Word Clock kontrolowany przez 114 serw: 14 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Projekty Fusion 360 »

Co ma 114 diod LED i zawsze działa? Jak zapewne wiesz, odpowiedzią jest zegar słowny. Co ma 114 diod LED + 114 serwomechanizmów i ciągle się porusza? Odpowiedzią jest ten zegar sterowany serwomechanizmem.

Do tego projektu połączyłem siły z moim przyjacielem, co okazało się koniecznością ze względu na duży wysiłek związany z tym buildem. Ponadto moje umiejętności elektroniczne i mechaniczne całkiem dobrze się uzupełniały. Pomysł na taką adaptację popularnego zegara słownego przyszedł nam do głowy, gdy robiliśmy zwykły jako prezent świąteczny. Tam zauważyliśmy, że możliwe jest również wyświetlenie liter z tyłu na białej kartce papieru. W tamtym czasie było to tylko obejścieowe rozwiązanie, które ukrywało nasze gówniane rzemiosło, ponieważ skończyliśmy z mnóstwem bąbelków, gdy przyklejaliśmy winylową naklejkę z literami do tylnej części szklanej płyty. Zauważyliśmy wtedy, że przy zginaniu kartki można uzyskać ciekawe efekty, ponieważ litery zmieniają rozmiar i rozmywają się. To skłoniło nas do pomysłu stworzenia zegara słownego, w którym litery są wyświetlane z tyłu na ekranie i można je przesuwać w przód iw tył, aby zmienić rozmiar wyświetlanego obrazu. Na początku byliśmy nieco niechętni do zbudowania tego projektu ze względu na koszty i wysiłek, jaki jest potrzebny, aby przenieść każdą ze 114 liter osobno. Wpadliśmy więc na pomysł stworzenia wersji, w której każde słowo używane do wyświetlania czasu można przesuwać w przód iw tył. Jednak widząc, że zbliża się konkurs Epilog na Instructables z prośbą o epickie projekty, a także po znalezieniu stosunkowo tanich serwomotorów, postanowiliśmy pójść na całość i stworzyć odpowiednią wersję, w której każda litera jest indywidualnie sterowana przez serwo.

UWAGA: To nie jest jednodniowa kompilacja!

Aby dać ci wyobrażenie o wysiłku włożonym w ten projekt, rozważ następujące liczby. Gotowy zegar zawiera

• 798 pojedynczych wydrukowanych modeli 3D (całkowity czas drukowania ~ 200 godzin)
• ~600 śrub + ~250 nakrętek i podkładek
• ~500 przewodów (całkowita długość ~50 m). Nie licząc przewodów, które były już podłączone do serw.

Krok 1: Projekt

Zegar został zaprojektowany w Autodesk Fusion 360 i Inventor. Jak widać, zegar składa się ze 114 skrzynek na listy, które poruszane są za pomocą siłowników liniowych napędzanych z kolei silnikami serwo. Każda skrzynka na listy zawiera diodę LED wyświetlającą literę z tyłu ekranu wykonanego z białej folii PCV. Wszystkie elementy są umieszczone w drewnianej ramie.

Krok 2: Zbieranie materiałów

Części elektroniczne

114x mikrosilniki SG90 (ebay.de)

Chociaż serwa nosiły nazwę popularnej marki „Tower Pro”, to z pewnością są to tańsze podróbki. Jednak ponieważ cena podróbki wynosi około 1 EUR w porównaniu do 3 EUR za oryginał, sprawia to, że cały projekt jest bardziej przystępny. Najwyraźniej podróbki również pobierają mniej prądu (oczywiście oznacza to również mniejszy moment obrotowy), co ułatwiło znalezienie odpowiedniego zasilacza dla całego projektu.

