Digitalna skrinja z zakladi: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Študiram tehnologijo iger in interakcij na Univerzi za umetnost v Utrechtu. Obstaja en projekt, imenovan "Če to potem tisto", kjer vas prosijo, da zgradite interaktivni izdelek. Uporabiti morate Arduino, oblikovati zanimiv interaktivni element in okoli njega zgraditi lep in profesionalen prototip. V ta projekt sem imel nekaj jasnih osebnih želja: želel sem se naučiti variti, naučiti sem se programirati v C/C ++ in želel sem voziti 14-segmentni zaslon, ki je večno ležal okoli mene. Potreboval sem nekaj tednov, da sem prišel na idejo, ki jih je povezala skupaj, potem pa sem končno prišel na misel: naredil bom skrinjo, ki jo moraš odpreti s kodo, ne pa s kodo. Senzor tlaka se neprestano bere in prikazuje na zaslonu. Doseči morate pravo številko in jo trikrat potrditi, da odklenete prsni koš.

Želel sem, da bi skrinja imela nekakšen sodobno-industrijski videz, zato sem se odločil za material iz jekla in lesa.

Na koncu sem zelo zadovoljen, kako se je obrnilo! Spodaj sem napisal korake, da jih lahko ponovno ustvarite ali celo izboljšate! Zabavaj se!

1. korak: Zbiranje sestavin

Preden začnemo, potrebujemo nekaj delov. Tu je celoten seznam:

Ohišje:

• Kvadratna jeklena cev 350 cm, 20 x 20 x 2 mm
• 6x 26x26x0,9cm vezane plošče (najučinkovitejši način je, da na šest kosov razrežete ploščo, večjo od 52x72cm, vendar poskrbite, da boste imeli nekaj lesa!)
• 1x vezana plošča 26x22x0,9 cm
• 90 cm 22x30 mm lesa (razrezani na koščke po 26 cm, 2x 18 cm in 2x 12 cm)
• Majhni tečaji
• 2x akordne zanke
• Vijaki: 4.0x16, 4.0x20, 4.0x25, 3.0x12 (približno deset vsakega, vključno z nekaj rezervnimi)
• Vijaki: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (vsak po približno deset, vključno z nekaj rezervnimi)
• Matice: M3, M6, M10
• Ročaj
• 2x 8 cm jeklene palice 25x4 mm

Elektronika:

• Gumb
• LED rdeča
• LED modra
• Upor, občutljiv na silo
• Elektromagnet v ključavnici (moj je model 12V 650mA)
• 14-segmentni zaslon HDSP-A22C
• MCP23017 Digitalni V/I razširjevalnik
• 15x upor 470
• 3x upor 1k
• 6x upor 10k
• 1N4007 dioda
• 2x tranzistor BC547B
• 2x tranzistor BC557B
• TIP31A tranzistor
• 12V 1A stenski adapter

2. korak: Izdelava skrinje - jeklenega okvirja

Skrinja je 30 cm velika kocka, izdelana iz jeklenih cevi in lesenih plošč. V garaži sem našel lepe kvadratne cevi 20x20 mm s stenami debeline 2 mm. Stene morajo biti dovolj debele za varjenje in navojne luknje za vijake M3. Za to je idealna debelina 2 mm. Seveda lahko za to uporabite kakršno koli jekleno cev, če imate boljše ideje.

Najelegantnejši način za izdelavo okvirja je, da naredite dva kvadrata velikosti 30x30 cm in jih nato povežete s cevmi 26 cm (30 - 2*2). Za izdelavo kvadratov razrežite dolge jeklene cevi diagonalno na osem kosov. Konce kosov je treba rezati pod kotom 45 stopinj, obrnjenih drug proti drugemu. Dolgi konci kosa so 30 cm. Pri uporabi montirane žage je enostavno zavrtiti list za 45 stopinj in po vsakem kosu obrniti cev. To zapravlja najmanj materiala. Ko imate osem diagonalno izrezanih kosov, je čas, da izrežete še štiri ravne. Ti kosi so dolgi 26 cm.

Nato na koncu izrežite deset kosov približno 6 cm jeklene palice 20x4 mm. To bodo pritrdilne točke za lesene plošče.

