Pohađajte: usamljeni čamac: 11 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Ova instrukcija nastala je u skladu s projektnim zahtjevima Makecoursea na Sveučilištu Južne Floride (www.makecourse.com).

Novi ste u Arduinu, 3D ispisu i računalno podržanom dizajnu (CAD)? Ovaj je projekt izvrstan način da naučite sve osnove iza ovih tema i nudi prostor vašoj kreativnosti da ga učinite svojim! Sadrži mnogo CAD modeliranja za strukturu plovila, uvod u autonomne sustave i predstavlja koncept hidroizolacije 3D ispisa!

Korak 1: Popis materijala

Da biste započeli projekt, prvo morate znati s čime ćete raditi! Evo materijala koje trebate imati prije početka:

• 1x Arduino Uno R3 mikrokontroler i USB kabel (Amazon Link)
• 1x motorni kontroler L298N (Amazon Link)
• 4x (2 su sigurnosne kopije) istosmjerni motori 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 koračni motori i moduli ULN2003 (Amazon Link)
• 1x prijenosni punjač za napajanje telefona (evo jedan koji sam koristio, ipak je malo velik. Po želji možete koristiti još jedan: Amazon Link)
• 1x ultrazvučni senzor HCSR04 (Ova veza ima nekoliko dodataka dodanih nekim kratkospojnim žicama: Amazon Link)
• 3x pakiranja prespojnih žica (muško-žensko, muško-muško, žensko-žensko. Amazon Link)
• 1x limenka fleksibilnog brtvila (16 oz, Amazon Link)
• 1x slikarska vrpca (Amazon Link)
• 1x brusni papir finog zrna (oko 300 je dobro)
• Nekoliko štapića od sladoleda i četkica za nanošenje fleks brtve

• Pristup 3D ispisu. (Ovdje je relativno jeftin i učinkovit 3D pisač - Amazon Link)

  • Crvena nit za 3D ispis (Amazon Link
  • Crna nit za 3D ispis (Amazon Link)

Slobodno dodajte bilo koji materijal koji smislite za svoju verziju projekta!

Korak 2: 3D-ispisani dijelovi i dizajn

Prvi dio ovog projekta je stvaranje mehaničkog sustava za rad. To bi uključivalo mnoge dijelove, uključujući trup, poklopac, lopatice, osovine za motore do lopatica, nosač za senzor i osovinu na kojoj ležište senzora sjedi.

Komponente su dizajnirane u SolidWorksu i sastavljene u sklop. Sve datoteke dijelova i sklop stavljeni su u zip datoteku, koju možete pronaći na kraju ovog koraka. Imajte na umu da SolidWorks nije jedini CAD softver koji možete koristiti, jer se mnogi programi poput Inventor i Fusion360 mogu koristiti za CAD. U njih možete uvesti dijelove SolidWorksa.

Važno je napomenuti da su osovine koje drže vesla koncentrične s rupama na trupu kako bi se spriječilo savijanje osovine i izlazak iz čamca.

Sve na ovom projektu je 3D ispisano (isključujući električne komponente), pa su dimenzije važne. Dao sam tolerancije od oko 0,01 inča na dijelovima, kako bi se osiguralo da sve pristaje (nekako poput labavog prianjanja). Bilo je manje tolerancije za osovine koje idu prema motoru tako da se mogu dobro prianjati. Lopatice su čvrsto pričvršćene na osovinu, tako da se, kada su motori uključeni, vesla pomiču i pokreću čamac.

Prilikom pregledavanja CAD -a primijetit ćete platforme za električne komponente. Ovo je za komponente koje će "uletjeti" u njihovu platformu kako bi se spriječilo njihovo kretanje.

Najveći otisci su trup i poklopac pa to svakako imajte na umu pri projektiranju. Možda ćete ga morati podijeliti na dijelove jer bi bio prevelik za ispis odjednom.

Korak 3: Upravljački krug

Ovdje ćemo razgovarati o električnom krugu koji upravlja brodom. Imam shemu iz Fritzinga, koji je koristan softver koji možete preuzeti ovdje. Pomaže pri stvaranju električnih shema.

