Digitální truhla s pokladem: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Studuji hru a interakční technologii na Utrechtské univerzitě umění. Existuje jeden projekt s názvem „If this then that“, kde jste požádáni o vytvoření interaktivního produktu. Budete používat Arduino, navrhnout zajímavý interaktivní prvek a postavit kolem něj pěkný a profesionálně vypadající prototyp. Měl jsem jasná osobní přání jít do tohoto projektu: Chtěl jsem se naučit svařovat, chtěl jsem se naučit programovat v C/C ++ a chtěl jsem řídit 14segmentový displej, který už navždy ležel kolem mého místa. Trvalo mi pár týdnů, než jsem přišel na nápad, který je spojil, ale nakonec mi to došlo: chtěl jsem udělat truhlu, kterou musíte otevřít kódem, ale ne žádným. Senzor tlaku je průběžně odečítán a zobrazován na displeji, musíte dosáhnout správného čísla a třikrát jej potvrdit, abyste odemkli hrudník.

Chtěl jsem, aby truhla měla jakýsi moderně-průmyslový vzhled, takže moje materiální volba byla ocel a dřevo.

Nakonec jsem docela spokojený s tím, jak to dopadlo! Níže jsem napsal kroky, abyste je mohli znovu vytvořit nebo dokonce vylepšit! Bavte se!

Krok 1: Shromáždění přísad

Než začneme, budeme potřebovat nějaké díly. Zde je úplný seznam:

Kryt:

• 350cm čtvercová ocelová trubka, 20x20x2mm
• 6x 26x26x0,9 cm překližkové panely (nejúčinnějším způsobem je nařezat desku větší než 52 x 72 cm na šest kusů, ale ujistěte se, že máte nějaké zbytky dřeva!)
• 1x překližkový panel 26x22x0,9 cm
• 90 cm dřevo 22x30 mm (na kusy 26 cm, 2x 18 cm a 2x 12 cm)
• Malé závěsy
• 2x akordová poutka
• Šrouby: 4,0x16, 4,0x20, 4,0x25, 3,0x12 (přibližně deset od každého, včetně některých náhradních)
• Šrouby: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (asi deset od každého, včetně některých náhradních)
• Ořechy: M3, M6, M10
• Rukojeť
• 2x ocelové tyče 8cm 25x4mm

Elektronika:

• Knoflík
• LED červená
• LED modrá
• Rezistor citlivý na sílu
• Solenoid ve stylu zámku (můj model je 12V 650mA)
• 14-segmentový displej HDSP-A22C
• Digitální expandér I/O MCP23017
• 15x odpor 470
• 3x rezistor 1k
• 6x odpor 10k
• 1N4007 dioda
• 2x tranzistor BC547B
• 2x tranzistor BC557B
• TIP31A tranzistor
• Nástěnný adaptér 12V 1A

Krok 2: Stavba truhly - ocelový rám

Hrudník je 30 cm velká kostka, vyrobená z ocelových trubek a dřevěných panelů. V garáži jsem našel pěkné čtvercové trubky 20x20 mm se 2 mm silnými stěnami. Stěny musí být dostatečně silné, aby mohly svařovat a řezat závitové otvory pro šrouby M3. 2 mm je k tomu ideální tloušťka. K tomu můžete samozřejmě použít jakýkoli druh ocelových trubek, pokud máte nějaké lepší nápady.

Nejelegantnějším způsobem, jak postavit rám, je vytvořit dva čtverce o rozměrech 30 x 30 cm a poté tyto dva čtverce spojit pomocí trubek o průměru 26 cm (30 - 2*2). Chcete -li vytvořit čtverce, rozřízněte dlouhé ocelové trubky šikmo na osm kusů. Konce kusů by měly být řezány pod úhlem 45 stupňů směrem k sobě. Dlouhé konce dílu jsou 30 cm. Při použití namontované pily je snadné otočit kotouč o 45 stupňů a otočit trubku po každém kusu. Tím se plýtvá nejméně materiálu. Poté, co máte osm diagonálně řezaných kusů, je čas vyříznout další čtyři rovné. Tyto kousky jsou dlouhé 26 cm.

Potom nakonec nařízněte deset kusů asi 6 cm ocelové tyče 20 x 4 mm. Toto budou montážní body pro dřevěné panely.

