Sõnakell, mida juhib 114 servot: 14 sammu (koos piltidega)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-13 06:57

Fusion 360 projektid »

Mis sisaldab 114 LED -i ja töötab pidevalt? Nagu teate, on vastus sõnakell. Mis sisaldab 114 LED -i + 114 servot ja on alati liikuv? Vastus on see servo juhitav sõnakell.

Selle projekti jaoks tegin koostööd oma sõbraga, mis osutus selle ehituse suurte jõupingutuste tõttu kohustuslikuks. Lisaks täiendasid mu elektroonika ja tema mehaanilised oskused üksteist üsna hästi. Idee selle populaarse sõnakella kohandamiseks tekkis meil ajal, kui me tegime tavalist jõulukingiks. Seal märkasime, et kirju on võimalik projitseerida ka tagantpoolt valgele paberilehele. Tol ajal oli see vaid lahendus, mis varjab meie jube viimistletud oskusi, kuna saime klaasplaadi tagaküljele kirjatähtedega vinüülkleebise kinnitamisel hulga mulli. Seejärel märkasime, et paberilehe painutamisel on võimalik saavutada huvitavaid efekte, kuna tähed muudavad suurust ja muutuvad häguseks. See pani meid mõttele teha sõnakell, kus tähed projitseeritakse tagantpoolt ekraanile ja neid saab projitseeritud pildi suuruse muutmiseks edasi -tagasi liigutada. Alguses ei soovinud me seda projekti ehitada, kuna kulusid ja jõupingutusi kulub, kui soovite 114 tähte eraldi liigutada. Nii me mõtlesimegi, et teeksime versiooni, kus lihtsalt iga sõna, mida kasutatakse aja kuvamiseks, saab edasi -tagasi liigutada. Kuid pärast seda, kui nägime, et Epilogi võistlus on tulemas Instructablesile, kus küsitakse eepilisi projekte, ja ka pärast suhteliselt odavate servomootorite leidmist, otsustasime minna lõpuni ja teha korralik versioon, kus iga tähte kontrollib servo individuaalselt.

TÄHELEPANU: See ei ole ühepäevane ehitamine!

Selleks, et anda teile aimu selle projektiga seotud pingutustest, kaaluge järgmisi numbreid. Valmis kell sisaldab

• 798 üksikut 3D -trükitud mudelit (kogu printimisaeg ~ 200 tundi)
• ~ 600 kruvi + ~ 250 mutrit ja seibi
• ~ 500 traati (kogupikkus ~ 50 m). Arvestamata juhtmeid, mis olid juba servode külge kinnitatud.

Samm: kujundage

Kella kujundamisel kasutati Autodesk Fusion 360 ja Inventor. Nagu näete, koosneb kell 114 kirjakastist, mida liigutavad lineaarsed ajamid, mida omakorda juhivad servomootorid. Igas kirjakastis on LED, mis projitseerib kirja valgest PVC -fooliumist ekraani tagaküljele. Kõik komponendid on paigutatud puitraami.

2. samm: materjalide kogumine

Elektroonilised osad

114x SG90 mikro servomootorid (ebay.de)

Kuigi servod olid märgistatud populaarse kaubamärgi "Tower Pro" nimega, on need kindlasti odavamad koputused. Kuna aga koputushind on umbes 1 EUR võrreldes 3 EUR -ga originaali eest, muudab see kogu projekti taskukohasemaks. Ilmselt tõmbavad ka löögid vähem voolu (muidugi tähendab see ka väiksemat pöördemomenti), mis hõlbustas kogu projekti jaoks sobiva toiteallika leidmist.