Ko je vsa kovina pripravljena, je čas za varjenje. Najtežji del tukaj je polaganje cevi, ki ste jih izrezali. Začnimo z zgornjim in spodnjim kvadratom. Vzemite diagonalne kose in jih položite v kvadrat na kos lesa. Nasvet tukaj je, da uporabite približno kvadratno ploščo s premerom približno 30 cm, tako da lahko pustite vogale padati po robovih, če jih postavite pod kotom 45 stopinj v primerjavi z lesom. Pritrdite jih z nekaj sponkami in se prepričajte, da se kovina dotika v vseh vogalih, da lahko med varjenjem elektrika teče iz vsakega kosa na drugega. Če še nikoli niste varili, je zdaj čas, da se malo razgibate, kajti če zmotite, lahko naredite vse do zdaj. Kakor koli že, kote zvarite skupaj v vogalih (jaz sem se odločil, da to naredim na notranji strani) in zdaj ste zaključili prvi del! Drugi kvadrat je lažje poravnati, saj ga lahko preprosto položite na prvega. Zvarite jih tudi skupaj. Če bi bilo vse v redu, bi morali imeti dva enaka jeklena kvadrata.

Na tej točki boste želeli pritrditi pritrdilne točke za les. Za vsako ploščo sem uporabil dva kosa na nasprotnih robovih kocke. Izbral sem poseben vzorec, da noben kos ne bi oviral pokrova, zato mi ni treba namestiti dveh kosov na isti rob. To lahko storite na kakršen koli način, če le rob, na katerem bo elektromagnet zaklenjen, tega nima.

Na tej točki sem vzel tudi brusilno orodje s pritrjeno jekleno krtačo za čiščenje jekla. Na palicah je bilo nekaj zarjavelih madežev in ugotovil sem, da so jim dali lep videz.

Za dokončanje gradnje jeklenega okvirja moramo povezati le dva kvadrata, ki jih imamo zdaj. Najlažji način je, da jih postavite pokonci na ravno površino in med njimi položite dve cevi velikosti 26 cm. Dodaten par rok bo zelo koristen, ko jih pritisnete. To zvarimo skupaj in ponovimo za drugo stran.

Če je šlo vse v redu, bi moral biti jekleni okvir že narejen!

3. korak: Gradnja skrinje - strani in pokrov

Za dokončanje skrinje moramo ob straneh dodati lesene obloge. ne pozabite, da bo elektronika skrita v pokrovu, zato boste potrebovali malo več plošče kot le 6 kosov 26x26 cm. V trgovini DIY so imeli 122x61cm, kar je bilo popolno. Odločil sem se za nekoliko tanjši les, kot sem sprva nameraval, vendar je na koncu izgledal bolje, kot bi bil debelejši les. Ko je jeklena cev široka 2 cm, ima zaobljene vogale in nosilec je širok 4 mm, vam ostane približno 10 mm za ploščo, hkrati pa ohranite dober videz. Plošče, ki sem jih našel, so bile debele 9 mm, kar je bilo popolno.

Plošče razrežite na šest plošč velikosti 26 x 26 cm. Če je vaš zvar nekoliko velik, boste morali odrezati vogale. Ko imate plošče, jih položite v okvir. Primerno je označiti, kamor gre. Sredi lesa označite mesto, kjer bosta dve luknji. Les postavite v okvir na ustrezno mesto in izvrtajte luknjo za vijak. Naokrog sem imel vijake M6, vendar je vsak vijak dober. Večji vijaki bi lahko dali drznejši videz, a tudi M3 ga lahko odlično drži skupaj. Pazite, da vijaki niso predolgi, saj bodo štrleli v okvir. Tukaj boste položili svoje stvari, zato bo, ko bodo štrleli dolgi vijaki, to nekoliko neprijetno. Če ste uporabili popolnoma enake dimenzije materiala kot jaz, bi moral biti cilj 20 mm vijak. Ko so luknje izvrtane, lahko pritrdite plošče, vendar počakajte, da kaj pritrdite, preden je pokrov končan, ne boste se želeli zakleniti!

