Цифровой сундук с сокровищами: 6 шагов (с изображениями)

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

Я изучаю технологии игр и взаимодействия в Утрехтском университете искусств. Есть один проект под названием «Если это, то то», в котором вас просят создать интерактивный продукт. Вы должны использовать Arduino, разработать интересный интерактивный элемент и построить на его основе красивый и профессионально выглядящий прототип. У меня были некоторые четкие личные пожелания, связанные с этим проектом: я хотел научиться сваривать, я хотел научиться программировать на C / C ++ и хотел управлять 14-сегментным дисплеем, который вечно валялся у меня дома. Мне потребовалось несколько недель, чтобы придумать идею, которая связала бы их вместе, но затем, наконец, мне пришло в голову: я собирался сделать сундук, который нужно открывать с помощью кода, но не кода. Датчик давления постоянно считывается и отображается на дисплее, вам нужно набрать нужное число и подтвердить его три раза, чтобы разблокировать сундук.

Я хотел, чтобы сундук имел современный индустриальный вид, поэтому я выбрал сталь и дерево.

В итоге я вполне доволен тем, как получилось! Я написал шаги ниже, чтобы вы могли воссоздать или даже улучшить его! Повеселись!

Шаг 1: Сбор ингредиентов

Прежде чем мы начнем, нам понадобятся некоторые детали. Вот полный список:

Корпус:

• Квадратная стальная труба 350 см, 20x20x2 мм
• 6x 26x26x0,9 см фанерные панели (наиболее эффективный способ - разрезать доску размером более 52x72 см на шесть частей, но убедитесь, что у вас есть остатки древесины!)
• 1x 26x22x0.9см фанерная панель
• 90 см, дерево 22x30 мм (разрезать на кусочки по 26 см, 2x 18 см и 2x 12 см)
• Маленькие петли
• 2х аккордовые петли
• Винты: 4,0x16, 4,0x20, 4,0x25, 3,0x12 (около десяти штук каждого, включая запасные)
• Болты: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (около десяти каждого, включая запасные)
• Гайки: M3, M6, M10
• Ручка
• 2 стальных стержня 8 см 25 x 4 мм

Электроника:

• Кнопка
• Светодиод красный
• Светодиод синий
• Чувствительный к силе резистор
• Соленоид в стиле замка (у меня модель 12 В 650 мА)
• 14-сегментный дисплей HDSP-A22C
• MCP23017 Расширитель цифрового ввода / вывода
• 15x резистор 470
• 3x резистор 1к
• 6x резистор 10к
• 1N4007 диод
• 2x BC547B транзистор
• 2x BC557B транзистор
• Транзистор TIP31A
• Настенный адаптер 12В 1А

Шаг 2: постройка сундука - стальной каркас

Сундук представляет собой куб размером 30 см, сделанный из стальных труб и деревянных панелей. В гараже я нашел красивые квадратные трубы 20х20мм со стенками 2мм. Стенки должны быть достаточно толстыми для сварки и резьбовых отверстий под болты M3. 2 мм - идеальная толщина для этого. Конечно, вы можете использовать для этого любую стальную трубу, если у вас есть идеи получше.

Самый элегантный способ построить каркас - сделать два квадрата 30x30 см, а затем соединить эти два квадрата трубками 26 см (30 - 2 * 2). Чтобы сделать квадраты, разрежьте длинные стальные трубы по диагонали на восемь частей. Концы кусков нужно обрезать под углом 45 градусов друг к другу. Длинные концы изделия - 30 см. При использовании навесной пилы легко повернуть полотно на 45 градусов и поворачивать трубу после каждой детали. При этом тратится минимум материала. После того, как у вас есть восемь отрезанных по диагонали кусков, самое время отрезать еще четыре прямых. Эти изделия имеют длину 26 см.

Затем, наконец, отрежьте десять кусков примерно по 6 см из стального прутка 20х4 мм. Это будут точки крепления деревянных панелей.