• 5 m WS2812B LED -riba, 60 LED/m (ebay.de)
• 8x 16 Ch PWM servo draiver PCA9685 (ebay.de)
• DS3231 RTC moodul (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• VS1838B IR vastuvõtja + kaugjuhtimispult (ebay.de)
• 5 V, 10 A toiteallikas (ebay.de)
• 20x 15 cm servopikenduskaabel (ebay.de)
• kaabli alalisvoolu pesa tühja juhtmega (conrad.de)
• Takisti 300-500 oomi
• 1000 µF kondensaator (> 5 V)

Materjalid raami jaoks

• puidust liistud

  • 2 tk 40 x 10 x 497 mm
  • 2 tk 12 x 12 x 461 mm
  • 2 tk 12 x 12 x 20 mm

• multipleks

  • 2 tk 12 x 77 x 481 mm
  • 2 tk 12 x 84 x 489 mm
• valge PVC -kile (700 x 1000 x 0,3 mm) (moodul.de)
• 500 x 500 mm HDF -plaat, paksus 3 mm

Kruvid, kaablid jne

• 228x M2 kruvid, 8 mm pikad + seibid + kuuskantmutrid
• 228x isekeermestavad kruvid M2.2, pikkus 6,5 mm
• mitmesugused puidukruvid
• 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG) traat

Lisaks nõudis see projekt ulatuslikku 3D printimist ja jootmist. Tagaplaat toodeti laserlõikamise teel. Raam ehitati ketassae, mosaiigi ja puuriga. Nagu iga korraliku projekti puhul, kasutasime ka palju kuuma liimi, ka mõnda epoksü- ja plastliimi.

Selle projekti kogumaksumus oli umbes 350 eurot.

3. samm: 3D -prinditud komponendid

Kirjakastid

Iga kirjakast koosneb 3D -trükitud kaanest, mis toimib varimaskina, ja alusplaadist, millele kinnitatakse LED. Alusplaadil on neli tüüblit, mis aitavad ajamile joonduda, ja kuus auku LED -kaablite toiteks. Kokku teeb see 228 mudelit, mis kõik olid trükitud mustast PLA -st (Formfutura EasyFill PLA) ja 0,4 mm kihi kõrgusega. Minu Anycubic Kossel Linear Plus trükkimisaeg oli kirjakaante puhul umbes 23 tundi ja alusplaatide puhul 10 tundi. Kõik stl -failid leiate lisatud ZIP -failist.

Täiturmehhanismid

Täiturmehhanismi disaini kohandas Roger Rabbit Linear Servo Extenderist, mis oli väga kasulik. Kuna osad sobivad tihedalt kokku, tuleks need trükkida korralikule 3D -printerile. Väike kihi kõrgus ei ole nii oluline (0,2 mm sobib) kui väike düüsi läbimõõt (soovitame 0,4 mm). Osad tuleks printida näidatud suunas. Iga täiturmehhanism koosneb 5 üksikust osast, kuna meil oli vaja 114 ajamit, see tähendab kokku 570 osa (!). Nende printimiseks kasutasime mitmete professionaalsete 3D -printerite (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200) kombineeritud võimsust. Sellegipoolest oli meil osadel palju ebaõnnestunud trükiseid ja lisasin teie lõbustamiseks mõned pildid. Trükiaeg kokku oli umbes 150 tundi (!). Jällegi leiate stl -failid lisatud ZIP -failist.

Samm: raami ehitamine

Raam oli valmistatud puitliistudest ja multipleksplaadist. Osad lõigati ketassae ja mosaiigi abil ning kinnitati seejärel puiduliimi ja puidukruvide abil kokku. Ülemine ja alumine kate olid ka peitsitud, et anda sellele ilusam välimus. Detailide üksikasjalik kirjeldus koos kõigi mõõtmetega on lisatud joonistel.

Samm: kirjakastide kokkupanek

Kirjakastide kokkupanek oli suur töö ja võttis väga kaua aega, eriti jootmine. Seda seetõttu, et iga teie tehtud sammu tuleb korrata 114 korda.

