Thang máy mô hình điều khiển bằng Arduino: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách tôi đã xây dựng một chiếc thang máy đồ chơi hai tầng, với cửa trượt hoạt động và một chiếc ô tô di chuyển lên xuống theo yêu cầu.

Trái tim của thang máy là Arduino Uno (hoặc trong trường hợp này là Adafruit Metro), với Adafruit Motor Shield được lắp đặt trên đỉnh của nó. Tấm chắn giúp cho việc điều khiển hai servo cần thiết để đóng và mở cửa, và động cơ bước đưa xe lên và xuống dễ dàng hơn nhiều.

Cấu trúc thực tế thực sự là một phần dễ dàng và có thể được thực hiện theo bất kỳ cách nào bạn muốn. Phần khó là làm cho mọi thứ vừa khít với bên trong và đảm bảo mọi thứ được căn chỉnh đúng cách.

Vì vậy, điều đó nói rằng, chúng ta hãy bắt đầu!

Quân nhu

• Arduino Uno (hoặc tương đương)
• Tấm chắn động cơ Adafruit
• Bảng Perf
• Tiêu đề cho Arduino và lá chắn
• Servos quay liên tục (2)
• Động cơ bước NEMA 17
• Gắn động cơ bước
• Tấm sợi quang mật độ trung bình (MDF) 1/2 "và 1/4"
• Tấm nhôm
• Thanh nhôm
• Thanh nhôm
• Kênh chữ U bằng nhôm
• Cốt thép
• Ống PVC (1/8 "và 1/4")
• Dây đai thời gian 10mm
• 10mm ròng rọc
• súng bắn keo nóng
• đinh vít
• tấm plexiglas
• Các mẫu sàn
• Băng keo
• Dây điện
• Các nút Lên / Xuống
• Công tắc Micro
• Thiết bị truyền động tuyến tính lớn - kế hoạch có ở đây

Bước 1: Cửa ra vào

Vấn đề đầu tiên tôi quyết định giải quyết là cửa ra vào. Các cánh cửa phải di chuyển qua lại, và được cố định ở phía dưới và phía trên để chúng không bị bung ra xung quanh.

Tôi quấn bằng cách sử dụng các kênh chữ u bằng nhôm, thường được sử dụng làm viền cho bảng, dọc theo phía dưới để giữ cho cửa đi đúng hướng. Trên cùng là một chút phức tạp hơn. Tôi đã tìm thấy các kế hoạch in 3D cho một thiết bị truyền động tuyến tính trên mạng và nhận ra rằng những kế hoạch đó sẽ rất tốt để đẩy cánh cửa đóng lại và kéo nó ra. Tôi làm cửa từ các tấm MDF nhỏ và bọc một số tấm nhôm xung quanh tấm để tạo cho nó vẻ ngoài kim loại. (xem ảnh)

Tôi đặt một thanh thép ngang đầu cửa và dán nóng một đoạn ống PVC lên trên tấm cửa. Thanh vừa vặn bên trong đường ống và cho phép cửa đi qua lại tự do, trong khi khoảng 8 inch dưới cùng của cửa nằm bên trong kênh chữ u để giữ cho nó thẳng.

Tôi đã đặt bộ truyền động tuyến tính phía trên thanh thép, và sử dụng thêm ống nhựa pvc và nhiều keo nóng hơn để cho phép bộ truyền động di chuyển cửa. Bộ truyền động tuyến tính được thiết kế xung quanh một động cơ servo có kích thước theo sở thích, vì vậy tôi đã thêm chúng vào.

Bước 2: Cấu trúc

Đầu tiên, tôi phác thảo sơ bộ những gì tôi muốn thang máy trông như thế nào. Nó phải có 2 tầng, có ô tô lên xuống và cửa mở ở mỗi tầng. Sản phẩm cuối cùng sai lệch so với bản phác thảo ban đầu, nhưng điều đó không sao!

Tiếp theo, tôi xây dựng cấu trúc từ tấm ván sợi có mật độ trung bình (MDF), đo sàn và các khe hở của cửa và cắt các hình dạng bằng máy ghép hình và máy cưa lỗ. Phần đế và phần trên cùng lớn hơn một chút so với tòa nhà để tạo cho nó sự ổn định và hấp dẫn thị giác. Cấu trúc chỉ có 3 mặt, vì vậy tôi quyết định để hở mặt sau để bạn có thể nhìn vào bên trong.

Các miếng bên cao 24 inch và rộng 12 inch, trên cùng và dưới là 15 inch vuông, tất cả đều được làm bằng tấm MDF 1/2 . Cửa cao 6 inch và rộng khoảng 4 inch. Hãy đảm bảo chừa đủ chỗ để cửa được ẩn sang một bên khi nó đang mở.

