Rương kho báu kỹ thuật số: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Tôi học công nghệ Trò chơi và Tương tác tại Đại học Nghệ thuật Utrecht. Có một dự án được gọi là "Nếu cái này thì cái kia", nơi bạn được yêu cầu xây dựng một sản phẩm tương tác. Bạn phải sử dụng Arduino, thiết kế một phần tử tương tác thú vị và xây dựng một nguyên mẫu đẹp và chuyên nghiệp xung quanh nó. Tôi đã có một số mong muốn cá nhân rõ ràng khi tham gia vào dự án này: tôi muốn học cách hàn, tôi muốn học lập trình bằng C / C ++ và tôi muốn lái một màn hình 14 phân đoạn đã nằm mãi quanh nơi tôi ở. Tôi đã mất vài tuần để nảy ra ý tưởng gắn những thứ này lại với nhau nhưng cuối cùng nó đã đến với tôi: Tôi định tạo một chiếc rương mà bạn cần mở bằng một mã, nhưng không phải bất kỳ mã nào. Một cảm biến áp suất liên tục được đọc và hiển thị trên màn hình, bạn phải đến đúng số và xác nhận nó ba lần để mở khóa rương.

Tôi muốn chiếc rương có kiểu dáng công nghiệp-hiện đại nên lựa chọn vật liệu của tôi là thép và gỗ.

Cuối cùng, tôi khá hài lòng với cách nó diễn ra như thế nào! Tôi đã viết các bước bên dưới để bạn có thể tạo lại hoặc thậm chí cải thiện nó! Chúc vui vẻ!

Bước 1: Thu thập thành phần

Trước khi bắt đầu, chúng ta sẽ cần một số bộ phận. Đây là danh sách đầy đủ:

Vỏ bọc:

• Ống thép vuông 350cm, 20x20x2mm
• Tấm ván ép 6x 26x26x0,9cm (cách hiệu quả nhất là cắt một tấm ván lớn hơn 52x72cm thành sáu miếng, nhưng hãy đảm bảo rằng bạn có một số gỗ còn sót lại!)
• Bảng gỗ dán 1x 26x22x0,9cm
• 90cm gỗ 22x30mm (cắt thành các miếng 26cm, 2x 18cm và 2x 12cm)
• Bản lề nhỏ
• 2x vòng hợp âm
• Vít: 4.0x16, 4.0x20, 4.0x25, 3.0x12 (khoảng mười cái mỗi cái, bao gồm một số phụ tùng)
• Bu lông: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (khoảng mười mỗi cái, bao gồm một số phụ tùng)
• Các loại hạt: M3, M6, M10
• Xử lý
• Thanh thép 2x 8cm 25x4mm

Thiết bị điện tử:

• Cái nút
• LED đỏ
• LED xanh lam
• Lực điện trở nhạy cảm
• Bộ điện từ kiểu khóa (của tôi là kiểu 12V 650mA)
• Màn hình 14 đoạn HDSP-A22C
• MCP23017 Bộ mở rộng I / O kỹ thuật số
• 15x điện trở 470
• 3x điện trở 1k
• 6x điện trở 10k
• 1N4007 diode
• 2x bóng bán dẫn BC547B
• 2x bóng bán dẫn BC557B
• Bóng bán dẫn TIP31A
• Bộ chuyển đổi âm tường 12V 1A

Bước 2: Dựng Rương - Khung thép

Rương là một khối lập phương lớn khoảng 30cm, được làm bằng ống thép và các tấm gỗ. Trong nhà để xe, tôi tìm thấy các ống vuông đẹp 20x20mm với các bức tường dày 2mm. Thành cần đủ dày để hàn và khoét lỗ ren cho bu lông M3. 2mm là độ dày hoàn hảo cho việc này. Tất nhiên bạn có thể sử dụng bất kỳ loại ống thép nào cho việc này nếu bạn có bất kỳ ý tưởng nào tốt hơn.