1. Lõika LED -ribalt 114 tükki
2. Tina kõik LED -padjad
3. Kinnitage iga LED kirjakasti 3D -prinditud tagaplaadile. LED peaks olema tsentreeritud. Kinnitasime ka kuuma liimiga.
4. Järgmisena valmistasime ette 3x114 = 442 traati, st pikkuseks lõikamist, otste eemaldamist ja tinamist. Iga traadi pikkus oli 10 cm, välja arvatud juhtmed, mis ühendavad viimast tähte punktidega, mis peavad olema pikemad (~ 25 cm). Ka esimese tähega ühendatud juhtmed, mis ühendatakse arduino ja toiteallikaga, peaksid olema pikemad.
5. Juhtmeid kasutavad diasiahela LED -id. Juhtmed juhitakse läbi iga kirjakasti 3D -trükitud tagaplaadi aukude.
6. Kirjakasti esikaas kinnitati liimiga
7. Täiturmootori lineaarse riiuli osad tuleb kokku liimida
8. Lineaarne riiul kinnitatakse liimi abil kirjakasti tagaküljele

6. samm: täiturmehhanismide kokkupanek

Täiturmehhanismide kokkupanek oli jällegi väga tüütu protseduur, mis võttis kaua aega.

1. Kinnitage servo kaasasolevate kruvide abil 3D -prinditud korpusele
2. Ümmargune hammasratas kinnitatakse servo külge kaasasoleva plastristi abil, kuid kõigepealt tuleb rist kuju järgi lõigata ja kinnitada hammasratta külge epoksüvaiku abil.
3. Kinnitage hammasratas servo külge kaasasoleva kruvi abil
4. Enne lineaarse riiuli sisestamist nulliti iga servo samasse asendisse
5. Lineaarse riiuli sisestamine koos postkastiga
6. 3D -prinditud korpusesse sisestatakse kaks M2 kuusnurka, mida kasutatakse selle tagaplaadi külge kinnitamiseks hiljem
7. Sulgege korpus 3D trükitud kaanega, kasutades isekeermestavaid kruvisid M2.2

Lõpuks sattusime suure paksu segadusega diasia kettidega ajamid, nagu on näidatud ülaltoodud pildil

Samm: tagaplaadi valmistamine

Tagaplaat lõigati laseriga 3 mm paksusest HDF -puidust, kasutades meie kohaliku tootja CO2 -laserlõikurit. Esialgu proovisime vineeri, kuid see osutus kõigi komponentide kaalu toetamiseks liiga õhukeseks. Sel juhul oleks veelgi parem kasutada alumiiniumi, kuid see on muidugi kallim ja seda ei saa CO2 laseriga lõigata. Tagaplaadi dxf -fail on lisatud.

Samm: kinnitage komponendid tagaplaadile ja juhtmestikule

Esialgu tuleks PCA9685 plaadid kinnitada tagaplaadi külge, kasutades PCB tõkkeid. Seejärel saab Arduino nano- ja RTC -mooduli paigutada nii, nagu on näidatud ülaltoodud pildil. Kahe viimase puhul kasutasime 3D -prinditud hoidikuid, mis kinnitati kuuma liimiga. Komponendid ühendati vastavalt juhtmestiku skeemile. Pange tähele, et kõige parem on toita iga PCA9685 eraldi klemmiploki kaudu. Alguses aheldasime ka V+ ja GND pistikud ning ühendasime ainult esimese plaadi klemmiploki (nagu soovitati adafruit lehel), kuid sel juhul läheb kogu vool läbi esimese plaadi ja lõpuks põletasime MOSFETi tagasikäigu kaitselülitist. Lisatud on ka arvutustabel, mis näitab servode kaabeldust. Servode pikenduskaablid, kus neid kasutatakse vajaduse korral. Pange tähele, et peate igale PCA9685 -le määrama erinevad I2C -aadressid, nagu on kirjeldatud adafruit lehel.

Seejärel kinnitati ajamid 228x M2 kruvide abil tagaplaadi külge. Töö oli jällegi väga üksluine, kuid pärast selle lõppu hakkas kell juba ilmet võtma. Üritasime ka servokaablid võimalikult hästi korraldada, kuid lõpuks oli kaabeldus ikka väga segane.

Toiteallikaks oli alalisvoolukaabel läbi tagaplaadi ja see ühendati klemmliistuga.

9. samm: tagaplaadi kinnitamine raami külge

Pärast kõigi komponentide paigaldamist ja kaablite korraldamist kinnitasime tagaplaadi raami külge, kasutades 6x M4 kruvi. Kahjuks jätsime kõikidele kaablitele väga vähe ruumi, nii et neid tuli veidi sisse pigistada.

