Демонстрация энергии велосипеда (сборка): 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Целью этого руководства было создание интерактивной демонстрации энергии велосипеда, чтобы пробудить интерес детей к инженерному делу. Проект работает следующим образом: по мере того, как ребенок крутит педаль велосипеда быстрее, он может активировать больше огней на табло, в конечном итоге произнося слово CITADEL синими светодиодами. По мере того, как гонщик продолжает крутить педали быстрее, он может активировать глаза бульдога, когда загорается красный светодиод. Ширина каждой сборки никогда не превышает 30 дюймов, чтобы проект можно было разместить в классных комнатах через дверной проем любого стандартного размера. Дисплейная панель построена на колесах, поэтому ее легко транспортировать. Со всеми доступными материалами и инструментами этот проект займет от 6 до 10 дней при ориентировочной стоимости около 400 долларов США, если вам придется купить все оборудование / электрические компоненты, а также велосипед.

Используемые инструменты: электрическая дрель, настольная пила, лобзик, сверлильный станок, шлифовальный станок, рулетка, зажимы, набор торцевых ключей, паяльник, инструмент для обжима проволоки, 3D-принтер, различные бытовые инструменты (плоскогубцы, ножницы и т. Д.)

Используемые материалы:

12-миллиметровые рассеянные тонкие цифровые светодиодные пиксели RGB (25 ниток) (2)

Вентилятор GDSTIME 5V DC 50 мм (2)

Ардуино Уно

Шаг 5 мм (HTD), односторонний ремень шириной 15 мм

Kent 20 "Boys Ambush Bicycle или любой другой 20" велосипед с задними подножками.

Большой радиатор - мультиваттный корпус (от Sparkfun) (5)

Weathershield 2 "x4" x8 "Пиломатериалы, обработанные под давлением Everbilt 1-1 / 2" (4)

Фанера для дисплейной панели (хочу легкую, но несколько прочную)

ДСП для письма

Квадратные деревянные дюбели для ножек демонстрационной доски

Набор стоек угловых скоб (18564)

Угловая скоба Everbilt 2”для тяжелых условий эксплуатации (2 шт.)

Винты Grip-Rite # 8 x 2 дюйма (Модель # PTN2S1)

Электрический мотороллер 24V 250W для скутеров с ременным приводом (товар # MOT-24250B)

WIR-110, черный провод силового кабеля калибра 16 (12 футов)

WIR-110, красный провод силового кабеля калибра 16 (12 футов)

Провод калибра 16-20

Линейный стабилизатор напряжения LM338T / NOPB

Клеммная колодка на 5 батарей (2)

Паяльные платы

Резисторы 1.0 Ом (5)

Резисторы 5.1 кОм (2)

Резистор 150 Ом

Резистор 100 кОм

Конденсатор 2200 мкФ

Резистор 20 кОм

Конденсатор 200 пФ

Стабилитрон 5 В

Транзистор 2N2905 или аналогичный

Потенциометр 1,5 кОм

LM308 операционный усилитель

Комплект перемычки

Краски / Кисти

Шаг 1. Создание трейнера

Начните с разрезания куска дерева 2x4x8 на две доски 28 дюймов, еще две доски 24 дюйма и еще две доски 16 дюймов. Для этого вам понадобятся две доски 2x4x8. Вырежьте еще четыре доски с углами 45 градусов на каждом конце. Эти две доски должны быть 10 дюймов в длину. Используя доски диаметром 16 дюймов, с помощью лобзика вырежьте на доске выемки глубиной 3 дюйма и шириной 1 3/4 дюйма. Полезно определить эти размеры, прежде чем делать рез.

Возьмите 2 из 10-дюймовых досок и прикрепите их к одной из 16-дюймовых досок. Поставьте 16-дюймовую доску вправо и прислоните 10-дюймовые доски к каждой стороне 16-дюймовой доски так, чтобы они были заподлицо с доской и полом. Используйте винты, чтобы скрепить 3 доски вместе. Повторите этот процесс для оставшихся 16 дюймов и две 10-дюймовые доски.

Отметьте центральную 12-дюймовую метку на обеих 24-дюймовых досках и центр 16-дюймовых досок. Совместите две отметки вместе так, чтобы 16-дюймовая доска находилась в вертикальном положении и на одном уровне с 24-дюймовой доской, лежащей на ее стороне. Просверлите 2 винта в от 16 до 24 дюймов и еще 2 на каждую доску от 10 до 24 дюймов. Повторите этот процесс с другой 24-дюймовой доской и 16-дюймовой доской с прикрепленными 10-дюймовыми досками.