Cách đẹp nhất để dựng khung là tạo hai hình vuông có kích thước 30x30cm và sau đó kết nối hai hình vuông này bằng cách sử dụng các ống 26cm (30 - 2 * 2). Để tạo hình vuông, hãy cắt các ống thép dài theo đường chéo thành tám mảnh. Các đầu của các mảnh nên được cắt ở một góc 45 độ đối diện với nhau. Các đoạn cuối dài là 30cm. Khi sử dụng cưa gắn, bạn có thể dễ dàng xoay lưỡi dao ở góc 45 độ và xoay ống sau mỗi đoạn. Điều này gây lãng phí vật liệu ít nhất. Sau khi bạn có tám miếng cắt theo đường chéo, đã đến lúc cắt thêm bốn miếng thẳng. Các mảnh này có chiều dài 26cm.

Sau đó, cuối cùng cắt 10 miếng dài khoảng 6cm của một thanh thép 20x4mm. Đây sẽ là những điểm gắn kết các tấm gỗ.

Khi tất cả kim loại đã sẵn sàng, đã đến lúc hàn. Phần khó nhất ở đây là lót các ống bạn đã cắt. Hãy bắt đầu với các hình vuông trên cùng và dưới cùng. Lấy các miếng chéo và xếp chúng thành hình vuông trên một miếng gỗ. Một mẹo ở đây là sử dụng một tấm hình vuông có kích thước khoảng 30cm để bạn có thể để các góc của mép rơi xuống nếu bạn đặt chúng ra một góc 45 độ so với mặt gỗ. Kẹp chặt chúng bằng một số kẹp và đảm bảo kim loại tiếp xúc ở tất cả các góc để dòng điện có thể truyền từ từng miếng này sang miếng tiếp theo trong khi hàn. Nếu bạn chưa bao giờ hàn trước đây, bây giờ là lúc để luyện tập một chút vì nếu bạn làm nó rối tung lên, bạn có thể làm mọi thứ trôi qua. Dù sao, hãy hàn các mảnh lại với nhau ở các góc (tôi đã chọn làm ở bên trong) và bây giờ bạn đã hoàn thành phần đầu tiên! Hình vuông thứ hai dễ xếp hàng hơn vì bạn có thể đặt nó lên trên hình vuông đầu tiên. Hãy hàn những thứ này lại với nhau. Nếu mọi thứ diễn ra suôn sẻ, bây giờ bạn sẽ có hai hình vuông bằng thép giống hệt nhau.

Tại thời điểm này, bạn sẽ muốn gắn các điểm gắn vào gỗ. Tôi sử dụng hai miếng cho mỗi bảng điều khiển trên các cạnh đối lập của khối lập phương. Tôi đã chọn một mẫu cụ thể để không có miếng nào cản trở nắp và vì vậy tôi sẽ không phải gắn hai miếng trên cùng một cạnh. Bạn có thể làm theo bất kỳ cách nào bạn thích, miễn là cạnh nơi cuộn dây điện từ sẽ bị khóa không có cạnh.

Lúc này tôi cũng lấy một dụng cụ mài có gắn bàn chải thép để làm sạch thép. Các thanh có một số vết gỉ trên đó và tôi thấy nó trông rất đẹp.

Để hoàn thành việc xây dựng khung thép, chúng ta chỉ cần kết nối hai hình vuông mà chúng ta có bây giờ. Cách đơn giản nhất là đặt chúng thẳng đứng trên một mặt phẳng và đặt hai trong số các ống 26cm giữa chúng. Một đôi tay bổ sung sẽ rất hữu ích khi bạn đang kẹp chúng lại. Hàn cái này lại với nhau và lặp lại nó cho phía bên kia.

Nếu mọi thứ suôn sẻ, khung thép sẽ được hoàn thành ngay bây giờ!

Bước 3: Dựng Rương - Mặt và Nắp

Để hoàn thiện chiếc rương, chúng ta cần ốp thêm các tấm gỗ sang hai bên. Hãy nhớ rằng các thiết bị điện tử sẽ được giấu trong nắp, vì vậy bạn sẽ cần nhiều đĩa hơn một chút so với chỉ 6 miếng có kích thước 26x26cm. Tại cửa hàng DIY, họ có kích thước 122x61cm, rất hoàn hảo. Tôi đã chọn loại gỗ mỏng hơn một chút so với dự định ban đầu nhưng cuối cùng nó trông đẹp hơn so với loại gỗ dày hơn. Khi ống thép rộng 2cm, có các góc tròn và ngàm rộng 4mm, bạn sẽ để lại khoảng 10mm cho bảng điều khiển trong khi vẫn giữ được vẻ ngoài đẹp mắt. Các tấm tôi tìm thấy dày 9mm vì vậy nó là hoàn hảo.