Tôi cũng đã thêm một gờ hạ cánh nhỏ cho bên ngoài tầng 2.

Tôi cũng tạo một lỗ 2 trên mỗi cửa cho cửa sổ hoặc chỉ báo sàn, lỗ cho các nút gọi bên cạnh mỗi cửa và một lỗ nhỏ cho đèn LED phía trên mỗi cửa mở (mà tôi đã không sử dụng)

Tôi sơn toàn bộ một màu xanh kim loại.

Bước 3: Xe

Xe thang máy được làm từ gỗ MDF và một miếng Plexiglas ở phía sau, vì vậy bạn có thể nhìn thấy những chiếc xe Matchbox hoặc những chú Lego mà bạn đặt vào thang máy. Bản thân chiếc xe là một chiếc hộp đơn giản, không có gì quá cầu kỳ. Tôi vẽ nó và đặt một số bưu thiếp bên trong làm áp phích. Nó khá nặng nên tôi không chắc làm thế nào động cơ sẽ nâng nó lên theo kế hoạch ban đầu của tôi. Chúng ta sẽ quay lại vấn đề đó.

Phần khó khăn của chiếc xe là làm thế nào để nâng nó lên và giữ cho nó không lắc lư. Sử dụng phương pháp keo và pvc nóng đã thử và đúng (tôi cũng sẽ quay lại điều đó, đừng để tôi quên), tôi đặt bốn thanh nhôm đi từ trên xuống dưới của cấu trúc, và xếp chúng bằng cái xe và cái ống tôi dán ở mỗi góc. Điều này giữ cho thang máy ở đúng vị trí khi nó đi lên và đi xuống.

Các bộ phận in 3D nhô ra khá nhiều so với bức tường bên trong của cấu trúc, vì vậy tôi phải giữ thang máy lùi lại một vài inch so với cửa mở. Tôi không muốn có một đống thi thể ở dưới cùng của trục thang máy từ các nhân vật nhỏ Lego, những người không "bận tâm đến khoảng trống lớn", vì vậy tôi đã thêm một bệ ngắn bên trong cửa, khá gần với mặt thoáng của thang máy, đã giải quyết được vấn đề.

Bước 4: Động cơ và đối trọng

Vấn đề tiếp theo là làm thế nào để xe lên xuống. Tôi đã mua một động cơ bước NEMA-17 (đó là kích thước, không phải công suất) từ Adafruit và cố gắng nâng xe thang máy bằng nó bằng cách sử dụng một số sợi dây và một sợi chỉ in 3d gắn vào trục của bước để cuộn dây.

Điều đó không hiệu quả, vì vậy tôi bắt đầu nghĩ về cách một thang máy thực sự hoạt động, với một đối trọng. Bằng cách đó, động cơ không phải nâng toàn bộ trọng lượng của ô tô mà chỉ cần khởi động chuyển động ban đầu, điều này cần ít mô-men xoắn hơn nhiều. Tôi đã học được rất nhiều về mô-men xoắn trong dự án này.

Dù sao, ý tưởng về đối trọng của tôi rất vững chắc và tôi đã kết thúc bằng cách sử dụng một hệ thống dây đai và ròng rọc rộng 10mm, tương tự như những gì được sử dụng để chế tạo một máy in 3D. Chiếc xe nặng khoảng một kg (2 pound) và động cơ bước được đánh giá là có thể nâng 2 kg ở một cm tính từ tâm trục. (Các vấn đề về mô-men xoắn khác) Vì vậy, đó là tốt để đi.

Một đầu của dây đai được gắn vào đầu xe thang máy (sử dụng một tấm kim loại bắt vít), sau đó dây đai đi thẳng lên và lên một bánh răng trên động cơ bước, được lắp trên trần của kết cấu. Sau đó, dây đai đi ngang 90 độ trên đỉnh của cấu trúc tới một ròng rọc có răng thứ hai, ròng rọc này được gắn vào một thanh thép khác, được gắn trên giá đỡ. (xem hình ảnh) Từ đó, dây đai quay thẳng xuống 90 độ nữa và cái này được gắn vào đối trọng. (Rõ ràng là bạn phải đo tất cả những thứ này và đặt chúng một cách chính xác để tránh thêm căng thẳng cho dây đai)

Đối trọng được làm bằng bốn miếng sàn gỗ mẫu từ Home Depot mà tôi đã vặn và dán ống gió lại với nhau. Chiếc thắt lưng được kẹp ở giữa các miếng và phần đuôi thừa cũng được vặn xuống bên ngoài. Tôi đặt 2 thanh thép để đối trọng đi lên xuống, dùng ống PVC dán ở hai bên của bó đối trọng để gắn vào.