Za pokrov začnemo z eno od plošč, ki smo jih izrezali za stranice. Ideja je, da pokrov postane ohišje za elektroniko. V trgovini DIY sem našel tudi kos lesa velikosti 22x30 mm, ki bi bil popoln daljinec. Ponuja tri centimetre, kamor lahko skrijete elektriko. Preden jih lepimo na pokrov, moramo v lesu narediti luknje. Vse so okrogle luknje, razen tiste za zaslon. Za okrogle uporabite vrtalnik. Za referenco velikosti uporabite shemo na zgornjih slikah. Za prikaz lahko uporabite električno sestavljanko ali rezkalni stroj, če želite biti natančnejši. Ko so vse luknje izrezane in izvrtane, lahko lesene kose lepite na straneh plošče v pokončnem položaju! Prav tako bodite previdni, da se vaš elektromagnetni prostor še vedno prilega v preostali prostor. Ko je vse zlepljeno, naredite natančne meritve in izrežite še eno ploščo lesa na te dimenzije. Že ga boste želeli priviti na dno lesenih distančnikov, tako da lahko odrežete vogale, poravnane z vogalom plošče, s katero ste začeli.

Zdaj moramo narediti gumbe za senzor tlaka in gumb za ukrepanje. Dejanski gumb želimo skriti pred uporabnikom, zato ga bomo namestili pod pokrov, v predalu za elektroniko. Preprosto sem izrezal nekaj majhnih kosov lesa iz preostale vezane plošče, da bi služil kot distančniki. Potisnite gumb na tiskano vezje in ga privijte na lesene kose, ki so prilepljeni na spodnjo stran pokrova, pri tem pazite, da bo gumb prišel točno na sredino luknje. Senzor tlaka je nekoliko drugačen. V ta namen uporabite tudi dve distančniki, prilepljeni na pokrov, vendar vzemite tretji kos, da naredite most čez luknjo. Senzor prilepite točno na sredino luknje.

Če želite upravljati gumbe skozi pokrov, bi bilo idealno nekaj natisniti 3D. Žal za to nisem imel časa, zato sem improviziral. Lahko naredite, kar želite, vendar namig je, da morate nekaj preprečiti, da bi gumb padel na obeh straneh. Uporabil sem skrajšane vijake z matico, prepolovljeno na enem koncu, in jo zakril z nečim, kar sem našel naokoli.

Naslednja stvar, ki jo morate namestiti, je elektromagnet. Vsak solenoid je nekoliko drugačen, vendar je najlažji način za namestitev večine solenoidov tako, da les položite med opeko in pokrov, dokler natančno ne zdrsne za okvir, pa tudi dovolj daleč, da se lesa ne dotakne, ko je podaljšen. Zame je bilo to 6 mm. Nato sem moral kasneje spet zmleti nekaj jekla, ker na koncu še vedno ni bilo dovolj daleč. Verjetno bi moral imeti približno 7 ali 8 mm.

Pokrov je zdaj večinoma narejen in le elektroniko je treba dodati. To je pravi trenutek, da pokrov najprej pritrdite na okvir. Poskusite dobiti nekaj majhnih tečajev v lokalni trgovini, ti ne smejo biti večji od jeklenih cevi (~ 18 mm)! Odvisno od velikosti in kakovosti teh tečajev lahko uporabite dva ali tri. Označite njihov položaj na okvirju in na pokrovu. Zdaj vzemite dodaten par rok, ki bosta držala pokrov na mestu, medtem ko boste označevali, kje izvrtati luknje. Luknje v jekleni cevi morajo biti z navojem, tako da lahko samo privijete vijak, ne da bi morali skrbeti, kako ga pritrditi. Ko so tečaji pritrjeni na okvir, vrnite te dodatne roke in privijte pokrov na tečajih z nekaj majhnimi vijaki. Ker morate pozneje znova delati na pokrovu, lahko počakate tudi s tem korakom, da se vse konča.

Zdaj smo pripravljeni delati na elektroniki!

4. korak: Elektronika

Vezje je sestavljeno iz petih ločenih vezij. Večina teh je precej preprostih: preprost LED z uporom ali potisnim gumbom, povezanim z zatičem Arduino. Dva bolj zapletena vezja sta tista, ki poganjata zaslon in zaklepanje solenoida.

