Digitálna truhla s pokladom: 6 krokov (s obrázkami)

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

Študujem technológiu hier a interakcií na Utrechtskej univerzite umenia. Existuje jeden projekt s názvom „Keď toto, potom ono“, kde sa od vás požaduje, aby ste vytvorili interaktívny produkt. Budete používať Arduino, navrhnúť zaujímavý interaktívny prvok a postaviť okolo neho pekný a profesionálne vyzerajúci prototyp. Do tohto projektu som mal nejaké jasné osobné priania: Chcel som sa naučiť zvárať, chcel som sa naučiť programovať v C/C ++ a chcel som riadiť 14-segmentový displej, ktorý už navždy ležal okolo môjho miesta. Trvalo mi pár týždňov, kým som prišiel na nápad, ktorý ich spojil, ale nakoniec mi to došlo: Chystal som sa vytvoriť truhlu, ktorú musíte otvoriť pomocou kódu, ale nie akéhokoľvek kódu. Senzor tlaku sa priebežne sníma a zobrazuje na displeji. Na odomknutie hrudníka musíte dosiahnuť správne číslo a trikrát ho potvrdiť.

Chcel som, aby truhlica mala akýsi moderný-priemyselný vzhľad, takže mojou voľbou materiálu bola oceľ a drevo.

Nakoniec som celkom spokojný s tým, ako to dopadlo! Nižšie som napísal kroky, aby ste ich mohli znova vytvoriť alebo dokonca vylepšiť! Bavte sa!

Krok 1: Zhromažďovanie prísad

Kým začneme, budeme potrebovať nejaké diely. Tu je celý zoznam:

Puzdro:

• 350 cm štvorcová oceľová rúrka, 20 x 20 x 2 mm
• 6x 26x26x0,9 cm preglejkové panely (najefektívnejším spôsobom je vyrezať dosku, ktorá je väčšia ako 52 x 72 cm, na šesť kusov, ale uistite sa, že vám zostane nejaké drevo!)
• 1x preglejkový panel 26x22x0,9 cm
• 90 cm drevo 22 x 30 mm (nakrájané na kusy po 26 cm, 2x 18 cm a 2x 12 cm)
• Malé pánty
• 2x akordové slučky
• Skrutky: 4,0x16, 4,0x20, 4,0x25, 3,0x12 (približne desať od každého, vrátane niektorých náhradných)
• Skrutky: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (približne desať od každého, vrátane niektorých náhradných)
• Orechy: M3, M6, M10
• Rukoväť
• 2x 8cm 25x4mm oceľové tyče

Elektronika:

• Tlačidlo
• LED červená
• LED modrá
• Rezistor citlivý na silu
• Solenoid v štýle zámku (môj je model 12V 650mA)
• 14-segmentový displej HDSP-A22C
• Digitálny I/O expandér MCP23017
• 15x odpor 470
• 3x rezistor 1k
• 6x odpor 10k
• Dióda 1N4007
• 2x tranzistor BC547B
• 2x tranzistor BC557B
• Tranzistor TIP31A
• Nástenný adaptér 12V 1A

Krok 2: Stavba truhly - oceľový rám

Hrudník je 30 cm veľká kocka vyrobená z oceľových rúrok a drevených panelov. V garáži som našiel pekné štvorcové rúrky 20 x 20 mm s 2 mm hrubými stenami. Steny musia byť dostatočne hrubé na zváranie a závitové otvory pre skrutky M3. 2 mm je na to ideálna hrúbka. Na to môžete samozrejme použiť akýkoľvek druh oceľových rúrok, ak máte lepšie nápady.

Najelegantnejší spôsob, ako zostaviť rám, je vytvoriť dva štvorce s rozmermi 30 x 30 cm a potom tieto dva štvorce spojiť pomocou 26 cm (30 - 2*2) rúrok. Na výrobu štvorcov nakrájajte dlhé oceľové rúrky diagonálne na osem kusov. Konce kúskov by mali byť narezané pod uhlom 45 stupňov smerom k sebe. Dlhé konce dielu sú 30 cm. Pri použití namontovanej píly je ľahké otáčať kotúčom o 45 stupňov a otáčať trubicu po každom kuse. Plytvá sa tým najmenej materiálu. Potom, čo budete mať osem diagonálne rezaných kusov, je čas rezať ďalšie štyri rovné. Tieto kúsky majú dĺžku 26 cm.

Potom nakoniec odrežte desať kusov asi 6 cm oceľovej tyče 20 x 4 mm. Toto budú body upevnenia drevených panelov.