Nisu sve komponente korištene u ovom projektu u Fritzingu, pa su zamijenjene. Crni fotosenzor predstavlja HCSR04 senzor, a mali polumost je regulator motora L298N.

HCSR04 i L298N spojeni su na tračnice za napajanje na matičnoj ploči, koje su zauzvrat povezane sa napajačkom stranom Arduina (na 5V i uzemljenim pinovima). Eho i okidački pinovi HCSR04 idu na pinove 12 odnosno 13 na Arduinu.

Pinovi za omogućavanje (koji upravljaju brzinom) za L298 spojeni su na pinove 10 i 11 (Omogući A/motor A) i 5 i 6 (ENB/Motor B). Napajanje i uzemljenje motora zatim su spojeni na priključke na L298N.

Arduino će, naravno, primati energiju iz našeg prijenosnog punjača za telefon. Kad je krug uključen, motori se postavljaju na najveću brzinu u smjeru koji određuje naš senzor blizine. To će biti obrađeno u dijelu kodiranja. Ovo će pomicati čamac.

Korak 4: Arduino kod

Sada dolazimo do sitnica onoga što ovaj projekt funkcionira: koda! Priložio sam zip datoteku koja sadrži kôd za ovaj projekt, a koja se nalazi na kraju ovog koraka. Potpuno je komentirano da pogledate!

- Kod napisan za Arduino napisan je u programu poznatom kao Arduino integrirano razvojno okruženje (IDE). To je nešto što biste trebali preuzeti sa Arduino službene web stranice, koja se može pronaći ovdje. IDE je napisan u programskim jezicima C/C ++.

Kôd napisan i spremljen kroz IDE poznat je kao skica. Uključeno u skice i datoteke razreda i knjižnice koje možete uključiti s interneta ili onih koje ste sami stvorili. Detaljna objašnjenja ovih i načina programiranja u Arduinu možete pronaći ovdje.

- Kao što se vidjelo na početku ovog koraka, imam YouTube video koji pregledava glavnu skicu projekta, možete ga provjeriti ovdje! Ovo će preći na glavnu skicu i njezine funkcije.

- Sada ću ukratko pregledati biblioteku koju sam stvorio za upravljanje senzorom blizine. Knjižnica olakšava dobivanje podataka sa senzora s manje redaka koda u mojoj glavnoj skici.

Datoteka.h (HCSR04.h) je popis funkcija i varijabli koje ćemo koristiti u ovoj knjižnici i definiranje tko im može pristupiti. Počinjemo s konstruktorom, koji je redak koda koji definira objekt (u našem slučaju, "HCSR04ProxSensor" koji koristimo) koji sadrži vrijednosti koje unosimo u zagrade. Te će vrijednosti biti eho i okidač koji koristimo, a bit će vezani za objekt senzora koji stvaramo (koji se može nazvati kako god želimo uključivanjem "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). Stvarima unutar "javne" definicije može se pristupiti bilo što, i unutar knjižnice i izvan nje (poput naše glavne skice). Ovdje ćemo navesti naše funkcije koje nazivamo u glavnoj skici. U "privatno" spremamo varijable koje omogućuju rad knjižnice. Ove varijable mogu se koristiti samo pomoću funkcija u našoj biblioteci. To je u osnovi način na koji naše funkcije mogu pratiti koje su varijable i vrijednosti povezane sa svakim objektom senzora koji stvorimo.

Sada prelazimo na datoteku "HCSR04.cpp". Ovdje zapravo definiramo naše funkcije i varijable i njihov rad. Slično je kao da ste kod pisali unutar glavne skice. Imajte na umu da funkcije treba navesti za ono što vraćaju. Za "readSensor ()", on će vratiti broj (kao float), pa definiramo označavanje funkcije s "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". Imajte na umu da moramo uključiti "HCSR04ProxSensor::", naziv objekta pridruženog ovoj funkciji. Mi definiramo naše pinove pomoću našeg konstruktora, pronalazimo udaljenost objekta pomoću funkcije "readSensor ()" i dobivamo zadnju vrijednost čitanja s funkcijom "getLastValue ()".

