Kreni: Usamljeni čamac: 11 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ova instrukcija nastala je u skladu sa projektnim zahtjevima Makecourse -a na Univerzitetu Južne Floride (www.makecourse.com).

Novo u Arduinu, 3D štampanju i računarski podržanom dizajnu (CAD)? Ovaj projekt je sjajan način da naučite sve osnove iza ovih tema i nudi prostor za vašu kreativnost da ga učinite svojim! Sadrži mnogo CAD modela za strukturu plovila, uvod u autonomne sisteme i uvodi koncept hidroizolacije 3D ispisa!

Korak 1: Lista 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 ubačenih pomoću kratkospojnih žica: Amazon Link)
• 3x pakovanja kratkospojnih žica (muško-žensko, muško-muško, žensko-žensko. Amazon Link)
• 1x limenka fleksibilnog brtvila (16 oz, Amazon Link)
• 1x slikarska traka (Amazon Link)
• 1x brusni papir sitnog zrna (oko 300 je dobro)
• Nekoliko štapića i četkica za nanošenje fleks zaptivke

• Pristup 3D štampanju. (Evo relativno jeftinog i efikasnog 3D štampača - Amazon Link)

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

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

Korak 2: 3D-štampani dijelovi i dizajn

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

Komponente su dizajnirane u SolidWorksu i sastavljene u sklop. Sve datoteke dijelova i sklop stavljeni su u zip datoteku, koja se može 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 štampano (isključujući električne komponente), pa su dimenzije važne. Dao sam tolerancije od oko 0,01 inča na dijelovima, kako bih osigurao da se sve uklapa (nekako kao labavo pristajanje). 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, lopatice pomiču i pokreću čamac.

Kada gledate CAD, primijetit ćete platforme za električne komponente. Ovo je za komponente koje "ulaze" na 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 od 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 polu most je kontroler motora L298N.

HCSR04 i L298N su spojeni na strujne vodilice na matičnoj ploči, koje su zauzvrat povezane sa napajačkom stranom Arduina (na pinovima od 5 V i uzemljenju). Eho i okidački pinovi HCSR04 idu na pinove 12 i 13 na Arduinu, respektivno.

Pinovi za omogućavanje (koji kontrolišu brzinu) za L298 povezani su sa pinovima 10 i 11 (Omogući A/motor A) i 5 i 6 (ENB/Motor B). Napajanje i uzemljenje motora su zatim 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. Ovo će biti pokriveno u dijelu kodiranja. Ovo će pomeriti čamac.

Korak 4: Arduino kod

Sada dolazimo do sitnice 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 službene web stranice Arduina, koju možete pronaći ovdje. IDE je napisan u programskim jezicima C/C ++.

Kôd napisan i sačuvan kroz IDE poznat je kao skica. Uključeno u skice i datoteke razreda i biblioteke 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 pogledati ovdje! Ovo će preći preko glavne skice i njenih funkcija.

- Sada ću ukratko pregledati biblioteku koju sam stvorio za upravljanje senzorom blizine. Biblioteka olakšava dobijanje podataka sa senzora sa manje redova koda u mojoj glavnoj skici.

. H datoteka (HCSR04.h) je ono što navodi funkcije i varijable koje ćemo koristiti u ovoj biblioteci i definira tko im može pristupiti. Počinjemo s konstruktorom, koji je red koda koji definira objekt (u našem slučaju "HCSR04ProxSensor" koji koristimo) koji sadrži vrijednosti koje unosimo u zagrade. Ove vrijednosti će biti eho i okidački pinovi koje koristimo, koji će biti vezani za objekt senzora koji kreiramo (koji se može nazvati kako god želimo uključivanjem "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). Stvarima unutar "javne" definicije može se pristupiti bilo čime, i unutar biblioteke i izvan nje (poput naše glavne skice). Ovdje ćemo navesti naše funkcije koje zovemo u glavnoj skici. U "privatno" spremamo varijable koje pokreću biblioteku. Ove varijable mogu se koristiti samo pomoću funkcija u našoj biblioteci. To je u osnovi način da naše funkcije prate 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 sklopa

Nakon što se dva dijela trupa odštampaju, možete ih zalijepiti slikarskom trakom. Ovo bi trebalo držati zajedno. Zatim možete sastaviti sve ostale dijelove na uobičajen način prema našem CAD dizajnu.

3D štampači rade na g-kodu, koji možete dobiti pomoću softvera za rezanje koji se isporučuje sa štampačem. Ovaj softver će uzeti.stl datoteku (dijela koji ste kreirali u CAD -u) i pretvoriti u kod za čitanje štampača (nastavak za ovu datoteku razlikuje se od štampača). 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. Da 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 otisak jer će biti manje pora, ali će to također otežati dijelove i trajati duže.

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

Korak 6: Hidroizolacija otiska

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

Za početak, izbrusit ćemo vanjsku i donju stranu trupa. Ovo služi za stvaranje utora u koje fleksibilna brtva može prodrijeti, pružajući bolju zaštitu. Možete koristiti neki fini brusni papir visokog zrna. Pazite da ne brusite previše, nekoliko poteza bi trebalo biti u redu.

Korak 7: Brušenje trupa

Znat ćete kada treba prestati kada vidite da se bijele linije počinju pojavljivati.

Korak 8: Nanesite Flex Seal

Možete upotrijebiti štapić ili četkicu za sladoled 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 fleksibilna brtva sjedne

Sada čekamo! Uobičajeno je potrebno oko 3 sata da se fleksibilna brtva prilično osuši, ali bih je ostavio da odstoji 24 sata samo da budem siguran. 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 sa 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 čamac plutati duže od 5 minuta bez curenja.

Kad se uvjerimo 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 prilagodili istosmjernim motorima, 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, možete saznati više o tome ovdje!

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

Korak 11: Finalni proizvod

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