Samm: servode kalibreerimine

Kuna kõikide postkastide kõrgus oli pärast paigaldamist veidi erinev, kasutasime lisatud koodi kõigi servode kalibreerimiseks, nii et kirjakastidel oleks sama miinimum- ja maksimumasend. Maksimaalse positsiooni jaoks püüdsime kirjakasti paigutada ekraanile võimalikult lähedale. Seejärel sisestatakse iga servo kalibreeritud min/max asendid põhikoodi.

11. samm: koodi üleslaadimine

Lisatud on sõna kella põhikood. Aja kuvamiseks on kolme tüüpi efekte.

1. Liigutage kiiresti kõik tähed tagurpidi (üksteise järel) ja süttige LED -id võrdse juhusliku värviga. Seejärel liigutage kiiresti üksteise järel tähti, mis näitavad aega, ja valgustage iga sõna juhusliku värviga.
2. Liigutage kiiresti kõik tähed tagurpidi (üksteise järel) ja süttige LED -id võrdse juhusliku värviga. Liigutage aeglaselt iga sõna, mis kuvab aega, ettepoole (kõik tähed samaaegselt) ja hajutage värv taustavärvilt juhuslikule väärtusele.
3. Liigutage kõik tähed kiiresti juhuslikult (üksteise järel) ja süttige erineva juhusliku värviga LED -id. Seejärel liigutage aeglaselt kõik tähed tahapoole ja tuhmutage värvi. Jätkake 1. või 2 -ga.

Tahtsin rakendada ka efekti, kus punkt, mis näitab praegust minutit, liigub järk -järgult edasi ja tuhmub värvi nii, et see on minuti lõppedes õige värviga esipositsioonil. Kahjuks ei saanud ma seda veel tööle, sest tundub, et see muudab IR -vastuvõtja reageerimata.

12. samm: ekraani kinnitamine

Alguses tahtsime ekraanina kasutada valget kangast. Probleem oli selles, et pärast selle kinnitamist raamile painutas kangas keskelt alla ja lõpuks tekkis nõelapadi moonutus. Seejärel otsustasime kasutada ekraani jaoks hoopis õhukest valget PVC -fooliumi. Fooliumi reklaamitakse ka lambivarjude valmistamiseks, nii et sellel on mõistlik ülekanne, kuid see pole läbimõeldud, nii et mustad kirjakastid jäävad peidetud. Esimeses katses kinnitasime fooliumi epoksü abil, kuid see ei kleepunud liiga hästi, nii et läksime üle kuuma liimile. Olge siiski ettevaatlik, et kui liim on liiga kuum, võib see fooliumi tegelikult sulatada. Liigne foolium eemaldati täpse noaga.

Samm: ülemise ja alumise katte kinnitamine

Lõpuks kinnitati peitsitud puidust katted ülemise ja alumise külje külge. Tume värv annab valgele ekraanile kena kontrasti. IR -vastuvõtja juhiti läbi tagaplaadi augu ja kinnitati kuuma liimiga ülemise kaane külge.

14. samm: valmis kell ja kokkuvõte

Pärast kahekuulist intensiivset tööd sai kell lõpuks valmis ja töötas. Üldiselt oleme tulemusega väga rahul. Tähtede liigutamine ekraani taha koos LED -ide värvide muutmisega annab väga laheda efekti. Lõpuks ei olnud tähed ideaalselt joondatud ja ekraan ei olnud 100% tasane, kuid see muudab selle peaaegu veelgi ilusamaks. Kindlasti on asju, mida saab parandada, kuid ma ei usu, et selle ehitise monumentaalsete jõupingutuste tõttu versiooni 2.0 tuleb, kui me järgmisel korral tootmise Hiinasse allhanke korras ei osta.

Kui teile meeldib see ehitus ja teil õnnestus allapoole kerida, siis hääletage meie poolt Epilogi võistlusel.

Esimene auhind Epilog X konkursil