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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Fusion 360 projekti »

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

Za ovaj projekt udružio sam se sa svojim prijateljem koji se pokazao neophodnim zbog velikih 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 poklon. 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 našu 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 efekti jer slova mijenjaju veličinu i postaju zamagljena. To nas je navelo na ideju da napravimo sat za riječi u kojem se slova projektuju sa stražnje strane na ekran i mogu se pomicati naprijed -natrag kako bi se promijenila veličina projicirane slike. U početku smo bili malo nevoljni u izgradnji ovog projekta zbog troškova i truda koji su potrebni kada želite premjestiti svako od 114 slova pojedinačno. Stoga smo bacili ideju da napravimo verziju u kojoj se samo svaka riječ koja se koristi za prikaz vremena može pomicati naprijed -nazad. Međutim, nakon što smo vidjeli da se Epilog natječaj sprema za Instructables tražeći 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 uloženi u ovaj projekt, razmotrite sljedeće brojeve. Gotov sat sadrži

• 798 pojedinačnih 3D štampanih modela (ukupno vrijeme štampanja ~ 200 sati)
• ~ 600 vijaka + ~ 250 matica i podloška
• ~ 500 žica (ukupne dužine ~ 50 m). Ne računajući žice koje su već bile pričvršćene na servomotore.

Korak 1: Dizajnirajte

Sat je dizajniran sa 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 koji projicira slovo na stražnju stranu ekrana od bijele PVC folije. Sve komponente smještene su u drveni okvir.

Korak 2: Prikupljanje materijala

Elektronske komponente

114x SG90 mikro servo motori (ebay.de)

Iako su servo pogoni bili označeni imenom popularne marke "Tower Pro", oni su zasigurno jeftiniji. Međutim, budući da je cijena početnog iznosa oko 1 EUR u odnosu na 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 Ch PWM servo upravljački program PCA9685 (ebay.de)
• DS3231 RTC modul (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• VS1838B IC prijemnik + daljinski upravljač (ebay.de)
• Napajanje 5 V, 10 A (ebay.de)
• 20x 15 cm servo produžni kabel (ebay.de)
• kabel DC utičnica na golu žicu (conrad.de)
• 300-500 Ohm otpornik
• 1000 µF kondenzator (> 5 V)

Materijali za okvir

• 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, dužine 6,5 mm
• razni vijci za drvo
• 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG) žice

Osim toga, za ovaj je projekt bila potrebna velika 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 ovog projekta iznosili su oko 350 EUR.

Korak 3: 3D štampane komponente

Poštanske kutije

Svaki poštanski sandučić sastoji se od 3D štampanog 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. Ovo ukupno čini 228 modela koji su svi štampani od crnog PLA (Formfutura EasyFill PLA) sa visinom sloja 0,4 mm. Ukupno vrijeme ispisa na mom Anycubic Kossel Linear Plus -u bilo je oko 23 sata za omote slova i 10 sati za osnovne ploče. Sve stl datoteke možete pronaći u priloženoj zip datoteci.

Pokretači

Dizajn pogona prilagođen je Linearnim servo produžetkom od strane Rogera Rabbita, što nam je jako pomoglo. Budući da se dijelovi čvrsto uklapaju, treba ih odštampati na pristojnom 3D štampaču. Mala visina sloja nije toliko važna (0,2 mm je u redu) koliko mali promjer mlaznice (preporučujemo 0,4 mm). Dijelove treba odštampati u prikazanoj orijentaciji. Svaki pokretač sastoji se od 5 zasebnih dijelova, budući da nam je trebalo 114 pokretača, to znači ukupno 570 dijelova (!). Za njihovo štampanje koristili smo kombinovanu snagu nekoliko profesionalnih 3D štampača (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Ipak, imali smo mnogo neuspješnih otisaka na dijelovima i uključio sam neke slike za vašu zabavu. Ukupno vrijeme štampanja bilo je oko 150 sati (!). Ponovo 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 su takođe umrljani kako bi mu dali ljepši izgled. Detaljan opis dijelova, uključujući sve dimenzije, može se pronaći u priloženim crtežima.