Когда весь металл готов, пора приступать к сварке. Самая сложная часть здесь - это выравнивание отрезанных вами трубок. Начнем с верхнего и нижнего квадратов. Возьмите диагональные части и выровняйте их квадратом на дереве. Совет здесь - использовать примерно квадратную пластину около 30 см, чтобы вы могли позволить углам опускаться по краям, если вы положите их под углом 45 градусов по сравнению с деревом. Закрепите их зажимами и убедитесь, что металл соприкасается со всеми углами, чтобы электричество могло течь от каждой детали к другой во время сварки. Если вы никогда раньше не занимались сваркой, сейчас самое время немного попрактиковаться, потому что, если вы что-то испортите, вы можете сделать все возможное. В любом случае, сварите детали вместе по углам (я решил сделать это внутри), и теперь вы закончили первую часть! Второй квадрат легче выровнять, так как вы можете просто положить его поверх первого. Их тоже сварите. Если все прошло правильно, у вас должно получиться два одинаковых стальных квадрата.

На этом этапе вам нужно прикрепить точки крепления для дерева. Я использовал по две части для каждой панели на противоположных краях куба. Я выбрал особый узор, чтобы ни одна деталь не мешала крышке и мне не приходилось монтировать две детали на одном крае. Вы можете сделать это как хотите, если только на краю, на котором будет фиксироваться соленоид, его нет.

В этот момент я также взял шлифовальный инструмент со стальной щеткой, прикрепленной для очистки стали. На решетках было несколько ржавых пятен, и я обнаружил, что это придает им красивый вид.

Чтобы закончить строительство стального каркаса, нам нужно только соединить два квадрата, которые у нас есть сейчас. Самый простой способ - поставить их вертикально на ровную поверхность и проложить между ними две трубки диаметром 26 см. Дополнительная пара рук очень пригодится, когда вы их зажмете. Сварить и повторить с другой стороны.

Если все прошло хорошо, стальной каркас нужно делать прямо сейчас!

Шаг 3: создание сундука - стороны и крышка

Чтобы закончить сундук, нам нужно добавить деревянные панели по бокам. имейте в виду, что электроника будет спрятана в крышке, поэтому вам понадобится немного больше пластин, чем всего 6 штук размером 26x26 см. В магазине DIY у них было 122x61 см, что было идеально. Я выбрал немного более тонкую древесину, чем планировал изначально, но в итоге она выглядела лучше, чем могла бы выглядеть более толстая древесина. Когда стальная труба имеет ширину 2 см, имеет закругленные углы и крепление шириной 4 мм, у вас останется около 10 мм для панели, при этом сохраняя красивый внешний вид. Пластины, которые я нашел, были толщиной 9 мм, так что это было идеально.

Разрежьте пластины на шесть панелей размером 26x26 см. Если ваш сварной шов слишком большой, вам нужно будет обрезать углы. Когда у вас будут тарелки, выложите их в рамку. Удобно отмечать, что куда идет. В середине доски отметьте место, где будут две дырочки. Поместите деревянную раму в соответствующее место и просверлите отверстие для болта. У меня валялись болты М6, но любой болт годится. Болты большего размера могут придать ему более смелый вид, но даже M3 может отлично удерживать его вместе. Убедитесь, что болты не слишком длинные, так как они будут выступать в раме. Здесь вы будете складывать свои вещи, поэтому, когда будут торчать длинные болты, это будет немного неудобно. Если вы использовали те же размеры материала, что и я, то вам подойдет 20-миллиметровый болт. Когда отверстия будут просверлены, вы можете установить пластины, но не забудьте подождать с закреплением чего-либо, прежде чем крышка будет закончена, вам не захочется блокироваться!

