Astronoomiakell: 10 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Varsti pärast seda, kui 14. sajandil leiutati esimesed mehaanilised kellad, hakkasid leiutajad otsima viise, kuidas taeva liikumist kujutada. Nii loodi astronoomiakell. Võibolla tuntuim astronoomiakell loodi Prahas umbes aastal 1410. Selle asemel, et lihtsalt näidata, mis kell on, näitab see ka tähtede suhtelist asendit, kui Maa pöörleb ümber oma telje ja pöörleb ümber Päikese.

Selles projektis saate teada, kuidas luua astronoomiakell, mida saate oma kodus kasutada. See kuvab tähekaardi, mis on praegu taevas - päeval või öösel. Taevakaart muutub Maa pöörlemisel. Projekt hõlmab mehaanilisi, elektroonilisi ja tarkvarakomponente. Projekti lõpetamiseks vajate juurdepääsu 3D -printerile, laserlõikurile ja mõnele puidutööriistale. Kasutasin Pythonit ka kella sisse lülitatud tähekaartide ja kujunduse loomiseks. Võib -olla oli minu lemmik osa projektist kõigi nende tehnoloogiate ühendamine.

See projekt oli täiesti originaalne. Kirjutasin kella käivitamiseks tarkvara, lõin korpuse laserkujundused ja ehitasin isegi käigud ja ajami. Kirjutasin ka tarkvara tähekaardi paigutuse tegemiseks.

Lõpptulemus tundus väärt seda aega, mille kulutasin selle kokkupanekule.

Samm: osade kogumine

Selle projekti jaoks vajate järgmisi tarvikuid:

2 tükki 11x14 (0,093 tolli paksust) akrüüli

1 - 1x6 laud 6 jalga pikk.

1 - Arduino Uno

1 - reaalajas kella moodul

1 - samm -mootor 28bjy -48

1 - astmeline juht - UNL2003

1 - 5 voldine toide

1 - 36 -tolline LED -ribalamp

1 - 1/4 tolli vineerileht - 2x4 jalga

1-8 mm metallvõll

2 - 608 kuullaagrit

1 - musta vahtplaadi tükid - umbes 12 x 12 tolli

Muu: traat, puidukruvid (#6 x 1 1/4 tolli), kott 6x32 x 0,75 tolli masinakruvidega + mutrid, teine kott 4x40 x 0,75 masinakruvi, puiduplekk (valikuline)

Teil on vaja ka järgmisi tööriistu:

Juurdepääs 3D -printerile

Juurdepääs laser -söövitajale, mis on võimeline lõikama 1/4 akrüülist ja puidust

Kellaümbrise loomiseks lauasaag + ruuter

2. toiming: prindige hammasrattad ja plastosad

Alustuseks peate printima kella hammasrattad ja plastosad. Kella jaoks kasutasin Prusa I3 MK3, Slic3r ja PETG. Peaaegu kõik variatsioonid peaksid selle projekti jaoks siiski hästi toimima. Peamine piirang on see, et plaadihoidja ja 72-hambalise hammasratta loomiseks vajate suurt trükivoodit.

See on prinditavate failide lühikirjeldus:

laagrihoidik - laagrihoidikus on veovõlli toetamiseks kaks 608 laagrit. See kruvitakse kella keskmise plaadi tagaküljele.

haakeseadis - see plasttükk ühendab plaadihoidja ja 72 hambaga hammasratta. See on 25 mm pikk, seega on see mõeldud kellale, mille esiplaadi ja laagreid hoidva keskmise plaadi vahel on kahe tolli vahe.

plaadihoidik - plaadihoidik ühendab akrüülplaadi ja selle aluse veovõlliga.

võllihoidja - see on viil 8 mm läbimõõduga rõnga jaoks, mida kasutatakse võlli hoidmiseks laagrihoidikust läbi. Projekti jaoks peate need kaks välja printima.

Spur Gear (18 hammast) - see hammasratta pigistus sobib samm -mootori võllile.