Затем отметьте центр доски на каждой из 28-дюймовых досок. Сделайте еще одну отметку 4 дюйма на каждой стороне 14-дюймовой отметки. Между этими двумя отметками должно быть 8 дюймов. Выровняйте 24-дюймовые доски на этих отметках с внутренней стороной доски на отметке. Просверлите по 2 винта в каждый, чтобы скрепить 3 доски вместе. Повторите это с другой 28-дюймовой доской, чтобы все соединились.

Шаг 2: Сборка / установка натяжителя двигателя

Команда пыталась найти подходящий способ натяжения ремня. Мы рассмотрели несколько различных идей, прежде чем прийти к тому, что показано выше. Металлическая направляющая была бы идеальной, но из-за небольшого бюджета команде пришлось довольствоваться самодельной деревянной направляющей.

Начните с создания L-образной фигуры из блоков 2 "x4". Нижняя часть L, к которой он будет крепиться, должна быть примерно 8 дюймов в длину. Верхняя часть примерно 6 дюймов в высоту. Вырежьте еще один блок размером 2 x 4 дюйма для крепления двигателя. Команда использовала запасной небольшой прямоугольный деревянный столб, который мы нашли, чтобы создать систему рельсов. Нижняя направляющая охвачена двумя направляющими, прикрепленными к нижней части моторного блока. Ключевым моментом здесь является использование древесины, достаточно прочной, чтобы не расколоться при ввинчивании в 2 "x 4". Команда использовала сверлильный станок, чтобы просверлить отверстие на всем протяжении блока 2 "x 4", к которому крепится двигатель. Еще одно отверстие было просверлено в верхней части L. Через всю систему был продет длинный болт. Обязательно используйте большие шайбы с обоих концов, чтобы распределить нагрузку. Окончательная сборка крепилась к тренажеру с помощью L-образных кронштейнов. Между рельсом и тренажером был вставлен небольшой деревянный брусок, чтобы предотвратить склонность системы к изгибу при высоком напряжении. При установке на тренажер полезно, чтобы кто-нибудь удерживал узел на месте, чтобы обеспечить правильное совмещение с задней шиной.

Шаг 3. Снимите заднюю шину с велосипеда и прикрепите задние штифты

Чтобы снять заднюю шину с велосипеда, сначала спустите шину. Затем снимите гайки, удерживающие подшипник заднего колеса. Отсоедините цепь от задней шестерни. Если у велосипеда есть задние тормоза, может потребоваться снять задние тормозные колодки. После того, как колесо и шина полностью снимутся, используйте лом, чтобы растянуть шину по стороне колеса. Удерживая лом между колесом и шиной, попросите кого-нибудь повернуть колесо, чтобы медленно оторвать шину. После завершения выполните действия в обратном порядке, чтобы установить колесо обратно на велосипед. Обязательно натяните ремень на колесо перед повторной установкой. Чтобы установить штифты, наденьте их на заднюю ось перед установкой гаек крепления.

Шаг 4: построение схемы

Схема, показанная на схеме, была получена по предоставленной ссылке:

makingcircuits.com/blog/how-to-make-a-25-a…

Построенная нами схема выполняет две функции. Первый - регулировать переменное входное напряжение постоянного тока от двигателя до постоянного выходного напряжения 5 В постоянного тока, используемого для питания фонарей. Второй - использовать делитель напряжения для уменьшения выходного напряжения двигателя до 0-5 вольт. Затем этот выходной сигнал вводится в аналоговый входной порт Arduino Uno, который имеет ограничение в 5 В. Arduino Uno закодирован для активации определенных огней при определенном напряжении. Этот код представлен ниже.

Схема, показанная на схеме выше, используется для равномерного распределения тока между 5 линейными регуляторами напряжения (lm338). Эти регуляторы не могут быть просто размещены параллельно для распределения нагрузки, потому что различия в их внутренних компонентах приводят к немного разным выходным сигналам каждого из них. Линейный регулятор, обеспечивающий максимальную мощность, принимает на себя всю нагрузку. Использование схемы выше стабилизирует выходы и равномерно распределяет нагрузку. Светильники потребляют максимальный ток около 1,5 А, настроенный с использованием выбранных цветов (48 синих 2 красных). Кодирование всех ламп белого цвета создаст максимальный потребляемый ток (3А). Максимальное напряжение регулируется с 28 В до 5 В. Это разница в 23 В. 23 В x 1,5 А = 34,5 Вт мощности, которая должна рассеиваться в виде тепла. Вот почему так важно для команды распределение нагрузки между регуляторами. Если бы один регулятор взял на себя всю нагрузку, он бы превысил его максимальную рабочую температуру.