Cắt các tấm thành sáu tấm có kích thước 26x26cm. Nếu mối hàn của bạn hơi lớn, bạn sẽ cần phải cắt bỏ các góc. Khi bạn có các tấm, hãy xếp chúng ra khung. Thật tiện lợi để gắn nhãn cái nào sẽ đi đâu. Ở giữa miếng gỗ, đánh dấu vị trí mà hai lỗ sẽ được. Đặt gỗ vào khung ở vị trí tương ứng và khoan lỗ cho chốt. Tôi đã có bu lông M6 nằm xung quanh nhưng bất kỳ bu lông nào cũng tốt. Các bu lông lớn hơn có thể mang lại cho nó một cái nhìn táo bạo hơn, nhưng ngay cả một chiếc M3 cũng có thể giữ nó lại với nhau tốt. Đảm bảo rằng các bu lông không quá dài, vì chúng sẽ nhô vào khung. Đây là nơi bạn sẽ để đồ của mình nên khi có những chiếc bu lông dài thò ra thì sẽ hơi bất tiện. Nếu bạn đã sử dụng cùng kích thước vật liệu với tôi, thì bu lông 20mm sẽ là thứ bạn đang hướng tới. Khi các lỗ đã được khoan, bạn có thể gắn các tấm vào nhưng hãy nhớ đợi với việc buộc chặt bất cứ thứ gì trước khi hoàn thành nắp, bạn sẽ không muốn tự nhốt mình đâu!

Đối với nắp, chúng tôi bắt đầu với một trong các tấm chúng tôi cắt cho các bên. Ý tưởng là biến chiếc nắp thành một chiếc hộp đựng đồ điện tử. Tại cửa hàng DIY, tôi cũng tìm thấy một mảnh gỗ 22x30mm, thứ sẽ làm bộ phân phối hoàn hảo. Nó cung cấp ba cm nơi bạn có thể giấu điện của mình. Trước khi dán những thứ này lên nắp, chúng ta cần tạo lỗ trên gỗ. Chúng đều là các lỗ tròn ngoại trừ lỗ dành cho màn hình. Đối với những cái tròn, hãy sử dụng một mũi khoan. Để tham khảo kích thước, hãy sử dụng giản đồ trong các hình ảnh ở trên. Đối với màn hình, bạn có thể sử dụng máy ghép hình điện hoặc máy phay nếu bạn muốn chính xác hơn. Sau khi tất cả các lỗ đã được cắt và khoan, bạn có thể dán các miếng gỗ vào các mặt của bảng điều khiển, ở vị trí thẳng đứng! Ngoài ra, hãy cẩn thận rằng điện từ của bạn vẫn phù hợp với không gian còn sót lại. Khi tất cả đã được dán, hãy lấy số đo chính xác và cắt thêm một tấm gỗ theo các kích thước này. Bạn sẽ muốn vặn nó vào dưới cùng của miếng đệm bằng gỗ để bạn có thể cắt các góc bằng phẳng với góc của bảng điều khiển mà bạn đã bắt đầu.

Bây giờ chúng ta cần tạo các nút cho cảm biến áp suất và nút hành động. Chúng tôi muốn ẩn nút thực tế khỏi người dùng vì vậy chúng tôi sẽ gắn chúng dưới nắp, bên trong ngăn điện tử. Tôi chỉ đơn giản là cắt một vài miếng gỗ nhỏ từ ván ép còn sót lại để làm miếng đệm lót. Hàn nút nhấn vào PCB và vặn nó vào các miếng gỗ được dán vào mặt dưới của nắp, đảm bảo nút đi ra chính xác ở trung tâm của lỗ. Cảm biến áp suất hơi khác một chút. Đối với điều này, sử dụng hai miếng đệm cũng được dán vào nắp nhưng lấy miếng thứ ba để làm cầu qua lỗ. Dán chính xác cảm biến vào chính giữa lỗ.

