قدم زدن: قایق تنها: 11 قدم

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

این دستورالعمل برای برآوردن الزامات پروژه Makecourse در دانشگاه فلوریدا جنوبی (www.makecourse.com) ایجاد شده است.

آیا در زمینه آردوینو ، چاپ سه بعدی و طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) تازه کار هستید؟ این پروژه یک راه عالی برای یادگیری تمام اصول اولیه این موضوعات است و فضایی را برای خلاقیت شما فراهم می کند تا آن را به خود اختصاص دهید! این ویژگی بسیاری از مدل سازی CAD برای ساختار قایق ، مقدمه ای برای سیستم های مستقل ، و مفهوم ضد آب چاپ سه بعدی را معرفی می کند!

مرحله 1: فهرست مواد

برای شروع پروژه ، ابتدا باید بدانید با چه چیزی کار خواهید کرد! در اینجا موادی که باید قبل از شروع به کار داشته باشید آورده شده است:

• 1 عدد میکروکنترلر Arduino Uno R3 و کابل USB (لینک آمازون)
• کنترل موتور 1x L298N (لینک آمازون)
• 4x (2 نسخه پشتیبان) موتورهای DC 3-6V (لینک آمازون)
• 2x 28BYJ-48 موتورهای پله ای و ماژول های ULN2003 (لینک آمازون)
• 1x شارژر تلفن قابل حمل برای قدرت (در اینجا یکی از آنها استفاده می شود ، هر چند کمی بزرگ است. در صورت دلخواه می توانید از دیگری استفاده کنید: Amazon Link)
• 1x سنسور اولتراسونیک HCSR04 (این پیوند دارای چند مورد اضافی است که با برخی از سیم های بلوز پر شده است: لینک آمازون)
• 3x بسته سیم های Jumper (مرد-زن ، مرد-مرد ، زن-زن. لینک Amazon)
• 1 عدد قوطی Flex Seal (16 اونس ، لینک آمازون)
• 1x نوار نقاش (پیوند آمازون)
• 1x کاغذ سنباده ریز (حدود 300 خوب است)
• چند چوب بستنی و برس برای استفاده از مهر و موم فلکس

• دسترسی به چاپ سه بعدی (در اینجا یک چاپگر سه بعدی نسبتاً ارزان و م effectiveثر - لینک آمازون)

  • رشته قرمز برای چاپ سه بعدی (پیوند آمازون
  • رشته سیاه برای چاپ سه بعدی (پیوند آمازون)

با خیال راحت هرگونه ماده ای را که برای نسخه پروژه خود تهیه می کنید اضافه کنید!

مرحله 2: قطعات و طراحی چاپ سه بعدی

بخش اول این پروژه ایجاد یک سیستم مکانیکی برای کار در آن است. این شامل قسمت های زیادی از جمله بدنه ، درپوش ، دستگیره ها ، محورهای موتورها تا پدال ها ، پایه ای برای سنسور و محوری است که روی آن قرار می گیرد. پایه سنسور نشسته است

قطعات در SolidWorks طراحی شده و در یک مجموعه قرار می گیرند. همه فایلهای قسمت و اسمبلی در یک فایل زیپ قرار داده شده است که در انتهای این مرحله قابل مشاهده است. توجه داشته باشید که SolidWorks تنها نرم افزار CAD نیست که می توانید از آن استفاده کنید ، زیرا بسیاری از برنامه ها مانند Inventor و Fusion360 می توانند برای CAD استفاده شوند. می توانید قطعات SolidWorks را به آنها وارد کنید.

توجه به این نکته ضروری است که محورهایی که پاروها را نگه می دارند متحدالمرکز هستند و سوراخ های روی بدنه آنها از خم شدن محور و خروج مستقیم آن از قایق جلوگیری می کند.

