Makecourse: Perahu Lonely: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Instruksional ini dibuat untuk memenuhi keperluan projek Makecourse di University of South Florida (www.makecourse.com).

Baru dengan reka bentuk Arduino, percetakan 3D, dan bantuan komputer (CAD)? Projek ini adalah kaedah terbaik untuk mempelajari semua asas di sebalik topik ini dan menawarkan ruang untuk kreativiti anda menjadikannya sendiri! Ia menampilkan banyak pemodelan CAD untuk struktur kapal, pengenalan sistem autonomi, dan memperkenalkan konsep cetakan 3D kalis air!

Langkah 1: Senarai Bahan

Untuk memulakan projek, pertama anda harus tahu apa yang akan anda bekerjasama! Berikut adalah bahan yang harus anda miliki sebelum memulakan:

• 1x mikrokontroler Arduino Uno R3 dan kabel USB (Amazon Link)
• Pengawal motor 1x L298N (Amazon Link)
• 4x (2 adalah sandaran) Motor DC 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 Motor stepper dan modul ULN2003 (Amazon Link)
• 1x Pengecas telefon bimbit untuk kuasa (Inilah yang saya gunakan, ia agak besar. Anda boleh menggunakan yang lain jika disukai: Amazon Link)
• Sensor HCSR04 Ultrasonik 1x (Pautan ini mempunyai beberapa tambahan yang dilemparkan dengan beberapa wayar pelompat: Amazon Link)
• 3x Bungkus wayar Jumper (Lelaki-wanita, lelaki-lelaki, wanita-wanita. Amazon Link)
• 1x Can of Flex Seal (16 oz, Amazon Link)
• Pita Pelukis 1x (Pautan Amazon)
• 1x Kertas Pasir Fine Grit (sekitar 300 baik)
• Beberapa batang dan berus popsicle untuk menggunakan pelekat flex

• Akses ke percetakan 3D. (Inilah pencetak 3D yang agak murah dan berkesan - Amazon Link)

  • Filamen Merah untuk Percetakan 3D (Amazon Link
  • Filamen Hitam untuk Percetakan 3D (Pautan Amazon)

Jangan ragu untuk menambahkan sebarang bahan yang anda buat untuk versi projek anda!

Langkah 2: Bahagian dan Reka Bentuk Cetakan 3D

Bahagian pertama projek ini adalah membuat sistem mekanikal agar dapat berfungsi. Ini akan merangkumi banyak bahagian, termasuk lambung, penutup, dayung, gandar untuk motor ke dayung, pelekap untuk sensor, dan gandar di mana pemasangan sensor duduk.

Komponennya dirancang dalam SolidWorks dan disatukan ke dalam pemasangan. Semua fail bahagian dan pemasangan telah dimasukkan ke dalam fail zip, yang boleh didapati di akhir langkah ini. Perhatikan bahawa SolidWorks bukan satu-satunya perisian CAD yang boleh anda gunakan, kerana banyak program seperti Inventor dan Fusion360 dapat digunakan untuk CAD. Anda boleh mengimport bahagian SolidWorks ke dalamnya.

Penting untuk diperhatikan bahawa gandar yang memegang dayung adalah sepusat dengan lubang di lambung untuk mengelakkan membongkok gandar dan membuatnya terus keluar dari kapal.

Semua yang ada di projek ini dicetak 3D (tidak termasuk komponen elektrik), jadi dimensi adalah penting. Saya memberikan toleransi sekitar 0,01 inci pada bahagian, untuk memastikan semuanya sesuai (agak seperti longgar). Tidak ada toleransi terhadap gandar yang menuju ke motor sehingga dapat dipasang dengan baik. Dayung dipasang rapat ke gandar sehingga ketika motor dihidupkan, dayung bergerak dan mendorong perahu.

Semasa melihat CAD, anda akan melihat platform untuk komponen elektrik. Ini adalah untuk komponen "pop" ke platform mereka untuk mengelakkan mereka bergerak.

Cetakan terbesar adalah lambung dan penutup, jadi pastikan untuk selalu mengingatnya semasa merancang. Anda mungkin harus membaginya menjadi beberapa bahagian, kerana terlalu besar untuk dicetak sekaligus.

Langkah 3: Litar Kawalan

Di sini kita akan membincangkan litar elektrik yang mengawal perahu. Saya mempunyai skema dari Fritzing, yang merupakan perisian yang boleh anda muat turun di sini. Ia membantu membuat skema elektrik.

Tidak semua komponen yang digunakan dalam projek ini ada di Fritzing, jadi ia diganti. Fotosensor hitam mewakili sensor HCSR04 dan jambatan separuh kecil adalah pengawal motor L298N.