Để điều khiển các nút thông qua nắp, lý tưởng nhất là bạn nên in 3D thứ gì đó. Thật không may, tôi không có thời gian cho việc này nên tôi đã ứng biến. Bạn có thể làm bất cứ điều gì bạn muốn, nhưng một mẹo ở đây là bạn cần một thứ gì đó để chặn nút không bị rơi ra hai bên. Tôi đã sử dụng bu lông rút ngắn với một đai ốc bị cắt làm đôi ở một đầu và tôi phủ nó lên bằng một thứ gì đó mà tôi thấy nằm xung quanh.

Điều tiếp theo để gắn kết là điện từ. Mỗi solenoid đều hơi khác nhau nhưng cách dễ nhất để gắn hầu hết các solenoid là xếp lớp gỗ giữa viên gạch và nắp cho đến khi nó trượt chính xác ra phía sau khung, nhưng cũng đủ xa để không chạm vào gỗ khi nó được kéo dài. Đối với tôi, đây là 6mm. Sau đó tôi phải mài đi một ít thép một lần nữa vì cuối cùng nó vẫn chưa đủ xa. Tôi có lẽ nên có khoảng 7 hoặc 8mm.

Phần nắp bây giờ đã hoàn thành gần hết và chỉ cần bổ sung thêm thiết bị điện tử. Đây là thời điểm thích hợp để đầu tiên gắn nắp vào khung. Cố gắng mua một số bản lề nhỏ tại một cửa hàng địa phương, những bản lề này không được lớn hơn ống thép (~ 18mm)! Tùy thuộc vào kích thước và chất lượng của các bản lề này, bạn có thể sử dụng hai hoặc ba. Đánh dấu vị trí của chúng trên khung và trên nắp. Bây giờ hãy kiếm thêm một đôi tay để giữ nắp cố định trong khi bạn đánh dấu vị trí cần khoan lỗ. Các lỗ trên ống thép nên được tiện ren để bạn có thể vặn bu lông mà không cần phải lo lắng về cách buộc chặt. Khi bản lề được gắn vào khung, hãy lấy lại những bàn tay thừa đó và vặn nắp trên bản lề bằng một số vít nhỏ. Vì bạn cần thao tác lại trên nắp sau đó nên bạn cũng có thể đợi ở bước này cho đến khi mọi thứ hoàn tất.

Bây giờ, chúng tôi đã sẵn sàng để làm việc trên thiết bị điện tử!

Bước 4: Điện tử

Mạch gồm năm mạch riêng biệt. Hầu hết chúng đều khá đơn giản: một đèn LED đơn giản với một điện trở hoặc một nút nhấn được kết nối với chân Arduino. Hai mạch phức tạp hơn là mạch điều khiển màn hình và khóa điện từ.

Màn hình có 15 chân riêng biệt cần được điều khiển. Một Arduino cơ bản có thể chạy nhiều nhất 19 chân. Tôi cần thêm 5 chân cho phần còn lại của thiết kế vì vậy tôi đã thiếu. Tôi đã tìm thấy giải pháp trong việc sử dụng bộ mở rộng I / O điều khiển I2C, MCP23017. Kết hợp với thư viện Adafruit cho thiết bị này, nó thực sự đơn giản để sử dụng. Phần mạch được kết nối với chân GPA0 được sử dụng để xen kẽ giữa hai cực dương chung của màn hình HDSP-A22C. Khi nó ở mức cao, nó chuyển sang ký tự 1 và khi ở mức thấp, nó sẽ chuyển sang ký tự 2. Nhược điểm của việc sử dụng bộ mở rộng này là nó sẽ ghi vào các chân đầu ra ngay sau khi một byte được ghi. Điều này gây ra bóng mờ. Đáng buồn là tôi không thể giải quyết vấn đề này bằng phần cứng vì vậy tôi đã sử dụng phần mềm để giải quyết vấn đề.

Vì bộ điện từ tôi sử dụng được điều khiển bởi 12V (mà bạn có thể sử dụng bất kỳ nguồn điện 12V nào, cắm nó vào Arduino và hàn dây vào nó), tôi cần một mạch khuếch đại (Darlington) để điều khiển nó bằng chân Arduino. Cũng đừng quên một diode để làm giảm dòng điện cực đại được tạo ra bởi các nam châm điện trong điện từ!

