Cyfrowa skrzynia skarbów: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Studiuję technologię gier i interakcji na Uniwersytecie Sztuk Pięknych w Utrechcie. Jest jeden projekt o nazwie „Jeśli to, to tamto”, w którym poproszono Cię o zbudowanie interaktywnego produktu. Masz użyć Arduino, zaprojektować ciekawy element interaktywny i zbudować wokół niego ładny i profesjonalnie wyglądający prototyp. Miałem pewne osobiste potrzeby wchodzące w ten projekt: chciałem nauczyć się spawać, chciałem nauczyć się programować w C/C++ i chciałem prowadzić 14-segmentowy wyświetlacz, który od zawsze leżał w moim miejscu. Zajęło mi kilka tygodni, zanim wpadłem na pomysł, który je połączył, ale w końcu przyszedł do mnie: zamierzałem zrobić skrzynię, którą trzeba otworzyć kodem, ale nie żadnym kodem. Czujnik ciśnienia jest stale odczytywany i pokazywany na wyświetlaczu, musisz dotrzeć do właściwej liczby i potwierdzić ją trzy razy, aby odblokować klatkę piersiową.

Chciałem, aby komoda miała coś w rodzaju nowoczesnego industrialnego wyglądu, więc moim wyborem materiałów były stal i drewno.

W końcu jestem całkiem zadowolony z tego, jak to się skończyło! Poniżej napisałem kroki, abyś mógł je odtworzyć, a nawet ulepszyć! Baw się dobrze!

Krok 1: Zbieranie składników

Zanim zaczniemy, będziemy potrzebować kilku części. Oto pełna lista:

Obudowa:

• Rura stalowa kwadratowa 350 cm, 20x20x2mm
• 6x 26x26x0.9cm paneli ze sklejki (najwydajniejszym sposobem jest pocięcie deski, która jest większa niż 52x72cm na sześć kawałków, ale upewnij się, że masz trochę drewna!)
• 1x panel ze sklejki 26x22x0,9 cm
• 90cm drewno 22x30mm (pocięte na kawałki po 26cm, 2x 18cm i 2x 12cm)
• Małe zawiasy
• 2x pętle akordów
• Śruby: 4,0x16, 4,0x20, 4,0x25, 3,0x12 (po około dziesięć sztuk, w tym zapasowe)
• Śruby: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (po około dziesięć sztuk, w tym zapasowe)
• Nakrętki: M3, M6, M10
• Uchwyt
• 2x 8cm pręty stalowe 25x4mm

Elektronika:

• Przycisk
• Czerwona dioda LED
• Niebieska dioda LED
• Rezystor wrażliwy na siłę
• Elektrozawór w stylu zamka (mój to model 12V 650mA)
• 14-segmentowy wyświetlacz HDSP-A22C
• MCP23017 Cyfrowy ekspander we/wy
• 15x rezystor 470
• 3x rezystor 1k
• 6x rezystor 10k
• Dioda 1N4007
• 2x tranzystor BC547B
• 2x tranzystor BC557B
• Tranzystor TIP31A
• Adapter ścienny 12V 1A

Krok 2: Budowanie skrzyni - stalowa rama

Komoda to kostka o wielkości 30cm, wykonana ze stalowych rurek i drewnianych paneli. W garażu znalazłem ładne kwadratowe rury 20x20mm ze ściankami o grubości 2mm. Ściany muszą być wystarczająco grube, aby można było je spawać i gwintować otwory na śruby M3. 2 mm to idealna grubość. Oczywiście możesz użyć do tego dowolnego rodzaju rur stalowych, jeśli masz jakieś lepsze pomysły.

Najbardziej eleganckim sposobem zbudowania ramy jest wykonanie dwóch kwadratów o wymiarach 30x30cm, a następnie połączenie tych dwóch kwadratów za pomocą rurek 26cm (30 - 2*2). Aby zrobić kwadraty, pokrój długie stalowe rurki po przekątnej na osiem kawałków. Końce kawałków należy przyciąć pod kątem 45 stopni do siebie. Długie końce kawałka mają 30cm. Korzystając z zamontowanej piły, łatwo jest obrócić ostrze o 45 stopni i obrócić rurę po każdym kawałku. To marnuje najmniej materiału. Po tym, jak masz osiem kawałków ściętych ukośnie, nadszedł czas na wycięcie kolejnych czterech prostych. Te kawałki mają 26 cm długości.

Następnie wyciąć dziesięć kawałków o długości około 6 cm ze stalowego pręta 20x4mm. Będą to punkty mocowania paneli drewnianych.

