Диорама водяного цикла Arduino: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Мы сделаем диораму, представляющую круговорот воды, используя Arduino и некоторые двигатели, чтобы добавить движение и освещение. Это похоже на школу - потому что на самом деле это школьный проект!

Сценарий презентации такой:

Солнце встает утром [один серводвигатель перемещает солнце].

Вода испаряется из моря [Один шаговый двигатель поднимает «испарительный лист»]

В небе образуются облака [один шаговый двигатель опускает хлопковые облака]

Идет дождь [Один шаговый двигатель опускает «дождевую пленку»]

Между тем, огни (светодиоды APA106) меняют цвет, чтобы обозначить восход солнца, облачное небо, молнии во время дождя.

Материалы:

1. Ардуино Уно
2. Шаговые двигатели и драйверы 5 В (x3)
3. Серводвигатель (x1)
4. Светодиоды APA106 (x5)
5. Металлическая трубка
6. Винты и болты
7. Бумага, тюль, хлопок
8. Пистолет для горячего клея

Итак, поехали!

Шаг 1. Соберите коробку

Мы сделали деревянный ящик, но вы также можете использовать картонную коробку. Размеры коробки: спереди 40 см, глубина 25 см, высота 30 см.

Мы сделали удобную крышку на петлях, чтобы было легче работать, подняв ее. Кроме того, нам не нужна задняя стена, так что вы можете пропустить это и просто использовать синюю бумагу для неба, как показано на фото.

Шаг 2: прикрепите моторы

Мы прикрепим шаговые двигатели к верхней части коробки, чтобы они вращались и обматывали наш дождевой тюль, тюль для испарения и облака.

Для начала нам нужно просверлить отверстия.

С помощью бумаги создайте маску мотора, как показано на фото. Это позволит правильно разметить отверстия [фото]. Просверлите, затем прикрепите двигатель винтами и болтами.

Шаг 3: прикрепите оси

Для топоров используем медную водопроводную трубку. Измерьте расстояние с учетом глубины мотора, отнимите еще один см и отрежьте 3 части.

Используйте вал двигателя как форму и с помощью плоскогубцев прижмите один конец трубки вокруг него.

Затем используйте винт в качестве формы и проделайте то же самое с другим концом трубки.

Просверлите отверстие в другой стене напротив вала двигателя (измерьте расстояния). Закрепите ось между валом двигателя и винтом через отверстие. Используйте один или два болта, чтобы закрепить винт, и металлическое кольцо, чтобы обеспечить более плавное вращение оси, как показано на фотографии.

Шаг 4: закрепите серводвигатель

Используйте немного blue-tac внизу и металлическую полосу с винтами вверху, чтобы прикрепить серводвигатель к полу. Это будет использоваться для поднятия солнца, как показано на фото.

Убедитесь, что вы прикрепили его в правильном направлении. (Если вы сделаете это неправильно, это не большая проблема, вы можете просто отредактировать это в коде Arduino.)

Используйте соломинку и клей, чтобы закрепить солнце на валу двигателя.

Шаг 5: Подключите электронику, двигатели, светодиоды

Arduino Uno имеет 14 цифровых контактов. Нам нужно 4 контакта для каждого драйвера шагового двигателя, плюс один контакт для серводвигателя, плюс один контакт для светодиодов.

Вы можете увидеть основное соединение на схеме. К драйверу подключены 4 цифровых контакта. Вам понадобится отдельный источник питания для драйвера (и двигателя), поскольку двигатели потребляют довольно много энергии, и у вас возникнут проблемы, если вы запустите их от Arduino. Вы можете использовать USB-зарядное устройство и кабель, отрезать его, использовать + 5V и GND для питания двигателя. Вам также потребуется подключить GND платы Arduino к GND внешнего источника питания, как показано на схеме.

Контакт 0, 1, 2, 3: двигатель 2

Контакт 4, 5, 6, 7: двигатель 1

Контакт 8, * 10, 11, 12: двигатель 0. Обратите внимание, что мы сохраняем контакт 9 для серводвигателя: на некоторых платах Arduino только контакты 9 и 10 могут управлять сервоприводом.

