Направете курс: Самотната лодка: 11 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Тази инструкция е създадена в изпълнение на проектните изисквания на Makecourse в Университета на Южна Флорида (www.makecourse.com).

Ново за Arduino, 3D печат и компютърно проектиран дизайн (CAD)? Този проект е чудесен начин да научите всички основи зад тези теми и предлага място за вашето творчество, за да го направите свой собствен! Той разполага с много CAD моделиране за структурата на лодката, въведение в автономните системи и въвежда концепцията за хидроизолационни 3D отпечатъци!

Стъпка 1: Списък на материалите

За да започнете проекта, първо трябва да знаете с какво ще работите! Ето материалите, които трябва да имате, преди да започнете:

• 1x микроконтролер Arduino Uno R3 и USB кабел (Amazon Link)
• 1x контролер на двигателя L298N (Amazon Link)
• 4x (2 са резервни) DC двигатели 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 стъпкови двигатели и модули ULN2003 (Amazon Link)
• 1x Преносимо зарядно за телефон за захранване (Ето това, което използвах, все пак е малко голямо. Можете да използвате друго, ако предпочитате: Amazon Link)
• 1x ултразвуков сензор HCSR04 (Тази връзка има няколко екстри, добавени с някои джъмперни проводници: Amazon Link)
• 3x опаковки от джъмперни проводници (мъжки-женски, мъжки-мъжки, женски-женски. Amazon Link)
• 1x кутия с гъвкаво уплътнение (16 унции, Amazon Link)
• 1x лента на художника (Amazon Link)
• 1x фина шкурка (около 300 е добра)
• Няколко пръчици и четки за нанасяне на гъвкаво уплътнение

• Достъп до 3D печат. (Ето сравнително евтин и ефективен 3D принтер - Amazon Link)

  • Червена нишка за 3D печат (Amazon Link
  • Черна нишка за 3D печат (Amazon Link)

Чувствайте се свободни да добавите материали, които измислите за вашата версия на проекта!

Стъпка 2: 3D-отпечатани части и дизайн

Първата част от този проект е създаването на механична система, в която да работи. Това ще включва много части, включително корпуса, капака, лопатките, осите за двигателите към лопатките, стойката за сензора и оста, върху която стойката на сензора седи.

Компонентите са проектирани в SolidWorks и са събрани в сглобка. Всички файлове с части и сборката са поставени в zip файл, който може да бъде намерен в края на тази стъпка. Имайте предвид, че SolidWorks не е единственият CAD софтуер, който можете да използвате, тъй като много програми като Inventor и Fusion360 могат да се използват за CAD. Можете да импортирате части от SolidWorks в тях.

Важно е да се отбележи, че осите, които държат лопатките, са концентрични с отворите на корпуса, за да се предотврати огъването на оста и излизането й направо от лодката.

Всичко по този проект е 3D отпечатано (с изключение на електрическите компоненти), така че размерите са важни. Дадох допуски от около 0,01 инча на части, за да се уверя, че всичко си подхожда (нещо като свободно прилягане). Имаше по -малка толерантност към осите, които отиват към двигателя, така че те могат да прилепват плътно. Лопатките са плътно прикрепени към оста, така че когато моторите са включени, лопатките се движат и задвижват лодката.

Когато разглеждате CAD, ще забележите платформи за електрически компоненти. Това е за компонентите да "изскочат" в своята платформа, за да им попречат да се движат.

Най -големите отпечатъци са корпусът и капакът, така че не забравяйте да имате това предвид при проектирането. Може да се наложи да го разделите на части, тъй като би било твърде голямо за отпечатване наведнъж.

Стъпка 3: Контролна верига

Тук ще обсъдим електрическата верига, която управлява лодката. Имам схема от Fritzing, която е полезен софтуер, който можете да изтеглите тук. Той помага при създаването на електрически схеми.

Не всички компоненти, използвани в този проект, са във Fritzing, така че те се заменят. Черният фотосензор представлява HCSR04 сензор, а малкият полумост е контролерът на двигателя L298N.

HCSR04 и L298N са свързани към захранващите релси на макета, които от своя страна са свързани към захранващата страна на Arduino (на 5V и заземяващи щифтове). Ехото и тригерните щифтове на HCSR04 отиват съответно на пинове 12 и 13 на Arduino.

Разреждащите щифтове (които контролират скоростта) за L298 са свързани към щифтове 10 и 11 (Активиране на A/мотор A) и 5 и 6 (ENB/мотор B). Захранването и заземяването на двигателите след това се свързват към портовете на L298N.

Разбира се, Arduino ще получава захранване от нашето преносимо зарядно за телефон. Когато веригата е включена, двигателите се настройват на максимална скорост в посока, продиктувана от нашия сензор за близост. Това ще бъде обхванато в кодиращата част. Това ще премести лодката.

Стъпка 4: Arduino код

Сега стигаме до онова, което кара този проект да работи: кода! Прикачих zip файл, съдържащ кода за този проект, който може да бъде намерен в края на тази стъпка. Изцяло е коментирано, за да разгледате!

- Кодът, написан за Arduino, е написан в програма, известна като интегрирана среда за разработка на Arduino (IDE). Това е нещо, което трябва да изтеглите от официалния уебсайт на Arduino, който можете да намерите тук. IDE е написана на езиците за програмиране на C/C ++.

Кодът, написан и запазен чрез IDE, е известен като скица. Включени в скици и файлове на класове и библиотеки, които можете да включите от онлайн или тези, които сте създали сами. Подробни обяснения за това и как да програмирате в Arduino можете да намерите тук.

- Както се вижда в началото на тази стъпка, имам видеоклип в YouTube, който разглежда основната скица на проекта, можете да го проверите тук! Това ще премине през основната скица и нейните функции.

