„Word Clock“valdomas 114 servo: 14 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

„Fusion 360“projektai »

Kas turi 114 šviesos diodų ir visada veikia? Kaip žinote, atsakymas yra žodinis laikrodis. Kas turi 114 šviesos diodų ir 114 servo ir visada juda? Atsakymas yra šis servo valdomas žodžių laikrodis.

Šiam projektui aš prisijungiau prie savo draugo, kuris pasirodė būtinas dėl didelių pastangų. Be to, mano elektroniniai ir jo mechaniniai įgūdžiai puikiai papildė vienas kitą. Šio populiaraus žodžio laikrodžio pritaikymo idėja kilo mums, kai gaminome įprastą kalėdinę dovaną. Ten pastebėjome, kad laiškus iš nugaros taip pat galima projektuoti ant balto popieriaus lapo. Tuo metu tai buvo tik išeitis, padedanti paslėpti mūsų kraupų meistriškumą, nes galų gale susidūrėme su daugybe burbuliukų, o stiklo plokštės gale pritvirtinome vinilo lipduką su raidėmis. Tada pastebėjome, kad lenkiant popieriaus lapą galima pasiekti įdomių efektų, nes raidės keičia dydį ir tampa neryškios. Dėl to mes sugalvojome sukurti žodinį laikrodį, kuriame raidės būtų projektuojamos iš nugaros į ekraną ir jas būtų galima perkelti pirmyn ir atgal, kad būtų pakeistas projektuojamo vaizdo dydis. Iš pradžių mes šiek tiek nenorėjome kurti šio projekto dėl išlaidų ir pastangų, kurių reikia, kai norite perkelti kiekvieną iš 114 raidžių atskirai. Taigi mes sugalvojome sukurti versiją, kurioje tik kiekvieną žodį, naudojamą rodyti laiką, galima perkelti pirmyn ir atgal. Tačiau pamatę, kad „Epilog“konkursas artėja prie „Instructables“, kuriame prašoma epinių projektų, taip pat radę palyginti pigius servo variklius, nusprendėme eiti iki galo ir sukurti tinkamą versiją, kurioje kiekvieną raidę individualiai valdo servo.

DĖMESIO: tai nėra vienos dienos statyba!

Kad suprastumėte, kokios pastangos buvo susijusios su šiuo projektu, apsvarstykite šiuos skaičius. Baigtame laikrodyje yra

• 798 atskiri 3D spausdinimo modeliai (bendras spausdinimo laikas ~ 200 valandų)
• ~ 600 varžtų + ~ 250 veržlių ir poveržlių
• ~ 500 laidų (bendras ilgis ~ 50 m). Neskaičiuojant laidų, kurie jau buvo pritvirtinti prie servo.

1 žingsnis: dizainas

Laikrodis buvo sukurtas naudojant „Autodesk Fusion 360“ir „Inventor“. Kaip matote, laikrodis susideda iš 114 pašto dėžučių, kurias perkelia linijinės pavaros, kurias savo ruožtu varo servo varikliai. Kiekvienoje pašto dėžutėje yra šviesos diodas, rodantis raidę ant ekrano, pagaminto iš baltos PVC folijos, galo. Visi komponentai yra sumontuoti mediniame rėme.

2 žingsnis: Surinkite medžiagas

Elektroniniai komponentai

114x SG90 mikro servo varikliai (ebay.de)

Nors servos buvo paženklintos populiaraus prekės ženklo „Tower Pro“pavadinimu, jos tikrai yra pigesnės. Tačiau, kadangi atleidimo kaina yra apie 1 EUR, palyginti su 3 EUR už originalą, tai daro visą projektą labiau prieinamą. Matyt, atjungimai taip pat sunaudoja mažiau srovės (žinoma, tai reiškia ir mažesnį sukimo momentą), todėl buvo lengviau rasti tinkamo maitinimo šaltinio visam projektui.

