דרך: הסירה הבודדת: 11 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

מדריך זה נוצר להגשמת דרישת הפרויקט של Makecourse באוניברסיטת דרום פלורידה (www.makecourse.com).

חדש אצל Arduino, הדפסת תלת מימד ועיצוב בעזרת מחשב (CAD)? פרויקט זה הוא דרך מצוינת ללמוד את כל היסודות העומדים מאחורי נושאים אלה ומציע מקום ליצירתיות שלך להפוך אותו לשלך! הוא כולל הרבה דוגמנות CAD למבנה הסירה, מבוא למערכות אוטונומיות ומציג את הרעיון של איטום הדפסי תלת מימד!

שלב 1: רשימת חומרים

על מנת להתחיל את הפרויקט, תחילה עליך לדעת עם מה תעבוד! להלן החומרים שעליך לקבל לפני שתתחיל:

• 1x מיקרו -בקר Arduino Uno R3 וכבל USB (קישור אמזון)
• בקר מנוע L298N 1x (קישור אמזון)
• 4x (2 גיבויים) מנועי DC 3-6V (קישור אמזון)
• 2x 28BYJ-48 מנועי צעד ומודולים ULN2003 (קישור אמזון)
• 1x מטען טלפון נייד להספק (הנה אחד שהשתמשתי בו, הוא מעט גדול. ניתן להשתמש באחד אחר אם תרצה: אמזון לינק)
• 1x חיישן אולטרסאונד HCSR04 (בקישור הזה יש כמה תוספות שנזרקו עם כמה חוטי מגשר: אמזון לינק)
• 3x חבילות חוטי מגשר (זכר-נקבה, זכר-זכר, נקבה-נקבה. קישור אמזון)
• 1x פחית חותם פלקס (16 גרם, אמזון קישור)
• 1x קלטת צייר (קישור אמזון)
• 1x נייר זכוכית עדין (בערך 300 זה טוב)
• כמה מקלות ארטיק ומברשות להחלת חותם גמיש

• גישה להדפסה בתלת מימד. (להלן מדפסת תלת מימד זולה ויעילה יחסית - קישור אמזון)

  • נימה אדומה להדפסה תלת-ממדית (קישור אמזון
  • נימה שחורה להדפסה תלת-ממדית (קישור אמזון)

אל תהסס להוסיף את כל החומרים שהבאת לגרסת הפרויקט שלך!

שלב 2: חלקים ועיצוב מודפסים בתלת-ממד

החלק הראשון של פרויקט זה הוא יצירת מערכת מכנית לעבודה בה. זה יכלול חלקים רבים, כולל גוף, מכסה, משוטים, צירים למנועים למשכנות, הר לחיישן והציר שעליו הר חיישן יושב.

הרכיבים מתוכננים ב- SolidWorks ומורכבים לכדי מכלול. כל קבצי החלק וההרכבה הוכנסו לקובץ zip, אותו ניתן למצוא בסוף שלב זה. שים לב ש- SolidWorks היא לא תוכנת ה- CAD היחידה שבה תוכל להשתמש, שכן ניתן להשתמש בתוכניות רבות כמו Inventor ו- Fusion360 עבור CAD. תוכל לייבא לתוכם חלקי SolidWorks.

חשוב לציין כי הצירים המחזיקים את המשוטים הינם קונצנטריים עם החורים שעל הגוף כדי למנוע כיפוף של הציר ויציאתו מהסירה היישר.

כל הפרויקט הזה מודפס בתלת מימד (לא כולל רכיבים חשמליים), ולכן המידות חשובות. נתתי סובלנות של כ 0.01 אינץ 'על חלקים, כדי להבטיח שהכל יתאים (בערך כמו התאמה רופפת). הייתה פחות סובלנות לצירים שהלכו אל המנוע כדי שיוכלו להתאים היטב. המשוטים מחוברים היטב לציר כך שכאשר המנועים מופעלים, המשוטים נעים ומניעים את הסירה.

בעת צפייה ב- CAD, תבחין בפלטפורמות לרכיבים חשמליים. זה כדי שהרכיבים "יקפצו" לפלטפורמה שלהם כדי למנוע מהם לנוע.

ההדפסים הגדולים ביותר הם גוף ומכסה, לכן הקפד לזכור זאת בעת עיצוב. ייתכן שיהיה עליך לפצל אותו לחלקים, מכיוון שהוא יהיה גדול מדי להדפסה בבת אחת.

שלב 3: מעגל בקרה

כאן נדון במעגל החשמלי השולט בסירה. יש לי סכמטי של Fritzing, שהיא תוכנה מועילה שתוכל להוריד כאן. זה עוזר ביצירת סכמות חשמליות.

