Digitalna škrinja s blagom: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Studiram tehnologiju igre i interakcije na Utrecht University of Arts. Postoji jedan projekt pod nazivom "Ako ovo onda ono" gdje se od vas traži da napravite interaktivni proizvod. Morat ćete koristiti Arduino, dizajnirati zanimljiv interaktivni element i oko njega izgraditi lijep prototip profesionalnog izgleda. Imao sam neke jasne osobne želje ulazeći u ovaj projekt: htio sam naučiti zavarivati, htio sam naučiti programirati na C/C ++ i želio sam upravljati 14-segmentnim zaslonom koji je vječno ležao oko mene. Trebalo mi je nekoliko tjedana da dođem na ideju koja ih je spojila, ali na kraju mi je palo na pamet: Napravit ću škrinju koju morate otvoriti sa šifrom, ali ne s bilo kojom šifrom. Senzor tlaka neprestano se čita i prikazuje na zaslonu. Morate doći do pravog broja i potvrditi ga tri puta da biste otključali sanduk.

Htio sam da škrinja ima neku vrstu moderno-industrijskog izgleda pa su moj odabir materijala bili čelik i drvo.

Na kraju sam prilično zadovoljan kako je to ispalo! Napisao sam korake u nastavku kako biste ih mogli ponovno stvoriti ili čak poboljšati! Zabavi se!

Korak 1: Prikupljanje sastojaka

Prije nego što počnemo, trebat će nam neki dijelovi. Evo potpunog popisa:

Kućište:

• Čelična kvadratna cijev 350 cm, 20x20x2 mm
• 6x 26x26x0,9cm ploče od šperploče (najučinkovitiji način je izrezati dasku veću od 52x72cm na šest komada, ali pazite da imate nešto ostatka drva!)
• 1x ploča od šperploče 26x22x0,9 cm
• 90 cm drvo 22x30 mm (izrezano na komade 26 cm, 2x 18 cm i 2x 12 cm)
• Male šarke
• 2x petlje akorda
• Vijci: 4.0x16, 4.0x20, 4.0x25, 3.0x12 (svaki po desetak, uključujući i rezervne)
• Vijci: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (svaki po desetak, uključujući i rezervne)
• Matice: M3, M6, M10
• Ručka
• 2x 8 cm čelične šipke 25x4 mm

Elektronika:

• Dugme
• LED crvena
• LED plava
• Otpornik osjetljiv na silu
• Elektromagnet u obliku brave (moj je model od 12V 650mA)
• HDSP-A22C 14-segmentni zaslon
• MCP23017 Digitalni I/O proširivač
• 15x otpornik 470
• 3x otpornik 1k
• 6x otpornik 10k
• 1N4007 dioda
• 2x tranzistor BC547B
• 2x tranzistor BC557B
• TIP31A tranzistor
• 12V 1A zidni adapter

Korak 2: Izgradnja škrinje - čelični okvir

Škrinja je kocka velika 30 cm, izrađena od čeličnih cijevi i drvenih ploča. U garaži sam našao lijepe četvrtaste cijevi 20x20 mm sa zidovima debljine 2 mm. Zidovi moraju biti dovoljno debeli da se mogu zavariti i zataknuti rupe s navojem za vijke M3. 2 mm je savršena debljina za to. Naravno, za to možete koristiti bilo koju vrstu čeličnih cijevi ako imate bolju ideju.

Najelegantniji način izgradnje okvira je napraviti dva kvadrata dimenzija 30x30 cm, a zatim spojiti ta dva kvadrata pomoću cijevi od 26 cm (30 - 2*2). Za izradu kvadrata prerežite duge čelične cijevi dijagonalno na osam komada. Krajeve komada treba rezati pod kutom od 45 stupnjeva okrenutih jedan prema drugom. Dugi krajevi komada su 30 cm. Kada koristite montiranu pilu, lako je rotirati list za 45 stupnjeva i okrenuti cijev nakon svakog komada. Time se troši najmanje materijala. Nakon što imate osam dijagonalno izrezanih komada, vrijeme je da izrežete još četiri ravna. Ovi komadi su duljine 26 cm.

Zatim konačno izrežite deset komada od oko 6 cm čelične šipke 20x4 mm. To će biti točke ugradnje drvenih ploča.