Keď je všetok kov pripravený, je čas zvárať. Najťažšou časťou je obloženie rúr, ktoré ste odrezali. Začnime s horným a dolným štvorcom. Vezmite diagonálne kúsky a zarovnajte ich do štvorca na dreve. Tipom je použiť zhruba štvorcový tanier asi 30 cm, aby ste mohli rohy nechať spadnúť na hrany, ak ich rozložíte pod uhlom 45 stupňov v porovnaní s drevom. Upevnite ich svorkami a uistite sa, že sa kov dotýka všetkých rohov, aby pri zváraní mohla prúdiť elektrina z každého kusu na ďalší. Ak ste nikdy predtým nezvárali, teraz je načase si trocha zacvičiť, pretože ak to pokazíte, môžete urobiť všetko tak ďaleko. V každom prípade zvarte kusy dohromady v rohoch (rozhodol som sa to urobiť zvnútra) a teraz ste dokončili prvú časť! Druhý štvorec je jednoduchšie rozložiť, pretože ho môžete položiť na prvý. Zvárať aj tieto dohromady. Ak všetko prebehlo správne, mali by ste mať teraz dva rovnaké oceľové štvorce.

V tomto mieste budete chcieť pripevniť montážne body k drevu. Na každý panel na protiľahlých hranách kocky som použil dva kusy. Vybral som konkrétny vzor, aby mi vrchnák neprekážal žiadny kus a nemusel som tak montovať dva kusy na rovnaký okraj. Môžete to urobiť akýmkoľvek spôsobom, pokiaľ hrana, na ktorej bude solenoid uzamknutý, nemá.

V tomto mieste som tiež vzal brúsny nástroj s pripevnenou oceľovou kefou na čistenie ocele. Tyče mali hrdzavé škvrny a zistil som, že im to dáva pekný vzhľad.

Na dokončenie stavby oceľového rámu potrebujeme iba prepojenie dvoch štvorcov, ktoré teraz máme. Najľahšie je položiť ich kolmo na rovný povrch a položiť medzi ne dve z 26 cm trubíc. Extra pár rúk bude veľmi užitočný, keď si ich upnete. Zvarte to dohromady a zopakujte to pre druhú stranu.

Ak všetko prebehlo správne, oceľový rám by mal byť už hotový!

Krok 3: Stavba hrudníka - boky a veko

Na dokončenie hrudníka musíme po stranách pridať drevené obloženie. majte na pamäti, že elektronika bude skrytá vo veku, takže budete potrebovať trochu viac plechu ako iba 6 kusov s rozmermi 26 x 26 cm. V obchode pre domácich majstrov mali 122x61 cm, čo bolo perfektné. Vybral som si trochu tenšie drevo, ako som pôvodne zamýšľal, ale nakoniec to vyzeralo lepšie, ako by vyzeralo hrubšie drevo. Keď je oceľová rúrka široká 2 cm, má zaoblené rohy a šírka držiaka je 4 mm, zostane vám panel asi 10 mm, pričom si zachováte dobrý vzhľad. Dosky, ktoré som našiel, boli hrubé 9 mm, takže to bolo perfektné.

Pláty nakrájajte na šesť panelov s rozmermi 26 x 26 cm. Ak je váš zvar trochu veľký, budete musieť odrezať rohy. Keď máte taniere, rozložte ich do rámu. Je vhodné označiť, ktorý kam ide. Uprostred dreva označte miesto, kde budú dva otvory. Drevo umiestnite do rámu na príslušnom mieste a vyvŕtajte otvor pre skrutku. Mal som ležiace skrutky M6, ale všetky skrutky sú dobré. Väčšie skrutky by mohli mať odvážnejší vzhľad, ale dokonca aj M3 to môže držať pohromade. Uistite sa, že skrutky nie sú príliš dlhé, pretože vyčnievajú do rámu. Tu budete dávať svoje veci, takže keď budú vyčnievať dlhé skrutky, bude to trochu nepohodlné. Ak ste použili úplne rovnaké rozmery materiálu ako ja, mierite na 20 mm skrutku. Keď sú otvory vyvŕtané, môžete namontovať platne, ale počkajte s upevnením čohokoľvek, kým nie je veko hotové, nebudete sa chcieť zamknúť!

