Makecourse: the Lonely Boat: 11 Steps

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

تم إنشاء هذا التوجيه استيفاءً لمتطلبات المشروع الخاصة بـ Makecourse في جامعة جنوب فلوريدا (www.makecourse.com).

هل أنت جديد في استخدام Arduino ، والطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD)؟ يعد هذا المشروع طريقة رائعة لتعلم جميع الأساسيات وراء هذه الموضوعات ويوفر مساحة لإبداعك لجعله خاصًا بك! يتميز بالكثير من نماذج CAD لهيكل القارب ، ومقدمة للأنظمة المستقلة ، ويقدم مفهوم الطباعة ثلاثية الأبعاد المقاومة للماء!

الخطوة 1: قائمة المواد

لبدء المشروع ، عليك أولاً أن تعرف ما الذي ستعمل معه! إليك المواد التي يجب أن تكون بحوزتك قبل أن تبدأ:

• 1x Arduino Uno R3 متحكم وكابل USB (Amazon Link)
• وحدة تحكم محرك 1x L298N (Amazon Link)
• 4x (2 نسخة احتياطية) محركات DC 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 محركات متدرجة ووحدات ULN2003 (Amazon Link)
• شاحن هاتف محمول 1x للطاقة (هذا هو الشاحن الذي استخدمته ، لكنه كبير بعض الشيء. يمكنك استخدام شاحن آخر إذا كنت تفضل ذلك: Amazon Link)
• 1x مستشعر HCSR04 بالموجات فوق الصوتية (يحتوي هذا الرابط على بعض الإضافات التي تم إلقاؤها مع بعض أسلاك العبور: Amazon Link)
• 3 حزم من أسلاك العبور (ذكر - أنثى ، ذكر - ذكر ، أنثى - أنثى. Amazon Link)
• 1x علبة فليكس سيل (16 أونصة ، أمازون لينك)
• 1x شريط الرسام (أمازون لينك)
• عدد 1 ورق صنفرة حبيبات ناعم (حوالي 300 ورقة جيدة)
• عدد قليل من أعواد المصاصة والفرش لتطبيق الختم المرن

• الوصول إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد. (هذه طابعة ثلاثية الأبعاد رخيصة وفعالة نسبيًا - Amazon Link)

  • خيوط حمراء للطباعة ثلاثية الأبعاد (Amazon Link
  • خيوط سوداء للطباعة ثلاثية الأبعاد (Amazon Link)

لا تتردد في إضافة أي مواد توصلت إليها من أجل نسختك من المشروع!

الخطوة الثانية: تصميم وأجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد

يتمثل الجزء الأول من هذا المشروع في إنشاء نظام ميكانيكي للعمل فيه. ويشمل ذلك العديد من الأجزاء ، بما في ذلك الهيكل ، والغطاء ، والمجاذيف ، ومحاور المحركات إلى المجاذيف ، وحامل لجهاز الاستشعار ، والمحور الذي يجلس جبل المستشعر.

تم تصميم المكونات في SolidWorks وتم تجميعها معًا في تجميع. تم وضع جميع ملفات الأجزاء والتجميع في ملف مضغوط يمكن العثور عليه في نهاية هذه الخطوة. لاحظ أن SolidWorks ليس برنامج CAD الوحيد الذي يمكنك استخدامه ، حيث يمكن استخدام العديد من البرامج مثل Inventor و Fusion360 لـ CAD. يمكنك استيراد أجزاء SolidWorks إليها.

من المهم ملاحظة أن المحاور التي تحمل المجاذيف متحدة المركز مع الفتحات الموجودة على الهيكل لمنع ثني المحور وجعله يخرج مباشرة من القارب.