• Taśma LED WS2812B 5 m, 60 diod/m (ebay.de)
• 8x 16 Ch serwowzmacniacz PWM PCA9685 (ebay.de)
• Moduł RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• Odbiornik IR VS1838B + pilot (ebay.de)
• Zasilanie 5 V, 10 A (ebay.de)
• Przedłużacz serwo 20x15 cm (ebay.de)
• kabel gniazdo DC do gołego przewodu (conrad.de)
• Rezystor 300-500 Ohm
• Kondensator 1000 µF (> 5 V)

Materiały do ramki

• listwy drewniane

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

• multipleks

  • 2 szt. 12 x 77 x 481 mm
  • 2 szt. 12 x 84 x 489 mm
• biała folia PVC (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• Płyta HDF 500 x 500 mm, grubość 3 mm

Śruby, kable itp

• 228x śruby M2 o długości 8 mm + podkładki + nakrętki sześciokątne
• 228x wkręty samogwintujące M2.2, 6,5 mm długości
• różne wkręty do drewna
• 50 m, przewód 0,22 mm2 (24 AWG)

Ponadto projekt ten wymagał dużej ilości druku 3D i lutowania. Tylna płyta została wyprodukowana metodą cięcia laserowego. Ramę zbudowano za pomocą piły tarczowej, wyrzynarki i wiertarki. Jak do każdego porządnego projektu użyliśmy też dużo kleju na gorąco, trochę kleju epoksydowego i plastikowego.

Całkowite koszty tego projektu wyniosły około 350 euro.

Krok 3: Elementy drukowane w 3D

Skrzynki na listy

Każda skrzynka na listy składa się z wydrukowanej w 3D okładki, która działa jak maska cieniowa i płyty podstawy, do której zostanie przymocowana dioda LED. Płyta podstawy zawiera cztery kołki ustalające, które ułatwiają dopasowanie do siłownika i sześć otworów do przeprowadzenia kabli LED. W sumie daje to 228 modeli, które zostały wydrukowane z czarnego PLA (Formfutura EasyFill PLA) o wysokości warstwy 0,4 mm. Całkowity czas drukowania na moim Anycubic Kossel Linear Plus wyniósł około 23 godzin w przypadku okładek listów i 10 godzin w przypadku płyt bazowych. Wszystkie pliki stl można znaleźć w załączonym pliku zip.

Siłowniki

Projekt siłownika został zaadaptowany z Linear Servo Extender Rogera Rabbita, który okazał się bardzo pomocny. Ponieważ części ściśle do siebie pasują, należy je wydrukować na porządnej drukarce 3D. Wysokość małej warstwy nie jest tak ważna (0,2 mm wystarczy) jak mała średnica dyszy (zalecamy 0,4 mm). Części powinny być drukowane w pokazanej orientacji. Każdy siłownik składa się z 5 pojedynczych części, ponieważ potrzebowaliśmy 114 siłowników, co daje łącznie 570 części (!). Do ich wydrukowania wykorzystaliśmy połączoną moc kilku profesjonalnych drukarek 3D (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Mimo to mieliśmy wiele nieudanych wydruków na częściach, a ja dołączyłem kilka zdjęć dla twojej rozrywki. Całkowity czas drukowania wyniósł około 150 godzin (!). Ponownie pliki stl można znaleźć w załączonym pliku zip.

Krok 4: Konstruowanie ramy

Stelaż wykonano z listew drewnianych i płyty multipleksowej. Części zostały wycięte przy użyciu piły tarczowej i wyrzynarki, a następnie połączone za pomocą kleju do drewna i wkrętów do drewna. Górna i dolna pokrywa została również poplamiona, aby nadać jej ładniejszy wygląd. Szczegółowy opis części wraz ze wszystkimi wymiarami można znaleźć na załączonych rysunkach.

Krok 5: Składanie skrzynek na listy

Składanie skrzynek na listy było bardzo pracochłonne i zajmowało bardzo dużo czasu, zwłaszcza lutowanie. Dzieje się tak dlatego, że każdy wykonany krok musi zostać powtórzony 114 razy.

