Sat riječi kontroliran sa 114 servo upravljača: 14 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Fusion 360 projekti »

Što ima 114 LED dioda i uvijek radi? Kao što možda znate, odgovor je sat riječi. Što ima 114 LED dioda + 114 servo i uvijek se kreće? Odgovor je ovaj servo upravljani sat riječi.

Za ovaj projekt udružio sam se sa svojim prijateljem što se pokazalo neophodnim zbog velikog napora ove izgradnje. Osim toga, moja elektronička i njegova mehanička vještina prilično su se međusobno nadopunjavale. Ideja za ovu adaptaciju popularnog sata sa riječima došla nam je dok smo izrađivali običan kao božićni dar. Tamo smo primijetili da je također moguće projicirati slova sa stražnje strane na bijeli list papira. U to vrijeme ovo je bilo samo zaobilazno rješenje kako bismo sakrili svoju lošu vještinu jer smo završili s mnoštvom mjehurića dok smo na stražnju stranu staklene ploče pričvršćivali vinilnu naljepnicu sa slovima. Tada smo primijetili da se prilikom savijanja lista papira mogu postići zanimljivi učinci jer slova mijenjaju veličinu i postaju zamagljena. To nas je dovelo do ideje da napravimo sat za riječi u kojem se slova projiciraju sa stražnje strane na zaslon i mogu se pomicati naprijed -natrag kako bi se promijenila veličina projicirane slike. U početku smo bili malo neskloni izgradnji ovog projekta zbog troškova i truda koji su potrebni kada želite premjestiti svako od 114 slova pojedinačno. Stoga smo se bacili na ideju da napravimo verziju u kojoj se svaka riječ koja se koristi za prikaz vremena može pomicati naprijed -natrag. Međutim, nakon što smo vidjeli da se Epilog natječaj sprema na Instructables -u koji traže epske projekte, a također i nakon što smo pronašli relativno jeftine servo motore, odlučili smo otići do kraja i napraviti odgovarajuću verziju u kojoj svako slovo pojedinačno kontrolira servo.

PAŽNJA: Ovo nije jednodnevna gradnja!

Da biste dobili ideju o naporima koji su uključeni u ovaj projekt, razmotrite sljedeće brojeve. Gotov sat sadrži

• 798 pojedinačnih 3D ispisanih modela (ukupno vrijeme ispisa ~ 200 sati)
• ~ 600 vijaka + ~ 250 matica i podloške
• ~ 500 žica (ukupne duljine ~ 50 m). Ne računajući žice koje su već bile spojene na servomotore.

Korak 1: Dizajn

Sat je dizajniran s Autodesk Fusion 360 i Inventor. Kao što vidite, sat se sastoji od 114 poštanskih sandučića koje pokreću linearni aktuatori koji se pak pokreću servo motorima. Svaki poštanski sandučić sadrži LED diodu koja projicira slovo na stražnju stranu ekrana od bijele PVC folije. Sve komponente smještene su u drveni okvir.

Korak 2: Prikupljanje materijala

Elektroničke komponente

114x mikro servo motori SG90 (ebay.de)

Iako su servo pogoni bili označeni imenom popularne marke "Tower Pro", zasigurno su jeftiniji. No, budući da je cijena početnog iznosa oko 1 EUR u usporedbi s 3 EUR za original, to cijeli projekt čini pristupačnijim. Očigledno, udarci također crpe manje struje (naravno, to podrazumijeva i manji okretni moment) što je olakšalo pronalaženje odgovarajućeg izvora napajanja za cijeli projekt.

