôr vypustite pneumatiku. Potom odstráňte matice, ktoré držia ložisko na mieste pre zadné koleso. Odpojte reťaz zo zadného prevodu. Ak má bicykel zadné brzdy, môže byť potrebné odstrániť zadné brzdové doštičky. Akonáhle je koleso a pneumatika úplne vypnuté, pomocou páčidla natiahnite pneumatiku cez bok kolesa. Pri zachovaní páčidla medzi kolesom a pneumatikou nechajte niekoho otáčať kolesom, aby pneumatiku pomaly vypáčil. Po dokončení postupujte podľa pokynov v opačnom poradí a znova namontujte koleso späť na bicykel. Pred opätovnou inštaláciou opasok prevlečte. Ak chcete kolíky namontovať, nasuňte ich na zadnú nápravu pred opätovnou inštaláciou upevňovacích matíc.

Krok 4: Budovanie obvodu

Schéma zapojenia bola získaná z nasledujúceho odkazu:

makingcircuits.com/blog/how-to-make-a-25-a…

Okruh, ktorý sme vytvorili, má dve funkcie. Prvým je regulovať vstup premenlivého jednosmerného napätia z motora na konštantný výstup 5 V DC slúžiaci na napájanie svetiel. Druhým je použitie deliča napätia na zníženie výstupného napätia z motora na 0 až 5 voltov. Tento výstup je potom vložený do analógového vstupného portu Arduino Uno, ktorý má limit 5V. Arduino Uno je kódovaný tak, aby aktivoval konkrétne svetlá pri určitom napätí. Tento kód je uvedený nižšie.

Obvod zobrazený v schéme vyššie slúži na rovnomerné rozdelenie prúdu medzi 5 lineárnych regulátorov napätia (lm338). Tieto regulátory nie je možné jednoducho umiestniť paralelne na distribúciu zaťaženia, pretože rozdiely v ich vnútorných komponentoch spôsobujú mierne odlišné výstupy od každého z nich. Lineárny regulátor, ktorý poskytuje najvyšší výkon, nakoniec odoberie celé zaťaženie. Použitie vyššie uvedeného obvodu stabilizuje výstupy a rovnomerne rozdeľuje zaťaženie. Svetlá odoberajú maximálny prúd približne 1,5 A nakonfigurovaný pomocou zvolených farieb (48 modrých 2 červených). Kódovanie svetiel na biele by vytvorilo maximálny odoberaný prúd (3A). Napätie je regulované z maximálnych 28 V na 5 V. Toto je rozdiel 23V. 23 V x 1,5 A = 34,5 W výkonu, ktorý je potrebné rozptýliť ako teplo. Preto je pre tím tak dôležité rozloženie zaťaženia medzi regulátory. Ak by jeden regulátor uniesol všetku záťaž, prekročil by svoju maximálnu prevádzkovú teplotu.

Najprv postavte obvod na nepájivom poli. Na výstup motora bude potrebné umiestniť pomerne veľký kondenzátor (použili sme 2 200 uF), aby sa znížil jeho hluk. Tým sa vyčistí vstup, ktorý prijíma Arduino, a svetelný displej bude konzistentnejší (svetlá neblikajú nepravidelne). Ak by ste však chceli vytvoriť stroj vyrábajúci záchvaty, ušetrite 2 doláre a zneškodnite kondenzátor. Ďalej zapojte obvod deliča napätia. Veďte prepojovací vodič z deliča napätia na analógový vstup Arduino Uno A0. Skočte Arduino tiež na zem. Pozri priložený nákres. Ďalšie informácie o zapojení svetiel nájdete na nižšie uvedenom odkaze:

learn.adafruit.com/12mm-led-pixels/wiring

Krok 5: Testovanie obvodu

Zariadenie uvedené na laboratórnej lavici vyššie je užitočné, ale nie je potrebné na testovanie obvodu. Budete však potrebovať nejaký spôsob, ako otočiť výstupný hriadeľ jednosmerného motora. V ideálnom prípade by sme práve použili bicykel, ale pretože bol stále v pošte, museli sme nájsť alternatívne riešenie. Dbajte na to, aby ste obrátili polaritu motora (uzemňovací (čierny) vodič sa zahrial a horúci (červený) vodič uzemnil). Akonáhle je všetko zapojené, nastavte potenciometer v obvode, kým nezískate výstupné napätie 5V. Na to je možné použiť akýkoľvek štandardný voltmetr. Na správnu úpravu výstupného napätia bude potrebné obvod poriadne zaťažiť. Na spustenie kódu pre mikrokontrolér bude potrebné stiahnuť počítačový softvér Arduino. Bude tiež potrebné nainštalovať knižnicu FastLED. Po stiahnutí softvéru a nahraní kódu do Arduina prejdite na sériový monitor v pravom hornom rohu a budete môcť pozorovať vstup napätia, ktoré Arduino Uno prijíma. Vykonajte úpravy, aby ste v prípade potreby okruh kondenzovali čo najďalej a skúste to znova. Pred pohybom vpred sa uistite, že všetky komponenty správne fungujú.

Krok 6: Spájkujte obvod

Na obrázku vyššie si môžete všimnúť, že sú tam postavené dve dosky plošných spojov. Pôvodne tím plánoval použiť lineárne regulátory napätia 10 lm338, ale po ďalšom testovaní zistil, že jeden obvod s 5 je podstatný. Doska, ktorú sme nakoniec nepotrebovali, však obsahovala delič napätia, a preto sa stále používa.

Z osobných preferencií sa tím rozhodol prepojiť lineárne regulátory s obvodovou doskou. To nám umožnilo namontovať ich trochu voľnejšie a lepšie podporovať veľké chladiče. Spájkujte všetky súčasti vášho prototypu s novou spájkovacou doskou. Použili sme dosku permaproto, aby bol obvod presnou replikou pri jeho premiestňovaní z nepájivej dosky. Na vytvorenie rýchleho odpojenia od motora a svetiel boli použité dva 5 -členné svorkovnice.

Krok 7: Zostavte zobrazovaciu dosku

Zobrazovacia doska bola postavená v sérii krokov.

1) Doska displeja sa skladá z dosky a držiaka. Displej je vyrobený z tenkého dreva a pripevnený k stojanu s rozmermi 57 1/2 palca na 5 stôp. Stojan je podopretý prierezovým lúčom, ktorý sa rozprestiera pod uhlom 45 stupňov. uhol od zadnej nohy k zvislému stojanu. Bola postavená pomocou dreva a skrutiek. Po dokončení dosky a stojana boli do držiaka v každom príslušnom rohu vyvŕtané štyri kolesá

2) Displej písmen (C-I-T-A-D-E-L) bol zostrojený oddelene od displeja a držiaka. Písmená boli najskôr nakreslené a potom vyrezané z dlaždíc z drevotrieskových dosiek s rozmermi 8 palcov x 12 palcov. Všetky písmená majú veľkosť 10 palcov na výšku, s rôznou šírkou. Písmená boli vyrezané pásovou pílou do exteriéru a skladačkou do interiéru listov.

3) Potom, čo boli písmená nastrihané, boli pripevnené k doske tekutým klincom. Tým bolo zaistené zaistenie písmen na tabuli. Ďalej boli do písmen vyvŕtané diery pomocou 12 'bitu. Tým by sa zaistilo zobrazenie svetiel.

4) Ďalej bol displej namaľovaný na bielo a písmená (C-I-T-A-D-E-L) boli natreté detskou modrou farbou. Potom bol k rámu dosky pridaný modrý lem.

5) Písmená (T-H-E) boli namaľované na dosku všetky vo výške 4 s rôznymi šírkami.

6) Buldog v spodnej časti dosky bol namaľovaný na dosku zmesou akrylovej farby. Oči boli vyvŕtané 12 mm bitom do očí, aby zodpovedali svetlám.

7) Nakoniec boli do dosky umiestnené svetlá a zobrazovacia doska bola kompletná.