• 5 m WS2812B LED juostelė, 60 LED/m (ebay.de)
• 8x 16 Ch PWM servo tvarkyklė PCA9685 (ebay.de)
• DS3231 RTC modulis (ebay.de)
• „Arduino nano“(ebay.de)
• VS1838B IR imtuvas + nuotolinio valdymo pultas (ebay.de)
• 5 V, 10 A maitinimo šaltinis (ebay.de)
• 20x15 cm servo prailginimo kabelis (ebay.de)
• kabelio nuolatinės srovės lizdas prie pliko laido (conrad.de)
• 300-500 omų rezistorius
• 1000 µF kondensatorius (> 5 V)

Rėmo medžiagos

• medinės juostos

  • 2 vnt. 40 x 10 x 497 mm
  • 2 vnt. 12 x 12 x 461 mm
  • 2 vnt. 12 x 12 x 20 mm

• multipleksas

  • 2 vnt. 12 x 77 x 481 mm
  • 2 vnt. 12 x 84 x 489 mm
• balta PVC folija (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• 500 x 500 mm HDF plokštė, 3 mm storio

Varžtai, kabeliai ir kt

• 228x M2 varžtai, 8 mm ilgio + poveržlės + šešiakampės veržlės
• 228x savisriegiai M2.2, 6,5 mm ilgio
• įvairūs mediniai varžtai
• 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG) viela

Be to, šiam projektui reikėjo daug 3D spausdinimo ir litavimo. Galinė plokštė buvo pagaminta pjaustant lazeriu. Rėmas buvo pastatytas naudojant diskinį pjūklą, dėlionę ir grąžtą. Kiekvienam padoriam projektui mes taip pat naudojome daug karštų klijų, taip pat keletą epoksidinių ir plastikinių klijų.

Bendros šio projekto išlaidos siekė apie 350 EUR.

3 žingsnis: 3D spausdinti komponentai

Laiškų dėžutės

Kiekvieną raidžių dėžutę sudaro 3D spausdintas viršelis, veikiantis kaip šešėlinė kaukė, ir pagrindo plokštė, prie kurios bus pritvirtintas šviesos diodas. Pagrindo plokštėje yra keturi kaiščių kaiščiai, padedantys sulygiuoti ant pavaros, ir šešios skylės, skirtos tiekti per LED kabelius. Iš viso tai sudaro 228 modelius, kurie visi buvo atspausdinti iš juodos spalvos PLA (Formfutura EasyFill PLA) ir 0,4 mm aukščio. Bendras spausdinimo laikas „Anycubic Kossel Linear Plus“buvo apie 23 valandas laiškų viršeliams ir 10 valandų pagrindinėms plokštėms. Visus stl failus galite rasti pridėtame ZIP faile.

Pavaros

Pavaros konstrukciją pritaikė „Linear Servo Extender“, kurią sukūrė Roger Rabbit, kuri buvo labai naudinga. Kadangi dalys tvirtai dera tarpusavyje, jos turėtų būti atspausdintos tinkamu 3D spausdintuvu. Mažas sluoksnio aukštis nėra toks svarbus (tinka 0,2 mm), kaip mažas purkštuko skersmuo (rekomenduojame 0,4 mm). Dalys turi būti atspausdintos nurodyta kryptimi. Kiekvieną pavarą sudaro 5 atskiros dalys, nes mums reikėjo 114 pavarų, tai reiškia iš viso 570 dalių (!). Norėdami juos spausdinti, naudojome kelių profesionalių 3D spausdintuvų galią („Ultimaker S2+“, „Ultimaker S5“, „Lulzbot TAZ6“, „Sindoh 3D Wox DP200“). Vis dėlto mes turėjome daug nepavykusių dalių atspaudų ir įtraukiau keletą nuotraukų jūsų linksmybėms. Bendras spausdinimo laikas buvo apie 150 valandų (!). Vėlgi, stl failus galite rasti pridėtame ZIP faile.

4 žingsnis: rėmo konstravimas

Rėmas buvo pagamintas iš medinių lentjuosčių ir daugialypės plokštės. Dalys buvo supjaustytos naudojant diskinį pjūklą ir dėlionę, o po to pritvirtintos naudojant medžio klijus ir medvaržčius. Viršutinis ir apatinis dangtis taip pat buvo nudažyti, kad atrodytų gražiau. Išsamų dalių aprašymą, įskaitant visus matmenis, rasite pridedamuose brėžiniuose.

5 žingsnis: laiškų dėžių surinkimas

Laiškų dėžių surinkimas buvo daug darbo reikalaujantis ir užtruko labai ilgai, ypač litavimas. Taip yra todėl, kad kiekvienas jūsų žingsnis turi būti kartojamas 114 kartų.