Spur Gear (72 hammast).- See käik haakub kella veovõlliga ja pöörab plaadihoidikut ja akrüülplaati.

mootorihoidik - plaat samm -mootori hoidmiseks

Põhiline mehaaniline disain on näidatud ülaltoodud diagrammidel. Esiplaat on kinnitatud tähekaardi pöörleva osa (Rete) külge. See on ühendatud võlli kaudu 72 hambaga hammasrattaga. Sammumootor (28BYJ48) ajab 18-hambalist käiku, mis käivitab kella. Mootor ise asub mootorihoidiku plaadil, nii et seda saab reguleerida kella keskplaadil.

Laagrit toetav süsteem, mis hoiab võlli, on kruvitud kella sees oleva keskse plaadi külge. Laagritena kasutatakse tavalisi 608 laagrit (välisläbimõõt 22 mm, siseläbimõõt 8 mm, paksus 7 mm), mis asetsevad karu toestiku sees ja väljas. Võll haakub hammasrataste külge ja kõik on võlli külge liimitud, et seda kõike koos hoida.

Hammasrattad ja plastdetailid loodi Fusion 360 abil. Olen tarkvaraga natuke tuttav, kuid hammasrataste lisatööriist töötas selle kokkupanekul tõesti hästi. Tarkvara kasutamise leidmine oli minu jaoks selle projekti üks peamisi eesmärke.

3D -osade disainifailile pääsete juurde siit: Fusion 360 astronoomiakell

Samm: akrüülosade söövitamine laseriga

Rete akrüülmallid (tähtedega osa) ja plaat (esiosa) on ülalpool. See tähekaart oli seatud umbes 40 kraadi põhjalaiusele ja peaks enamiku inimeste jaoks päris hästi toimima. Kaardid ise loodi tarkvara abil, mille kirjutasin pythonis.

github.com/jfwallin/star-project

Ma ei soovitaks läbi kaevata, kui sulle tõesti ei meeldi püütoni kodeerimine ja astronoomia. See pole veel nii hästi dokumenteeritud, kuid see on saadaval, kui soovite seda kasutada. Veetsin palju aega esteetiliste probleemide kallal, nagu tähe suurus, fondid, sildi asukoht jne. Tulemus tundus sarnane mis tahes muu planisfääriga ja kindlasti sobivad ka muud planisphere'i kujundused selle projekti jaoks.

Põhimõtteliselt on kahte tüüpi faile:

plaat - tükid, millele on trükitud tähtkaart.

rete - tükid, millel on aken, mille kaudu saate tähti vaadata.

Te ei pea kõiki neid printima, kuid arvasin, et võib olla kasulik lisada need erinevatesse vormingutesse.

Pärast Python -koodi abil Rete ja Plate'i genereerimist genereerisin need Adobe Illustratorisse, et lisada söövitamiseks vajalikud graafilised elemendid. Pöörasin tähekaardi, mis on söövitatud akrüüli tagaküljel, et taustvalgustus näeks natuke kenam välja.

Kui teil pole laser -söövitajale juurdepääsu, võite lihtsalt plaadi ja plaadi paberile printida ja seejärel vineerist alusele liimida. Sellel poleks hõõguvat akrüülist välimust, kuid siiski oleks, kuid siiski oleks kena mantel, mis näitaks teile tähtede pöörlemist iga päev. Metallist kujunduse söövitamine annaks kellale laheda aurupunkti välimuse.

(Märkus: akrüülplaadi mallil oli parandus, mis lisati pärast osa pildi tegemist.)

Samm: puitdetailide söövitamine laseriga

Kella vineerist osade Adobe Illustrator failid on lisatud ülal. Seal on neli vineerist osa, mis tuleb laseriga lõigata. Nende osade valmistamiseks saate hõlpsalt kasutada CNC -masinat või isegi lihtsalt laua- ja kerimissaega lõigata. Peate lihtsalt sobitama trükitud osad viimase astmeplaadilt ja kella esiküljelt.

kella-tagasi-vineer-see on vaid 11x11-tolline leht 1/8 vineerist, mis toimib kella tagaküljel. Panin sellele tähekujunduse, sest see nägi lahe välja.