Подключение серводвигателя довольно стандартное. Используйте цифровой вывод 9 для управления. Используйте внешний источник питания, такой же, как для шаговых двигателей, для питания сервопривода (т.е. не как на схеме, где питание берется с платы Arduino).

Конструкция светодиодов APA106 позволяет нам индивидуально управлять несколькими светодиодами с помощью только одного контакта. Мы будем использовать цифровой контакт 13 (который также подключен к встроенному светодиоду на плате Arduino). Основное подключение можно увидеть на схеме. APA106 имеет четыре контакта. Два средних контакта предназначены для + 5V и GND. Затем мы подключаем вход DATA IN первого светодиода к контакту 13, его выход DATA OUT - к входу DATA IN второго светодиода и т. Д. Каждый последующий светодиод получает сигнал DATA IN от выхода DATA OUT предыдущего. DATA OUT последнего светодиода можно оставить неподключенным.

Возможно, вы захотите закрепить светодиоды на корпусе после того, как сделаете украшение, чтобы вы могли лучше осматривать освещение. Как вариант, можно закрепить их не горячим клеем, а потом установить украшения.

Шаг 6: Код Arduino

Вот описание того, что делает код.

Восход солнца: серводвигатель движется от 10 до 50 градусов, скорость 2 градуса / сек, в то время как освещение меняется с красного (рассвет) на белое (полдень).

Испарение: шаговый двигатель вращает ось, к которой прикреплен «паровой» тюль, поднимая его. Возможно, вам придется отрегулировать количество витков в зависимости от ваших размеров.

Облака: шаговый двигатель раскручивает ось, чтобы обнажить облака. Цвета сцены меняются на «дождливый».

Дождь: шаговый двигатель раскручивает ось тюля «дождя». У нас бывают случайные вспышки, когда цвет на какое-то время меняется на белый, а затем снова на «дождливый».

Сброс системы: свет не горит, а затем двигатели заводят оси назад, чтобы система была готова выполнить еще одну итерацию при повторном подключении.

Обратите внимание, что мы выбрали только один запуск, а затем сброс, чтобы минимизировать вероятность того, что кто-то остановит систему на полпути. В этом случае тюли на осях были бы намотаны наполовину, поэтому система не работала бы правильно.

Прежде чем добавлять украшения, немного поиграйте с кодом. Позже вы сделаете точную настройку.

Шаг 7: Сделайте и прикрепите украшения и светодиоды

Мы выбрали изображение ландшафта в формате 2.5D. Он состоит из 4 слоев ландшафта, расположенных один за другим. Сзади тоже есть небо. Между небом и задним слоем, слой с горами, находится солнце, прикрепленное к сервомотору.

Тюль от дождя и испарения складывается и спрятан между другими слоями, когда он опущен. Они прикреплены к осям вверху резьбой.

Облака представляют собой небольшие ватные шарики (которые пригодятся для удаления макияжа), которые прикрепляются независимо к оси облака с помощью ниток. Вы наматываете нить на ось, и, разворачивая ее, облака спускаются вниз.

Светодиоды соединены в цепочку и приклеены между слоями, первый светодиод сзади, так что позже он подключается к плате Arduino.

Для дождя нарезаем небольшие кусочки бумаги в форме капли воды и наклеиваем на тюль. На картинке видно, что мы приклеиваем какой-то груз, например. маленькие гайки, за каплями воды (и металлические кольца за «парами»), так что тюль падает под действием силы тяжести, а не парит посередине. Верх и низ тюля обернут вокруг карандаша из палочек, также для веса. Это последнее «прикосновение» придает диораме «детскую» нотку (задумано как детский проект). Вы можете использовать что-нибудь другое, более незаметное, чтобы придать тюлю веса, если хотите.

Шаг 8: Подключите Arduino и установите его на плату

Вам необходимо подключить драйверы мотора, серводвигатель, светодиоды на Arduino. Контакты указаны в коде.

Вы можете насыпать Arduino и платы драйвера двигателя на корпус, используя горячий клей, и спрятать их за бумажными горами. Используйте небольшую макетную плату для питания двигателей от внешнего источника. Силовые кабели для Arduino и двигателей будут выходить сзади.

Произведите некоторую тонкую настройку кода, и все готово!

Повеселись!