• 5 m WS2812B LED traka, 60 LED/m (ebay.de)
• 8x 16 -kanalni PWM servo upravljački program PCA9685 (ebay.de)
• DS3231 RTC modul (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• VS1838B IC prijemnik + daljinski upravljač (ebay.de)
• Napajanje od 5 V, 10 A (ebay.de)
• 20x 15 cm servo produžni kabel (ebay.de)
• kabel DC utičnica na golu žicu (conrad.de)
• Otpor 300-500 ohma
• 1000 µF kondenzator (> 5 V)

Materijali za izradu okvira

• drvene letvice

  • 2 kom 40 x 10 x 497 mm
  • 2 kom 12 x 12 x 461 mm
  • 2 kom 12 x 12 x 20 mm

• multipleks

  • 2 kom 12 x 77 x 481 mm
  • 2 kom 12 x 84 x 489 mm
• bijela PVC folija (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• 500 x 500 mm HDF ploča, debljine 3 mm

Vijci, kabeli itd

• 228x M2 vijci, 8 mm dugi + podloške + šesterostrane matice
• 228x samoreznih vijaka M2.2, duljine 6,5 mm
• razni vijci za drvo
• 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG) žice

Osim toga, za ovaj je projekt bila potrebna opsežna količina 3D ispisa i lemljenja. Stražnja ploča izrađena je laserskim rezanjem. Okvir je izrađen kružnom pilom, ubodnom pilom i bušilicom. Kao i za svaki pristojan projekt, koristili smo i puno vrućeg ljepila, također malo epoksidnog i plastičnog ljepila.

Ukupni troškovi za ovaj projekt iznosili su oko 350 EUR.

Korak 3: 3D ispisane komponente

Kutije za pisma

Svaki poštanski sandučić sastoji se od 3D tiskanog omota koji djeluje kao maska sjene i osnovne ploče na koju će biti pričvršćena LED dioda. Osnovna ploča uključuje četiri igle za tiple za lakše poravnavanje na aktuator i šest rupa za provlačenje kroz LED kabele. Ukupno to čini 228 modela koji su svi ispisani iz crnog PLA (Formfutura EasyFill PLA) s visinom sloja 0,4 mm. Ukupno vrijeme ispisa na mom Anycubic Kossel Linear Plus bilo je oko 23 sata za omote slova i 10 sati za osnovne ploče. Sve stl datoteke mogu se pronaći u priloženoj zip datoteci.

Pokretači

Dizajn pogona adaptiran je iz Linearnog servo ekstendera od strane Rogera Rabbita, što nam je jako pomoglo. Budući da se dijelovi čvrsto uklapaju, trebali bi se ispisati na pristojnom 3D pisaču. Mala visina sloja nije toliko važna (0,2 mm je u redu) kao mali promjer mlaznice (preporučujemo 0,4 mm). Dijelove treba ispisati u prikazanoj orijentaciji. Svaki pokretač sastoji se od 5 zasebnih dijelova, budući da nam je trebalo 114 pokretača, to znači ukupno 570 dijelova (!). Za ispis smo koristili kombiniranu snagu nekoliko profesionalnih 3D pisača (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Ipak, imali smo puno neuspjelih otisaka na dijelovima i uključio sam neke slike za vašu zabavu. Ukupno vrijeme ispisa bilo je oko 150 sati (!). Opet se stl datoteke mogu pronaći u priloženoj zip datoteci.

Korak 4: Konstrukcija okvira

Okvir je izrađen od drvenih letvica i multipleks ploče. Dijelovi su izrezani kružnom pilom i ubodnom pilom, a zatim fiksirani zajedno pomoću ljepila za drvo i vijaka za drvo. Gornji i donji poklopac također su umrljani kako bi dobili ljepši izgled. Detaljan opis dijelova, uključujući sve dimenzije, nalazi se u priloženim crtežima.

Korak 5: Sastavljanje poštanskih kutija

Sastavljanje poštanskih sandučića bilo je puno posla i trajalo je jako dugo, osobito lemljenje. To je zato što se svaki vaš korak mora ponoviti 114 puta.