Kiedy cały metal jest gotowy, czas na spawanie. Najtrudniejszą częścią jest wyłożenie rur, które wycinałeś. Zacznijmy od górnego i dolnego kwadratu. Weź ukośne kawałki i ułóż je w kwadrat na kawałku drewna. Wskazówka jest taka, aby użyć mniej więcej kwadratowej płyty o długości około 30 cm, aby rogi opadły z krawędzi, jeśli ułożysz je pod kątem 45 stopni w porównaniu z drewnem. Zamocuj je za pomocą zacisków i upewnij się, że metal dotyka wszystkich rogów, aby prąd mógł przepływać z każdego elementu do następnego podczas spawania. Jeśli nigdy wcześniej nie spawałeś, teraz jest czas, aby trochę poćwiczyć, ponieważ jeśli to zepsujesz, możesz zrobić wszystko do tej pory. W każdym razie, zespawaj elementy razem w rogach (zdecydowałem się zrobić to od wewnątrz) i już ukończyłeś pierwszą część! Drugi kwadrat jest łatwiejszy do wytyczenia, ponieważ można go po prostu położyć na pierwszym. Zespawaj je również razem. Jeśli wszystko poszło dobrze, powinieneś mieć teraz dwa identyczne stalowe kwadraty.

W tym momencie będziesz chciał przymocować punkty mocowania drewna. Użyłem dwóch kawałków na każdy panel na przeciwległych krawędziach sześcianu. Wybrałem konkretny wzór, aby żaden element nie przeszkadzał w pokrywce i nie musiałem montować dwóch elementów na tej samej krawędzi. Możesz to zrobić w dowolny sposób, o ile krawędź, na której zostanie zablokowany elektrozawór, nie ma go.

W tym momencie wziąłem również narzędzie do szlifowania ze stalową szczotką dołączoną do czyszczenia stali. Bary miały na sobie kilka zardzewiałych plam i stwierdziłem, że nadają im ładny wygląd.

Aby dokończyć budowę stalowej ramy, wystarczy połączyć dwa kwadraty, które mamy teraz. Najłatwiej jest umieścić je pionowo na równej powierzchni i ułożyć między nimi dwie z 26 cm rurek. Dodatkowa para rąk będzie bardzo przydatna, gdy będziesz je zaciskać. Zespawaj to razem i powtórz dla drugiej strony.

Jeśli wszystko poszło dobrze, stalowa rama powinna być już gotowa!

Krok 3: Budowanie skrzyni - boki i wieczko

Aby wykończyć skrzynię, musimy dodać po bokach drewnianą boazerię. pamiętaj, że elektronika będzie schowana w pokrywie, więc będziesz potrzebować trochę więcej talerza niż tylko 6 sztuk 26x26cm. W marketach budowlanych mieli 122x61cm, co było idealne. Wybrałem nieco cieńsze drewno niż pierwotnie zamierzałem, ale ostatecznie wyglądało to lepiej niż grubsze drewno. Gdy stalowa rura ma szerokość 2 cm, zaokrąglone rogi, a mocowanie ma szerokość 4 mm, pozostanie około 10 mm na panel, zachowując jednocześnie dobry wygląd. Płyty, które znalazłem, miały grubość 9 mm, więc było idealnie.

Pokrój talerze na sześć paneli o wymiarach 26x26cm. Jeśli twoja spoina jest trochę za duża, będziesz musiał obciąć rogi. Kiedy masz już talerze, ułóż je w ramie. Wygodnie jest oznaczyć, który z nich idzie gdzie. Na środku drewna zaznacz miejsce, w którym będą dwie dziury. Umieść drewno w ramie w odpowiednim miejscu i wywierć otwór na śrubę. Miałem leżące wokół śruby M6, ale każda śruba jest dobra. Większe śruby mogą nadać mu odważniejszy wygląd, ale nawet M3 może go dobrze trzymać. Upewnij się, że śruby nie są zbyt długie, ponieważ będą wystawać w ramę. Tutaj umieścisz swoje rzeczy, więc gdy wystają długie śruby, będzie to trochę niewygodne. Jeśli użyłeś dokładnie tych samych wymiarów materiału co ja, śruba 20 mm powinna być tym, do czego dążysz. Po wywierceniu otworów możesz zamontować płyty, ale pamiętaj, aby poczekać z zamocowaniem czegokolwiek, zanim pokrywa się skończy, nie będziesz chciał się zablokować!