كل شيء في هذا المشروع مطبوع ثلاثي الأبعاد (باستثناء المكونات الكهربائية) ، لذا فإن الأبعاد مهمة. لقد أعطيت تفاوتات تبلغ حوالي 0.01 بوصة على الأجزاء ، للتأكد من أن كل شيء يناسب معًا (نوعًا ما مثل المقاس الفضفاض). كان هناك تسامح أقل مع المحاور التي تذهب إلى المحرك حتى يمكن وضعها بشكل مريح. يتم تثبيت المجاذيف بإحكام على المحور بحيث تتحرك المجاذيف وتدفع القارب عند تشغيل المحركات.

عند عرض CAD ، ستلاحظ وجود منصات للمكونات الكهربائية. هذا من أجل "ظهور" المكونات في نظامها الأساسي لمنعها من التنقل.

أكبر المطبوعات هي الهيكل والغطاء ، لذا تأكد من وضع ذلك في الاعتبار عند التصميم. قد تضطر إلى تقسيمها إلى أجزاء ، حيث سيكون أكبر من أن تطبع مرة واحدة.

الخطوة الثالثة: دائرة التحكم

سنناقش هنا الدائرة الكهربائية التي تتحكم في القارب. لدي رسم تخطيطي من Fritzing ، وهو برنامج مفيد يمكنك تنزيله هنا. يساعد في إنشاء مخططات كهربائية.

ليست كل المكونات المستخدمة في هذا المشروع موجودة في Fritzing ، لذلك يتم استبدالها. يمثل المستشعر الضوئي الأسود مستشعر HCSR04 والجسر النصف الصغير هو وحدة التحكم في المحرك L298N.

يتم توصيل HCSR04 و L298N بقضبان الطاقة على لوح التجارب ، والتي بدورها موصولة بجانب الطاقة في Arduino (على دبابيس 5V والأرضية). تذهب دبابيس الصدى والزناد في HCSR04 إلى المسامير 12 و 13 على Arduino ، على التوالي.

تتصل دبابيس التمكين (التي تتحكم في السرعة) للطراز L298 بالدبابيس 10 و 11 (تمكين A / المحرك A) و 5 و 6 (ENB / المحرك B). يتم بعد ذلك توصيل طاقة وأسباب المحركات بالمنافذ الموجودة على L298N.

بالطبع سوف يتلقى Arduino الطاقة من شاحن الهاتف المحمول الخاص بنا. عندما يتم تشغيل الدائرة ، يتم ضبط المحركات على السرعة القصوى في اتجاه يمليه مستشعر القرب لدينا. سيتم تغطية هذا في جزء الترميز. هذا سوف يحرك القارب.

الخطوة 4: كود اردوينو

نصل الآن إلى التفاصيل الدقيقة لما يجعل هذا المشروع يعمل: الكود! لقد أرفقت ملفًا مضغوطًا يحتوي على رمز هذا المشروع ، والذي يمكن العثور عليه في نهاية هذه الخطوة. تم التعليق عليه بالكامل لكي تنظر من خلاله!

- تمت كتابة الكود المكتوب لـ Arduino في برنامج يُعرف باسم بيئة التطوير المتكاملة Arduino (IDE). إنه شيء يجب تنزيله من موقع Arduino الرسمي ، والذي يمكن العثور عليه هنا. IDE مكتوب بلغات البرمجة C / C ++.

يُعرف الرمز المكتوب والمحفوظ من خلال IDE بالرسم التخطيطي. يمكنك تضمينها في الرسومات وملفات الفصل والمكتبات من الإنترنت أو تلك التي قمت بإنشائها بنفسك. يمكن العثور على شرح مفصل لهذه وكيفية البرمجة في Arduino هنا.

- كما رأينا في بداية هذه الخطوة ، لدي مقطع فيديو على YouTube يتصفح الرسم الرئيسي للمشروع ، يمكنك التحقق منه هنا! هذا سوف يمر على المخطط الرئيسي ووظائفه.

