Планетарий с активацией звуком: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Это руководство было создано во исполнение требований проекта Makecourse в Университете Южной Флориды (www.makecourse.com).

Это мой планетарий с звуковой активацией. Основная функция планетария - активация при наличии громкого звука, такого как хлопок, и воссоздание орбиты Луны и Земли вокруг Солнца. Это забавный и простой проект, который можно легко воссоздать, и он станет красивым декоративным и интерактивным предметом для демонстрации.

В этом руководстве я объясню, как воссоздать этот планетарий, обсудив систему передач, общую настройку и систему управления.

Шаг 1: Шаг 1: Детали и инструменты

Запчасти

• 1 корпус для электроники серии DC-47P для тяжелых условий эксплуатации - 9,58 долл. США
• Деревянная кукольная голова от ArtMinds®, 2,5 дюйма - 2,49 доллара США
• Голова деревянной куклы от ArtMinds®, 2,25 дюйма - 1,89 доллара США
• Алюминиевый круглый стержень диаметром 3/8 дюйма 6061, длина 24 дюйма, T6511, экструдированный диаметр 0,375 дюйма - $ 7,20

Электроника

• Шаговый двигатель 5 В постоянного тока 28BYJ-48 с платой модуля тестирования драйвера ULN2003, 4 фазы - $ 1,79
• Модуль звукового датчика - 1,50 доллара США
• Плата разработки UNO R3 MEGA328P ATMEGA16U2 для Arduino + USB-кабель - $ 7,58
• Мини-макет - 5,69 $
• 4-контактный кабель розетка-розетка - 3,84 доллара
• Макетная перемычка в упаковке 75 шт. - $ 4,99

Инструменты и расходные материалы

• 3д принтер
• Измерительная лента
• Шариковый подшипник 3/8 дюйма
• 5-минутная эпоксидная смола
• Зубочистка или одноразовая мешалка
• Одноразовый лоток
• Молоток
• Дрель
• 4-дюймовая кольцевая пила
• Ленточная пила
• Плоский и изогнутый ручной напильник
• Акриловая краска и кисти: темно-синий, темно-зеленый, белый, желтый

Программное обеспечение

Вам понадобится либо Arduino IDE, либо автономные версии AVR-GCC и AVRDude

Шаг 2: Шаг 2: Создание системы передач

Здесь в игру вступает 3D-принтер. Вам нужно будет загрузить прикрепленные файлы STL, чтобы распечатать шестерни и основание, которое будет удерживать шестерни и стержни на месте. Конструкция планетария состоит из 4-х шестерен: моторной шестерни (ведущая шестерня), земной шестерни (ведомой шестерни), небольшой центральной шестерни и лунной шестерни. Шестерня двигателя будет прикреплена к шаговому двигателю и будет приводить в движение заземляющую шестерню. Лунная шестерня будет наверху земной шестерни, и в ее центре будет стержень, который будет проходить через земную шестерню. Это заставит шестерню Луны вращаться, как вращается шестерня Земли. Центральная шестерня используется для удержания лунной шестерни на месте и будет вращаться вокруг центра земной шестерни. Стержень для Луны будет проходить через лунную шестерню, что позволит Луне перемещаться вокруг Земли, в то время как Земля и Луна перемещаются вокруг Солнца. Чтобы сэкономить время печати, я использовал заполнение на 5% на основе. Это низкое заполнение также сделало основание очень легким, что было выгодно.

Шаг 3: Шаг 3: Подготовка к работе

Подготовка стержня

Как только все будет напечатано, нам нужно будет провести некоторую подготовительную работу, чтобы подготовить наши планеты, стержни и корпус к установке. Во-первых, нам нужно будет с помощью ленточной пилы разрезать стержень на три части. Один должен быть 5 дюймов, один - 3 дюйма, а последний - 1,5 дюйма.

Planet Prep

Мы будем использовать кукольные головы и шарикоподшипник для создания нашей Земли, Солнца и Луны. Головка 1,5 дюйма будет использоваться для Солнца, головка 1,25 дюйма - для Земли, а шарикоподшипник - для Луны. Сначала вы хотите просверлить отверстия в плоской нижней части головы куклы с помощью сверла 3/8 дюйма. Это позволит вам прикрепить планеты к стержням. Теперь самое интересное - покраска! В зависимости от того, какую краску вы используете, вам может потребоваться нанести несколько слоев, чтобы получить яркий цвет, особенно при рисовании Солнца и Луны. Помните, что лучше нанести несколько тонких слоев, чем нанести один очень толстый слой. Толстый слой, скорее всего, вызовет потеки и будет требуется много времени, чтобы высохнуть. Обязательно дайте каждому тонкому слою полностью высохнуть, прежде чем продолжить. Земля была нарисована от руки. Как только Луна полностью высохнет, используйте эпоксидную смолу, чтобы прикрепить ее к стержню.

Подготовка корпуса

Нам нужно вырезать отверстие в крышке корпуса, чтобы стержни могли свободно двигаться. Для этого вам нужно будет использовать 4-дюймовую кольцевую пилу, прикрепленную к сверлу. Помните, что отверстие должно быть смещено от центра, чтобы обеспечить место для шагового двигателя и мотор-редуктора. Используйте свою базу в качестве ориентира, чтобы определить, где вырежьте отверстие и убедитесь, что оно совпадает с краями корпуса.

Теперь, когда ваши планеты, стержни и корпус подготовлены, вы готовы приступить к сборке!

