Digitalna škrinja sa blagom: 6 koraka (sa slikama)

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

Studiram tehnologiju igre i interakcije na Univerzitetu umjetnosti u Utrechtu. Postoji jedan projekt pod nazivom "Ako ovo onda ono" u kojem se od vas traži da napravite interaktivni proizvod. Trebate koristiti Arduino, dizajnirati zanimljiv interaktivni element i oko njega izgraditi lijep prototip profesionalnog izgleda. Imao sam neke jasne lične želje u vezi sa ovim projektom: htio sam naučiti zavarivati, htio sam naučiti programirati na C/C ++ i želio sam upravljati 14-segmentnim ekranom koji mi je vječno ležao. Trebalo mi je nekoliko tjedana da dođem na ideju koja ih je povezala, ali na kraju mi je palo na pamet: Napravio sam škrinju koju morate otvoriti sa šifrom, ali ne s bilo kojom šifrom. Senzor pritiska neprestano se čita i prikazuje na ekranu. Morate doći do pravog broja i potvrditi ga tri puta da biste otključali sanduk.

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

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

Korak 1: Prikupljanje sastojaka

Prije nego počnemo, trebat će nam neki dijelovi. Evo potpune liste:

Kućište:

• Čelična kvadratna cijev 350 cm, 20x20x2 mm
• 6x 26x26x0,9cm ploče od šperploče (najefikasniji način je izrezati dasku veću od 52x72cm na šest komada, ali pazite da imate nešto ostatka drva!)
• 1x ploča od šperploče 26x22x0,9cm
• 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 8cm čelične šipke 25x4mm

Elektronika:

• Dugme
• LED crvena
• LED plava
• Otpornik osjetljiv na silu
• Solenoid u stilu brave (moj je model 12V 650mA)
• HDSP-A22C 14-segmentni ekran
• MCP23017 Digitalni I/O ekspander
• 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 sanduka - čeličnog okvira

Sanduk je kocka velika 30 cm, izrađena od čeličnih cijevi i drvenih ploča. U garaži sam našao lijepe kvadratne cijevi 20x20 mm sa zidovima debljine 2 mm. Zidovi moraju biti dovoljno debeli za zavarivanje i otvaranje navojnih rupa za vijke M3. 2 mm je savršena debljina za ovo. Naravno, za to možete koristiti bilo koju vrstu čeličnih cijevi ako imate bolju ideju.

Najelegantniji način izgradnje okvira je napraviti dva kvadrata 30x30 cm, a zatim spojiti ta dva kvadrata pomoću cijevi od 26 cm (30 - 2*2). Da biste napravili kvadrate, prerežite dugačke čelične cijevi dijagonalno na osam komada. Krajeve komada treba rezati pod uglom od 45 stepeni okrenutih jedan prema drugom. Dugi krajevi komada su 30 cm. Kada koristite montiranu pilu, lako je rotirati list za 45 stepeni 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 dugački 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 poređajte ih u kvadrat na komadu drveta. Savjet je ovdje upotrijebiti otprilike kvadratnu ploču od oko 30 cm kako biste mogli dopustiti da uglovi 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 uglovima 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 ih i zajedno. Ako je sve prošlo kako treba, sada biste trebali imati dva identična čelična kvadrata.

U ovom trenutku ćete htjeti pričvrstiti montažne točke za drvo. Koristio sam dva komada za svaku ploču na suprotnim rubovima kocke. Odabrao sam određeni uzorak kako nijedan 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 su im lijepo izgledali.

Da bismo dovršili izgradnju čeličnog okvira, potrebno je samo spojiti dva kvadrata koja sada imamo. Najlakši način je da ih postavite uspravno na ravnu površinu i postavite dvije cijevi od 26 cm između njih. 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 sanduka - strane i poklopac

Da bismo dovršili sanduk, moramo sa strane dodati drvene obloge. imajte na umu da će elektronika biti skrivena u poklopcu, pa će vam trebati malo više ploče 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 uglove, 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, što je bilo savršeno.