kell-kesk-vineer-see on ka 11x11-tolline vineerileht, kuid lõikasin selle 3/8 tolli vineerist välja. Selle keskel on veovõlli jaoks läbimõõt 9 mm. Sellele osale on paigaldatud samm -mootor, veovõll ja kella elektroonika.

kell-eesmine vineer-see on kella esiosa. Jällegi, see on 11x11 -tolline tükk 1/8 vineerist. Selle keskel on ümmargune auk ja 4 auku 6x32 kruvide jaoks, mis kinnitavad plaadi esiküljele.

kellaplaat-vineer-see vineeritükk (1/8 tolli) võimaldab paigaldada pleksiklaasplaati. Lõpuks panete vineeri ja akrüüli vahele musta vahtplaadi. See tükk kinnitatakse ka 3D trükitud plaadihoidikule.

Samm: pange kella korpus kokku

Kell, mis hoiab kella, on valmistatud 1x6 puidust, mis oli umbes 6 jalga pikk.

Põhiidee on teha kast, mis hoiab 11x11 -tolliseid puutükke dado soontega. Ma suurustasin oma kasti nii, et selle välismõõt oleks 12 tolli ja sisemõõt 10,5 tolli. Kõigil kellaosadel peab olema kolm dado -sooned. Minu versiooni puhul pean puidutükke mõõtmetega 12x6x0,75 ja kahte puidust 10,5x6x1.

Kella esi- ja tagakülje sooned on puidust detailide esi- ja tagaosast umbes 1/2 tolli kaugusel. Nende pesade tegemiseks kasutasin ruuteri laual 1/8 ruuteri bitti. Pärast vineeriga sobivuse kontrollimist kompenseerisin ruuteri lauatara nihkega (umbes 1/32 tolli Imperiali üksustes) ja seejärel jooksin selle uuesti läbi.

Keskne plaat hoidev keskmine dado soon lõigati ka ruuteri lauale, Kuna selle tüki jaoks kasutasin 3/8 vineerist, tegin ruuteri laua tara täiendava reguleerimise, et teha laiem auk. Fontplaadi ja karbi keskplaadi vahel on umbes 2 tolli ruumi, seega kohandage tabelit vastavalt.

Mõlema kärpimise korral tegin iga laua jaoks paar passi. Jooksin ka paar korda lauad läbi, et olla kindel, et lõiked on puhtad.

Kahe külglaua isad olid kogu tahvli pikkuses. Pikemate ülemiste ja alumiste tükkide puhul kasutasin ruuteri laual kahte peatusplokki, et sukeldada tera puitu umbes 1/2 tolli kaugusel puidutükkide algusest ja lõpust. Põhimõtteliselt ei tahtnud ma, et sooned oleksid korpuse välisküljel nähtavad. Vineeri hoidmiseks on kõik sooned umbes 1/4 sügavused.

Kui olete tükid lõiganud, pange korpuse ajutiselt kokku ja lihvige kõik servad, mis võivad välja jääda. Samuti soovite eemaldada kõik teravad servad kellaümbrise välisosadelt. Kui olete korpusega rahul, eemaldage ülemine paneel ja veenduge, et vineerplaadid sobiksid tegelikult teie juhitud soontega. Sain teada, et pean lauasaega oma taldrikutelt 1/8 maha võtma, et asjad mu loodud kasti mugavalt ära mahuksid.

Kuna see oli prototüüp, lõikasin selle projekti puhul korpuse tegemisel paar nurka. Ma kasutasin kella jaoks pappelit, kuid ainult sellepärast, et mu poes istus pardal laud. See näeks kenam välja kirss või pähkel. Kasutasin ka lihtsalt lihtsaid kruviliite, et seda koos lihtsa kattuva konstruktsiooniga hoida. Kruvid asuvad kella üla- ja alaosas, nii et need pole minu kamina ääres vahevööl eriti märgatavad. (Kas ma ka mainisin, et see on prototüüp?). Järgmine kellaversioon kasutab mitmikühendusi.