Kad je sav metal spreman, vrijeme je za zavarivanje. Najteži dio ovdje je postavljanje cijevi koje ste izrezali. Počnimo s gornjim i donjim kvadratom. Uzmite dijagonalne komade i poredajte ih u kvadrat na komadu drveta. Savjet je ovdje upotrijebiti otprilike kvadratnu ploču od oko 30 cm kako biste mogli dopustiti da kutovi padnu s rubova ako ih postavite pod kutom od 45 stupnjeva u odnosu na drvo. Pričvrstite ih nekim stezaljkama i pazite da se metal dodiruje u svim kutovima kako bi struja mogla teći od svakog komada do drugog tijekom zavarivanja. Ako nikada prije niste zavarivali, vrijeme je da malo vježbate jer ako zabrljate, možete učiniti sve do sada. U svakom slučaju, zavarite komade zajedno u uglovima (ja sam to odlučio iznutra) i sada ste dovršili prvi dio! Drugi kvadrat je lakše iscrtati jer ga možete postaviti samo na prvi. Zavarite i ove zajedno. Ako je sve prošlo kako treba, sada biste trebali imati dva identična čelična kvadrata.

Na ovom ćete mjestu htjeti pričvrstiti montažne točke za drvo. Koristio sam dva komada za svaku ploču na suprotnim rubovima kocke. Odabrao sam određeni uzorak kako niti jedan komad ne bi ometao poklopac pa ne bih morao montirati dva komada na isti rub. Možete to učiniti kako god želite, sve dok rub na kojem će biti zaključan solenoid nema takav.

U ovom trenutku uzeo sam i brusni alat sa čeličnom četkom pričvršćenom za čišćenje čelika. Barovi su imali hrđave mrlje na sebi i otkrio sam da im je to lijepo izgledalo.

Za dovršetak izgradnje čeličnog okvira potrebno je samo spojiti dva kvadrata koja sada imamo. Najjednostavniji način je postaviti ih uspravno na ravnu površinu i između njih položiti dvije cijevi od 26 cm. Dodatni par ruku bit će vam vrlo koristan kada ih stegnete. Zavarite ovo zajedno i ponovite za drugu stranu.

Ako je sve prošlo kako treba, čelični okvir bi već trebao biti gotov!

Korak 3: Izgradnja škrinje - strane i poklopac

Da bismo dovršili sanduk, sa strane moramo dodati drvene obloge. Imajte na umu da će elektronika biti skrivena u poklopcu, pa će vam trebati malo više tanjura nego samo 6 komada 26x26 cm. U DIY trgovini imali su 122x61cm, što je bilo savršeno. Odabrao sam malo tanje drvo nego što sam prvotno namjeravao, ali na kraju je izgledalo bolje nego što bi deblje drvo moglo. Kad je čelična cijev široka 2 cm, ima zaobljene kutove, a nosač je širok 4 mm, ostat će vam oko 10 mm za ploču, a da pritom i dalje dobro izgledate. Ploče koje sam pronašao bile su debele 9 mm pa je to bilo savršeno.

Izrežite ploče na šest ploča veličine 26x26 cm. Ako je vaš zavar malo velik, morat ćete odrezati uglove. Kad imate ploče, postavite ih u okvir. Zgodno je označiti tko ide kamo. U sredini drva označite mjesto na kojem će biti dvije rupe. Drvo postavite u okvir na odgovarajuće mjesto i izbušite rupu za vijak. Imao sam vijke M6, ali svaki vijak je dobar. Veći vijci mogli bi mu dati hrabriji izgled, ali čak ga i M3 može dobro držati zajedno. Pazite da vijci nisu predugi jer će stršati u okvir. Ovdje ćete staviti svoje stvari, pa kad vire dugački vijci, bit će vam malo nezgodno. Ako ste koristili potpuno iste dimenzije materijala kao ja, vijak od 20 mm trebao bi biti ono na što ciljate. Kad se izbuše rupe, možete montirati ploče, ali svakako pričekajte s pričvršćivanjem bilo čega prije nego što poklopac završi, nećete se htjeti zaključati!