Na pokrywkę zaczynamy od jednej z płyt, które wycinamy na boki. Pomysł polega na tym, aby wieko stało się etui na elektronikę. W sklepie budowlanym znalazłem też kawałek drewna o wymiarach 22x30mm, który idealnie nadawałby się na dystans. Zapewnia trzy centymetry miejsca, w którym możesz schować elektrykę. Przed przyklejeniem ich do wieczka musimy zrobić otwory w drewnie. Wszystkie są okrągłe, z wyjątkiem jednego na wyświetlacz. W przypadku okrągłych użyj wiertarki. Aby uzyskać odniesienie do rozmiaru, użyj schematu na powyższych obrazach. Do wyświetlania możesz użyć wyrzynarki elektrycznej lub frezarki, jeśli chcesz być bardziej precyzyjny. Po wycięciu i wywierceniu wszystkich otworów można przykleić kawałki drewna po bokach panelu w pozycji pionowej! Uważaj również, aby twój solenoid nadal mieścił się w pozostałej przestrzeni. Kiedy wszystko jest sklejone, wykonaj dokładne pomiary i przytnij jeszcze jeden panel drewna do tych wymiarów. Będziesz chciał już przykręcić go na spodzie drewnianych podkładek dystansowych, aby przyciąć rogi równo z rogiem panelu, od którego zacząłeś.

Teraz musimy zrobić przyciski czujnika nacisku i przycisku akcji. Chcemy ukryć właściwy przycisk przed użytkownikiem, więc zamontujemy je pod pokrywą, wewnątrz komory elektroniki. Po prostu wyciąłem kilka małych kawałków drewna z pozostałej sklejki, aby służyły jako przekładki. Przylutuj przycisk do płytki drukowanej i przykręć go do kawałków drewna przyklejonych do spodu pokrywy, upewniając się, że przycisk wychodzi dokładnie pośrodku otworu. Czujnik ciśnienia jest nieco inny. W tym celu użyj dwóch elementów dystansowych przyklejonych do pokrywy, ale weź trzeci element, aby zrobić mostek nad otworem. Przyklej czujnik dokładnie w środku otworu.

Aby kontrolować przyciski przez pokrywę, idealnie byłoby coś wydrukować w 3D. Niestety nie miałem na to czasu, więc improwizowałem. Możesz robić, co chcesz, ale wskazówka jest taka, że potrzebujesz czegoś, co zapobiegnie wypadaniu przycisku z obu stron. Użyłem skróconych śrub z nakrętką przeciętą na pół na jednym końcu i zakryłem ją czymś, co leżało wokół.

Następną rzeczą do zamontowania jest elektrozawór. Każdy elektrozawór jest nieco inny, ale najłatwiejszym sposobem zamontowania większości elektrozaworów jest ułożenie drewna między cegłą a pokrywą, aż dokładnie wsunie się za ramę, ale także na tyle daleko, aby nie dotykać drewna, gdy jest wysunięty. Dla mnie to było 6mm. Później musiałem ponownie zeszlifować trochę stali, ponieważ w końcu wciąż nie było wystarczająco daleko. Powinienem prawdopodobnie mieć około 7 lub 8 mm.

Pokrywa jest teraz w większości gotowa i wystarczy dodać tylko elektronikę. To odpowiedni moment, aby najpierw przymocować pokrywę do ramy. Spróbuj kupić małe zawiasy w lokalnym sklepie, nie powinny one być większe niż stalowa rurka (~18mm)! W zależności od wielkości i jakości tych zawiasów możesz użyć dwóch lub trzech. Zaznacz ich położenie na ramie i pokrywie. Teraz zdobądź dodatkową parę rąk, które utrzymają pokrywę na miejscu, podczas gdy zaznaczysz miejsca do wywiercenia otworów. Otwory w stalowej rurze powinny być nagwintowane, aby można było po prostu wkręcić śrubę, nie martwiąc się o to, jak ją zamocować. Kiedy zawiasy są przymocowane do ramy, odzyskaj dodatkowe ręce i przykręć pokrywę zawiasów za pomocą małych śrubek. Ponieważ musisz później ponownie popracować nad pokrywką, możesz poczekać z tym krokiem, aż wszystko zostanie wykonane.

Teraz jesteśmy gotowi do pracy nad elektroniką!

Krok 4: Elektronika

Obwód składa się z pięciu oddzielnych obwodów. Większość z nich jest dość prosta: prosta dioda led z rezystorem lub przyciskiem podłączonym do pinu Arduino. Dwa bardziej skomplikowane obwody to te, które sterują wyświetlaczem i blokadą elektromagnetyczną.