- سأنتقل الآن بإيجاز إلى المكتبة التي أنشأتها للتحكم في مستشعر القرب. تسهل المكتبة الحصول على البيانات من المستشعر مع عدد أقل من سطور التعليمات البرمجية في الرسم الرئيسي الخاص بي.

ملف.h (HCSR04.h) هو الذي يسرد الوظائف والمتغيرات التي سنستخدمها في هذه المكتبة ويحدد من يمكنه الوصول إليها. نبدأ بمُنشئ ، وهو سطر من التعليمات البرمجية يحدد كائنًا (في حالتنا ، "HCSR04ProxSensor" الذي نستخدمه) يحمل القيم التي ندخلها بين قوسين. ستكون هذه القيم بمثابة صدى ودبابيس الزناد التي نستخدمها ، والتي سيتم ربطها بجسم المستشعر الذي أنشأناه (والذي يمكن تسميته بأي شيء نود من خلال تضمين "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). يمكن الوصول إلى الأشياء الموجودة ضمن التعريف "العام" بواسطة أي شيء ، سواء داخل المكتبة أو خارجها (مثل الرسم التخطيطي الرئيسي لدينا). هذا هو المكان الذي سنقوم فيه بإدراج وظائفنا التي نسميها في المخطط الرئيسي. في الوضع "الخاص" نقوم بتخزين المتغيرات التي تجعل المكتبة تعمل. هذه المتغيرات قابلة للاستخدام فقط من خلال الوظائف داخل مكتبتنا. إنها في الأساس طريقة لوظائفنا لتتبع المتغيرات والقيم المرتبطة بكل كائن مستشعر نقوم بإنشائه.

الآن ننتقل إلى ملف "HCSR04.cpp". هذا هو المكان الذي نحدد فيه وظائفنا ومتغيراتنا وكيف تعمل. إنه مشابه لما إذا كنت تكتب الكود داخل مخططك الرئيسي. لاحظ أنه يجب تحديد الوظائف لما يتم إرجاعه. بالنسبة لـ "readSensor ()" ، فإنه سيعيد رقمًا (كعائم) ، لذلك نحدد علامة الدالة بـ "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". لاحظ أنه يجب علينا تضمين "HCSR04ProxSensor::" ، اسم الكائن المرتبط بهذه الوظيفة. نحدد دبابيسنا باستخدام الباني الخاص بنا ، ونجد مسافة الكائن باستخدام وظيفة "readSensor ()" ، ونحصل على آخر قيمة قراءة لدينا باستخدام وظيفة "getLastValue ()".

الخطوة 5: طباعة ثلاثية الأبعاد لجميع الأجزاء والتجميع

بمجرد طباعة قطعتين من الهيكل ، يمكنك لصقهما معًا بشريط الرسامين. هذا يجب أن يربطها ببعضها البعض. يمكنك بعد ذلك تجميع جميع الأجزاء الأخرى كالمعتاد بناءً على تصميم CAD الخاص بنا.

تعمل الطابعات ثلاثية الأبعاد على g-code ، والتي يمكنك الحصول عليها من استخدام برنامج التقطيع الذي يأتي مع الطابعة. سيأخذ هذا البرنامج ملف.stl (من جزء قمت بإنشائه في CAD) ويحوله إلى رمز لتقرأه الطابعة (يختلف امتداد هذا الملف بين الطابعات). تتضمن أدوات تقطيع الطباعة ثلاثية الأبعاد الشهيرة Cura و FlashPrint والمزيد!

عند الطباعة ثلاثية الأبعاد ، من المهم معرفة أن الأمر يستغرق الكثير من الوقت ، لذا تأكد من التخطيط وفقًا لذلك. لتجنب أوقات الطباعة الطويلة والأجزاء الثقيلة ، يمكنك الطباعة بتعبئة تبلغ حوالي 10٪. لاحظ أن الحشو العالي سيساعد على منع تسرب المياه إلى الطباعة ، حيث سيكون هناك عدد أقل من المسام ، ولكن هذا أيضًا سيجعل الأجزاء أثقل وتستغرق وقتًا أطول.