Za poklopac počinjemo s jednom od ploča koje smo izrezali za stranice. Ideja je od poklopca napraviti kućište za elektroniku. U trgovini DIY također sam pronašao komad drveta dimenzija 22x30 mm koji bi bio savršen daljinski upravljač. Pruža tri centimetra gdje možete sakriti elektriku. Prije nego ih zalijepimo na poklopac, moramo napraviti rupe u drvu. Sve su okrugle rupe, osim one za zaslon. Za okrugle, upotrijebite bušilicu. Za referencu veličine upotrijebite shemu na gornjim slikama. Za prikaz možete koristiti električnu ubodnu pilu ili glodalicu ako želite biti precizniji. Nakon što su sve rupe izrezane i izbušene, možete lijepiti komade drveta sa strana ploče, u uspravnom položaju! Također pripazite da vaš solenoid i dalje stane u preostali prostor. Kad se sve zalijepi, napravite točne mjere i izrežite još jednu drvenu ploču na ove dimenzije. Već ćete ga htjeti zašrafiti na dno drvenih odstojnika tako da možete izrezati uglove u ravnini s kutom ploče s kojom ste počeli.

Sada moramo napraviti tipke za senzor tlaka i gumb za akciju. Želimo sakriti stvarni gumb od korisnika pa ćemo ga postaviti ispod poklopca, unutar pretinca za elektroniku. Jednostavno sam izrezao nekoliko malih komada drva s preostale šperploče kako bi poslužili kao odstojnici. Lemite pritisni gumb na PCB i pričvrstite ga na komade drveta koji su zalijepljeni na donju stranu poklopca, pazeći da gumb izađe točno u središte rupe. Senzor pritiska je malo drugačiji. U tu svrhu upotrijebite i dva odstojnika zalijepljena na poklopac, ali uzmite treći dio da napravite most preko rupe. Zalijepite senzor točno u središte rupe.

Za upravljanje gumbima kroz poklopac bilo bi idealno nešto ispisati u 3D formatu. Nažalost nisam imao vremena za ovo pa sam improvizirao. Možete učiniti što god želite, ali savjet je ovdje da vam treba nešto da spriječite ispadanje gumba s obje strane. Koristio sam skraćene vijke s maticom prerezanom na pola na jednom kraju i pokrio sam ih nečim što sam zatekao okolo.

Sljedeća stvar koju treba montirati je solenoid. Svaki solenoid je nešto drugačiji, ali najjednostavniji način ugradnje većine solenoida je polaganje drva između opeke i poklopca sve dok ne sklizne točno iza okvira, ali i dovoljno daleko unatrag da ne dodiruje drvo kada se produži. Za mene je ovo bilo 6 mm. Morao sam kasnije opet samljeti dio čelika jer na kraju još uvijek nije bio dovoljno daleko dolje. Vjerojatno sam trebao imati oko 7 ili 8 mm.

Poklopac je sada uglavnom gotov i potrebno je dodati samo elektroniku. Ovo je pravi trenutak da prvo pričvrstite poklopac na okvir. Pokušajte nabaviti male šarke u lokalnoj trgovini, one ne smiju biti veće od čeličnih cijevi (~ 18 mm)! Ovisno o veličini i kvaliteti ovih šarki, možete koristiti dvije ili tri. Označite njihov položaj na okviru i na poklopcu. Sada nabavite dodatni par ruku koji će držati poklopac na mjestu dok označavate gdje ćete izbušiti rupe. Rupe u čeličnoj cijevi trebaju biti s navojem tako da možete jednostavno uvrnuti vijak bez brige o tome kako ga pričvrstiti. Kad su šarke pričvršćene na okvir, vratite te dodatne ruke i pričvrstite poklopac na šarkama pomoću nekih malih vijaka. Budući da kasnije morate ponovno raditi na poklopcu, možete pričekati i s ovim korakom dok sve ne završi.

Sada smo spremni za rad na elektronici!

Korak 4: Elektronika

Krug se sastoji od pet zasebnih krugova. Većina njih je prilično jednostavna: jednostavan LED s otpornikom ili pritiskom na gumb spojen na Arduino pin. Dva složenija kruga su oni koji pokreću zaslon i zaključavanje solenoida.