1. Wytnij 114 pojedynczych kawałków z taśmy LED
2. Cynuj wszystkie podkładki LED
3. Przymocuj każdą diodę LED do wydrukowanej w 3D płyty tylnej skrzynki na listy. Dioda LED powinna być wyśrodkowana. Zabezpieczyliśmy go również gorącym klejem.
4. Następnie przygotowaliśmy 3x114 = 442 druty, czyli przycinamy na długość, ściągamy końcówki i cynujemy. Długość każdego przewodu wynosiła 10 cm, z wyjątkiem przewodów łączących ostatnią literę z kropkami, które muszą być dłuższe (~25 cm). Również przewody podłączone do pierwszej litery, która będzie podłączona do arduino i zasilacza powinny być dłuższe.
5. Diody LED w układzie łańcuchowym za pomocą przewodów. Przewody są prowadzone przez otwory w wydrukowanej w 3D płycie tylnej każdej skrzynki na listy.
6. Przednia okładka skrzynki na listy została przymocowana klejem
7. Części stojaka liniowego dla siłownika muszą być sklejone ze sobą
8. Stojak liniowy mocuje się z tyłu skrzynki na listy za pomocą kleju

Krok 6: Montaż siłowników

Znowu montaż siłowników był bardzo żmudną procedurą, która trwała bardzo długo.

1. Przymocuj serwo do drukowanej obudowy 3D za pomocą dołączonych śrub
2. Okrągłe koło zębate jest przymocowane do serwomechanizmu za pomocą dołączonego plastikowego krzyża, ale najpierw krzyż należy dociąć do kształtu i przymocować do koła zębatego za pomocą żywicy epoksydowej.
3. Przymocuj przekładnię do serwomechanizmu za pomocą dołączonej śruby
4. Przed włożeniem stojaka liniowego każde serwo było wyzerowane w tej samej pozycji
5. Wkładanie stojaka liniowego ze skrzynką na listy
6. Włożenie dwóch nakrętek sześciokątnych M2 do wydrukowanej w 3D obudowy, która zostanie później użyta do przymocowania jej do tylnej płyty
7. Zamknij obudowę za pomocą drukowanej w 3D pokrywy za pomocą wkrętów samogwintujących M2.2

W końcu skończyliśmy z dużym, masywnym bałaganem połączonych łańcuchowo siłowników, jak pokazano na powyższym obrazku

Krok 7: Wykonanie płyty tylnej

Tylna płyta została wycięta laserowo z drewna HDF o grubości 3 mm za pomocą wycinarki laserowej CO2 z naszego lokalnego producenta. Na początku próbowaliśmy sklejki, ale okazało się, że jest zbyt cienka, aby utrzymać ciężar wszystkich elementów. W tym przypadku byłoby jeszcze lepiej użyć aluminium, ale jest ono oczywiście droższe i nie da się go wyciąć laserem CO2. W załączeniu plik dxf z płytą tylną.

Krok 8: Przymocuj komponenty do płyty tylnej i okablowania

W pierwszej kolejności płytki PCA9685 należy przymocować do płyty tylnej za pomocą kołków do PCB. Następnie moduł Arduino nano i RTC można umieścić tak, jak pokazano na powyższym obrazku. W przypadku dwóch ostatnich wykorzystaliśmy uchwyty wydrukowane w 3D, które zostały przymocowane gorącym klejem. Komponenty zostały połączone jak pokazano na schemacie elektrycznym. Należy pamiętać, że najlepiej jest zasilać każdy PCA9685 oddzielnie przez listwę zaciskową. Na początku połączyliśmy łańcuchowo również złącza V+ i GND i połączyliśmy tylko listwę zaciskową pierwszej płytki (jak sugeruje strona adafruit), jednak w tym przypadku cały prąd przepływa przez pierwszą płytkę i ostatecznie spaliliśmy MOSFET odwrotnego obwodu zabezpieczającego. Dołączono również arkusz kalkulacyjny przedstawiający okablowanie serw. Przedłużacze do serw, gdy są używane w razie potrzeby. Zauważ, że musisz przypisać różne adresy I2C do każdego PCA9685, jak wyjaśniono na stronie adafruit.

Siłowniki zostały następnie przymocowane do tylnej płyty za pomocą śrub 228x M2. Praca znów była bardzo monotonna, ale po jej zakończeniu zegar zaczynał już nabierać kształtu. Staraliśmy się również jak najlepiej zorganizować kable serwo, ale ostatecznie okablowanie nadal było bardzo niechlujne.

Zasilanie było dostarczane przez wprowadzenie kabla DC przez tylną płytkę i podłączenie go do listwy zaciskowej.