- Сега ще разгледам накратко библиотеката, която създадох за управление на сензора за близост. Библиотеката улеснява получаването на данни от сензора с по -малко редове код в основната ми скица.

. H файлът (HCSR04.h) е това, което изброява функциите и променливите, които ще използваме в тази библиотека, и определя кой може да има достъп до тях. Започваме с конструктор, който е ред код, който дефинира обект (в нашия случай "HCSR04ProxSensor", който използваме), който съдържа стойности, които въвеждаме в скобите. Тези стойности ще бъдат ехото и тригерните щифтове, които използваме, които ще бъдат обвързани със създадения от нас сензорен обект (който може да бъде кръстен както ни харесва, като включим „HCSR04ProxSensor NameOfOurObject“). Нещата в рамките на „публичното“определение могат да бъдат достъпни от всичко, както в библиотеката, така и извън нея (като нашата основна скица). Тук ще изброим нашите функции, които наричаме в основната скица. В "частно" съхраняваме променливите, които карат библиотеката да работи. Тези променливи могат да се използват само от функциите в нашата библиотека. По същество това е начин нашите функции да следят какви променливи и стойности са свързани с всеки сензорен обект, който създаваме.

Сега преминаваме към файла "HCSR04.cpp". Тук всъщност определяме нашите функции и променливи и начина им на работа. Подобно е, ако пишете кода в основната си скица. Обърнете внимание, че функциите трябва да бъдат посочени за това, което те връщат. За "readSensor ()", той ще върне число (като поплавък), затова дефинираме маркирането на функцията с "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". Имайте предвид, че трябва да включим "HCSR04ProxSensor::", името на обекта, свързан с тази функция. Ние дефинираме нашите щифтове с помощта на нашия конструктор, намираме разстоянието на обект с помощта на функцията "readSensor ()" и получаваме последната ни стойност за четене с функцията "getLastValue ()".

Стъпка 5: 3D-печат на всички части и монтаж

След като двете части на корпуса бъдат отпечатани, можете да ги залепите с лента за художници. Това трябва да го държи заедно. След това можете да сглобите всички останали части както обикновено въз основа на нашия CAD дизайн.

3D принтерите работят с g-код, който можете да получите, като използвате софтуера за нарязване, който се доставя с принтера. Този софтуер ще вземе.stl файл (от част, която сте създали в CAD) и ще го преобразува в код за четене от принтера (разширението за този файл варира между принтерите). Популярните резачки за 3D печат включват Cura, FlashPrint и други!

При 3D отпечатването е важно да знаете, че отнема много време, така че не забравяйте да планирате съответно. За да избегнете дълго време за печат и по -тежки части, можете да печатате с пълнеж от около 10%. Обърнете внимание, че по -голямото запълване ще помогне срещу нахлуване на вода в отпечатъка, тъй като ще има по -малко пори, но това също ще направи частите по -тежки и ще отнеме повече време.

Почти всички 3D отпечатъци не са подходящи за вода, така че трябва да ги хидроизолираме. В този проект избрах да приложа Flex Seal, тъй като е доста прост и работи изключително добре, за да предпази водата от отпечатъка.

Стъпка 6: Хидроизолация на печата

Хидроизолацията на този печат е важна, тъй като не искате скъпата ви електроника да бъде повредена!

За начало ще шлайфаме външната и долната част на корпуса. Това е за да се създадат канали, в които гъвкавото уплътнение да проникне, осигурявайки по -добра защита. Можете да използвате фина шкурка с висока зърненост. Внимавайте да не шлайфате прекалено много, няколко удара трябва да са наред.

Стъпка 7: Шлайфане на корпуса

Ще знаете кога да спрете, когато видите, че белите линии започват да се появяват.

Стъпка 8: Нанесете Flex Seal

Можете да използвате пръчка или четка за плодове, за да приложите гъвкавото уплътнение. Не пропускайте никакви петна и бъдете задълбочени. Можете просто да потопите инструмента си в отворената кутия и да го разтриете върху корпуса.

Стъпка 9: Оставете гъвкавото уплътнение да седне

Сега чакаме! Обикновено отнема около 3 часа, докато гъвкавото уплътнение изсъхне доста, но бих го оставил да престои 24 часа, за да съм сигурен. Можете да нанесете друг слой гъвкаво уплътнение, след като приключи сушенето, за да защитите корпуса още повече, но това е малко пресилено (1 слой ми се отрази чудесно).

Стъпка 10: Сглобяване и тестване

Сега, когато гъвкавото уплътнение е завършило изсъхването, бих препоръчал да тествате корпуса във вода, преди да добавите електрическите компоненти (ако корпусът НЕ е водоустойчив, това може да доведе до проблеми за вашия Arduino!). Просто го занесете в мивката или басейна си и вижте дали лодката може да плава повече от 5 минути без никакви течове.

След като се уверим, че корпусът ни е водоустойчив, можем да започнем да добавяме всички наши части! Уверете се, че сте свързали правилно Arduino, L298N и останалите компоненти към правилните им щифтове.

За да прикача проводниците към DC двигателите, запоявах мъжки проводници към проводниците на двигателя, за да се уверя, че остават включени. Запояването също е полезно, за да сте сигурни, че всичките ви връзки са сигурни или ако трябва да направите по -дълъг проводник. Ако никога досега не сте запоявали, можете да научите повече за това тук!

След като всичко е заедно, поставете всички компоненти в корпуса и направете малко тестване! Ще искате да проверите дали сензорът работи по предназначение, като прочетете стойностите на разстоянието на серийния монитор, проверете дали двигателите се въртят правилно и други подобни.

Стъпка 11: Краен продукт

И сега сте готови! Проверете за грешки при тест драйв (тествайте лодката и корпуса преди да приложите електроника) и сте готови!