1. Iškirpkite 114 atskiras dalis iš LED juostos
2. Skardos visos LED pagalvėlės
3. Pritvirtinkite kiekvieną šviesos diodą prie 3D spausdintos pašto dėžutės plokštės. Šviesos diodas turi būti centre. Mes taip pat pritvirtinome karštais klijais.
4. Toliau paruošėme 3x114 = 442 laidus, t. Y. Pjaustymą iki ilgio, galų nuėmimą ir skardinimą. Kiekvieno laido ilgis buvo 10 cm, išskyrus laidus, jungiančius paskutinę raidę su taškais, kurie turi būti ilgesni (~ 25 cm). Taip pat laidai, prijungti prie pirmosios raidės, kurie bus prijungti prie arduino ir maitinimo šaltinio, turėtų būti ilgesni.
5. Diasy grandinės šviesos diodai naudojant laidus. Laidai tiekiami per skyles kiekvienos pašto dėžutės 3D atspausdintoje plokštelėje.
6. Priekinis laiškų dėžutės viršelis buvo pritvirtintas klijais
7. Pavaros linijinio stovo dalis reikia suklijuoti
8. Linijinis stovas pritvirtinamas prie pašto dėžutės galo naudojant klijus

6 žingsnis: pavarų surinkimas

Vėl pavarų surinkimas buvo labai varginanti procedūra, kuri užtruko ilgai.

1. Pritvirtinkite servo prie 3D spausdinto korpuso naudodami pridedamus varžtus
2. Apvali pavara pritvirtinama prie servo naudojant pridedamą plastikinį kryžių, tačiau pirmiausia reikia nupjauti kryžių pagal formą ir pritvirtinti prie krumpliaračio naudojant epoksidą.
3. Pritvirtinkite pavarą prie servo naudodami pridedamą varžtą
4. Prieš įkišant linijinį stovą, kiekvienas servo servas buvo nulis į tą pačią padėtį
5. Linijinio stovo įdėjimas su pašto dėžute
6. Į 3D spausdintą korpusą įdėkite du M2 šešiabriaunius, kurie vėliau bus naudojami pritvirtinti prie galinės plokštės
7. Uždarykite korpusą su 3D atspausdintu dangteliu, naudodami M2.2 savisriegius varžtus

Galų gale mes susidūrėme su didele griozdiška grandininių pavarų grandine, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje

7 žingsnis: Galinės plokštės gamyba

Galinė plokštė buvo pjaustyta lazeriu iš 3 mm storio HDF medienos, naudojant CO2 lazerinį pjaustytuvą iš mūsų vietinės gamintojo erdvės. Iš pradžių bandėme fanerą, bet ji pasirodė per silpna, kad atlaikytų visų komponentų svorį. Šiuo atveju būtų buvę dar geriau naudoti aliuminį, tačiau jis, žinoma, yra brangesnis ir negali būti supjaustytas CO2 lazeriu. Pridedamas galinės plokštės dxf failas.

8 veiksmas: pritvirtinkite komponentus prie galinės plokštės ir laidų

Iš pradžių PCA9685 plokštės turėtų būti pritvirtintos prie galinės plokštės, naudojant PCB atskirtis. Tada „Arduino nano“ir RTC modulį galima įdėti, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Pastariesiems dviem naudojome 3D spausdintus laikiklius, kurie buvo pritvirtinti karštais klijais. Komponentai buvo prijungti, kaip parodyta elektros instaliacijos schemoje. Atminkite, kad geriausia maitinti kiekvieną PCA9685 atskirai per gnybtų bloką. Iš pradžių mes grandinėlėmis sujungėme V+ ir GND jungtis ir prijungėme tik pirmosios plokštės gnybtus (kaip siūloma adafruit puslapyje), tačiau šiuo atveju visa srovė eina per pirmąją plokštę ir galiausiai sudeginame MOSFET atvirkštinės apsaugos grandinės. Taip pat pridedama skaičiuoklė, rodanti servo kabelius. Servo prailginimo kabeliai buvo naudojami, kai tik reikia. Atminkite, kad kiekvienam PCA9685 turite priskirti skirtingus I2C adresus, kaip paaiškinta adafruit puslapyje.

Tada pavaros buvo pritvirtintos prie galinės plokštės, naudojant 228x M2 varžtus. Darbas vėl buvo labai monotoniškas, tačiau jam pasibaigus laikrodis jau pradėjo formuotis. Mes taip pat bandėme kuo geriau sutvarkyti servo kabelius, tačiau galų gale kabeliai vis tiek buvo labai nepatogūs.

Maitinimas buvo tiekiamas maitinant nuolatinės srovės kabelį per galinę plokštę ir prijungus jį prie gnybtų bloko.