Крышку начинаем с одной из вырезаемых по бокам пластинки. Идея состоит в том, чтобы сделать крышку футляром для электроники. В магазине «Сделай сам» я нашел кусок дерева 22x30 мм, из которого можно было бы сделать идеальный дистанционер. В нем есть три сантиметра, где можно спрятать электрика. Перед тем, как наклеить их на крышку, нам нужно проделать отверстия в древесине. Все они круглые, кроме одного для дисплея. Для круглых используйте дрель. Для справки по размеру используйте схему на изображениях выше. Для отображения вы можете использовать электрический лобзик или фрезерный станок, если хотите быть точнее. После того, как все отверстия будут вырезаны и просверлены, вы можете приклеивать куски дерева по бокам панели в вертикальном положении! Также будьте осторожны, чтобы ваш соленоид оставался в оставшемся пространстве. Когда все будет склеено, снимите точные размеры и вырежьте еще одну деревянную панель до этих размеров. Вы уже захотите прикрутить его к нижней части деревянных распорок, чтобы вы могли обрезать углы заподлицо с углом панели, с которой вы начали.

Теперь нам нужно сделать кнопки для датчика давления и кнопки действия. Мы хотим скрыть настоящую кнопку от пользователя, поэтому мы установим их под крышкой внутри отсека для электроники. Я просто вырезаю пару деревянных кусков из оставшейся фанеры, чтобы они служили распорками. Припаяйте кнопку к печатной плате и прикрутите ее к деревянным брускам, приклеенным к нижней стороне крышки, убедившись, что кнопка выходит точно в центр отверстия. Датчик давления немного другой. Для этого используйте две прокладки, приклеенные к крышке, но возьмите третью часть, чтобы сделать перемычку через отверстие. Приклейте датчик точно по центру отверстия.

Для управления кнопками через крышку идеально было бы что-нибудь напечатать на 3D-принтере. К сожалению, у меня не было на это времени, поэтому я импровизировал. Вы можете делать все, что хотите, но совет здесь в том, что вам нужно что-то, чтобы кнопка не выпадала с обеих сторон. Я использовал укороченные болты с гайкой, разрезанной пополам на одном конце, и накрыл их чем-то, что нашел валяющимся.

Следующее, что нужно установить - это соленоид. Каждый соленоид немного отличается, но самый простой способ установить большинство соленоидов - это укладывать дерево между кирпичом и крышкой так, чтобы он точно скользил за рамку, но также достаточно далеко назад, чтобы не касаться дерева, когда он выдвигается. Для меня это было 6мм. Позже мне пришлось снова стачивать немного стали, потому что, в конце концов, все еще было недостаточно глубоко. Мне, наверное, следовало бы было около 7 или 8 мм.

Крышка в основном готова, осталось добавить только электронику. Это подходящий момент, чтобы сначала прикрепить крышку к раме. Попробуйте купить в местном магазине маленькие петли, они не должны быть больше стальной трубы (~ 18 мм)! В зависимости от размера и качества петель вы можете использовать две или три петли. Отметьте их положение на рамке и на крышке. Теперь возьмите дополнительную пару рук, которые будут удерживать крышку на месте, пока вы отмечаете, где просверлить отверстия. Отверстия в стальной трубке должны иметь резьбу, чтобы можно было просто вкрутить болт, не беспокоясь о том, как его закрепить. Когда петли прикреплены к раме, верните лишние руки и прикрутите крышку к петлям с помощью небольших шурупов. Поскольку вам нужно будет снова поработать с крышкой позже, вы также можете подождать с этим шагом, пока все не будет сделано.

Теперь мы готовы работать над электроникой!

Шаг 4: Электроника

Схема состоит из пяти отдельных цепей. Большинство из них довольно просты: простой светодиод с резистором или кнопка, подключенная к выводу Arduino. Две более сложные схемы - это те, которые управляют дисплеем и электромагнитным замком.