HCSR04 dan L298N disambungkan ke rel kuasa di papan roti, yang seterusnya disambungkan ke sisi kuasa Arduino (pada pin 5V dan ground). Pin gema dan pencetus HCSR04 masing-masing menuju ke pin 12 dan 13 di Arduino.

Pin aktif (yang mengawal kelajuan) untuk L298 disambungkan ke pin 10 dan 11 (Aktifkan A / Motor A) dan 5 dan 6 (ENB / Motor B). Daya dan landasan motor kemudian disambungkan ke port di L298N.

Arduino tentunya akan mendapat kuasa dari pengecas telefon bimbit kami. Apabila litar dihidupkan, motor diatur pada kelajuan maksimum ke arah yang ditentukan oleh sensor jarak kami. Ini akan dibahas di bahagian pengekodan. Ini akan menggerakkan kapal.

Langkah 4: Kod Arduino

Sekarang kita sampai pada apa yang menjadikan projek ini berfungsi: kodnya! Saya telah melampirkan fail zip yang mengandungi kod untuk projek ini, yang boleh didapati di akhir langkah ini. Ia dikomentari sepenuhnya untuk anda lihat!

- Kod yang ditulis untuk Arduino ditulis dalam program yang dikenali sebagai persekitaran pembangunan bersepadu Arduino (IDE). Ini adalah sesuatu yang harus anda muat turun dari laman web rasmi Arduino, yang boleh didapati di sini. IDE ditulis dalam bahasa pengaturcaraan C / C ++.

Kod yang ditulis dan disimpan melalui IDE dikenali sebagai lakaran. Termasuk dalam sketsa dan fail kelas dan perpustakaan yang boleh anda sertakan dari dalam talian atau yang anda buat sendiri. Penjelasan terperinci mengenai perkara ini dan cara memprogram di Arduino boleh didapati di sini.

- Seperti yang dilihat pada awal langkah ini, saya mempunyai video YouTube mengenai lakaran utama projek, anda boleh melihatnya di sini! Ini akan membahas lakaran utama dan fungsinya.

- Sekarang saya akan melihat perpustakaan yang saya buat untuk mengawal sensor jarak. Perpustakaan memudahkan mendapatkan data dari sensor dengan garis kod yang lebih sedikit dalam lakaran utama saya.

Fail.h (HCSR04.h) adalah senarai fungsi dan pemboleh ubah yang akan kita gunakan di perpustakaan ini dan tentukan siapa yang dapat mengaksesnya. Kita mulakan dengan konstruktor, yang merupakan garis kod yang menentukan objek (dalam kes kita, "HCSR04ProxSensor" yang kita gunakan) yang menyimpan nilai yang kita masukkan dalam kurungan. Nilai-nilai ini akan menjadi pin gema dan pencetus yang kami gunakan, yang akan diikat pada objek sensor yang kami buat (yang boleh dinamakan apa sahaja yang kami suka dengan memasukkan "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). Perkara-perkara dalam definisi "umum" dapat diakses oleh apa sahaja, baik di perpustakaan maupun di luar (seperti lakaran utama kami). Di sinilah kita akan menyenaraikan fungsi kita yang kita sebut dalam lakaran utama. Di "peribadi" kami menyimpan pemboleh ubah yang menjadikan perpustakaan berjalan. Pemboleh ubah ini hanya dapat digunakan oleh fungsi di perpustakaan kami. Ini pada asasnya merupakan cara untuk fungsi kita mengawasi pemboleh ubah dan nilai apa yang berkaitan dengan setiap objek sensor yang kita buat.

Sekarang kita beralih ke fail "HCSR04.cpp". Di sinilah kita sebenarnya menentukan fungsi dan pemboleh ubah kita dan bagaimana ia berfungsi. Sama seperti jika anda menulis kod dalam lakaran utama anda. Perhatikan bahawa fungsi harus ditentukan untuk apa yang dikembalikan. Untuk "readSensor ()", ia akan mengembalikan nombor (sebagai apungan), jadi kami menentukan tanda fungsi dengan "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". Perhatikan bahawa kita mesti memasukkan "HCSR04ProxSensor::", nama objek yang berkaitan dengan fungsi ini. Kami menentukan pin kami menggunakan konstruktor kami, mencari jarak objek menggunakan fungsi "readSensor ()", dan dapatkan nilai pembacaan terakhir kami dengan fungsi "getLastValue ()".