Isecite ploče na šest ploča dimenzija 26x26 cm. Ako je vaš zavar malo velik, morat ćete odrezati uglove. Kad imate ploče, postavite ih u okvir. Zgodno je označiti koja od njih ide. U sredini drveta 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 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 iste dimenzije materijala kao ja, vijak od 20 mm bi trebao biti ono na što ciljate. Kad se rupe izbuše, 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 sa strana. Ideja je da od poklopca napravimo kućište za elektroniku. U DIY trgovini pronašao sam i 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 drvetu. Sve su okrugle rupe, osim one za prikaz. Za okrugle, upotrijebite bušilicu. Za referencu veličine upotrijebite shemu na gornjim slikama. Za prikaz možete koristiti ili električnu ubodnu pilu ili glodalicu ako želite biti precizniji. Nakon što su sve rupe izrezane i izbušene, možete lijepiti komade drveta sa strana panela, u uspravnom položaju! Također pazite da vaš solenoid i dalje stane u preostali prostor. Kad se sve zalijepi, napravite tačne mjere i izrežite još jednu ploču drva prema ovim dimenzijama. Već ćete ga htjeti zašrafiti na dno drvenih odstojnika tako da možete izrezati uglove u ravnini s uglom ploče s kojom ste počeli.

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

Za upravljanje tipkama 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 da vam treba nešto da spriječite da dugme ispadne 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 za postavljanje većine solenoida je polaganje drva između opeke i poklopca sve dok ne sklizne točno iza okvira, ali i dovoljno 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 ipak nije bio dovoljno daleko dolje. Vjerovatno 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 koje 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 ponovo raditi na poklopcu, možete sačekati i ovaj korak dok sve ne završi.

Sada smo spremni za rad na elektronici!

Korak 4: Elektronika

Krug se sastoji od pet zasebnih kola. Većina njih je prilično jednostavna: jednostavna LED sa otpornikom ili pritiskom na dugme spojeno na Arduino pin. Dva složenija kruga su ona koja 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 I/O ekspandera sa pogonom I2C, MCP23017. U kombinaciji s bibliotekom Adafruit za ovaj uređaj, zaista je jednostavan za korištenje. Dio kola koji je spojen na pin GPA0 koristi se za izmjenu dviju uobičajenih anoda ekrana HDSP-A22C. Kada je visok, pokreće znak 1, a kada je nizak, vodi znak 2. Nedostatak korištenja ovog proširivača je taj što upisuje na izlazne pinove čim se upiše bajt. To je uzrokovalo duhove. Nažalost, to nisam mogao riješiti hardverom pa sam upotrijebio softver da zaobiđem problem.

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), trebalo mi je kolo pojačala (Darlington) za pogon Arduino iglom. Također ne zaboravite diodu za prigušivanje vršnih struja koje stvaraju elektromagneti u solenoidu!

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

Nakon što je sve zalemljeno, vrijeme je da sve povežete! Nabavio sam nekoliko ženskih zaglavlja za proširenje 5V i GND šina, tako da ne moram sve lemiti zajedno, pa 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 prostora 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 kod je napravljen pomoću PlatformIO. Ako niste upoznati s ovim, možete ga jednostavno kopirati i zalijepiti u Arduino skicu. Ako jeste, možete samo preuzeti program i postaviti 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 zanimljivi pinovi i kombinacija). Zadana kombinacija je 43 - 50 - 99.

Korak 6: Završni dodiri

Nakon što se sve završi i montira i počne 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.

Još jedan važan dodir je dodati mali akord kako biste spriječili da poklopac padne previše unatrag i ošteti šarke. Moje rješenje je bilo upotrijebiti kukice s navojem na poklopcu i na unutrašnjoj strani sanduka na koje sam mogao pričvrstiti akord.

Da biste dobili snagu unutar poklopca, izbušite malu rupu na jednom od rubova i ispipajte je s vrha. Stavite vijak na drugu ivicu i zamotajte žicu za zavrtanj kako biste spriječili da neko slučajno izvuče strujni kabel i zauvijek vas zaključa iz škrinje.

Konačno, možda ste primijetili da još uvijek 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!