Planetarium aktywowane dźwiękiem: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Ta instrukcja została stworzona w celu spełnienia wymagań projektowych Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com).

To moje planetarium aktywowane dźwiękiem. Podstawową funkcją planetarium jest aktywacja za pomocą głośnego dźwięku, takiego jak klaśnięcie, oraz odtworzenie orbity Księżyca i Ziemi wokół Słońca. Jest to zabawny i prosty projekt, który można łatwo odtworzyć i będzie stanowić ładny dekoracyjny i interaktywny element do wyświetlenia.

W tej instrukcji wyjaśnię, jak odtworzyć to planetarium, omawiając system przekładni, ogólną konfigurację i system sterowania.

Krok 1: Krok 1: Części i narzędzia

Części

• 1 DC-47P Obudowa elektroniki o dużej wytrzymałości z serii DC - 9,58 USD
• Drewniana głowa lalki od ArtMinds®, 2,5" - 2,49 USD
• Drewniana głowa lalki, ArtMinds®, 2,25" - 1,89 USD
• 3/8" Średnica 6061 Aluminiowy pręt okrągły Długość 24" T6511 Wytłaczana średnica 0,375 cala - 7,20 USD

Elektronika

• Silnik krokowy DC 5V 28BYJ-48 z płytą modułu testowego sterownika ULN2003 4-fazową - 1,79 USD
• Moduł czujnika dźwięku - 1,50 USD
• Płytka rozwojowa UNO R3 MEGA328P ATMEGA16U2 do Arduino + kabel USB - 7,58 USD
• Mała płytka do krojenia chleba - 5,69 USD
• 4-pinowy kabel żeńsko-żeński - 3,84 USD
• Breadboard Jumper Wire Opakowanie 75 szt. - $4.99

Narzędzia i materiały

• drukarka 3d
• Miarka
• Łożysko kulkowe 3/8"
• 5-minutowa żywica epoksydowa
• Wykałaczka lub Jednorazowe Mieszadło
• Jednorazowa taca
• Młotek
• Wiertarka
• Otwornica 4"
• Piła taśmowa
• Płaski i zakrzywiony pilnik ręczny
• Farby i pędzle akrylowe: ciemnoniebieski, ciemnozielony, biały, żółty

Oprogramowanie

Będziesz potrzebować Arduino IDE lub samodzielnych wersji AVR-GCC i AVRDude

Krok 2: Krok 2: Tworzenie systemu przekładni

Tutaj w grę wchodzi drukarka 3D. Będziesz musiał pobrać załączone pliki STL, aby wydrukować 3D koła zębate i podstawę, która utrzyma koła zębate i pręty na miejscu. Projekt planetarium składa się z 4 kół zębatych: Motor gear (przekładnia napędowa), przekładni Ziemi (przekładnia napędzana), małej przekładni centralnej i przekładni księżycowej. Koło zębate silnika zostanie przymocowane do silnika krokowego i będzie napędzać koło zębate uziemienia. Koło zębate Księżyca będzie znajdować się na górze koła zębatego Ziemi i będzie miało pręt w środku, który przejdzie przez koło zębate Ziemi. Spowoduje to, że koło Księżyca będzie się obracać, gdy obraca się koło Ziemi. Koło zębate centralne służy do utrzymywania koła księżycowego na miejscu i porusza się wokół środka koła zębatego Ziemi. Pręt dla Księżyca będzie przechodził przez koło zębate Księżyca, co pozwoli księżycowi podróżować wokół Ziemi, podczas gdy zarówno Ziemia, jak i Księżyc będą podróżować wokół Słońca. Aby skrócić czas drukowania, zastosowałem wypełnienie 5% na podstawie. To niskie wypełnienie sprawiało, że podstawa była bardzo lekka, co było korzystne.

Krok 3: Krok 3: Prace przygotowawcze

Przygotowanie pręta

Gdy wszystko zostanie wydrukowane, będziemy musieli wykonać pewne prace przygotowawcze, aby przygotować nasze planety, pręty i obudowę do instalacji. Najpierw przy pomocy piły taśmowej przetniemy pręt na trzy części. Jeden powinien mieć 5", jeden 3", a ostatni 1,5".