Samm: pange kella mehaanilised osad kokku

Kellade mehaaniliste osade kokkupanek võtab aega paar minutit, kuid see on suhteliselt otse edasi.

Ühendage täheplaat, vineerplaat, 72-hambaline hammasratas ja plastplaadihoidik kokku:

1. Kasutades mallina vineerplaadihoidjat, lõigake mustast vahtplastist tükk sama suurusega välja. Selle tüki loomiseks kasutan Exacto nuga, kuid kerimissaag võib sama hästi töötada. (Tähtis märkus: ÄRGE LASERLÕIKETUD VAHU TUUMAT. See tekitab mürgiseid aure.)
2. Keskendage puitplaadihoidik 3D trükitud plaadikandjale. Mõõtke ja puurige neli kruviauku, et need joonduksid plastkanduris olevatega. Kinnitage plastkandur vineerplaadi hoidiku külge, kasutades 6x32 1-tollist polti ja mutreid. Lõika vahtplaadist poldipeade mahutamiseks väikesed augud.
3. Pane võileivale akrüültäheplaat, vahtplaat koos kruviavadega ja vineerplaat kokku. Vineerplaadil ja akrüültäheplaadil on neli auku. Nende osade ühendamiseks peate kasutama 6x32 1-tollist kruvi. Loomulikult peate sobivatesse kohtadesse puurima augu läbi vahtplastplaadi ja ehituspaberi.
4. Liimige haakeseade plaadihoidja külge. Lisasin sakkide ja aukude vahele 0,1 mm tolerantsi, et veenduda, et see sobib hästi.
5. Liimige 72 hambaga hammasratas hammasratta külge. Sellega lõpetatakse kellatähe plaadi kokkupanek. 72-hambalise hammasratta, haakeseadise ja plaadihoidja tsementeerimiseks kasutasin Gorilla liimi.

Samm: alustage kella korpuse kokkupanekut

Esiplaadi kokkupanek: kruvige akrüülkiht kella vineerist esiplaadi külge, kasutades nelja 6x32 1-tollist (või isegi 3/4-tollist) polti ja mutrit.

Lisage taustvalgustusega LED -riba: võtke LED -riba ja kinnitage see kella keskmise plaadi ja kella esiplaadi vahele. (Selleks võib aidata eemaldada kella esiplaat.). Veenduge, et riba on kindlalt kinnitatud ega takista kellamehhanismide ega samm -mootori pöörlemist. Võite soovida kasutada klambreid või liimi, et seda paigal hoida. Asetage vineerist esikülg koos akrüülretiga kella korpusesse. Asetage keskmine plaat koos kellamehhanismiga ka kellaümbrisesse. Lülitage LED -riba toitejuhe kindlasti läbi keskmise plaadi. Selleks on plaadi alusele asetatud auk.

Samm: pange keskmine plaat kokku ja ühendage kell juhtmega

Nüüd on aeg kokku panna kella keskmine plaat. See hõlmab ajamitelje ja mootori mehaanilist tuge koos projekti elektroonika juhtmestikuga.

Paigaldage laagrihoidik ja samm -mootor keskmisele plaadile: kinnitage samm -mootor keskmise plaadi külge kahe 6x32 poldi ja mutriga. Viige traat sammult laua taha. Võtke 3D trükitud laagrihoidik ja pigistage kaks 608 laagrit hoidiku esi- ja tagaküljele. Teil võib tekkida vajadus seda osa kohandada, kui teie 3D -printer on veidi välja lülitatud, kuid mul õnnestus PETG -i ja Prusa printeri abil hästi istuda. Kinnitage hoidik keskmise plaadi tagaküljele. Kellamehhanismide ühendamine ajamivõlli külge: suruge 8 mm metallvõll läbi 72-hambalise hammasratta ja läbi plastikust aukplaadi nii, et see asuks vineerplaadi hoidiku kõrval. Asetage 8 mm metallvõlli teine ots läbi keskplaadi ja laagrihoidiku. Asetage keskplaat kasti, veendudes, et täherattale on piisavalt ruumi, et pöörleda kruvide taga, mis hoiavad plastikust esipaneeli paigal. Mõõtke ja märkige koht võlli lõikamiseks, nii et see mahuks mugavalt kasti. Soovite, et teil oleks piisavalt võlli, et liimida kahele võllilukustusele enne ja pärast laagrit. Kui olete selle mõõtmise teinud, eemaldage hammasratas/plaat ja eemaldage võll laagrihoidikust. Lõigake võll rauasaega, nii et see mahub täielikult korpuse sisse, kuid sellel on ka 0,5 kuni 1 cm sekund, mis jääb laagrihoidja tagant välja. Kui võll on õige pikkusega lõigatud, pange plaat/72 hamba hammasratas hammasratta külge tagasi ja liimige see oma kohale. Lisage võllilukk sõlme taha, seejärel pange võll laagrihoidikust läbi. Kui olete kinnituse uuesti kinnitanud, liimige võllilukk võlli külge. Liimige teine võllilukk laagrihoidiku taga olevale võllile.