Với tất cả các phần cấu trúc đã được đặt đúng vị trí, đã đến lúc làm việc trên thiết bị điện tử.

Bước 5: Công tắc và Điện tử

Bộ não của dự án này là Arduino Uno, với một Adafruit Motor Shield ở trên. Tấm chắn giúp việc điều khiển hai động cơ servo và động cơ bước dễ dàng hơn rất nhiều, trong khi vẫn cho phép truy cập vào hầu hết các chân trên Arduino. Động cơ bước cũng yêu cầu nhiều hơn đầu ra 5V của Arduino và tấm chắn cho phép bạn tăng điện áp cho động cơ và hạ thấp điện áp cho Arduino. Động cơ mất tới 12V, nhưng cuối cùng tôi đã sử dụng đầu vào 9V, vì tôi đã lắp bộ điều chỉnh điện áp trên một Arduino khi một trong các cửa bị kẹt.

Tôi đã lấy một trang khác về cách máy in 3D được tạo ra và sử dụng các công tắc tiếp xúc nhỏ ở tất cả các điểm mà bạn muốn mọi thứ ngừng di chuyển. Vì vậy, tôi đã có một công tắc liên lạc tạm thời tại 6 địa điểm. Họ phát hiện ra chiếc xe đang ở đâu và tình trạng của từng cánh cửa. Khi chiếc xe ở cuối cấu trúc, nó đang nhấn một công tắc dưới gầm xe. Khi nó ở trên cùng, một công tắc ở dưới cùng của đối trọng đã được kích hoạt. Các cánh cửa cũng nhấn một công tắc ở hai bên, khi nó đang mở hoặc đóng.

Để gọi thang máy, tôi đặt các nút sáng ở mặt trước của cấu trúc. Đây là những nút hình tam giác mát mẻ với đèn LED bên trong để chúng sáng lên khi nhấn (nếu bạn đấu dây theo cách đó).

Mã thực tế cho dự án này không quá phức tạp. Vòng lặp chính của bản phác thảo Arduino kiểm tra các lần nhấn nút lên hoặc xuống. Tùy thuộc vào vị trí của xe, chương trình sẽ phản hồi bằng cách di chuyển xe, sau đó mở cửa trong vài giây và đóng cửa. Hoặc, nếu xe đang ở số sàn mà nút được nhấn, nó chỉ mở cửa, sau đó đóng lại sau 5 giây.

Có rất nhiều và rất nhiều cách khắc phục sự cố, nhưng cuối cùng tôi đã làm cho mọi thứ hoạt động một cách đáng tin cậy. Bước cuối cùng là một miếng Plexiglas lớn ở mặt sau có khoan một lỗ để tiếp cận giắc cắm nguồn.

Đây là một dự án thực sự thú vị và tôi đã học được rất nhiều điều. Khi tôi đang xây dựng nó, tôi đã tìm kiếm tất cả các kế hoạch về một cái gì đó như thế này nhưng tôi không thể tìm thấy nhiều. Vì vậy, hy vọng có thể hướng dẫn này có thể giúp ai đó đang tìm cách xây dựng một dự án tương tự.

Bước 6: Kết thúc suy nghĩ

Một điều tôi sẽ thêm vào một công trình thứ hai sẽ là một cách để nhận biết nếu có thứ gì đó đang chặn cửa, giống như một chiếc thang máy thực sự. Tôi nghĩ rằng một số loại cảm biến ánh sáng có thể hoạt động, nhưng ai đó thông minh hơn tôi có thể hiểu ra điều đó.

Ngoài ra, đây là một dự án cho một khách hàng, và tôi đã vận chuyển nó cho họ bằng UPS. Tuy nhiên, tôi đã để UPS đóng gói nó hóa ra là một sai lầm lớn. Thang máy đến nơi với một số mảnh bị gãy, dây đai bị bung ra và một trong các cửa không hoạt động. Tôi đã làm việc với khách hàng để bắt đầu và vận hành, nhưng một số ống PVC dán nóng của tôi đã bị đứt, và trong tương lai, tôi có thể sẽ cố gắng tìm ra một giải pháp thanh lịch hơn là keo nóng. Ngoài ra, lần sau tôi sẽ tự đóng gói! Tôi hy vọng các bạn thích bài giảng này. Xem thêm các dự án khác tại cascobaystudios.com

Cảm ơn bạn đã đọc và hẹn gặp lại bạn lần sau!

Bước 7: Mã

Mã Arduino có trong tệp đính kèm. Đó là một mớ hỗn độn đẫm máu, nhưng nó hoạt động!

Về nhì trong Cuộc thi Arduino 2020