Wyświetlacz ma 15 oddzielnych pinów, które należy wbić. Podstawowe Arduino może sterować maksymalnie 19 pinami. Potrzebowałem jeszcze 5 pinów do reszty projektu, więc zabrakło mi. Znalazłem rozwiązanie w użyciu ekspandera I/O sterowanego przez I2C, MCP23017. W połączeniu z biblioteką Adafruit dla tego urządzenia jest naprawdę prosty w użyciu. Część obwodu podłączona do styku GPA0 służy do przełączania między dwiema wspólnymi anodami wyświetlacza HDSP-A22C. Gdy jest wysoki, steruje znakiem 1, a gdy jest niski, steruje znakiem 2. Wadą korzystania z tego ekspandera jest to, że zapisuje on na pinach wyjściowych, gdy tylko zostanie zapisany bajt. To spowodowało pojawienie się duchów. Niestety nie byłem w stanie rozwiązać tego za pomocą sprzętu, więc użyłem oprogramowania, aby obejść problem.

Ponieważ elektrozawór, którego użyłem, jest zasilany napięciem 12 V (do którego można użyć dowolnego zasilacza 12 V, podłączyć go do Arduino i przylutować do niego przewód), potrzebowałem obwodu wzmacniacza (Darlington) do napędzania go pinem Arduino. Nie zapomnij również o diodzie tłumiącej szczytowe prądy generowane przez elektromagnesy w elektromagnesie!

Podczas lutowania obwodów pamiętaj, gdzie je umieścisz. Zachowałem małą ramkę wokół wszystkich moich desek, aby móc przykręcić je do kilku elementów dystansowych (pozostałości z bocznych paneli) przyklejonych do pokrywy. W przypadku diod LED można przylutować przewód z rezystorem bezpośrednio do diody LED i za pomocą rurek termokurczliwych zakryć go i upewnić się, że nie pęknie. Użyj gorącego kleju, aby zapobiec zerwaniu wszystkich przewodów przylutowanych bezpośrednio do płyty.

Po zlutowaniu wszystkiego czas na połączenie! Dostałem kilka żeńskich nagłówków do rozszerzenia szyn 5V i GND, więc nie muszę wszystkiego lutować i mogę łatwo odłączyć lub wymienić coś, jeśli się zepsuje. Jeśli użyłeś podobnego kawałka drewna na boki pokrywy jak ja, zauważysz, że nie ma już miejsca na podłączenie czegokolwiek do Arduino. Najprostszym rozwiązaniem jest po prostu wygięcie pinów pod kątem 90 stopni i włożenie ich w ten sposób.

Ostatnia część jest najprostsza i polega na wgraniu kodu.

Krok 5: Kodeks

Cały kod został wykonany przy użyciu PlatformIO. Jeśli nie znasz tego, możesz po prostu skopiować i wkleić go do szkicu Arduino. Jeśli tak, możesz po prostu pobrać program i wgrać go do swojego Arduino. Kod można znaleźć na moim Github. Rozejrzyj się po sekcji konfiguracji programu i zmieniaj wartości według własnego uznania (szczególnie interesujące są piny i kombinacja). Domyślna kombinacja to 43–50–99.

Krok 6: Wykończenie szlifów

Gdy wszystko jest już gotowe, zamontowane i rozpoczęte, jesteśmy gotowi, aby dodać ostatnie szczegóły, które pozwolą, aby wszystko zadziałało.

Aby zapobiec wypadaniu pokrywy przez ramkę, można zamontować dwie płytki blokujące zamontowane z boku pokrywy. Użyłem znalezionego stalowego pręta 25x4mm, pociąłem go na kawałki około 8cm, wywierciłem w nich otwory i przykręciłem je na wieczku.

Kolejną rzeczą, którą dodałem do pokrywy był uchwyt - całkiem przydatny, jeśli kiedykolwiek będziesz chciał go otworzyć. Musiałem głęboko wiercić boki pokrywy, aby ją zamontować, ale wyszło to świetnie.

Kolejnym ważnym akcentem jest dodanie małego akordu, aby zapobiec zbyt dużemu opadnięciu pokrywy i uszkodzeniu zawiasów. Moim rozwiązaniem było użycie haczyków wkręcanych na pokrywie i po wewnętrznej stronie skrzyni, do których mogłem przymocować cięciwę.

Aby uzyskać zasilanie wewnątrz pokrywy, wywierć mały otwór w jednej z krawędzi i wypijuj go od góry. Umieść śrubę w innej krawędzi i przymocuj cięciwę do śruby, aby zapobiec przypadkowemu wyciągnięciu kabla zasilającego i zablokowaniu cię z klatki piersiowej na zawsze.

Wreszcie, być może zauważyłeś, że nie możesz jeszcze zamknąć pokrywy. To dlatego, że na drodze są orzechy. Po prostu odetnij trochę drewna, aby zrobić miejsce dla tych orzechów.

I to wszystko! W ten sposób możesz samodzielnie odtworzyć cyfrową skrzynię skarbów! I nie zapomnij nosić odpowiedniej odzieży ochronnej podczas korzystania z niebezpiecznych elektronarzędzi!