همه چیز در این پروژه به صورت سه بعدی (به استثنای اجزای الکتریکی) چاپ می شود ، بنابراین ابعاد مهم هستند. برای اطمینان از اینکه همه چیز با هم مطابقت دارد (تا حدی شبیه یک تناسب شل) ، من مدارهای 0.01 اینچی را روی قطعات قرار دادم. تحمل کمتری نسبت به محورهایی که به سمت موتور حرکت می کنند وجود داشت تا بتوانند به خوبی جا بیفتند. پاروها محکم روی محور نصب شده اند به طوری که وقتی موتورها روشن می شوند ، پاروها حرکت کرده و قایق را به حرکت در می آورند.

هنگام مشاهده CAD ، به سیستم عامل قطعات الکتریکی توجه خواهید کرد. این برای این است که اجزاء در پلت فرم خود "ظاهر" شوند تا از حرکت آنها جلوگیری شود.

بزرگترین چاپها بدنه و درپوش است ، بنابراین هنگام طراحی حتماً این را در نظر داشته باشید. ممکن است مجبور شوید آن را به قسمت هایی تقسیم کنید ، زیرا برای چاپ یکباره بسیار بزرگ است.

مرحله 3: مدار کنترل

در اینجا ما در مورد مدار الکتریکی که قایق را کنترل می کند بحث خواهیم کرد. من یک طرح کلی از Fritzing دارم ، که یک نرم افزار مفید است که می توانید از اینجا بارگیری کنید. به ایجاد طرحواره های الکتریکی کمک می کند.

همه اجزای مورد استفاده در این پروژه در Fritzing نیستند ، بنابراین آنها جایگزین می شوند. نورسنج سیاه نشان دهنده سنسور HCSR04 و نیم پل کوچک کنترلر موتور L298N است.

HCSR04 و L298N به ریل های برق روی تخته نان متصل است ، که به نوبه خود به طرف قدرت آردوینو (در پین های 5 ولت و زمین) متصل هستند. پین های اکو و ماشه HCSR04 به ترتیب به پین 12 و 13 در آردوینو می روند.

پین های فعال (که سرعت را کنترل می کنند) برای L298 به پایه های 10 و 11 (Enable A/Motor A) و 5 و 6 (ENB/Motor B) متصل هستند. سپس قدرت و پایه موتورها به پورتهای L298N متصل می شوند.

آردوینو مطمئناً از شارژر تلفن قابل حمل ما نیرو می گیرد. هنگامی که مدار روشن می شود ، موتورها با حداکثر سرعت در جهت تعیین شده توسط سنسور مجاورت ما تنظیم می شوند. این مورد در بخش کدگذاری پوشش داده می شود. این باعث حرکت قایق می شود.

مرحله 4: کد آردوینو

اکنون به ریز و درشت بودن آنچه باعث می شود این پروژه کار کند ، می رسیم: کد! من یک فایل فشرده حاوی کد این پروژه را ضمیمه کرده ام ، که در انتهای این مرحله یافت می شود. برای شما کاملاً نظر داده شده است که از طریق آن نگاه کنید!

- کدی که برای آردوینو نوشته شده است در برنامه ای نوشته می شود که به محیط توسعه یکپارچه آردوینو (IDE) معروف است. این چیزی است که باید از وب سایت رسمی آردوینو بارگیری کنید ، که در اینجا یافت می شود. IDE به زبان های برنامه نویسی C/C ++ نوشته شده است.

کد نوشته شده و ذخیره شده از طریق IDE به عنوان طرح شناخته می شود. شامل طرح ها و فایل های کلاس و کتابخانه هایی که می توانید از طریق آنلاین یا مواردی که خودتان ایجاد کرده اید ، قرار دهید. توضیحات مفصل در مورد این و نحوه برنامه نویسی در آردوینو را می توانید در اینجا پیدا کنید.

- همانطور که در ابتدای این مرحله مشاهده شد ، من یک ویدیوی YouTube دارم که طرح اصلی پروژه را مرور می کند ، می توانید آن را اینجا ببینید! این به طرح اصلی و عملکردهای آن می پردازد.

