114 Servo Kontrollü Kelime Saati: 14 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Fusion 360 Projeleri »

114 LED'i olan ve her zaman çalışan nedir? Bildiğiniz gibi cevap bir kelime saatidir. 114 LED + 114 servo olan ve her zaman hareket eden nedir? Cevap, bu servo kontrollü kelime saatidir.

Bu proje için, bu yapının büyük çabası nedeniyle bir zorunluluk olduğu ortaya çıkan bir arkadaşımla ekip kurdum. Ayrıca elektronik ve mekanik becerilerim birbirini oldukça iyi tamamlıyordu. Popüler kelime saatinin bu uyarlaması fikri, Noel hediyesi olarak normal bir saat yaparken bize geldi. Orada, harfleri arkadan beyaz bir kağıda yansıtmanın da mümkün olduğunu fark ettik. O zamanlar bu sadece berbat işçiliğimizi gizlemek için bir geçici çözümdü, çünkü bir cam plakanın arkasına harflerle bir vinil çıkartma takarken bir yığın baloncukla karşılaştık. Daha sonra, harflerin boyutunu değiştirip bulanıklaştığı için kağıdı bükerken ilginç efektler elde edilebileceğini fark ettik. Bu bize, harflerin arkadan ekrana yansıtıldığı ve yansıtılan görüntünün boyutunu değiştirmek için ileri geri hareket ettirilebildiği bir kelime saati yapma fikrini ortaya attı. İlk başta, 114 harfin her birini ayrı ayrı taşımak istediğinizde harcanan maliyet ve çaba nedeniyle bu projeyi oluşturmakta biraz isteksizdik. Bu yüzden, zamanı göstermek için kullanılan her kelimenin ileri geri hareket ettirilebileceği bir versiyon yapma fikriyle yola çıktık. Ancak, Epilog yarışmasının Instructables'ta epik projeler istediğini gördükten sonra ve ayrıca nispeten ucuz servo motorlar bulduktan sonra, sonuna kadar gitmeye ve her harfin ayrı ayrı bir servo tarafından kontrol edildiği uygun bir sürüm yapmaya karar verdik.

DİKKAT: Bu bir günlük bir yapı değildir!

Bu projede yer alan çaba hakkında size bir fikir vermek için aşağıdaki sayıları göz önünde bulundurun. Bitmiş saat şunları içerir:

• 798 ayrı 3D baskılı model (toplam baskı süresi ~ 200 saat)
• ~600 vida + ~250 somun ve pul
• ~500 tel (toplam uzunluk ~ 50 m). Servolara zaten bağlı olan kabloları saymıyorum.

Adım 1: Tasarım

Saat, Autodesk Fusion 360 ve Inventor ile tasarlandı. Gördüğünüz gibi saat, servo motorlar tarafından tahrik edilen lineer aktüatörler tarafından hareket ettirilen 114 mektup kutusundan oluşuyor. Her mektup kutusunda, mektubu beyaz PVC folyodan yapılmış bir ekranın arkasına yansıtan bir LED bulunur. Tüm bileşenler ahşap bir çerçeveye yerleştirilmiştir.

2. Adım: Malzemeleri Toplama

Elektronik parçalar

114x SG90 mikro servo motorlar (ebay.de)

Servolar, popüler marka "Tower Pro" adıyla etiketlenmiş olsa da, kesinlikle daha ucuz taklitlerdir. Bununla birlikte, orijinali için 3 EUR'ya kıyasla nakavt fiyatı yaklaşık 1 EUR olduğundan, bu, tüm projeyi çok daha uygun hale getirir. Görünüşe göre, vuruntular daha az akım çekiyor (elbette bu aynı zamanda daha az tork anlamına geliyor), bu da tüm proje için uygun bir güç kaynağı bulmayı daha kolay hale getirdi.