Khi hàn các mạch, hãy ghi nhớ nơi bạn sẽ đặt chúng. Tôi giữ một đường viền nhỏ xung quanh tất cả các bảng của mình để tôi có thể vặn chúng trên một số miếng đệm (thức ăn thừa từ các bảng bên) được dán vào nắp. Đối với đèn LED, bạn có thể hàn một dây có điện trở trực tiếp với đèn LED và sử dụng các ống co nhiệt để che nó lại và để đảm bảo nó không bị đứt. Sử dụng keo nóng để giữ cho tất cả các dây được hàn trực tiếp vào bảng không bị đứt.

Sau khi mọi thứ đã được hàn, đã đến lúc kết nối mọi thứ! Tôi đã nhận được một số tiêu đề nữ để mở rộng đường ray 5V và GND, vì vậy tôi không phải hàn mọi thứ lại với nhau và vì vậy tôi có thể dễ dàng ngắt kết nối hoặc thay thế thứ gì đó nếu nó bị hỏng. Nếu bạn đã sử dụng một miếng gỗ tương tự cho các cạnh của nắp như tôi, bạn sẽ nhận thấy không còn chỗ để cắm bất cứ thứ gì vào Arduino. Giải pháp đơn giản nhất cho việc này là chỉ cần uốn cong các chốt ở một góc 90 độ và cắm chúng theo cách đó.

Phần cuối cùng là đơn giản nhất và đó là tải lên mã.

Bước 5: Mã

Tất cả mã được tạo bằng PlatformIO. Nếu bạn không quen với điều này, bạn có thể chỉ cần sao chép và dán nó vào bản phác thảo Arduino. Nếu là bạn, bạn chỉ cần tải xuống chương trình và tải nó lên Arduino của bạn. Có thể tìm thấy mã trên Github của tôi. Hãy xem qua phần cấu hình chương trình và thay đổi các giá trị khi bạn thấy phù hợp (đặc biệt thú vị là các chân và sự kết hợp). Kết hợp mặc định là 43 - 50 - 99.

Bước 6: Hoàn thiện các lần chạm

Sau khi mọi thứ hoàn thành và được gắn kết và bắt đầu hoạt động, chúng tôi đã sẵn sàng thêm các chi tiết cuối cùng để cho phép mọi thứ hoạt động.

Để nắp không bị rơi qua khung, bạn có thể gắn hai tấm chặn gắn ở mặt bên của nắp. Tôi đã sử dụng một thanh thép 25x4mm mà tôi tìm thấy, cắt nó thành các miếng khoảng 8cm, tôi khoan lỗ trên chúng và vặn chúng trên nắp.

Một thứ khác mà tôi đã thêm vào nắp là một tay cầm - khá hữu ích nếu bạn muốn mở nó. Tôi đã phải khoan sâu vào các cạnh của nắp để lắp nó nhưng nó trông rất đẹp.

Một điểm nhấn quan trọng khác là thêm một dây đàn nhỏ để ngăn nắp rơi quá xa về phía sau và làm hỏng bản lề. Giải pháp của tôi là sử dụng các móc vặn trên nắp và bên trong rương để tôi có thể gắn hợp âm.

Để lấy điện vào bên trong nắp, hãy khoan một lỗ nhỏ ở một trong các cạnh và cưa từ trên xuống. Đặt một con vít ở một cạnh khác và buộc dây hợp âm vào vít để tránh ai đó vô tình kéo ra hợp âm điện và khóa bạn ra khỏi lồng ngực mãi mãi.

Cuối cùng, bạn có thể nhận thấy rằng bạn chưa thể thực sự đóng nắp. Điều này là do có những sai sót trong đường đi. Chỉ cần cắt bớt một chút gỗ ở đây để nhường chỗ cho những quả hạch này.

Và đó là nó! Đó là cách bạn có thể tự mình tái tạo kho báu kỹ thuật số! Và đừng quên mặc đồ bảo hộ thích hợp khi sử dụng các dụng cụ điện nguy hiểm nhé!