Když je veškerý kov připraven, je čas svařovat. Nejtěžší je zde vystlat trubky, které jste uřízli. Začněme horním a dolním čtvercem. Vezměte diagonální kusy a vyskládejte je do čtverce na kus dřeva. Tip zde je použít zhruba čtvercový talíř asi 30 cm, takže můžete nechat rohy spadnout na hrany, pokud je rozložíte pod úhlem 45 stupňů ve srovnání se dřevem. Připevněte je některými svorkami a ujistěte se, že se kov dotýká všech rohů, aby při svařování mohla proudit elektřina z každého kusu na další. Pokud jste nikdy předtím nesvařovali, nyní je čas trochu si zacvičit, protože když to pokazíte, můžete všechno dělat tak daleko. V každém případě spojte kusy dohromady v rozích (rozhodl jsem se to udělat zevnitř) a nyní jste dokončili první část! Druhý čtverec se snáze vyskládá, protože jej můžete jednoduše položit na první. Svařte je také dohromady. Pokud vše proběhlo správně, měli byste nyní mít dva stejné ocelové čtverce.

V tomto okamžiku budete chtít připevnit montážní body pro dřevo. Na každý panel na protilehlých hranách krychle jsem použil dva kusy. Vybral jsem konkrétní vzor, aby víku nepřekážel žádný kus a nemusel jsem tedy montovat dva kusy na stejný okraj. Můžete to udělat, jak chcete, pokud hrana, kde bude solenoid uzamčen, nemá.

V tomto okamžiku jsem také vzal brusný nástroj s ocelovým kartáčem připojeným k čištění oceli. Tyče měly několik rezavých skvrn a zjistil jsem, že jim to hezky pohlédlo.

Abychom dokončili stavbu ocelového rámu, stačí propojit dva čtverce, které nyní máme. Nejjednodušší je umístit je vzpřímeně na rovný povrch a položit mezi ně dvě z 26 cm trubek. Extra pár rukou vám přijde velmi užitečný, když si je upínáte. Svařte to dohromady a opakujte to pro druhou stranu.

Pokud vše proběhlo správně, měl by být ocelový rám hotový!

Krok 3: Stavba truhly - boky a víko

Abychom dokončili hrudník, musíme po stranách přidat dřevěné obložení. mějte na paměti, že elektronika bude skrytá ve víku, takže budete potřebovat trochu více talíře než jen 6 kusů o rozměrech 26 x 26 cm. V kutilském obchodě měli 122x61cm, což bylo perfektní. Vybral jsem si trochu tenčí dřevo, než jsem původně zamýšlel, ale nakonec to vypadalo lépe, než by vypadalo silnější dřevo. Když je ocelová trubka široká 2 cm, má zaoblené rohy a šířka držáku je 4 mm, zbude vám na panel přibližně 10 mm, a přitom zachovat dobrý vzhled. Desky, které jsem našel, byly silné 9 mm, takže to bylo perfektní.

Pláty nakrájejte na šest panelů o rozměrech 26 x 26 cm. Pokud je váš svar trochu velký, budete muset odříznout rohy. Až budete mít desky, rozložte je do rámu. Je vhodné označit, který kam jde. Uprostřed dřeva označte místo, kde budou dva otvory. Umístěte dřevo do rámu na příslušném místě a vyvrtejte otvor pro šroub. Ležel jsem kolem šroubů M6, ale každý šroub je dobrý. Větší šrouby mohou mít odvážnější vzhled, ale i M3 to může držet pohromadě. Ujistěte se, že šrouby nejsou příliš dlouhé, protože budou vyčnívat do rámu. Sem budete ukládat své věci, takže když budou trčet dlouhé šrouby, bude to trochu nepohodlné. Pokud jste použili přesně stejné rozměry materiálu jako já, měl by na vás mířit šroub 20 mm. Když jsou otvory vyvrtány, můžete namontovat desky, ale počkejte s upevněním čehokoli, než bude víko hotové, nebudete se chtít zamknout!