Przygotowanie planety

Będziemy używać głów lalek i łożyska kulkowego, aby stworzyć naszą Ziemię, Słońce i Księżyc. Głowica 1,5" będzie używana do Słońca, głowa 1,25" do Ziemi, a łożysko kulkowe do Księżyca. Najpierw chcesz wywiercić otwory w płaskim dnie głów lalek za pomocą wiertła 3/8". To pozwoli ci przymocować planety do prętów. Teraz nadchodzi zabawna część, malowanie! W zależności od użytej farby, może być konieczne nałożenie kilku warstw, aby uzyskać żywy kolor, szczególnie podczas malowania Słońca i Księżyca. Pamiętaj, że lepiej jest nałożyć kilka cienkich warstw niż nakładać na jedną bardzo grubą warstwę. Gruba warstwa prawdopodobnie spowoduje kapanie i będzie Poświęć dużo czasu na wyschnięcie. Upewnij się, że każda cienka warstwa całkowicie wyschła przed kontynuowaniem. Ziemia została pomalowana odręcznie. Gdy Księżyc całkowicie wyschnie, użyj żywicy epoksydowej, aby przymocować ją do pręta.

Przygotowanie obudowy

Musimy wyciąć otwór w pokrywie obudowy, aby pręty mogły się swobodnie poruszać. W tym celu będziesz musiał użyć 4-calowej piły walcowej dołączonej do wiertła. Pamiętaj, że otwór musi być przesunięty od środka, aby zapewnić miejsce na silnik krokowy i przekładnię silnika. Użyj podstawy jako punktu odniesienia, aby określić, gdzie wytnij otwór i upewnij się, że jest wyśrodkowany z krawędziami obudowy.

Teraz, gdy twoje planety, pręty i ogrodzenie są już przygotowane, możesz rozpocząć montaż!

Krok 4: Krok 4: Główny montaż

Zacznij od umieszczenia silnika krokowego w wyznaczonym gnieździe w podstawie. Upewnij się, że przewody są schowane tak, aby przebiegały przez podstawę i wychodziły z dna. Następnie umieść koło zębate uziemienia na wytłoczonej rurze na podstawie. Chcesz ustawić koło zębate Earth tak, aby unosiło się tuż nad podstawą i nie ocierało się o niego podczas skręcania. Teraz umieść koło zębate silnika na silniku krokowym, tak aby środek koła zębatego przechodził przez wał silnika. Przekładnia silnika i przekładnia uziemiająca powinny ładnie do siebie pasować. Następnie dodaj przekładnię centralną do wytłoczonej rury. Centralne koło zębate będzie bardzo ciasno pasować do wytłaczanej rury i będzie musiało zostać wbite na miejsce.

Uwaga, bardzo trudno jest wyjąć centralny bieg po wbiciu go na miejsce, więc przed kontynuowaniem upewnij się, że odpowiednio umieściłeś wszystko pod nim. Chcesz również zostawić trochę miejsca między kołem Ziemi a kołem centralnym, aby nie kolidowały ze sobą.

Jesteś teraz gotowy, aby dodać swoje wędki. Pręt Słońca wejdzie do wytłoczonej rury na podstawie, a pręt Ziemi przejdzie przez otwór w kole zębatym Ziemi. Ponownie upewnij się, że między równoległymi częściami nie ma tarcia. Koło zębate Księżyca jest następnie umieszczane wokół pręta Ziemi, na górze koła Ziemi. Pręt księżycowy wejdzie do drugiego otworu w przekładni księżycowej. Uzupełnij swoje pręty odpowiednimi planetami i jesteś gotowy, aby przejść do schematu obwodu.

Krok 5: Krok 5: Schemat obwodu

Główne części schematu to mikrokontroler, zasilacz, silnik krokowy i płyta sterownicza oraz czujnik dźwięku.

Zasilacz

Zasilanie zapewnia bateria 9V podłączona do mikrokontrolera.

Silnik krokowy i płyta napędowa

Silnik krokowy jest podłączony do pinów 8, 9, 10 i 11 mikrokontrolera. Te kołki służą do aktywacji cewek 1-4 silnika krokowego. Są one zdefiniowane jako wyjścia w szkicu.