• 5 m WS2812B LED şerit, 60 LED/m (ebay.de)
• 8x 16 Kanallı PWM servo sürücü PCA9685 (ebay.de)
• DS3231 RTC modülü (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• VS1838B IR alıcı + uzaktan kumanda (ebay.de)
• 5 V, 10 A güç kaynağı (ebay.de)
• 20x 15 cm servo uzatma kablosu (ebay.de)
• çıplak kabloya giden kablo DC soketi (conrad.de)
• 300-500 Ohm direnç
• 1000 µF kapasitör (> 5 V)

Çerçeve malzemeleri

• ahşap çıtalar

  • 2 adet 40 x 10 x 497 mm
  • 2 adet 12 x 12 x 461 mm
  • 2 adet 12x12x20 mm

• multipleks

  • 2 adet 12 x 77 x 481 mm
  • 2 adet 12 x 84 x 489 mm
• beyaz PVC folyo (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• 500 x 500 mm HDF levha, 3 mm kalınlığında

Vidalar, kablolar vb

• 228x M2 vida, 8 mm uzunluğunda + rondelalar + altıgen somunlar
• 228x kendinden diş açan vidalar M2.2, 6,5 mm uzunluğunda
• çeşitli ahşap vidalar
• 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG) tel

Ek olarak, bu proje kapsamlı bir 3D baskı ve lehimleme gerektiriyordu. Arka plaka lazer kesim ile üretilmiştir. Çerçeve daire testere, dekupaj testeresi ve matkapla yapılmıştır. Her nezih projede olduğu gibi, bolca sıcak tutkal, ayrıca biraz epoksi ve plastik tutkal kullandık.

Bu projenin toplam maliyeti yaklaşık 350 Euro'ya ulaştı.

3. Adım: 3B Basılı Bileşenler

Mektup Kutuları

Her mektup kutusu, gölge maskesi görevi gören 3D baskılı bir kapak ve üzerine bir LED'in takılacağı bir taban plakasından oluşur. Taban plakası, aktüatöre hizalamaya yardımcı olmak için dört adet dübel pimi ve LED kablolarından besleme için altı delik içerir. Toplamda bu, tümü 0,4 mm katman yüksekliğinde siyah PLA'dan (Formfutura EasyFill PLA) basılmış 228 model yapar. Anycubic Kossel Linear Plus cihazımda toplam baskı süresi harf kapakları için 23 saat ve taban plakaları için 10 saatti. Tüm stl dosyaları ekteki zip dosyasında bulunabilir.

Aktüatörler

Aktüatör tasarımı, çok faydalı olan Roger Rabbit tarafından Linear Servo Extender'dan uyarlandı. Parçalar birbirine sıkıca oturduğundan, iyi bir 3D yazıcıda basılmalıdır. Küçük katman yüksekliği (0,2 mm iyidir) küçük meme çapı kadar önemli değildir (0,4 mm öneririz). Parçalar gösterilen yönde yazdırılmalıdır. Her aktüatör 5 ayrı parçadan oluşuyor, çünkü 114 aktüatöre ihtiyacımız olduğu için bu toplamda 570 parça (!) anlamına geliyor. Bunları basmak için birkaç profesyonel 3D yazıcının (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200) birleşik gücünü kullandık. Yine de parçalar üzerinde çok sayıda başarısız baskımız vardı ve eğlenmeniz için bazı resimler ekledim. Toplam baskı süresi yaklaşık 150 saatti (!). Yine stl dosyaları ekteki zip dosyasında bulunabilir.

Adım 4: Çerçevenin Oluşturulması

Çerçeve, ahşap çıtalar ve çok katlı levhadan yapılmıştır. Parçalar daire testere ve dekupaj testeresi kullanılarak kesildi ve ardından ahşap tutkalı ve ahşap vidalar kullanılarak birbirine sabitlendi. Daha güzel görünmesi için üst ve alt kapak da boyanmıştır. Tüm boyutları içeren parçaların ayrıntılı bir açıklaması ekli çizimlerde bulunabilir.

Adım 5: Mektup Kutularını Birleştirme

Posta kutularının montajı çok uğraştı ve özellikle lehimleme çok uzun zaman aldı. Bunun nedeni, attığınız her adımın 114 kez tekrarlanması gerektiğidir.