Шаг 4: Шаг 4: Основная сборка

Начните с установки шагового двигателя в отведенный слот в основании. Убедитесь, что провода протянуты так, чтобы они проходили через основание и выходили из нижней части. Затем поместите шестерню заземления на экструдированную трубку на основании. Вы должны расположить заземляющую шестерню так, чтобы она плавала прямо над основанием и не терлась о нее при повороте. Теперь поместите шестерню двигателя на шаговый двигатель так, чтобы центр шестерни проходил через вал двигателя. Моторная шестерня и заземляющая шестерня должны хорошо подходить друг к другу. Далее добавляем центральную шестерню к экструдированной трубке. Центральная шестерня будет очень плотно прилегать к экструдированной трубе, и ее нужно будет забить на место.

Обратите внимание: очень сложно снять центральную шестерню после того, как она забита на место, поэтому убедитесь, что вы правильно расположили все под ней, прежде чем продолжить. Вы также хотите оставить небольшое пространство между наземной шестерней и центральной шестерней, чтобы они не мешали друг другу.

Теперь вы готовы добавить свои стержни. Стержень Солнца войдет в экструдированную трубку на основании, а стержень Земли пройдет через отверстие в шестерне заземления. Еще раз убедитесь, что между параллельными частями нет трения. Затем лунную шестерню помещают вокруг стержня Земли поверх земной шестерни. Лунный стержень войдет во второе отверстие на лунной шестерне. Добавьте к своим стержням соответствующие планеты, и вы готовы перейти к принципиальной схеме.

Шаг 5: Шаг 5: Принципиальная схема

Основными частями схемы являются микроконтроллер, источник питания, плата шагового двигателя и драйвера, а также звуковой датчик.

Источник питания

Питание осуществляется от батареи на 9 В, которая подключается к микроконтроллеру.

Шаговый двигатель и плата привода

Шаговый двигатель подключен к контактам 8, 9, 10 и 11 микроконтроллера. Эти контакты используются для активации катушек 1-4 шагового двигателя. Они определены как выходы в эскизе.

Звуковой датчик

Звуковой датчик подключается к контакту 4 микроконтроллера. Он определяется как ввод в эскизе.

Шаг 6: Шаг 6: эскиз Arduino

Как упоминалось ранее, контакты 8-11 подключены к плате привода (экрану) и активируют катушки 1-4 шагового двигателя. Звуковой датчик подключен к контакту 4. Я определил время задержки 8 мс, чтобы обеспечить надежную скорость вращения шагового двигателя. В настройке я определил выводы двигателя как выходы, а вывод звукового датчика как вход. Звуковой датчик считывается в основном цикле с помощью имен переменных состояния statusSensor. При обнаружении шума датчик состояния будет установлен на 1. Это начнет вращать двигатель вперед на 300 шагов. Цикл while используется для подсчета шагов. Если обнаружен новый звук, счетчик перезапустится, заставляя двигатель вращаться на более длительный период времени. Если звук не обнаружен, двигатель перестанет вращаться после 300 шагов. Пожалуйста, смотрите прикрепленное видео для получения дополнительной информации.

Примечание. Вы можете установить любое количество шагов для вращения двигателя. Я обнаружил, что 300 шагов дают около 30 секунд движения. Не стесняйтесь увеличивать количество шагов, если вы хотите, чтобы планетарий работал дольше или короче.

Шаг 7: Шаг 7: Сборка корпуса

Теперь осталось только поместить все компоненты в корпус. Я обнаружил, что это наиболее легко и эффективно достигается с помощью лент на липучках. Сначала выровняйте нижнюю часть корпуса крючком (грубая сторона). Затем выровняйте нижнюю часть макета, микроконтроллер, звуковой датчик, мотор, моторный щит и батарею петлей (мягкая сторона). Добавьте петлю к верхней части макета, чтобы удерживать двигатель на месте. Теперь вы можете надежно разместить все оставшиеся компоненты в корпусе. Чтобы прикрепить основу, сначала вырежьте две части петли, которые по длине и ширине немного больше длинных сторон основы. Прикрепите каждую полосу к длинной стороне корпуса, расположив ее таким образом, чтобы шестерня шагового двигателя была полностью закрыта, а зубчатая передача заземления точно поместилась в отверстие, вырезанное в крышке корпуса. Мои были размещены примерно на расстоянии 1 дюйма от верха корпуса. Затем прикрепите два подходящих крючка к длинным сторонам основания. Теперь вы можете прикрепить основание к корпусу. Я решил поднять основание таким образом, чтобы освободить место для схемотехника внизу.

Ваш планетарий полностью собран и готов к работе! Убедитесь, что ваша батарея подключена к микроконтроллеру, прикрутите винты к корпусу и позвольте приятному громкому шуму. Вы должны увидеть, как ваш планетарий начал двигаться.

Примечание: для лучшего обнаружения звука прикрепите звуковой датчик к одной из стенок корпуса рядом с вырезом в крышке.

Шаг 8: Заключительные замечания

Хотя это был простой проект, знания, которые я получил от него, бесценны. Я узнал все о 3D-моделировании, кодировании микроконтроллеров, редактировании видео, планировании проектов и многом другом. Я также получил гораздо больше уважения к дизайнерам продуктов, потому что много мыслей и усилий вкладывается в разработку чего-то и воплощение этих дизайнов в жизнь. Много проб и ошибок и много решения проблем. Было весело участвовать в процессе.

Надеюсь, вам понравилось это руководство!