לא כל הרכיבים המשמשים בפרויקט זה נמצאים ב- Fritzing, ולכן הם מוחלפים. חיישן הצילום השחור מייצג את חיישן HCSR04 והגשר החצי הקטן הוא בקר המנוע L298N.

ה- HCSR04 ו- L298N מחוברים למסילות החשמל בלוח הלחם, המחוברות בתורן לצד הכוח של הארדואינו (על 5V וסיכות הקרקע). סיכות ההד וההדק של HCSR04 עוברות לסיכות 12 ו -13 בארדואינו, בהתאמה.

סיכות ההפעלה (המהירות הבקרה) עבור L298 מחוברות לסיכות 10 ו -11 (אפשר A/Motor A) ו- 5 ו- 6 (ENB/Motor B). העוצמה והשטח של המנועים מחוברים לאחר מכן ליציאות ב- L298N.

ה- Arduino כמובן יקבל כוח ממטען הטלפונים הנייד שלנו. כאשר המעגל מופעל, המנועים מוגדרים במהירות מירבית בכיוון שמכתיב חיישן הקרבה שלנו. זה יכוסה בחלק הקידוד. זה יזיז את הסירה.

שלב 4: קוד ארדואינו

עכשיו אנחנו מגיעים לעניין של מה שגורם לפרויקט הזה לעבוד: הקוד! צירפתי קובץ zip המכיל את הקוד לפרויקט זה, אותו ניתן למצוא בסוף שלב זה. זה הגיב באופן מלא בשבילך להסתכל דרך!

- קוד שנכתב עבור Arduino נכתב בתוכנית הידועה בשם סביבת הפיתוח המשולבת של Arduino (IDE). זה משהו שאתה צריך להוריד מהאתר הרשמי של Arduino, אותו תוכל למצוא כאן. ה- IDE כתוב בשפות התכנות C/C ++.

הקוד שנכתב ונשמר באמצעות ה- IDE ידוע כשרטוט. כלול במערכונים ובקבצי הכיתות והספריות שאתה יכול לכלול ברשת או מאלה שיצרת בעצמך. הסברים מפורטים על אלה וכיצד לתכנת בארדואינו ניתן למצוא כאן.

- כפי שניתן לראות בתחילת שלב זה, יש לי סרטון יוטיוב שעובר על הסקיצה העיקרית של הפרויקט, אתה יכול לבדוק את זה כאן! זה יעבור על המערכון הראשי ותפקודיו.

- כעת אעבור בקצרה על הספרייה שיצרתי לשליטה בחיישן הקרבה. הספרייה מקלה על קבלת נתונים מהחיישן עם פחות שורות קוד בסקיצה הראשית שלי.

קובץ.h (HCSR04.h) הוא המפרט את הפונקציות והמשתנים בהם נשתמש בספרייה זו והגדר את מי יכול לגשת אליהם. אנו מתחילים עם קונסטרוקטור, שהוא שורת קוד המגדירה אובייקט (במקרה שלנו, "HCSR04ProxSensor" בו אנו משתמשים) שמחזיק ערכים שאנו מצרפים בסוגריים. ערכים אלה יהיו סיכות ההד וההדק שבהם אנו משתמשים, אשר יקושרו לאובייקט החיישן שאנו יוצרים (אשר ניתן לקרוא לו כרצוננו על ידי הכללת "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). לדברים בתוך ההגדרה "ציבורית" ניתן לגשת לכל דבר, הן בתוך הספרייה והן מחוצה לה (כמו המערכון הראשי שלנו). כאן נפרט את הפונקציות שאנו מכנים במערכון הראשי. ב- "פרטי" אנו מאחסנים את המשתנים שגורמים לספרייה לפעול. משתנים אלה ניתנים לשימוש רק על ידי הפונקציות בתוך הספרייה שלנו. זו בעצם דרך לפונקציות שלנו לעקוב אחר המשתנים והערכים הקשורים לכל אובייקט חיישן שאנו יוצרים.

כעת אנו עוברים לקובץ "HCSR04.cpp". כאן למעשה אנו מגדירים את הפונקציות והמשתנים שלנו וכיצד הם פועלים. זה דומה אם היית כותב את הקוד בתוך המערכון הראשי שלך. שים לב שצריך לציין פונקציות עבור מה שהם מחזירים. עבור "readSensor ()", הוא יחזיר מספר (כצוף), ולכן אנו מגדירים את הסימון של הפונקציה ב- "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". שים לב שעלינו לכלול "HCSR04ProxSensor::", שם האובייקט המשויך לפונקציה זו. אנו מגדירים את הסיכות שלנו באמצעות הקונסטרוקטור שלנו, מוצאים את המרחק של אובייקט באמצעות הפונקציה "readSensor ()" ומקבלים את ערך הקריאה האחרון שלנו עם הפונקציה "getLastValue ()".