1. LED şeritten 114 ayrı parça kesin
2. Tüm LED pedlerini kalaylayın
3. Her LED'i bir mektup kutusunun 3D baskılı arka plakasına takın. LED ortalanmalıdır. Ayrıca sıcak tutkalla sabitledik.
4. Daha sonra 3x114 = 442 tel hazırladık yani boydan boya kesip uçlarını sıyırıp kalayladık. Her bir telin uzunluğu, daha uzun olması gereken (~25 cm) son harfi noktalara bağlayan teller dışında her biri 10 cm idi. Ayrıca arduinoya ve güç kaynağına bağlanacak ilk harfe bağlanan teller daha uzun olmalıdır.
5. Teller kullanan diasy zinciri LED'leri. Teller, her posta kutusunun 3D baskılı arka plakasındaki deliklerden beslenir.
6. Mektup kutusunun ön kapağı yapıştırıcı ile yapıştırılmıştır.
7. Aktüatör için lineer rafın parçalarının birbirine yapıştırılması gerekir
8. Doğrusal raf, tutkal kullanılarak posta kutusunun arkasına takılır

Adım 6: Aktüatörlerin Montajı

Yine aktüatörlerin montajı uzun zaman alan çok meşakkatli bir işlemdi.

1. Birlikte verilen vidaları kullanarak servoyu 3D baskılı muhafazaya takın
2. Yuvarlak dişli, verilen plastik çapraz kullanılarak servoya takılır, ancak önce çaprazın şekillendirilmesi ve epoksi kullanılarak dişliye bağlanması gerekir.
3. Birlikte verilen vidayı kullanarak dişliyi servoya takın
4. Lineer rafı yerleştirmeden önce her servo aynı konuma sıfırlandı
5. Posta kutusuyla birlikte doğrusal rafın takılması
6. Daha sonra arka plakaya takmak için kullanılacak 3D baskılı muhafazaya iki M2 altıgen somun yerleştirme
7. M2.2 kendinden kılavuzlu vidaları kullanarak muhafazayı 3D baskılı kapakla kapatın

Sonunda, yukarıdaki resimde gösterildiği gibi, büyük bir tıknaz diasy zincirleme aktüatör karmaşası ile sonuçlandık.

Adım 7: Arka Plakayı Yapmak

Arka plaka, yerel üretici alanımızdan bir CO2 lazer kesici kullanılarak 3 mm kalınlığındaki HDF ağacından lazerle kesilmiştir. İlk başta kontrplak denedik, ancak tüm bileşenlerin ağırlığını taşıyamayacak kadar dayanıksız olduğu ortaya çıktı. Bu durumda alüminyum kullanmak daha da iyi olurdu ama elbette daha pahalıdır ve CO2 lazerle kesilemez. Arka plaka için dxf dosyası ektedir.

Adım 8: Bileşenleri Arka Plakaya ve Kablolara Bağlayın

İlk başta PCA9685 kartları, PCB ayırıcıları kullanılarak arka plakaya takılmalıdır. Ardından Arduino nano ve RTC modülü yukarıdaki resimde görüldüğü gibi yerleştirilebilir. Son ikisi için sıcak tutkalla tutturulmuş 3D baskılı tutucular kullandık. Bileşenler, bağlantı şemasında gösterildiği gibi bağlandı. Her PCA9685'e ayrı ayrı terminal bloğu üzerinden güç vermenin en iyisi olduğunu unutmayın. İlk başta V+ ve GND konektörlerini de zincirledik ve sadece ilk kartın terminal bloğunu bağladık (adafruit sayfasında önerildiği gibi), ancak bu durumda tüm akım ilk karttan geçiyor ve MOSFET'i yaktık. ters koruma devresi. Ayrıca servoların kablolarını gösteren bir elektronik tablo da bulunmaktadır. Gerektiğinde kullanılan servolar için uzatma kabloları. Adafruit sayfasında açıklandığı gibi her PCA9685'e farklı I2C adresleri atamanız gerektiğini unutmayın.

Aktüatörler daha sonra 228x M2 vidalar kullanılarak arka plakaya bağlandı. İş yine çok monotondu ama bittikten sonra saat şimdiden şekillenmeye başlamıştı. Ayrıca servo kablolarını olabildiğince iyi düzenlemeye çalıştık ama sonuçta kablolama hala çok dağınıktı.

Güç, DC kablosu arka plakadan beslenerek ve bir terminal bloğuna bağlanarak sağlandı.

Adım 9: Arka Plakayı Çerçeveye Takma

Tüm bileşenler monte edildikten ve kablolar düzenlendikten sonra 6x M4 vida kullanarak arka plakayı çerçeveye tutturduk. Ne yazık ki, tüm kabloların sığması için çok az yer bıraktık, bu yüzden biraz sıkmak zorunda kaldık.