Zaslon ima 15 ločenih zatičev, ki jih je treba poganjati. Osnovni Arduino lahko vozi največ 19 zatičev. Za preostanek oblikovanja sem potreboval še 5 zatičev, zato mi je zmanjkalo. Rešitev sem našel v uporabi I/C -razširjevalnika ICP, MCP23017. V kombinaciji s knjižnico Adafruit za to napravo je zelo preprosta za uporabo. Del vezja, ki je priključen na pin GPA0, se uporablja za izmenjavo med dvema skupnima anodoma zaslona HDSP-A22C. Ko je visoko, poganja znak 1, ko pa je nizko, vodi znak 2. Slaba stran uporabe tega razširitelja je, da zapiše v izhodne zatiče takoj, ko je zapisan bajt. To je povzročilo duhove. Žal tega nisem mogel rešiti s strojno opremo, zato sem s programsko opremo izognil težavi.

Ker elektromagnet, ki sem ga uporabil, poganja 12V (za kar lahko uporabite kateri koli 12V napajalnik, ga priključite na Arduino in vanj spajkate žico), sem potreboval ojačevalno vezje (Darlington), da ga poganjam z Arduino zatičem. Prav tako ne pozabite na diodo za dušenje največjih tokov, ki jih povzročajo elektromagnetni magneti!

Pri spajkanju vezij ne pozabite, kam jih boste postavili. Okrog vseh desk sem obdržal majhno obrobo, da sem jih lahko privijal na nekaj distančnikov (ostanke s stranskih plošč), prilepljenih na pokrov. Za svetleče diode lahko žico z uporom spajkate neposredno na LED in uporabite toplotno skrčljive cevi, da jo pokrijete in zagotovite, da se ne zlomi. Uporabite vroče lepilo, da se vse žice, ki so spajane neposredno na ploščo, ne zlomijo.

Ko je vse spajkano, je čas, da vse povežete! Za razširitev tirnic 5V in GND sem dobil nekaj ženskih glav, zato mi ni treba vse skupaj spajkati, zato lahko enostavno odklopim ali zamenjam nekaj, če se pokvari. Če ste za stranice pokrova uporabili podoben kos lesa, bom opazil, da ni več prostora za priključitev na Arduino. Najpreprostejša rešitev tega je, da nožice le upognete pod kotom 90 stopinj in jih tako priklopite.

Zadnji del je najpreprostejši in to je nalaganje kode.

5. korak: Koda

Vsa koda je bila narejena z uporabo PlatformIO. Če tega ne poznate, ga lahko preprosto kopirate in prilepite v skico Arduino. Če ste, lahko preprosto prenesete program in ga naložite v svoj Arduino. Kodo najdete na mojem Githubu. Oglejte si razdelek s konfiguracijo programa in po potrebi spremenite vrednosti (še posebej zanimivi so zatiči in kombinacija). Privzeta kombinacija je 43 - 50 - 99.

Korak 6: Zaključni dotiki

Ko je vse narejeno in nameščeno in začne delovati, smo pripravljeni dodati še zadnje podrobnosti, ki bodo omogočile vse, da deluje.

Da preprečite, da bi pokrov padel skozi okvir, lahko na stran pokrova namestite dve blokirajoči plošči. Uporabil sem jekleno palico 25x4 mm, ki sem jo našel, jo narezal na kose približno 8 cm, v njih sem izvrtal luknje in jih privijal na pokrov.

Pokrov sem dodal še ročaj - zelo uporaben, če ga kdaj želite odpreti. Moral sem izvrtati globoko v stranice pokrova, da sem ga namestil, vendar se je izkazalo za čudovito.

Drug pomemben dotik je dodati majhen akord, da preprečite, da bi pokrov padel preveč nazaj in poškodoval tečaje. Moja rešitev je bila, da sem uporabil vijačne kljuke na pokrovu in na notranji strani skrinje, kamor sem lahko pritrdil akord.

Če želite dobiti moč v pokrovu, izvrtajte majhno luknjo na enem od robov in jo razžagajte z vrha. Privijte vijak na drugi rob in privijte akord na vijak, da preprečite, da bi nekdo pomotoma izvlekel napajalni kabel in vas za vedno zaklenil iz skrinje.

Končno ste morda opazili, da pokrova še ne morete zapreti. To je zato, ker so na poti orehi. Tukaj le odrežite malo lesa, da naredite prostor za te oreščke.

In to je to! Tako lahko sami reproducirate digitalno skrinjo zakladov! Pri uporabi nevarnega električnega orodja ne pozabite nositi ustrezne zaščitne opreme!