U víka začneme jedním z plátů, které jsme prořízli po stranách. Cílem je z víka udělat pouzdro na elektroniku. V kutilském obchodě jsem také našel kus dřeva o rozměrech 22 x 30 mm, který by z něj udělal perfektní distanční tyč. Poskytuje tři centimetry, kam můžete schovat elektriku. Než je nalepíme na víko, musíme do dřeva udělat otvory. Všechny jsou kulaté otvory kromě jednoho pro displej. U kulatých použijte vrtačku. Pro referenci velikosti použijte schéma na obrázcích výše. Pokud chcete být přesnější, můžete k zobrazení použít buď elektrickou přímočarou pilu, nebo frézku. Jakmile jsou všechny otvory vyříznuty a vyvrtány, můžete lepit kousky dřeva po stranách panelu ve svislé poloze! Dávejte také pozor, aby se váš solenoid stále vešel do prostoru, který zbyl. Když je vše slepené, proveďte přesná měření a nařízněte ještě jeden panel dřeva na tyto rozměry. Už ji budete chtít přišroubovat na spodní část dřevěných distančních podložek, abyste mohli oříznout rohy v jedné rovině s rohem panelu, se kterým jste začali.

Nyní musíme vyrobit tlačítka pro tlakový senzor a akční tlačítko. Chceme před uživatelem skrýt skutečné tlačítko, takže je namontujeme pod víko uvnitř elektronického prostoru. Jednoduše jsem nařezal pár malých kousků dřeva ze zbylé překližky, aby sloužily jako mezikusy. Tlačítko připájejte na desku plošných spojů a přišroubujte na kousky dřeva, které jsou přilepené ke spodní straně víka, a ujistěte se, že tlačítko vychází přesně do středu otvoru. Senzor tlaku je trochu jiný. K tomu použijte také dva distanční kusy přilepené k víku, ale vezměte třetí kus a vytvořte most přes otvor. Senzor nalepte přesně do středu otvoru.

Pro ovládání tlačítek skrz víko by bylo ideální něco vytisknout 3d. Bohužel jsem na to neměl čas, tak jsem improvizoval. Můžete si dělat, co chcete, ale tady je tip, že potřebujete něco, co zabrání vypadnutí tlačítka na obou stranách. Na jednom konci jsem použil zkrácené šrouby s maticí rozříznutou na polovinu a zakryl jsem to něčím, co jsem našel ležet kolem.

Další věc, kterou je třeba namontovat, je solenoid. Každý solenoid je trochu jiný, ale nejjednodušší způsob, jak většinu solenoidů namontovat, je vrstvit dřevo mezi cihlu a víko, dokud přesně neklouže za rám, ale také dostatečně daleko dozadu, aby se nedotklo dřeva, když je vysunuto. Pro mě to bylo 6 mm. Potom jsem musel znovu vybrousit trochu oceli, protože nakonec to ještě nebylo dost dole. Pravděpodobně jsem měl asi 7 nebo 8 mm.

Víko je nyní většinou hotové a je třeba přidat pouze elektroniku. Toto je ta správná chvíle pro první připevnění víka k rámu. Zkuste si v místním obchodě pořídit malé panty, ty by neměly být větší než ocelové trubky (~ 18 mm)! V závislosti na velikosti a kvalitě těchto závěsů můžete použít buď dva nebo tři. Označte jejich polohu na rámu a na víku. Nyní si pořiďte další pár rukou, které budou držet víko na místě, zatímco budete označovat, kde vyvrtat otvory. Otvory v ocelové trubce by měly být opatřeny závitem, abyste mohli jednoduše zašroubovat šroub, aniž byste se museli starat o to, jak jej upevnit. Když jsou závěsy připevněny k rámu, vraťte ty ruce navíc a přišroubujte víko na závěsy pomocí malých šroubů. Protože na víku musíte zapracovat později, můžete s tímto krokem také počkat, dokud nebude vše hotové.

Nyní jsme připraveni pracovat na elektronice!

Krok 4: Elektronika

Obvod se skládá z pěti samostatných obvodů. Většina z nich je docela jednoduchá: jednoduchá LED s odporem nebo tlačítkem připojeným k pinu Arduino. Dva komplikovanější obvody jsou ty, které pohánějí displej a elektromagnetický zámek.