Zaslon ima 15 zasebnih pinova koje je potrebno pokrenuti. Osnovni Arduino može voziti najviše 19 pinova. Trebalo mi je još 5 pinova za ostatak dizajna pa mi je nedostajalo. Rješenje sam pronašao u korištenju I2C pogonskog I/O ekspandera, MCP23017. U kombinaciji s bibliotekom Adafruit za ovaj uređaj, vrlo je jednostavan za korištenje. Dio kruga koji je spojen na pin GPA0 koristi se za izmjenu dviju uobičajenih anoda na zaslonu HDSP-A22C. Kad je visoko, pokreće znak 1, a kada je nisko, pokreće znak 2. Nedostatak korištenja ovog proširivača je taj što upisuje na izlazne pinove čim se upiše bajt. To je uzrokovalo duhove. Nažalost, nisam to uspio riješiti hardverom pa sam upotrijebio softver za zaobilaženje problema.

Budući da solenoid koji sam koristio pokreće 12V (za koje možete koristiti bilo koje napajanje od 12V, priključite ga u Arduino i na njega lemite žicu), trebao sam krug pojačala (Darlington) za pogon s Arduino iglom. Također ne zaboravite diodu za prigušivanje vršnih struja koje stvaraju elektromagneti u solenoidu!

Prilikom lemljenja sklopova imajte na umu gdje ćete ih postaviti. Držao sam mali obrub oko svih ploča kako bih ih mogao pričvrstiti na neke komade odstojnika (ostatke sa bočnih ploča) zalijepljene na poklopac. Za LED diode možete lemiti žicu s otpornikom izravno na LED i upotrijebiti termoskupljajuće cijevi kako biste je prekrili i osigurali da se ne slomi. Vrućim ljepilom spriječite pucanje svih žica izravno na ploču.

Nakon što je sve zalemljeno, vrijeme je da sve spojite! Dobio sam nekoliko ženskih zaglavlja za proširenje 5V i GND vodilica, tako da ne moram sve lemiti zajedno i tako mogu lako odspojiti ili zamijeniti nešto ako se pokvari. Ako ste koristili sličan komad drveta za stranice poklopca kao ja, primijetit ćete da nema više mjesta za priključivanje bilo čega na Arduino. Najjednostavnije rješenje za ovo je samo saviti igle pod kutom od 90 stupnjeva i na taj ih način spojiti.

Posljednji dio je najjednostavniji, a to je učitavanje koda.

Korak 5: Kôd

Sav kôd napravljen je pomoću PlatformIO. Ako niste upoznati s ovim, možete ga jednostavno kopirati i zalijepiti u Arduino skicu. Ako jeste, možete samo preuzeti program i prenijeti ga na svoj Arduino. Kôd se može pronaći na mom Githubu. Pogledajte okolo u odjeljku konfiguracije programa i promijenite vrijednosti po vašem nahođenju (posebno su zanimljive pinove i kombinacija). Zadana kombinacija je 43 - 50 - 99.

Korak 6: Završni dodiri

Nakon što je sve napravljeno i montirano te počinje raditi, spremni smo dodati i posljednje detalje koji će omogućiti da sve funkcionira.

Kako biste spriječili da poklopac padne kroz okvir, možete montirati dvije blokirajuće ploče montirane sa strane poklopca. Koristio sam čeličnu šipku 25x4 mm koju sam pronašao, izrezao je na komade od oko 8 cm, izbušio u njima rupe i zašrafio ih na poklopac.

Još jednu stvar koju sam dodao poklopcu bila je ručka - vrlo korisna ako je ikada poželite otvoriti. Morao sam duboko izbušiti stranice poklopca da bih ga montirao, ali ispalo je sjajno.

Drugi važan dodir je dodavanje malog akorda kako se poklopac ne bi previše povukao unatrag i oštetio šarke. Moje rješenje je bilo upotrijebiti kukice s navojem na poklopcu i na unutarnjoj strani sanduka gdje sam mogao pričvrstiti akord.

Da biste dobili snagu unutar poklopca, izbušite malu rupu na jednom od rubova i izvadite je s vrha. Stavite vijak na drugi rub i zavijte ga akordom do vijka kako biste spriječili da netko slučajno izvuče strujni kabel i zauvijek vas zaključa iz škrinje.

Konačno, možda ste primijetili da zapravo još ne možete zatvoriti poklopac. To je zato što na putu postoje orasi. Ovdje samo odrežite malo drva kako biste napravili mjesta za ove orahe.

I to je to! Tako možete sami reproducirati digitalnu škrinju s blagom! I ne zaboravite nositi odgovarajuću zaštitnu opremu kada koristite opasne električne alate!