Дисплей имеет 15 отдельных штырей, которыми нужно управлять. Базовая Arduino может работать максимум с 19 контактами. Мне нужно было еще 5 контактов для остальной части дизайна, так что мне не хватало. Я нашел решение в использовании расширителя ввода-вывода, управляемого I2C, MCP23017. В сочетании с библиотекой Adafruit для этого устройства им действительно легко пользоваться. Часть схемы, подключенная к контакту GPA0, используется для переключения между двумя общими анодами дисплея HDSP-A22C. Когда он высокий, он управляет символом 1, а когда низкий - символом 2. Обратной стороной использования этого расширителя является то, что он записывает на выходные контакты, как только записывается байт. Это вызвало ореолы. К сожалению, мне не удалось решить эту проблему с помощью оборудования, поэтому я использовал программное обеспечение, чтобы обойти проблему.

Поскольку используемый мной соленоид управляется напряжением 12 В (для которого вы можете просто использовать любой источник питания 12 В, подключить его к Arduino и припаять к нему провод), мне понадобилась схема усилителя (Дарлингтон), чтобы управлять им с помощью вывода Arduino. Также не забудьте диод для гашения пиковых токов, генерируемых электромагнитами в соленоиде!

При пайке схем помните, где вы их разместите. Я сделал небольшую рамку вокруг всех моих досок, чтобы я мог прикрутить их к некоторым деталям прокладки (остаткам боковых панелей), приклеенным к крышке. Для светодиодов вы можете припаять провод с резистором непосредственно к светодиоду и использовать термоусадочные трубки, чтобы закрыть его и убедиться, что он не сломается. Используйте горячий клей, чтобы все провода, припаянные непосредственно к плате, не оборвались.

После того, как все было пропаяно, самое время все подключить! У меня есть несколько женских разъемов для расширения шин 5V и GND, поэтому мне не нужно все паять вместе, и поэтому я могу легко отсоединить или заменить что-то, если оно сломается. Если вы использовали такой же кусок дерева для боковых сторон крышки, как я, вы заметите, что больше нет места для подключения чего-либо к Arduino. Самое простое решение - просто согнуть штифты под углом 90 градусов и вставить их таким образом.

Последняя часть самая простая - это загрузка кода.

Шаг 5: Код

Весь код был написан с использованием PlatformIO. Если вы не знакомы с этим, вы можете просто скопировать и вставить его в эскиз Arduino. Если да, то можете просто скачать программу и загрузить ее на свой Arduino. Код можно найти на моем Github. Загляните в раздел конфигурации программы и измените значения по своему усмотрению (особенно интересны контакты и их комбинация). Комбинация по умолчанию - 43-50-99.

Шаг 6: завершающие штрихи

После того, как все будет сделано, смонтировано и начато работать, мы готовы добавить последние детали, которые позволят всему работать.

Чтобы крышка не провалилась через рамку, можно установить две блокирующие пластины сбоку от крышки. Я использовал стальной стержень 25х4 мм, который я нашел, разрезал его на куски примерно по 8 см, просверлил в них отверстия и прикрутил их к крышке.

Еще я добавил к крышке ручку - очень полезно, если вы когда-нибудь захотите ее открыть. Мне пришлось просверлить крышку по бокам, чтобы установить ее, но она оказалась великолепно выглядящей.

Еще один важный штрих - добавить небольшой пояс, чтобы крышка не опускалась слишком далеко назад и не повредила петли. Мое решение состояло в том, чтобы использовать крючки для ввинчивания на крышке и на внутренней стороне сундука, где я мог прикрепить шнур.

Чтобы получить питание внутри крышки, просверлите небольшое отверстие в одном из краев и выпилите его сверху. Вставьте винт в другой край и привяжите шнур к винту, чтобы кто-то случайно не вынул шнур питания и навсегда заблокировал вас из груди.

Наконец, вы, возможно, заметили, что пока не можете закрыть крышку. Это потому, что на пути есть орехи. Просто отрежьте здесь немного дерева, чтобы освободить место для этих орехов.

Вот и все! Вот как можно самостоятельно воспроизвести цифровой сундук с сокровищами! И не забывайте надевать соответствующую защитную одежду при использовании опасных электроинструментов!