Czujnik dźwięku

Czujnik dźwięku jest podłączony do pinu 4 w mikrokontrolerze. Jest definiowany jako wejście w szkicu.

Krok 6: Krok 6: szkic Arduino

Jak wcześniej wspomniano, piny 8 -11 są połączone z płytą napędową (ekranem) i będą aktywować cewki 1-4 silnika krokowego. Czujnik dźwięku jest podłączony do pinu 4. Zdefiniowałem czas opóźnienia na 8 ms, aby uzyskać niezawodną prędkość obrotową silnika krokowego. W konfiguracji zdefiniowałem piny silnika jako wyjścia, a pin czujnika dźwięku jako wejście. Czujnik dźwięku jest odczytywany w pętli głównej przez zmienną statusową o nazwie statusSensor. Po wykryciu szumu czujnik stanu zostanie ustawiony na 1. Spowoduje to rozpoczęcie obracania silnika do przodu o 300 kroków. Pętla while służy do zliczania kroków. Jeśli zostanie wykryty nowy dźwięk, zliczanie zostanie wznowione, powodując obracanie się silnika na dłuższy czas. Jeśli nie zostanie wykryty dźwięk, silnik przestanie się obracać po 300 krokach. Więcej informacji można znaleźć w załączonym filmie.

Uwaga: Możesz ustawić dowolną liczbę kroków, aby silnik się obracał. Odkryłem, że 300 kroków daje około 30 sekund ruchu. Możesz zmienić liczbę kroków, jeśli chcesz, aby planetarium działało dłużej lub krócej.

Krok 7: Krok 7: Montaż obudowy

Pozostało już tylko włożyć wszystkie elementy do obudowy. Odkryłem, że najłatwiej i najskuteczniej udało się to osiągnąć za pomocą pasków na rzepy. Najpierw wyrównaj dno obudowy za pomocą haka (szorstka strona). Następnie wyrównaj spód płytki stykowej, mikrokontrolera, czujnika dźwięku, silnika, osłony silnika i baterii z pętlą (miękka strona). Dodaj pętlę na górze płytki stykowej, aby utrzymać silnik na miejscu. Możesz teraz bezpiecznie umieścić każdy pozostały komponent w obudowie. Aby przymocować podstawę, najpierw wytnij dwa kawałki pętli, które są nieco większe pod względem długości i szerokości niż dłuższe boki podstawy. Przymocuj każdy pasek do dłuższego boku obudowy w taki sposób, aby umożliwić pełne zamknięcie przekładni silnika krokowego i dokładne dopasowanie przekładni uziemiającej do otworu wyciętego w pokrywie obudowy. Moje zostały umieszczone około 1 od góry obudowy. Następnie przymocuj dwa pasujące haczyki do dłuższych boków podstawy. Możesz teraz przymocować swoją podstawę do obudowy. Zdecydowałem się podnieść podstawę w ten sposób, aby zapewnić miejsce na obwody pod spodem.

Twoje planetarium jest teraz w pełni zmontowane i gotowe do użycia! Upewnij się, że bateria jest podłączona do mikrokontrolera, przykręć śruby do obudowy i pozwól, aby hałas był głośny. Powinieneś zobaczyć, jak twoje planetarium zaczyna się poruszać.

Uwaga: w celu lepszego wykrywania dźwięku zaczep czujnik dźwięku na jednej ze ścian obudowy w pobliżu wycięcia w pokrywie.

Krok 8: Uwagi końcowe

Chociaż był to prosty projekt, wiedza, którą z niego wyniosłem, jest bezcenna. Nauczyłem się wszystkiego o modelowaniu 3D, kodowaniu mikrokontrolerów, edycji wideo, planowaniu projektów i wielu innych. Zyskałem też dużo więcej szacunku dla projektantów produktów, ponieważ jest dużo myśli i wysiłku, które wkłada się w zaprojektowanie czegoś i ożywienie tych projektów. Wiele prób i błędów oraz wiele rozwiązywania problemów. Fajnie było zaangażować się w ten proces.

Mam nadzieję, że podobała Ci się ta instrukcja!