Pre veko začíname s jedným z tanierov, ktoré sme nakrájali na boky. Cieľom je vyrobiť z veka puzdro na elektroniku. V obchode pre domácich majstrov som tiež našiel kus dreva 22x30 mm, ktorý by z neho urobil perfektný dištanc. Poskytuje tri centimetre, kde môžete skryť svoju elektriku. Pred lepením na veko musíme do dreva urobiť otvory. Všetky sú okrúhle, okrem otvoru pre displej. Na okrúhle použite vŕtačku. Na porovnanie veľkosti použite schému na vyššie uvedených obrázkoch. Ak chcete byť presnejší, na zobrazenie môžete použiť buď elektrickú priamočiaru pílu, alebo frézku. Akonáhle sú všetky otvory vyrezané a vyvŕtané, môžete lepiť kúsky dreva na boky panelu vo zvislej polohe! Dávajte tiež pozor, aby sa váš solenoid stále zmestil do priestoru, ktorý zostal. Keď je všetko zlepené, urobte presné merania a odrežte ešte jeden panel dreva na tieto rozmery. Už ho budete chcieť naskrutkovať na spodok drevených rozperiek, aby ste mohli rohy odrezať v jednej rovine s rohom panelu, s ktorým ste začali.

Teraz musíme urobiť tlačidlá pre snímač tlaku a akčné tlačidlo. Chceme pred používateľom skryť skutočné tlačidlo, takže ho namontujeme pod veko, do priestoru pre elektroniku. Jednoducho som odrezal pár malých kúskov dreva zo zvyšnej preglejky, aby slúžili ako rozpery. Pripájajte tlačidlo na DPS a priskrutkujte na kúsky dreva, ktoré sú prilepené k spodnej strane veka, pričom dbajte na to, aby tlačidlo vychádzalo presne do stredu otvoru. Senzor tlaku je trochu iný. Na tento účel použite tiež dve rozperné časti prilepené k veku, ale vezmite tretí kus a vytvorte most cez dieru. Prilepte snímač presne do stredu otvoru.

Na ovládanie tlačidiel cez veko by bolo ideálne niečo vytlačiť na 3D tlačiarni. Na to som bohužiaľ nemal čas, a tak som improvizoval. Môžete si robiť, čo chcete, ale tu je tip, že potrebujete niečo, aby ste zabránili vypadnutiu tlačidla na oboch stranách. Na jednom konci som použil skrátené skrutky s maticou rozrezanou na polovicu a zakryl som to niečím, čo som našiel ležať okolo.

Ďalšou vecou, ktorú je potrebné namontovať, je solenoid. Každý solenoid je mierne odlišný, ale najľahším spôsobom, ako väčšinu solenoidov namontovať, je vrstviť drevo medzi tehlu a veko, až kým presne nekĺzne za rám, ale zároveň dostatočne dozadu, aby sa pri vysunutí nedotklo dreva. Pre mňa to bolo 6 mm. Potom som musel znova obrúsiť trochu ocele, pretože nakoniec to stále nebolo dosť dole. Pravdepodobne som mal asi 7 alebo 8 mm.

Veko je teraz väčšinou hotové a je potrebné pridať iba elektroniku. Toto je ten správny okamih na prvé pripevnenie veka k rámu. Skúste si v miestnom obchode zaobstarať malé pánty, ktoré by nemali byť väčšie ako oceľové rúrky (~ 18 mm)! V závislosti od veľkosti a kvality týchto závesov môžete použiť buď dva alebo tri. Označte ich polohu na ráme a na veku. Teraz si zaobstarajte pár rúk navyše, ktoré budú držať veko na mieste, kým označíte, kde máte vyvŕtať otvory. Otvory v oceľovej rúrke by mali byť opatrené závitom, aby ste mohli jednoducho zaskrutkovať skrutku bez toho, aby ste si museli lámať hlavu s jej upevnením. Keď sú pánty pripevnené k rámu, vráťte tieto ruky navyše a priskrutkujte viečko na pánty pomocou malých skrutiek. Pretože na viečku musíte zapracovať neskôr, môžete s týmto krokom počkať, kým nebude všetko hotové.

Teraz sme pripravení pracovať na elektronike!

Krok 4: Elektronika

Obvod pozostáva z piatich samostatných obvodov. Väčšina z nich je celkom jednoduchá: jednoduchá dióda LED s odporom alebo tlačidlo pripojené k kolíku Arduino. Dva komplikovanejšie obvody sú tie, ktoré poháňajú displej a solenoidový zámok.