Korak 5: Sastavljanje poštanskih sandučića

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

1. Izrežite 114 pojedinačnih komada sa LED trake
2. Pokosite sve LED jastučiće
3. Priključite svaku LED diodu na 3D štampanu zadnju ploču poštanskog sandučića. LED dioda bi trebala biti centrirana. Također smo ga učvrstili vrućim ljepilom.
4. Zatim smo pripremili žice 3x114 = 442, tj. Rezanje po dužini, skidanje krajeva i kalajisanje. Dužina svake žice bila je 10 cm svaka, osim žica koje spajaju posljednje slovo s točkicama 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 u dijaspori pomoću žica. Žice se provlače kroz rupe na 3D štampanoj zadnjoj ploči svakog poštanskog sandučića.
6. Prednji poklopac poštanskog sandučića pričvršćen je ljepilom
7. Dijelove linearnog stalka za aktuator potrebno je zalijepiti
8. Linearni stalak se pričvršćuje na stražnju stranu sandučića pomoću ljepila

Korak 6: Sklapanje aktuatora

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

1. Pričvrstite servo na 3D štampano kućište pomoću priloženih vijaka
2. Okrugli zupčanik je pričvršćen 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 isto mjesto
5. Umetanje linearnog stalka u poštanski sandučić
6. Umetanje dva M2 šestouvrtna oraha u 3D štampano kućište koje će se kasnije koristiti za pričvršćivanje na zadnju ploču
7. Zatvorite kućište s 3D printanim poklopcem pomoću samoreznih vijaka M2.2

Na kraju smo završili s velikom zbrkom lančanih pokretača kako je prikazano na gornjoj slici

Korak 7: Izrada zadnje ploče

Stražnja ploča je laserski izrezana od HDF drveta 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 bolje koristiti aluminij, ali naravno da je skuplji i ne može se rezati CO2 laserom. Priložena je dxf datoteka za zadnju ploču.

Korak 8: Priključite komponente na zadnju ploču i ožičenje

U početku bi ploče PCA9685 trebale biti pričvršćene na stražnju ploču pomoću stalka za PCB. Tada se Arduino nano i RTC modul mogu postaviti kao što je prikazano na gornjoj slici. Za posljednja dva smo koristili 3D štampane držače koji su pričvršćeni 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 daisy lancem povezivali i V+ i GND konektore i 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 kruga zaštite za vožnju unatrag. U prilogu je i tablica koja prikazuje kabele servo motora. Produžni kablovi za servo pogone gdje se koriste kad god je potrebno. Imajte na umu da morate dodijeliti različite I2C adrese svakom PCA9685 kako je objašnjeno na stranici adafruit.

Pokretači su zatim pričvršćeni na zadnju ploču pomoću 228x M2 vijaka. Rad je ponovo bio vrlo monoton, ali nakon što je završio, sat je već počeo da se oblikuje. Također smo pokušali organizirati servo kablove što je bolje moguće, ali na kraju su kabeli i dalje bili vrlo neuredni.

Napajanje se napajalo tako da se istosmjerni kabel provede kroz stražnju ploču i spoji na priključni blok.

Korak 9: Pričvršćivanje zadnje ploče na okvir

Nakon što su sve komponente montirane i kablovi organizirani, pričvrstili smo zadnju ploču na okvir pomoću 6x vijaka M4. Nažalost, ostavili smo vrlo malo prostora za postavljanje svih kabela pa su ih morali malo stisnuti.

Korak 10: Kalibriranje servomotora

Budući da je visina svih poštanskih sandučića bila malo drugačija nakon montaže, upotrijebili smo priloženi kod za kalibraciju svih servo pogona tako da poštanski sandučići imaju iste minimalne i maksimalne položaje. Za maksimalnu poziciju pokušali smo poštanski sandučić postaviti što je moguće bliže ekranu. Kalibrirane min/max pozicije za svaki servo se kasnije unose u glavni kod.

Korak 11: Učitavanje koda

U prilogu 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 premjestite 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 istovremeno) i izblijedite boju iz boje pozadine na slučajnu vrijednost.
3. Brzo premjestite sva slova u slučajni položaj (jedno za drugim) i upalite LED diode različite nasumične boje. Zatim polako pomaknite sva slova unatrag i izblijedite boju. Nastavite sa 1. ili 2.

Takođe sam želeo da primenim efekat gde se tačka koja prikazuje trenutnu minutu postepeno pomera napred i bledi, tako da bude na prednjoj poziciji sa ispravnom bojom kada minut završi. Nažalost, još ga nisam pokrenuo jer izgleda da IR prijemnik ne reagira.

Korak 12: Pričvršćivanje ekrana

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 se otopiti folija. 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 daje 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. Sve u svemu, jako smo zadovoljni rezultatom. Pomicanje slova iza ekrana upareno sa promjenom boja LED dioda proizvodi vrlo hladne efekte. Na kraju se slova nisu savršeno poravnala i ekran nije bio 100% ravan, ali zbog toga izgleda gotovo ljepše. Svakako postoje stvari koje se mogu poboljšati, ali ne mislim da će doći do verzije 2.0 zbog ogromnih 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 Epilog takmičenju.

Prva nagrada na takmičenju Epilog X