שלב 5: הדפס תלת-ממד את כל החלקים וההרכבה

לאחר הדפסת שני חלקי הגוף, ניתן להדביק אותם יחד עם סרט ציירים. זה אמור להחזיק אותו יחד. לאחר מכן תוכל להרכיב את כל החלקים האחרים כרגיל בהתבסס על עיצוב ה- CAD שלנו.

מדפסות תלת מימד פועלות על קוד g, אותו ניתן לקבל באמצעות תוכנת פרוסה המצורפת למדפסת. תוכנה זו תיקח קובץ.stl (של חלק שיצרת ב- CAD) ותמיר אותו לקוד לקריאת המדפסת (הסיומת לקובץ זה משתנה בין מדפסות). פרוסות פופולריות להדפסת תלת ממד כוללות Cura, FlashPrint ועוד!

בעת הדפסה בתלת מימד, חשוב לדעת שזה לוקח הרבה זמן, לכן הקפד לתכנן בהתאם. כדי להימנע מזמני הדפסה ארוכים וחלקים כבדים יותר, ניתן להדפיס במילוי של כ -10%. שימו לב כי מילוי גבוה יותר יעזור כנגד חדירת מים להדפסה, מכיוון שיהיו פחות נקבוביות, אך הדבר גם יגרום לחלקים להיות כבדים יותר ולארך זמן רב יותר.

כמעט כל הדפסי תלת מימד אינם מתאימים היטב למים, לכן עלינו לאטום אותם. בפרויקט זה בחרתי ליישם את Flex Seal מכיוון שהוא די פשוט ועובד טוב מאוד כדי להרחיק מים מההדפסה.

שלב 6: איטום ההדפסה

איטום הדפס זה חשוב, מכיוון שאתה לא רוצה שהאלקטרוניקה היקרה שלך תיפגע!

כדי להתחיל, נפשח את החלק החיצוני והתחתון של הגוף. זה כדי ליצור חריצים לאטום הגמישה לחלחל לתוכם, ומספק הגנה טובה יותר. אתה יכול להשתמש בנייר זכוכית גבוה במיוחד. היזהר לא לשייף יותר מדי, כמה משיכות צריכות להיות בסדר.

שלב 7: שיוף הגולגולת

אתה תדע מתי לעצור כאשר אתה רואה את הקווים הלבנים מתחילים להופיע.

שלב 8: החל Flex Seal

ניתן להשתמש במקל ארטיק או במברשת להחלת חותם הגמישות. הקפד לא לפספס שום מקום ולהיות יסודי. אתה יכול פשוט לטבול את הכלי שלך בפחית הפתוחה ולשפשף אותו על הספינה.

שלב 9: הניחו לחותם הפלקס לשבת

עכשיו נחכה! בדרך כלל זה לוקח בערך 3 שעות עד שאטם הגמישות מתייבש לא מעט, אבל הייתי נותן לזה לשבת במשך 24 שעות רק ליתר ביטחון. אתה יכול למרוח שכבה נוספת של חותם פלקס לאחר סיום הייבוש כדי להגן על הגוף אפילו יותר, אך זוהי הגזמה קטנה (שכבה אחת עבדה מצוין בשבילי).

שלב 10: הרכבה ובדיקה

כעת, לאחר שחותם הגמישה סיים להתייבש, הייתי ממליץ לבדוק את גוף הגוף במים לפני הוספת הרכיבים החשמליים (אם גוף הגוף אינו עמיד למים, הדבר עלול לאיית בעיות עבור הארדואינו שלך!). פשוט קח אותו לכיור או לבריכה שלך ובדוק אם הסירה יכולה לצוף יותר מחמש דקות ללא נזילות.

ברגע שנוודא שהגוף שלנו עמיד למים, נוכל להתחיל להוסיף את כל החלקים שלנו! הקפד לחבר את ה- Arduino, L298N ושאר הרכיבים כראוי לפינים הנכונים שלהם.

על מנת להתאים חוטים למנועי DC, הלחמתי את מוליכי הזכר למובילים על המנוע כדי להבטיח שהם יישארו דולקים. הלחמה שימושית גם לוודא שכל החיבורים שלך מאובטחים או אם אתה צריך ליצור חוט ארוך יותר. אם מעולם לא הלחמת בעבר, תוכל ללמוד עוד על זה כאן!

ברגע שהכל ביחד, הכנס את כל הרכיבים לתוך גוף הבדיקה ובצע בדיקות! תרצה לבדוק שהחיישן פועל כמתוכנן על ידי קריאת ערכי מרחק על הצג הסדרתי, בדוק שמנועים מסתובבים נכון, דברים כאלה.

שלב 11: מוצר סופי

ועכשיו סיימת! בדוק אם יש שגיאות בנסיעת מבחן (מבחן הציף את הסירה והגוף לפני החלת האלקטרוניקה) ואתה מוכן!