Сначала соберите схему на макетной плате без пайки. Довольно большой конденсатор (мы использовали 2200 мкФ) необходимо будет поместить на выходе двигателя, чтобы уменьшить его шум. Это очищает ввод, который получает Arduino, и делает световой дисплей более последовательным (свет не мигает беспорядочно). Однако, если вы хотите создать машину для производства конфискований, сэкономьте 2 доллара и освободите конденсатор. Затем подключите схему делителя напряжения. Подключите перемычку от делителя напряжения к аналоговому входу A0 Arduino Uno. Также подключите Arduino к земле. См. Прилагаемый рисунок. Дополнительную информацию о подключении света можно найти по ссылке ниже:

learn.adafruit.com/12mm-led-pixels/wiring

Шаг 5: Тестирование схемы

Оборудование, показанное на лабораторном столе выше, полезно, но не требуется для проверки схемы. Однако вам понадобится способ повернуть выходной вал двигателя постоянного тока. В идеале мы бы просто использовали велосипед, но, поскольку он все еще был в почте, нам пришлось искать альтернативное решение. Убедитесь, что вы поменяли полярность двигателя (провод заземления (черный) нагревается, а горячий (красный) провод становится заземлением). После того, как все подключено, регулируйте потенциометр в цепи, пока не получите выходное напряжение 5 В. Для этого можно использовать любой стандартный вольтметр. Схема должна быть под значительной нагрузкой, чтобы правильно отрегулировать выходное напряжение. Для запуска кода микроконтроллера необходимо загрузить компьютерное программное обеспечение Arduino. Также потребуется установить библиотеку FastLED. После того, как программное обеспечение загружено и вы загрузите код в Arduino, перейдите к последовательному монитору в правом верхнем углу, и вы сможете наблюдать за входным напряжением, которое получает Arduino Uno. При необходимости отрегулируйте, чтобы конденсировать контур вниз, насколько это возможно, и повторите попытку. Прежде чем двигаться вперед, убедитесь, что все компоненты работают правильно.

Шаг 6: припаяйте схему

На картинке выше вы могли заметить, что построены две печатные платы. Первоначально команда планировала использовать линейные стабилизаторы напряжения 10 lm338, но после дальнейшего тестирования определила, что одна схема с 5-ю цепями является существенной. Однако на плате, которая нам не понадобилась, был делитель напряжения, поэтому он все еще используется.

Исходя из личных предпочтений, команда решила подключить линейные регуляторы к печатной плате. Это позволило нам установить их немного свободнее и лучше поддерживать большие радиаторы. Припаяйте все компоненты своего прототипа к новой паяльной плате. Мы использовали плату permaproto, чтобы схема была точной копией при переносе ее с беспаечной макетной платы. Два 5-контактных клеммных блока использовались для быстрого отключения двигателя и освещения.

Шаг 7: Создайте дисплейную плату

Плата дисплея была построена в несколько этапов.

1) Плата дисплея состоит из платы и крепления. Дисплей изготовлен из тонкой древесины и установлен на подставку размером 57 1/2 дюйма на 5 футов. Стенд поддерживается поперечной балкой, идущей под углом 45 градусов. угол от задней ноги к вертикальной стойке. Он был построен с использованием дерева и шурупов. После завершения доски и стойки в креплении просверливали по четыре колеса в каждом соответствующем углу.

2) Отображение букв (C-I-T-A-D-E-L) было построено отдельно от дисплея и крепления. Буквы были сначала нарисованы, а затем вырезаны из плит ДСП размером 8 на 12 дюймов. Все буквы имеют размер 10 дюймов в высоту и разной ширины. Буквы были вырезаны ленточной пилой для внешней стороны и лобзиком для внутренней части букв.

3) После того, как буквы были вырезаны, они прикреплялись к доске жидким гвоздем. Это обеспечило закрепление букв на доске. Затем в буквах просверлили отверстия с помощью 12-дюймовой коронки. Это обеспечит отображение источников света.

4) Затем дисплей был окрашен в белый цвет, а буквы (C-I-T-A-D-E-L) были окрашены в голубой цвет. Затем к рамке доски была добавлена синяя окантовка.

5) Буквы (T-H-E) были нарисованы на доске все 4 в высоту с различной шириной.

6) Бульдог внизу доски был нарисован на доске смесью акриловой краски. Отверстия были просверлены в проушинах 12-миллиметровым сверлом, чтобы они подходили к фарам.

7) Наконец, светильники были помещены в доску, и дисплей был готов.