Kellamehhanismi järjekord on järgmine:

1. akrüülplaat
2. vahtplastist südamikplaat
3. vineerplaadi hoidja
4. 3D trükitud plaadihoidik
5. sidur
6. 72 hambaga käik
7. võlli lukk
8. keskne tugiplaadi laager + laagrihoidik + laagri võlli lukk
9. võlli lukk

Viimase sammuna vajutage 18 hambaga hammasratta kinnitamist samm-mootorile. Reguleerige ja pingutage samm-mootorit nii, et 72-hamba- ja 18-hambahammasrattad haakuvad kokku ja liiguvad sujuvalt. Pingutage samm -mootori poldid oma kohale.

Juhtme elektroonika:

Kella ühendusskeem on suhteliselt lihtne. Peate reaalajas kella mooduli ühendama SDA ja SCL -i tihvtidega koos +5 -voldise ja Arduino maandusega. Samuti peate ühendama UNL2003A samm -draiveri IN1 kuni IN4 tihvtid Arduino tihvtidega 8 kuni 11 koos maa ühendamisega. Maa ja Arduino tihvti 7 vahele tuleb ühendada lüliti ja 1 kΩ takisti. Lõpuks tuleb toiteallikas ühendada UNL 2003A plaadiga ja Arduinoga 5 -voldise toiteallikaga.

Siin on üksikasjalikum kirjelduste komplekt:

1. Jootke traat nupu ühele küljele. Kinnitage see Arduino tihvti 7 külge.
2. Jootke 1k takisti vajutusnupu teisel küljel, nii et sisendnupp on maandatud, kui seda ei vajutata. Nupu teisel küljel ühendage see +5 voltiga.
3. Ühendage neli juhtmest tihvtide 8, 9, 10 ja 11 vahel UNL 2003A tihvtidega IN1, IN2, IN3 ja IN4.
4. Ühendage reaalajas kella mooduli SCL ja SDA punktid Arduino õigete tihvtidega.
5. Ühendage Arduino maa reaalajas kella mooduliga ja UNL 2003A tahvlitega.
6. Looge oma 5 -voldise toiteallika jaoks toitejagur (2 amprit peaks piisama) ja ühendage see Arduino ja UNL 2003A plaadiga.
7. Lõpuks peate kinnitama LED -toiteploki läbi kella ja kihi keskmise kihi korpuse tagaküljele. Soovite, et LED -kontroller jääks tagaküljest välja, et saaksite kella valgustusmustrit muuta.

Stepper -draiveriga peate siduma +5 volti ja Arduinoga +6 kuni +12 volti. Üritasin selle jaoks ebaõnnestunult kasutada ühte toiteallikat, kuid tõenäoliselt oleksin kasutanud samm -sammulise võimsuse regulaatoriga 2 -amprist 7 -voldist süsteemi, kui mul oleks natuke rohkem aega.

Veenduge, et pinge mootori ja hammasrataste vahel ei oleks liiga pingul ega liiga kadunud. Kontrollige kõike veel kord. Kui kogu juhtmestik on paigas ja osad on kinnitatud, libistage komplekt ettevaatlikult oma kohale.