- اکنون به طور مختصر کتابخانه ای را که برای کنترل سنسور مجاورت ایجاد کرده ام مرور می کنم. کتابخانه دریافت داده ها را از سنسور با خطوط کد کمتر در طرح اصلی من آسان می کند.

فایل.h (HCSR04.h) چیزی است که توابع و متغیرهایی را که در این کتابخانه از آنها استفاده می کنیم لیست کرده و تعیین می کند که چه کسانی می توانند به آنها دسترسی داشته باشند. ما با یک سازنده شروع می کنیم ، که یک خط کد است که یک شی را تعریف می کند (در مورد ما ، "HCSR04ProxSensor" که ما استفاده می کنیم) که مقادیری را که در پرانتز وارد می کنیم نگه می دارد. این مقادیر پین های اکو و ماشه ای هستند که ما از آنها استفاده می کنیم ، و به شیء حسگر ایجاد شده ما (که می تواند با نام "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject" نامگذاری شود) نامگذاری می شوند. به چیزهایی که در تعریف "عمومی" هستند می توان با هر چیزی ، چه در داخل کتابخانه و چه در خارج (مانند طرح اصلی ما) دسترسی داشت. اینجاست که ما توابع خود را که در طرح اصلی صدا می زنیم ، لیست می کنیم. در "خصوصی" ما متغیرهایی را که باعث می شود کتابخانه اجرا شود ذخیره می کنیم. این متغیرها فقط توسط توابع موجود در کتابخانه ما قابل استفاده هستند. این اساساً راهی است برای توابع ما که بتوانند متغیرها و مقادیر مربوط به هر شیء حسگری را که ایجاد می کنیم پیگیری کنند.

اکنون به فایل "HCSR04.cpp" حرکت می کنیم. اینجاست که ما در واقع توابع و متغیرهای خود و نحوه عملکرد آنها را تعریف می کنیم. مشابه این است که در حال نوشتن کد در طرح اصلی خود هستید. توجه داشته باشید که توابع باید برای آنچه که برمی گردانند ، مشخص شوند. برای "readSensor ()" ، یک عدد (به عنوان float) برمی گرداند ، بنابراین تابع را با "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()" علامت گذاری می کنیم. توجه داشته باشید که ما باید "HCSR04ProxSensor::" ، نام شیء مرتبط با این تابع را وارد کنیم. ما پین های خود را با استفاده از سازنده خود تعریف می کنیم ، فاصله یک شی را با استفاده از تابع "readSensor ()" پیدا می کنیم و آخرین مقدار خواندن خود را با تابع "getLastValue ()" دریافت می کنیم.

مرحله 5: چاپ سه بعدی تمام قطعات و مونتاژ

هنگامی که دو قطعه بدنه چاپ می شوند ، می توانید آنها را با نوار نقاشان به هم بچسبانید. این باید آن را در کنار هم نگه دارد. سپس می توانید تمام قطعات دیگر را به طور معمول بر اساس طراحی CAD ما مونتاژ کنید.

چاپگرهای سه بعدی با کد g اجرا می شوند که می توانید از نرم افزار برش دهنده همراه چاپگر استفاده کنید. این نرم افزار یک فایل.stl (از قسمتی که در CAD ایجاد کرده اید) می گیرد و آن را برای خواندن چاپگر به کد تبدیل می کند (پسوند این فایل در بین چاپگرها متفاوت است). اسلایسرهای پرطرفدار چاپ سه بعدی شامل Cura ، FlashPrint و موارد دیگر است!

هنگام چاپ سه بعدی ، مهم است بدانید که زمان زیادی طول می کشد ، بنابراین حتماً بر اساس آن برنامه ریزی کنید. برای جلوگیری از زمان طولانی چاپ و قطعات سنگین تر ، می توانید با پر کردن حدود 10 print چاپ کنید. توجه داشته باشید که پر شدن بیشتر در برابر نفوذ آب به چاپ کمک می کند ، زیرا منافذ کمتری وجود دارد ، اما این امر باعث سنگین شدن قطعات و طولانی شدن زمان می شود.