Langkah 5: Cetak 3D Semua Bahagian dan Pemasangan

Setelah kedua-dua kepingan lambung dicetak, anda boleh mengikatnya bersama-sama dengan pita pelukis. Ini mesti digabungkan. Anda kemudian boleh memasang semua bahagian lain seperti biasa berdasarkan reka bentuk CAD kami.

Pencetak 3D dijalankan dengan kod g, yang boleh anda perolehi dengan menggunakan perisian pemotong yang disertakan dengan pencetak. Perisian ini akan mengambil fail.stl (bahagian yang anda buat dalam CAD) dan mengubahnya menjadi kod untuk dibaca oleh pencetak (pelanjutan untuk fail ini berbeza di antara pencetak). Alat pemotong pencetakan 3D yang popular termasuk Cura, FlashPrint, dan banyak lagi!

Semasa mencetak 3D, penting untuk mengetahui bahawa memerlukan banyak masa, jadi pastikan anda merancang dengan sewajarnya. Untuk mengelakkan masa cetak yang panjang dan bahagian yang lebih berat, anda boleh mencetak dengan pengisian sekitar 10%. Perhatikan bahawa pengisian yang lebih tinggi akan membantu air masuk ke cetakan, kerana liang pori akan lebih sedikit, tetapi ini juga akan menjadikan bahagian-bahagiannya lebih berat dan memakan masa lebih lama.

Mengenai semua cetakan 3D tidak sesuai untuk air, jadi kita perlu kalis air. Dalam projek ini, saya memilih menggunakan Flex Seal, kerana ia cukup mudah dan berfungsi dengan baik untuk memastikan air tidak dicetak.

Langkah 6: Melengkapkan Cetakan

Kalis air cetakan ini penting, kerana anda tidak mahu barang elektronik anda rosak!

Untuk memulakan, kita akan pasir bahagian luar dan bawah lambung. Ini untuk membuat alur agar segel fleksibel dapat meresap ke dalam, memberikan perlindungan yang lebih baik. Anda boleh menggunakan sedikit kertas pasir halus / halus. Hati-hati agar tidak terlalu banyak pasir, beberapa pukulan tidak boleh dilakukan.

Langkah 7: Mengamplak Kapal

Anda akan tahu bila harus berhenti apabila anda melihat garis putih mula muncul.

Langkah 8: Sapukan Flex Seal

Anda boleh menggunakan tongkat atau berus popsicle untuk melekatkan meterai lentur. Pastikan tidak terlepas tempat dan teliti. Anda hanya boleh memasukkan alat anda ke dalam kaleng terbuka dan menggosoknya ke badan kapal.

Langkah 9: Biarkan Flex Seal Duduk

Sekarang kita tunggu! Biasanya, diperlukan sekitar 3 jam agar meterai flex agak kering, tetapi saya membiarkannya selama 24 jam untuk memastikannya. Anda boleh menggunakan lapisan pelekat lain setelah selesai mengeringkan untuk melindungi lambung lebih banyak lagi, tetapi ini sedikit berlebihan (1 lapisan sangat sesuai untuk saya).

Langkah 10: Pemasangan dan Pengujian

Setelah meterai lentur selesai dikeringkan, saya akan mengesyorkan menguji lambung di dalam air sebelum menambahkan komponen elektrik (jika lambung TIDAK kalis air, itu boleh menimbulkan masalah bagi Arduino anda!). Bawa saja ke sink atau kolam anda dan lihat apakah kapal boleh terapung selama lebih dari 5 minit tanpa kebocoran.

Setelah memastikan lambung kami kalis air, kami dapat mula menambahkan semua bahagian kami! Pastikan memasang Arduino, L298N, dan komponen yang lain dengan betul ke pin yang betul.

Untuk mendapatkan wayar yang sesuai dengan motor DC, saya menyolder wayar lelaki ke plumbum motor untuk memastikannya tetap hidup. Pematerian juga berguna untuk memastikan semua sambungan anda selamat atau jika anda perlu membuat wayar yang lebih panjang. Sekiranya anda tidak pernah menyolder sebelum ini, anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenainya di sini!

Setelah semuanya bersatu, letakkan semua komponen ke dalam lambung dan lakukan ujian! Anda pasti ingin memeriksa sensor berfungsi seperti yang dimaksudkan dengan membaca nilai jarak pada monitor bersiri, periksa motor berputar dengan betul, seperti itu.

Langkah 11: Produk Akhir

Dan sekarang anda sudah selesai! Periksa sebarang kesilapan dalam pemacu ujian (ujian mengapung kapal dan lambung sebelum menggunakan elektronik) dan anda sudah bersedia!