جميع المطبوعات ثلاثية الأبعاد ليست مناسبة تمامًا للماء ، لذلك نحن بحاجة إلى عزلها. في هذا المشروع ، اخترت تطبيق Flex Seal ، لأنه بسيط جدًا ويعمل بشكل جيد للغاية لإبعاد المياه عن الطباعة.

الخطوة 6: عزل الطباعة

يُعد عزل هذه المطبوعة المياه أمرًا مهمًا ، لأنك لا تريد أن تتعرض إلكترونياتك باهظة الثمن للتلف!

للبدء ، سنقوم برمل الجزء الخارجي والقاع من الهيكل. هذا لإنشاء أخاديد لتسرب الختم المرن إلى الداخل ، مما يوفر حماية أفضل. يمكنك استخدام ورق صنفرة عالي الحبيبات / ناعم. احرص على عدم الإفراط في الرمل ، يجب أن تكون بعض الحركات على ما يرام.

الخطوة 7: صنفرة الهيكل

ستعرف متى تتوقف عندما ترى الخطوط البيضاء تبدأ في الظهور.

الخطوة 8: تطبيق Flex Seal

يمكنك استخدام عصا المصاصة أو الفرشاة لتطبيق الختم المرن. تأكد من عدم تفويت أي بقع وأن تكون دقيقًا. يمكنك فقط غمس أداتك في العلبة المفتوحة وفركها على الهيكل.

الخطوة 9: دع الختم المرن يجلس

الآن ننتظر! عادة ما يستغرق الأمر حوالي 3 ساعات حتى يجف الختم المرن قليلاً ، لكنني أتركه يجلس لمدة 24 ساعة فقط للتأكد. يمكنك تطبيق طبقة أخرى من السداد المرن بمجرد الانتهاء من التجفيف لحماية الهيكل أكثر ، ولكن هذا مبالغة قليلاً (طبقة واحدة عملت بشكل رائع بالنسبة لي).

الخطوة 10: التجميع والاختبار

الآن بعد أن انتهى الختم المرن من التجفيف ، أوصي باختبار الهيكل في الماء قبل إضافة المكونات الكهربائية (إذا لم يكن الهيكل مقاومًا للماء ، فقد يتسبب ذلك في حدوث مشكلة لـ Arduino!). ما عليك سوى اصطحابه إلى حوض السباحة أو المسبح الخاص بك ومعرفة ما إذا كان يمكن للقارب أن يطفو لأكثر من 5 دقائق دون أي تسرب.

بمجرد التأكد من أن هيكلنا مقاوم للماء ، يمكننا البدء في إضافة جميع أجزائنا! تأكد من توصيل Arduino و L298N وبقية المكونات بشكل صحيح بمساميرها المناسبة.

من أجل الحصول على أسلاك مناسبة لمحركات التيار المستمر ، قمت بلحام الخيوط الذكر إلى الخيوط الموجودة في المحرك لضمان بقائها. يعد اللحام مفيدًا أيضًا للتأكد من أن جميع اتصالاتك آمنة أو إذا كنت بحاجة إلى عمل سلك أطول. إذا لم تكن قد قمت بلحامها من قبل ، فيمكنك معرفة المزيد عنها هنا!

بمجرد أن يصبح كل شيء معًا ، ضع جميع المكونات في الهيكل وقم ببعض الاختبارات! ستحتاج إلى التحقق من عمل المستشعر على النحو المنشود من خلال قراءة قيم المسافة على الشاشة التسلسلية ، والتحقق من دوران المحركات بشكل صحيح ، وأشياء من هذا القبيل.

الخطوة 11: المنتج النهائي

والآن انتهيت! تحقق من وجود أي أخطاء في اختبار القيادة (اختبر تعويم القارب والبدن قبل تطبيق الإلكترونيات) وستكون جاهزًا!