Krok 9: Mocowanie płyty tylnej do ramy

Po zamontowaniu wszystkich komponentów i uporządkowaniu kabli przykręciliśmy backplate do ramy za pomocą śrub 6x M4. Niestety zostawiliśmy bardzo mało miejsca na wszystkie kable, więc trzeba je było trochę wcisnąć.

Krok 10: Kalibracja serw

Ponieważ wysokość wszystkich skrzynek na listy była nieco inna po zamontowaniu, użyliśmy załączonego kodu do kalibracji wszystkich serw, aby skrzynki na listy miały takie same pozycje minimalne i maksymalne. Dla maksymalnej pozycji staraliśmy się umieścić skrzynkę na listy jak najbliżej ekranu. Skalibrowane pozycje min/maks dla każdego serwa są następnie wprowadzane do głównego kodu.

Krok 11: Przesyłanie kodu

W załączniku znajduje się główny kod zegara słownego. Istnieją trzy rodzaje efektów pokazywania czasu.

1. Szybko przesuń wszystkie litery do tyłu (jedna po drugiej) i zapal diody LED o jednakowym losowym kolorze. Następnie szybko przesuwaj do przodu litery wyświetlające czas i podświetlaj każde słowo w losowym kolorze.
2. Szybko przesuń wszystkie litery do tyłu (jedna po drugiej) i zapal diody LED o jednakowym, losowym kolorze. Powoli przesuwaj do przodu każde słowo, które wyświetla czas (wszystkie litery jednocześnie) i zmieniaj kolor z tła na losową wartość.
3. Szybko przesuwaj wszystkie litery w losowe pozycje (jedna po drugiej) i zapalaj diody LED o różnych losowych kolorach. Następnie powoli przesuń wszystkie litery do tyłu i zniknij kolor. Kontynuuj z 1. lub 2.

Chciałem również zaimplementować efekt, w którym kropka, która pokazuje bieżącą minutę, stopniowo przesuwa się do przodu i blednie, tak aby po zakończeniu minuty znajdowała się w przedniej pozycji z prawidłowym kolorem. Niestety, jeszcze nie udało mi się go uruchomić, ponieważ wydaje się, że odbiornik podczerwieni nie odpowiada.

Krok 12: Mocowanie ekranu

Początkowo chcieliśmy użyć białej tkaniny jako ekranu. Problem polegał na tym, że po przymocowaniu go do ramy materiał wyginał się na środku i skończyło się na zniekształceniu poduszkowym. Następnie zdecydowaliśmy się zamiast tego użyć cienkiej białej folii PCV na ekran. Folia jest również reklamowana do produkcji kloszy, dzięki czemu ma rozsądną transmisję, ale nie jest przezroczysta, więc czarne skrzynki na listy pozostają ukryte. W naszej pierwszej próbie przykleiliśmy folię za pomocą żywicy epoksydowej, ale nie przylegała zbyt dobrze, więc przeszliśmy na gorący klej. Uważaj jednak, że jeśli klej jest zbyt gorący, może faktycznie stopić folię. Nadmiar folii został usunięty nożem ściernym.

Krok 13: Mocowanie górnej i dolnej pokrywy

Wreszcie na górze i na dole przymocowano poplamione drewniane okładki. Ciemny kolor stanowi ładny kontrast z białym ekranem. Odbiornik IR został wprowadzony przez otwór w tylnej płycie i przymocowany do górnej pokrywy za pomocą gorącego kleju.

Krok 14: Gotowy zegar i podsumowanie

Po dwóch miesiącach intensywnej pracy zegar w końcu był gotowy i działał. Ogólnie jesteśmy bardzo zadowoleni z wyniku. Przesuwanie liter za ekranem w połączeniu ze zmianą kolorów diod LED daje bardzo fajnie wyglądające efekty. Ostatecznie litery nie ułożyły się idealnie, a ekran nie był w 100% płaski, ale to prawie sprawia, że wygląda jeszcze ładniej. Na pewno są rzeczy, które można poprawić, ale nie sądzę, aby pojawiła się wersja 2.0 ze względu na monumentalny wysiłek tego builda, chyba że następnym razem zlecimy produkcję do Chin.

Jeśli podoba Ci się ten build i udało Ci się przewinąć do samego dołu, zagłosuj na nas w konkursie Epilog.

I nagroda w konkursie Epilog X