Displej má 15 oddelených kolíkov, ktoré je potrebné poháňať. Základné Arduino môže poháňať maximálne 19 pinov. Na zvyšok dizajnu som potreboval ďalších 5 kolíkov, takže som sa krátil. Riešenie som našiel v použití I/C expandéra V/V, MCP23017. V kombinácii s knižnicou Adafruit pre toto zariadenie je použitie skutočne jednoduché. Časť obvodu, ktorá je pripojená k kolíku GPA0, slúži na striedanie dvoch bežných anód displeja HDSP-A22C. Keď je vysoká, riadi znak 1 a keď je nízka, riadi znak 2. Nevýhodou použitia tohto expandéra je, že zapisuje na výstupné piny hneď, ako je zapísaný bajt. To spôsobilo tvorbu duchov. Bohužiaľ som to nedokázal vyriešiť hardvérom, takže som na vyriešenie problému použil softvér.

Pretože solenoid, ktorý som použil, je poháňaný napätím 12V (na čo môžete použiť akýkoľvek napájací zdroj 12 V, zapojte ho do Arduina a spájkujte k nemu vodič), potreboval som obvod zosilňovača (Darlington), aby som ho poháňal pinom Arduino. Nezabudnite tiež na diódu na tlmenie špičkových prúdov generovaných elektromagnetmi v solenoide!

Pri spájkovaní obvodov majte na pamäti, kam ich umiestnite. Okolo všetkých svojich dosiek som ponechal malý okraj, aby som ich mohol priskrutkovať na niektoré dištančné kusy (zvyšky z bočných panelov) prilepené k veku. V prípade diód LED môžete spájkovať drôt s odporom priamo na diódu LED a pomocou teplom zmrštiteľných trubičiek ho zakryť a zaistiť, aby sa nerozbil. Aby sa všetky vodiče spájkované priamo na dosku neodlomili, použite horúce lepidlo.

Potom, čo je všetko spájkované, je čas všetko prepojiť! Dostal som niekoľko ženských hlavičiek na rozšírenie koľajníc 5V a GND, aby som nemusel spájkovať všetko dohromady a aby som mohol ľahko niečo odpojiť alebo vymeniť, ak sa pokazí. Ak ste na boky veka použili podobný kus dreva ako ja, všimnete si, že do Arduina už nie je priestor čokoľvek zapojiť. Najjednoduchším riešením je ohnúť kolíky v 90-stupňovom uhle a zasunúť ich tak.

Posledná časť je najjednoduchšia a tou je nahranie kódu.

Krok 5: Kód

Celý kód bol vytvorený pomocou PlatformIO. Ak to nepoznáte, môžete ho jednoducho skopírovať a vložiť do náčrtu Arduino. Ak ste, stačí si stiahnuť program a nahrať ho do svojho Arduina. Kód nájdete na mojom Github. Pozrite sa okolo seba v sekcii konfigurácie programu a zmeňte hodnoty podľa vlastného uváženia (obzvlášť zaujímavé sú piny a kombinácia). Predvolená kombinácia je 43 - 50 - 99.

Krok 6: Dokončenie dotykov

Keď je všetko hotové, namontované a začne pracovať, sme pripravení pridať posledné detaily, ktoré umožnia všetko fungovať.

Aby ste zabránili prepadnutiu veka rámom, môžete namontovať dve blokovacie dosky namontované na boku veka. Použil som oceľovú tyč 25x4 mm, ktorú som našiel, nakrájal na kúsky asi 8 cm, vyvŕtal som do nich otvory a zaskrutkoval ich na veko.

Ďalšou vecou, ktorú som pridal k veku, bola rukoväť - celkom užitočná, ak ju chcete niekedy otvoriť. Aby som ho namontoval, musel som vŕtať hlboko do bokov veka, ale vyzeralo to skvele.

Ďalším dôležitým prvkom je pridať malý akord, aby sa zabránilo poklopu príliš dozadu a poškodeniu závesov. Moje riešenie bolo použiť skrutkovacie háčiky na viečku a na vnútornej strane hrudníka, kde by som mohol pripevniť akord.

Ak chcete získať energiu vo veku, vyvŕtajte malý otvor na jednom z okrajov a vyrežte ho zhora. Vložte skrutku do iného okraja a priviažte akord k skrutke, aby ste zabránili tomu, že niekto omylom vytiahne napájací akord a navždy vás uzamkne z hrudníka.

Nakoniec ste si mohli všimnúť, že veko ešte nemôžete zavrieť. Je to spôsobené tým, že v ceste sú orechy. Odrežte tu trochu dreva, aby ste uvoľnili miesto pre tieto orechy.

A je to! Takto môžete reprodukovať digitálnu pokladnicu sami! Pri práci s nebezpečným elektrickým náradím nezabudnite na správnu ochranu!