Siiski - ärge ühendage toiteallikat veel. Kõigepealt peame plaadi programmeerima

Samm: programmeerige Arduino

Arduino programmeerimine oli üsna lihtne. Kood töötab järgmiselt.

1. Kui kood käivitub, lähtestab see sammuloenduri ja haarab aja reaalajas kella moodulist. Samuti käivitatakse mootori sammude arv koos mõne muu süsteemi muutujaga.
2. Aeg teisendatakse kohalikust ajast kohalikuks Sidereali ajaks. Kuna Maa pöörleb ümber oma telje pöörleva Päikese ümber, on tähtede pöörlemiseks kuluv aeg umbes 4 minutit lühem kui Päikese (keskmine) asendisse pöörlemise aeg. Sellel saidil muudeti koodi alamprogrammi Sidereal time. Siiski oli koodis mõned vead, nii et uuendasin, et kasutada USA mereväe vaatluskeskuse loodud ligikaudset külgmise aja algoritmi.
3. Kui põhitsükkel algab, arvutab see, kui palju aega on kella sisselülitamisest möödunud (pool tundi). Seejärel vaatab see praegust sammuloendurit ja arvutab, mitu sammu tuleks lisada, et kella pöörlemine oleks joondatud praeguse ajaga. See sammude arv saadetakse Arduinole ketta teisaldamiseks.
4. Kui põhiahelas vajutatakse nuppu, liigub ketas edasi kiiremini. See võimaldab seadistada kettale praeguse kellaaja ja kuupäeva. Kell ei säilita pärast toite lähtestamist sammude arvu ja puudub kodeerija, mis näitab ketta absoluutset asukohta. Ma võin selle lisada projekti tulevasse versiooni.
5. Pärast kella nihutamist läheb süsteem mõneks ajaks magama ja kordas kahte viimast sammu.

Tegin stepperiga hunniku katseid, et veenduda, et tean, kui palju samme ühe pöörde jaoks TEGELIKULT vaja on. Minu steperi jaoks oli see standardse Arduino Stepper raamatukoguga 512 x 4. Seadsin koodis RPM -ile 1. Kuigi kella seadmisel on see valusalt aeglane, kippus kõrgematel kiirustel olema rohkem vahelejäänud samme.

Samm: ühendage see ja määrake aeg

Pärast koodi üleslaadimist ühendage toiteallikad Arduino ja stepperiga. Ühendage kõik, sealhulgas taustvalgus. Kasutage valgustuse sisselülitamiseks kaugjuhtimispulti.

Nüüd piisab kellaaja ja kuupäeva joondamiseks nupu vajutamisest. Lihtsalt veenduge, et välimise plastikust rete praegune kellaaeg oleks joondatud sisemise akrüülplaadi kuu ja päevaga. Palju õnne! Sul on astronoomiakell.

Kui aeg on määratud, peaksite tähevälja värskendamiseks umbes 8 sekundi tagant impulsse saama. See on aeglane 24 -tunnine pöörlemine, nii et ärge oodake selles osas palju toiminguid. Ilmselgelt saate (ja peaksite!) Juhtumi lõpetama.

Nagu ma ütlesin, on see prototüüp. Olen tema tulemustega üldiselt rahul, kuid järgmises versioonis muudan seda natuke. Kui ma selle ümber ehitasin, kasutan ilmselt odavate versioonide asemel NEMA steppereid. Ma arvan, et hoidmisjõud ja töökindlus muudavad nende kasutamise lihtsamaks. Käigukast töötas hästi, kuid mulle tundub, et panin oma kavandatud käikudele natuke liiga palju mängu. Ilmselt teeksin seda ka teisiti.

Lõpuks tahtsin tänada MTSU Walkeri raamatukogu inimesi abi eest selle ülesehitamisel. Kasutasin nende tegijaruumis Laser Etcherit akrüül- ja puulõikeosade tegemiseks ning pidasin Benile, Nealile ja ülejäänud Makerspace'i jõugule palju produktiivseid arutelusid, kui mõtlesime kellale.

Kellade konkursi teine auhind