Corso: la barca solitaria: 11 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Questo istruttivo è stato creato in adempimento del requisito del progetto del Makecourse presso la University of South Florida (www.makecourse.com).

Nuovo per Arduino, stampa 3D e progettazione assistita da computer (CAD)? Questo progetto è un ottimo modo per imparare tutte le basi dietro questi argomenti e offre spazio alla tua creatività per renderlo tuo! Presenta un sacco di modellazione CAD per la struttura della barca, un'introduzione ai sistemi autonomi e introduce il concetto di impermeabilizzazione delle stampe 3D!

Passaggio 1: elenco dei materiali

Per iniziare il progetto, devi prima sapere con cosa lavorerai! Ecco i materiali che dovresti avere prima di iniziare:

• 1x microcontrollore Arduino Uno R3 e cavo USB (Amazon Link)
• 1x controller motore L298N (Amazon Link)
• 4x (2 sono backup) Motori CC 3-6V (Amazon Link)
• 2x motori passo-passo 28BYJ-48 e moduli ULN2003 (Amazon Link)
• 1x Caricabatterie portatile per l'alimentazione (Ecco quello che ho usato, ma è un po' grande. Puoi usarne un altro se preferisci: Amazon Link)
• 1x sensore ultrasonico HCSR04 (questo collegamento ha alcuni extra aggiunti con alcuni cavi jumper: Amazon Link)
• 3x confezioni di cavi jumper (maschio-femmina, maschio-maschio, femmina-femmina. Amazon Link)
• 1x lattina di Flex Seal (16 once, Amazon Link)
• 1x nastro del pittore (Amazon Link)
• 1x carta vetrata a grana fine (circa 300 va bene)
• Alcuni bastoncini per ghiaccioli e spazzole per applicare il sigillo flessibile

• Accesso alla stampa 3D. (Ecco una stampante 3D relativamente economica ed efficace - Amazon Link)

  • Filamento rosso per la stampa 3D (Amazon Link
  • Filamento nero per stampa 3D (Amazon Link)

Sentiti libero di aggiungere qualsiasi materiale ti venga in mente per la tua versione del progetto!

Passaggio 2: parti e design stampati in 3D

La prima parte di questo progetto è la creazione di un sistema meccanico per farlo funzionare. Ciò includerebbe molte parti, tra cui lo scafo, il coperchio, le palette, gli assi per i motori alle palette, un supporto per il sensore e l'asse su cui il supporto del sensore si trova.

I componenti sono progettati in SolidWorks e messi insieme in un assieme. Tutti i file delle parti e l'assieme sono stati inseriti in un file zip, che si trova alla fine di questo passaggio. Tieni presente che SolidWorks non è l'unico software CAD che puoi utilizzare, poiché molti programmi come Inventor e Fusion360 possono essere utilizzati per CAD. È possibile importare parti SolidWorks al loro interno.

È importante notare che gli assi che tengono le pagaie sono concentrici con i fori sullo scafo per evitare di piegare l'asse e farlo uscire direttamente dalla barca.

Tutto in questo progetto è stampato in 3D (esclusi i componenti elettrici), quindi le dimensioni sono importanti. Ho dato tolleranze di circa 0,01 pollici sulle parti, per assicurarmi che tutto combaciasse (un po' come una vestibilità ampia). C'era meno tolleranza per gli assi che andavano al motore in modo che potessero adattarsi perfettamente. Le palette sono fissate saldamente all'asse in modo che quando i motori sono accesi, le palette si muovano e spingano la barca.

Quando visualizzi il CAD, noterai le piattaforme per i componenti elettrici. Questo è per i componenti "pop" nella loro piattaforma per impedire loro di muoversi.

Le stampe più grandi sono lo scafo e il coperchio, quindi assicurati di tenerlo a mente durante la progettazione. Potrebbe essere necessario dividerlo in parti, poiché sarebbe troppo grande per essere stampato contemporaneamente.

Passaggio 3: circuito di controllo

Qui parleremo del circuito elettrico che controlla la barca. Ho uno schema di Fritzing, che è un software utile che puoi scaricare qui. Aiuta con la creazione di schemi elettrici.

Non tutti i componenti utilizzati in questo progetto sono a Fritzing, quindi vengono sostituiti. Il fotosensore nero rappresenta il sensore HCSR04 e il piccolo mezzo ponte è il controller del motore L298N.