تقریباً همه چاپهای سه بعدی برای آب مناسب نیستند ، بنابراین ما باید آنها را ضد آب کنیم. در این پروژه ، من Flex Seal را انتخاب کردم ، زیرا بسیار ساده است و برای جلوگیری از چاپ آب بسیار خوب عمل می کند.

مرحله 6: ضد آب چاپ

ضد آب بودن این چاپ مهم است ، زیرا شما نمی خواهید لوازم الکترونیکی گران قیمت شما آسیب ببیند!

برای شروع ، ما قسمت بیرونی و پایین بدنه را سنباده می زنیم. این به منظور ایجاد شیارهایی است که مهر و موم انعطاف پذیر در آن نفوذ می کند و محافظت بهتری را ارائه می دهد. می توانید از مقداری کاغذ سنباده با کیفیت بالا استفاده کنید. مراقب باشید زیاد ماسه نزنید ، چند ضربه باید خوب باشد.

مرحله 7: سنباده زدن بدنه

وقتی می بینید که خطوط سفید شروع به ظهور می کنند ، باید بدانید چه زمانی باید متوقف شوید.

مرحله 8: Flex Seal را بمالید

شما می توانید از چوب بستنی یا برس برای چسباندن مهر و موم فلکس استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که هیچ نقطه ای را از دست ندهید و دقیق باشید. فقط می توانید ابزار خود را در قوطی باز فرو کرده و روی بدنه بمالید.

مرحله 9: اجازه دهید Flex Seal بنشیند

حالا منتظر می مانیم! معمولاً حدود 3 ساعت طول می کشد تا مهر و موم فلکس کمی خشک شود ، اما من برای اطمینان 24 ساعت به آن اجازه می دهم. بعد از خشک شدن می توانید یک لایه دیگر از مهر و موم فلکس را برای محافظت بیشتر از بدنه استفاده کنید ، اما این کمی بیش از حد است (1 لایه برای من عالی بود).

مرحله 10: مونتاژ و آزمایش

اکنون که خشک شدن مهر و موم به پایان رسیده است ، توصیه می کنم قبل از افزودن اجزای الکتریکی بدنه را در آب آزمایش کنید (اگر بدنه ضد آب نیست ، این می تواند برای آردوینو شما مشکل ایجاد کند!). فقط آن را به سینک ظرفشویی یا استخر ببرید و ببینید آیا قایق می تواند بیش از 5 دقیقه بدون هیچ گونه نشتی شناور باشد یا خیر.

هنگامی که مطمئن شدیم بدنه ما ضد آب است ، می توانیم تمام قسمتهای خود را اضافه کنیم! مطمئن شوید که آردوینو ، L298N و بقیه قطعات را به درستی به پین های مناسب وصل کرده اید.

به منظور اتصال سیم ها به موتورهای DC ، من نرده های نر را به سیم های موتور روی موتور لحیم کردم تا از روشن ماندن آنها اطمینان حاصل شود. لحیم کاری همچنین برای اطمینان از ایمن بودن همه اتصالات شما و یا نیاز به ساخت سیم بلندتر مفید است. اگر قبلاً لحیم کاری نکرده اید ، می توانید در اینجا درباره آن بیشتر بدانید!

هنگامی که همه چیز با هم جمع شد ، همه اجزا را در بدنه قرار دهید و آزمایشاتی را انجام دهید! شما می خواهید با خواندن مقادیر فاصله در مانیتور سریال ، عملکرد سنسور را بررسی کنید ، موتورها به درستی می چرخند و مواردی از این دست.

مرحله 11: محصول نهایی

و حالا تمام شدی! خطاهای موجود در تست رانندگی را بررسی کنید (قبل از استفاده از وسایل الکترونیکی قایق و بدنه را شناور کنید) و آماده هستید!