Korak 5: 3D ispis svih dijelova i montaže

Nakon što se dva dijela trupa otisnu, možete ih zalijepiti slikarskom trakom. Ovo bi trebalo držati zajedno. Zatim možete sastaviti sve ostale dijelove kao i obično na temelju našeg CAD dizajna.

3D pisači rade na g-kodu, koji možete dobiti pomoću softvera za rezanje koji dolazi s pisačem. Ovaj će softver uzeti.stl datoteku (dijela koji ste stvorili u CAD -u) i pretvoriti u kod za čitanje pisača (nastavak za ovu datoteku razlikuje se među pisačima). Popularni rezači za 3D ispis uključuju Cura, FlashPrint i još mnogo toga!

Prilikom 3D ispisa važno je znati da to oduzima puno vremena pa svakako planirajte u skladu s tim. Kako biste izbjegli dugo vrijeme ispisa i teže dijelove, možete ispisivati s ispunom od oko 10%. Imajte na umu da će veća ispuna pomoći u sprječavanju prodora vode u ispis, jer će biti manje pora, ali to će također otežati dijelove i trajati duže.

Skoro svi 3D ispisi nisu prikladni za vodu, pa ih moramo vodootporiti. U ovom projektu odabrao sam primjenu Flex Seal -a jer je prilično jednostavan i izuzetno dobro čuva vodu od ispisa.

Korak 6: Hidroizolacija ispisa

Hidroizolacija ovog ispisa važna je jer ne želite da se vaša skupa elektronika ošteti!

Za početak, brušit ćemo vanjsku i donju stranu trupa. Time se stvaraju utori u koje fleksibilna brtva može prodrijeti, pružajući bolju zaštitu. Možete upotrijebiti fini brusni papir visoke granulacije. Pazite da ne brusite previše, nekoliko poteza bi trebalo biti u redu.

Korak 7: Brušenje trupa

Znat ćete kada prestati kad vidite da se počinju pojavljivati bijele crte.

Korak 8: Nanesite Flex Seal

Možete upotrijebiti štapić od sladoleda ili četku za nanošenje fleks brtve. Ne propustite nijedno mjesto i budite temeljiti. Možete samo umočiti svoj alat u otvorenu limenku i utrljati ga u trup.

Korak 9: Neka savitljiva brtva sjedne

Sada čekamo! Obično je potrebno oko 3 sata da se fleks brtvilo prilično osuši, ali bih ga pustila da odstoji 24 sata samo da budem sigurna. Možete nanijeti još jedan sloj fleksibilne brtve nakon što se osuši kako biste još više zaštitili trup, ali ovo je malo pretjerano (1 sloj mi je odlično odgovarao).

Korak 10: Montaža i testiranje

Sada kada se fleksibilna brtva završila s sušenjem, preporučio bih testiranje trupa u vodi prije dodavanja električnih komponenti (ako trup nije vodootporan, to bi moglo izazvati probleme za vaš Arduino!). Samo ga odnesite do umivaonika ili bazena i provjerite može li brod plutati dulje od 5 minuta bez ikakvih curenja.

Nakon što provjerimo da je naš trup vodootporan, možemo početi dodavati sve naše dijelove! Pazite da ispravno spojite Arduino, L298N i ostale komponente na odgovarajuće pinove.

Kako bih žice spojili na istosmjerne motore, lemio sam muške vodiče do žica na motoru kako bih osigurao da ostanu uključeni. Lemljenje je također korisno kako biste bili sigurni da su sve vaše veze sigurne ili ako trebate napraviti dužu žicu. Ako nikada prije niste lemili, ovdje možete saznati više o tome!

Kad se sve sjedini, stavite sve komponente u trup i obavite neka testiranja! Morat ćete provjeriti radi li osjetnik kako je predviđeno čitanjem vrijednosti udaljenosti na serijskom monitoru, provjeriti da li se motori ispravno okreću, takve stvari.

Korak 11: Završni proizvod

I sada ste gotovi! Provjerite ima li pogrešaka u probnoj vožnji (isplovite plovilo i trup prije primjene elektronike) i spremni ste!