Displej má 15 samostatných kolíků, které je potřeba řídit. Základní Arduino může řídit maximálně 19 pinů. Na zbytek designu jsem potřeboval dalších 5 pinů, takže mi docházelo. Řešení jsem našel v použití I2C řízeného I/O expandéru, MCP23017. V kombinaci s knihovnou Adafruit pro toto zařízení je použití opravdu jednoduché. Část obvodu, která je připojena ke kolíku GPA0, slouží ke střídání mezi dvěma společnými anodami displeje HDSP-A22C. Když je vysoká, řídí znak 1 a když je nízká, řídí znak 2. Nevýhodou použití tohoto expandéru je, že zapisuje na výstupní piny, jakmile je zapsán bajt. To způsobilo ghosting. Bohužel jsem to nedokázal vyřešit hardwarem, takže jsem použil software k obejití problému.

Vzhledem k tomu, že solenoid, který jsem použil, je napájen napětím 12 V (pro které můžete použít jakýkoli napájecí zdroj 12 V, zapojte jej do Arduina a připájejte k němu vodič), potřeboval jsem obvod zesilovače (Darlington), abych jej poháněl pinem Arduino. Nezapomeňte také na diodu pro tlumení špičkových proudů generovaných elektromagnety v solenoidu!

Při pájení obvodů mějte na paměti, kam je umístíte. Kolem všech desek jsem nechal trochu ohraničení, abych je mohl přišroubovat na nějaké distanční dílky (zbytky z bočních panelů) nalepené na víku. U LED diod můžete pájet vodič s rezistorem přímo k LED a pomocí teplem smrštitelných trubic jej zakrýt a zajistit, aby se nerozbil. Použijte horké lepidlo, aby se všechny dráty pájené přímo na desku neodlomily.

Poté, co bylo vše pájeno, je čas vše spojit! Dostal jsem nějaké ženské záhlaví pro rozšíření kolejnic 5V a GND, takže nemusím vše pájet dohromady a tak mohu něco snadno odpojit nebo vyměnit, pokud se to rozbije. Pokud jste použili podobný kus dřeva na boky víka jako já, všimnete si, že již není žádný prostor pro připojení k Arduinu. Nejjednodušším řešením je ohnout kolíky pod úhlem 90 stupňů a zapojit je tímto způsobem.

Poslední část je nejjednodušší a tou je nahrání kódu.

Krok 5: Kód

Veškerý kód byl vytvořen pomocí PlatformIO. Pokud s tím nejste obeznámeni, můžete jej jednoduše zkopírovat a vložit do skici Arduina. Pokud jste, stačí si stáhnout program a nahrát jej do svého Arduina. Kód najdete na mém Githubu. Podívejte se kolem sebe v sekci konfigurace programu a změňte hodnoty, jak uznáte za vhodné (obzvláště zajímavé jsou piny a kombinace). Výchozí kombinace je 43 - 50 - 99.

Krok 6: Dokončení dotyků

Jakmile je vše hotovo, namontováno a začne fungovat, jsme připraveni přidat poslední detaily, které umožní, aby vše fungovalo.

Abyste zabránili propadnutí víka rámem, můžete namontovat dvě blokovací desky namontované na boku víka. Použil jsem ocelovou tyč 25x4 mm, kterou jsem našel, rozřezal na kousky kolem 8 cm, vyvrtal jsem do nich otvory a přišrouboval je na víko.

Další věc, kterou jsem do víka přidal, byla rukojeť - docela užitečná, pokud ji chcete někdy otevřít. Musel jsem vrtat hluboko do stran víka, abych ho namontoval, ale vypadalo to skvěle.

Dalším důležitým prvkem je přidání malého akordu, aby se zabránilo poklopu spadnout příliš daleko dozadu a poškodit závěsy. Moje řešení bylo použít šroubovací háčky na víku a na vnitřní straně hrudníku, kde bych mohl připevnit akord.

Chcete -li získat energii uvnitř víka, vyvrtejte do jednoho okraje malý otvor a vyřízněte jej shora. Vložte šroub do jiného okraje a zavěste akord na šroub, abyste zabránili tomu, aby někdo omylem vytáhl akord síly a navždy vás zamkl z hrudníku.

Nakonec jste si možná všimli, že ještě nemůžete zavřít víko. Důvodem jsou překážky. Stačí zde uříznout trochu dřeva, aby se uvolnilo místo pro tyto ořechy.

A to je vše! Tak můžete digitální pokladnici reprodukovat sami! A při používání nebezpečného elektrického nářadí nezapomeňte na správné ochranné pomůcky!