9 žingsnis: Galinės plokštės pritvirtinimas prie rėmo

Sumontavę visus komponentus ir sutvarkę kabelius, 6x M4 varžtais pritvirtinome galinę plokštę prie rėmo. Deja, palikome labai mažai vietos, kad visi kabeliai tilptų, todėl juos reikėjo šiek tiek suspausti.

10 žingsnis: Servo kalibravimas

Kadangi visų pašto dėžučių aukštis po montavimo buvo šiek tiek kitoks, mes naudojome pridedamą kodą, kad sukalibruotume visas servo sistemas, kad pašto dėžučių minimalios ir maksimalios padėtys būtų vienodos. Siekdami maksimalios padėties, stengėmės, kad pašto dėžutė būtų kuo arčiau ekrano. Vėliau kiekvieno servo kalibruotos min/max padėtys įvedamos į pagrindinį kodą.

11 veiksmas: įkelkite kodą

Pridėtas pagrindinis žodžio laikrodis kodas. Yra trijų tipų efektai, rodantys laiką.

1. Greitai perkelkite visas raides atgal (viena po kitos) ir užsidega šviesos diodai su vienodomis atsitiktinėmis spalvomis. Tada vieną po kitos greitai perkelkite laiką rodančias raides į priekį ir kiekvieną žodį apšvieskite atsitiktine spalva.
2. Greitai perkelkite visas raides atgal (viena po kitos) ir užsidega šviesos diodai su vienodomis atsitiktinėmis spalvomis. Lėtai perkelkite kiekvieną žodį, rodantį laiką, į priekį (visas raides vienu metu) ir išblukinkite spalvą iš fono spalvos į atsitiktinę vertę.
3. Greitai perkelkite visas raides į atsitiktinę padėtį (viena po kitos) ir užsidega šviesos diodai su skirtingomis atsitiktinėmis spalvomis. Tada lėtai perkelkite visas raides atgal ir išblukinkite spalvą. Tęskite 1 arba 2.

Taip pat norėjau įgyvendinti efektą, kai taškas, rodantis dabartinę minutę, pamažu juda į priekį ir blunka, kad minutės pabaigoje jis būtų priekinėje padėtyje su tinkama spalva. Deja, man dar nepavyko, nes atrodo, kad IR imtuvas nereaguoja.

12 veiksmas: ekrano pritvirtinimas

Iš pradžių kaip ekraną norėjome naudoti baltą audinį. Problema buvo ta, kad, pritvirtinus jį prie rėmo, audinys nusilenkė centre ir galiausiai iškreipėme pagalvėlę. Tada nusprendėme ekranui naudoti ploną baltą PVC foliją. Folija taip pat reklamuojama gaminant lempų gaubtus, todėl ji turi tinkamą perdavimą, tačiau nėra permatoma, todėl juodos pašto dėžutės lieka paslėptos. Pirmajame bandyme foliją pritvirtinome epoksidu, tačiau ji ne per daug prilipo, todėl perėjome prie karštų klijų. Tačiau būkite atsargūs, jei klijai yra per karšti, jie iš tikrųjų gali ištirpinti foliją. Perteklinė folija buvo pašalinta peiliu.

13 veiksmas: viršutinio ir apatinio dangtelio pritvirtinimas

Galiausiai beicuoti mediniai dangteliai buvo pritvirtinti prie viršaus ir apačios. Tamsi spalva puikiai kontrastuoja su baltu ekranu. IR imtuvas buvo paduodamas per skylę galinėje plokštėje ir pritvirtintas prie viršutinio dangtelio karštais klijais.

14 veiksmas: baigtas laikrodis ir santrauka

Po dviejų mėnesių intensyvaus darbo laikrodis pagaliau buvo baigtas ir veikė. Apskritai esame labai patenkinti rezultatu. Perkeliant raides už ekrano kartu su šviesos diodų spalvų keitimu, gaunami labai šauniai atrodantys efektai. Galų gale raidės nesutapo idealiai, o ekranas nebuvo 100% plokščias, tačiau tai beveik atrodo dar gražiau. Žinoma, yra dalykų, kuriuos būtų galima patobulinti, tačiau nemanau, kad 2.0 versija bus sukurta dėl šio pastato pastangų, nebent kitą kartą gamybą perduosime Kinijai.

Jei jums patinka ši konstrukcija ir sugebėjote slinkti žemyn iki galo, balsuokite už mus „Epilog“konkurse.

Pirmasis „Epilog X“konkurso prizas