Adım 10: Servoları Kalibre Etme

Tüm posta kutularının yüksekliği montajdan sonra biraz farklı olduğundan, posta kutularının aynı minimum ve maksimum konumlara sahip olması için tüm servoları kalibre etmek için ekteki kodu kullandık. Maksimum pozisyon için mektup kutusunu ekrana mümkün olduğunca yakın yerleştirmeye çalıştık. Her servo için kalibre edilmiş min/maks konumları daha sonra ana koda girilir.

Adım 11: Kodu Yükleme

Kelime saati için ana kod ektedir. Zamanı göstermek için üç tür efekt vardır.

1. Tüm harfleri hızlı bir şekilde arka arkaya (birbiri ardına) hareket ettirin ve eşit rastgele renkte LED'leri aydınlatın. Ardından, zamanı gösteren harfleri birbiri ardına öne doğru hızlıca hareket ettirin ve her kelimeyi rastgele bir renkte aydınlatın.
2. Tüm harfleri hızlı bir şekilde arka arkaya (birbiri ardına) hareket ettirin ve eşit rastgele renkte LED'leri aydınlatın. Zamanı gösteren her kelimeyi yavaşça öne doğru hareket ettirin (tüm harfler aynı anda) ve rengi arka plan renginden rastgele bir değere sokun.
3. Tüm harfleri hızla rastgele bir konuma (birbiri ardına) taşıyın ve farklı rastgele renklerle LED'leri aydınlatın. Ardından tüm harfleri yavaşça geriye doğru hareket ettirin ve rengi soldurun. 1. veya 2. ile devam edin.

Ayrıca içinde bulunulan dakikayı gösteren noktanın yavaş yavaş ilerlediği ve renginin solduğu bir efekt uygulamak istedim, böylece dakika bittiğinde doğru renkle ön konumda olacak. Ne yazık ki, henüz çalıştıramadım çünkü IR alıcısını yanıt vermiyor gibi görünüyor.

Adım 12: Ekranı Takma

İlk başta perde olarak beyaz kumaş kullanmak istedik. Sorun şuydu ki, çerçeveye tutturduktan sonra kumaş ortada eğildi ve bir iğne yastığı distorsiyonu ile sonuçlandık. Bunun yerine ekran için ince beyaz bir PVC folyo kullanmaya karar verdik. Folyo ayrıca abajur yapmak için reklamı yapılır, bu nedenle makul bir iletimi vardır, ancak şeffaf olmadığı için siyah posta kutuları gizli kalır. İlk denememizde folyoyu epoksi kullanarak yapıştırdık ama çok iyi yapışmadığından sıcak tutkala geçtik. Yapıştırıcı çok sıcaksa folyoyu gerçekten eritebileceğine dikkat edin. Fazla folyo bir exacto bıçağıyla çıkarıldı.

Adım 13: Üst ve Alt Kapağı Takma

Son olarak, üst ve alt kısımlara lekeli ahşap örtüler yapıştırılmıştır. Koyu renk beyaz ekranla güzel bir kontrast oluşturuyor. IR alıcısı, arka plakadaki delikten beslendi ve sıcak tutkalla üst kapağa sabitlendi.

Adım 14: Bitmiş Saat ve Özet

İki aylık yoğun çalışmanın ardından saat nihayet tamamlanmış ve çalışmaya başlamıştı. Genel olarak sonuçtan çok memnunuz. LED'lerin renklerini değiştirerek ekranın arkasındaki harfleri hareket ettirmek çok güzel görünümlü efektler üretir. Sonunda harfler mükemmel bir şekilde sıralanmadı ve ekran %100 düz değildi ama bu neredeyse daha da güzel görünmesini sağlıyor. Kesinlikle geliştirilebilecek şeyler var, ancak bir dahaki sefere üretimi Çin'e devretmedikçe, bu yapının muazzam çabası nedeniyle bir sürüm 2.0 olacağını düşünmüyorum.

Bu yapıyı beğendiyseniz ve sonuna kadar aşağı kaydırmayı başardıysanız, lütfen Epilog Yarışmasında bize oy verin.

Epilog X Yarışmasında Birincilik Ödülü