1. Izrežite 114 pojedinačnih komada s LED trake
2. Kositite sve LED jastučiće
3. Priključite svaku LED diodu na 3D tiskanu zadnju ploču poštanskog sandučića. LED dioda mora biti centrirana. Također smo ga učvrstili vrućim ljepilom.
4. Zatim smo pripremili žice 3x114 = 442, tj. Rezanje po dužini, skidanje krajeva i kalajisanje. Duljina svake žice bila je 10 cm svaka, osim žica koje spajaju posljednje slovo s točkama koje moraju biti duže (~ 25 cm). Također žice spojene na prvo slovo koje će biti spojene na arduino i napajanje trebaju biti duže.
5. LED diode za lanac pomoću žica. Žice se provlače kroz rupe na 3D tiskanoj stražnjoj ploči svakog poštanskog sandučića.
6. Prednji poklopac poštanskog sandučića pričvršćen je ljepilom
7. Dijelove linearnog stalka za aktuator potrebno je zalijepiti
8. Linearni stalak pričvršćuje se na stražnju stranu sandučića pomoću ljepila

Korak 6: Sastavljanje aktuatora

Ponovno sastavljanje pokretača bilo je vrlo dosadan postupak koji je trajao dugo.

1. Pričvrstite servo na kućište s 3D printom pomoću priloženih vijaka
2. Okrugli zupčanik pričvršćen je na servo pomoću priloženog plastičnog križa, ali prvo je križ potrebno izrezati kako bi se oblikovao i pričvrstiti na zupčanik pomoću epoksida.
3. Pričvrstite zupčanik na servo pomoću priloženog vijka
4. Prije umetanja linearnog stalka svaki servo je postavljen na nulu u isti položaj
5. Umetanje linearnog stalka s poštanskim sandučićem
6. Umetanje dva M2 imbus matice u 3D ispisano kućište koje će se kasnije koristiti za pričvršćivanje na stražnju ploču
7. Zatvorite kućište s 3D ispisanim poklopcem pomoću samoreznih vijaka M2.2

Na kraju smo završili s velikim zbrkanim lančanim pogonima kako je prikazano na gornjoj slici

Korak 7: Izrada stražnje ploče

Stražnja ploča je laserski izrezana iz HDF drva debljine 3 mm pomoću laserskog rezača CO2 iz našeg lokalnog proizvođača. U početku smo isprobavali šperploču, ali pokazalo se da je previše krhka da podrži težinu svih komponenti. U ovom slučaju bilo bi još bolje koristiti aluminij, ali naravno da je skuplji i ne može se rezati CO2 laserom. Priložena je dxf datoteka za stražnju ploču.

Korak 8: Pričvrstite komponente na stražnju ploču i ožičenje

Isprva bi ploče PCA9685 trebale biti pričvršćene na stražnju ploču pomoću odstupanja od PCB -a. Tada se Arduino nano i RTC modul mogu postaviti kao što je prikazano na gornjoj slici. Za posljednja dva upotrijebili smo 3D tiskane držače pričvršćene vrućim ljepilom. Komponente su spojene kako je prikazano na shemi ožičenja. Imajte na umu da je najbolje napajati svaki PCA9685 zasebno putem priključnog bloka. U početku smo tratinčicom lancem povezivali i V+ i GND konektore te povezivali samo terminalni blok prve ploče (kao što je predloženo na stranici adafruit), međutim, u ovom slučaju sva struja prolazi kroz prvu ploču i na kraju smo spalili MOSFET strujnog kruga za vožnju unatrag. U privitku je i tablica koja prikazuje kabele servomotora. Produžni kabeli za servo pogone gdje se koriste kad god je potrebno. Imajte na umu da svakom PCA9685 morate dodijeliti različite I2C adrese kako je objašnjeno na stranici adafruit.

Pokretači su zatim pričvršćeni na stražnju ploču pomoću 228x M2 vijaka. Posao je opet bio vrlo monoton, ali nakon što je završio, sat je već počeo dobivati oblik. Također smo pokušali što bolje organizirati servo kabele, ali na kraju su kabeli i dalje bili vrlo neuredni.

Napajanje se dobivalo uvođenjem istosmjernog kabela kroz stražnju ploču i povezivanjem na priključni blok.

Korak 9: Pričvršćivanje stražnje ploče na okvir

Nakon što su sve komponente montirane i kabeli organizirani, pričvrstili smo stražnju ploču na okvir pomoću 6x vijaka M4. Nažalost, ostavili smo vrlo malo prostora da svi kabeli stanu pa su ih morali malo stisnuti.

Korak 10: Kalibriranje servomotora

Budući da je visina svih poštanskih sandučića bila malo drugačija nakon ugradnje, upotrijebili smo priloženi kôd za kalibriranje svih servomotora tako da poštanski sandučići imaju iste minimalne i maksimalne položaje. Za maksimalni položaj pokušali smo poštanski sandučić postaviti što je moguće bliže ekranu. Kalibrirani položaji min/max za svaki servo se kasnije unose u glavni kod.

Korak 11: Prijenos koda

U privitku je glavni kod za riječ sat. Postoje tri vrste efekata za prikazivanje vremena.

1. Brzo premjestite sva slova unatrag (jedno za drugim) i upalite LED diode s jednakom nasumičnom bojom. Zatim brzo pomaknite slova koja prikazuju vrijeme jedno za drugim i osvijetlite svaku riječ nasumičnom bojom.
2. Brzo premjestite sva slova unatrag (jedno za drugim) i upalite LED diode s jednakom nasumičnom bojom. Polako pomaknite svaku riječ koja prikazuje vrijeme naprijed (sva slova istodobno) i izblijedite boju iz pozadinske boje na slučajnu vrijednost.
3. Brzo premjestite sva slova u slučajni položaj (jedno za drugim) i upalite LED diode različite slučajne boje. Zatim polako pomaknite sva slova unatrag i izblijedite boju. Nastavite s 1. ili 2.

Također sam želio implementirati efekt u kojem se točka koja prikazuje trenutnu minutu postupno pomiče prema naprijed i blijedi boju, tako da se nalazi na prednjoj poziciji s ispravnom bojom kada minuta završi. Nažalost, još ga nisam pokrenuo jer se čini da IR prijemnik ne reagira.

Korak 12: Pričvršćivanje zaslona

U početku smo htjeli koristiti bijelu tkaninu kao ekran. Problem je bio u tome što se nakon pričvršćivanja na okvir tkanina savila u sredini, pa smo završili s izobličenjem u obliku igle. Odlučili smo umjesto toga umjesto ekrana upotrijebiti tanku bijelu PVC foliju. Folija se također reklamira za izradu zavjesa za lampe pa ima razumnu transmisiju, ali se ne vidi tako da crni poštanski sandučići ostaju skriveni. U prvom smo ispitivanju foliju pričvrstili epoksidom, ali se nije dobro zalijepila pa smo prešli na vruće ljepilo. Budite oprezni, ali ako je ljepilo prevruće, može otopiti foliju. Višak folije uklonjen je egzaktnim nožem.

Korak 13: Pričvršćivanje gornjeg i donjeg poklopca

Konačno su obojeni drveni poklopci pričvršćeni na vrh i dno. Tamna boja čini lijep kontrast bijelom ekranu. IC prijemnik je provučen kroz rupu na stražnjoj ploči i pričvršćen na gornji poklopac vrućim ljepilom.

Korak 14: Završen sat i sažetak

Nakon dva mjeseca intenzivnog rada sat je konačno završio i počeo raditi. Sveukupno smo jako zadovoljni rezultatom. Pomicanje slova iza zaslona u kombinaciji s promjenom boja LED dioda proizvodi vrlo hladne efekte. Na kraju se slova nisu savršeno poravnala, a zaslon nije bio 100% ravan, ali to gotovo čini da izgleda još ljepše. Svakako postoje stvari koje se mogu poboljšati, ali ne mislim da će doći do verzije 2.0 zbog ogromnog napora ove gradnje, osim ako sljedeći put ne prepustimo proizvodnju van Kini.

Ako vam se sviđa ova verzija i uspjeli ste se pomaknuti dolje do dna, glasajte za nas na natjecanju Epilog.

Prva nagrada na natjecanju Epilog X