L'HCSR04 e l'L298N sono collegati ai binari di alimentazione sulla breadboard, che a loro volta sono collegati al lato di alimentazione dell'Arduino (sui pin 5V e di massa). I pin di eco e trigger dell'HCSR04 vanno rispettivamente ai pin 12 e 13 di Arduino.

I pin di abilitazione (che controllano la velocità) per L298 sono collegati ai pin 10 e 11 (Abilitazione A/Motore A) e 5 e 6 (ENB/Motore B). L'alimentazione e la messa a terra dei motori vengono quindi collegate alle porte dell'L298N.

L'Arduino riceverà ovviamente energia dal nostro caricatore del telefono portatile. Quando il circuito è acceso, i motori sono impostati alla massima velocità in una direzione dettata dal nostro sensore di prossimità. Questo sarà trattato nella parte di codifica. Questo sposterà la barca.

Passaggio 4: codice Arduino

Ora arriviamo al nocciolo di ciò che fa funzionare questo progetto: il codice! Ho allegato un file zip contenente il codice per questo progetto, che si trova alla fine di questo passaggio. È completamente commentato per te da guardare!

- Il codice scritto per Arduino è scritto in un programma noto come ambiente di sviluppo integrato Arduino (IDE). È qualcosa che dovresti scaricare dal sito Web ufficiale di Arduino, che puoi trovare qui. L'IDE è scritto nei linguaggi di programmazione C/C++.

Il codice scritto e salvato tramite l'IDE è noto come sketch. Incluso negli schizzi e nei file di classe e nelle librerie che puoi includere da online o da quelli che hai creato tu stesso. Spiegazioni dettagliate di questi e come programmare in Arduino possono essere trovate qui.

- Come visto all'inizio di questo passaggio, ho un video di YouTube che illustra lo schizzo principale del progetto, puoi controllarlo qui! Questo esaminerà lo schizzo principale e le sue funzioni.

- Passerò ora brevemente alla libreria che ho creato per controllare il sensore di prossimità. La libreria rende facile ottenere dati dal sensore con meno righe di codice nel mio schizzo principale.

Il file.h (HCSR04.h) è ciò che elenca le funzioni e le variabili che utilizzeremo in questa libreria e definisce chi può accedervi. Iniziamo con un costruttore, che è una riga di codice che definisce un oggetto (nel nostro caso, il "HCSR04ProxSensor" che stiamo usando) che contiene i valori che inseriamo tra parentesi. Questi valori saranno l'eco e i pin di attivazione che stiamo usando, che saranno legati all'oggetto sensore che creiamo (che può essere chiamato come vogliamo includendo "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). Le cose all'interno della definizione "pubblica" sono accessibili da qualsiasi cosa, sia all'interno della biblioteca che all'esterno (come il nostro schizzo principale). Qui è dove elencheremo le nostre funzioni che chiamiamo nello sketch principale. In "privato" memorizziamo le variabili che fanno funzionare la libreria. Queste variabili sono utilizzabili solo dalle funzioni all'interno della nostra libreria. È fondamentalmente un modo per le nostre funzioni di tenere traccia di quali variabili e valori sono associati a ciascun oggetto sensore che creiamo.

Ora passiamo al file "HCSR04.cpp". Qui è dove definiamo effettivamente le nostre funzioni e variabili e come funzionano. È simile a se stessi scrivendo il codice all'interno del tuo sketch principale. Nota che le funzioni dovrebbero essere specificate per ciò che restituiscono. Per "readSensor()", restituirà un numero (come float), quindi definiamo contrassegnare la funzione con "float HCSR04ProxSensor::readSensor()". Nota che dobbiamo includere "HCSR04ProxSensor::", il nome dell'oggetto associato a questa funzione. Definiamo i nostri pin usando il nostro costruttore, troviamo la distanza di un oggetto usando la funzione "readSensor()" e otteniamo il nostro ultimo valore letto con la funzione "getLastValue()".

Passaggio 5: stampa 3D di tutte le parti e dell'assemblaggio

Una volta stampati i due pezzi dello scafo, puoi unirli con del nastro adesivo per pittori. Questo dovrebbe tenerlo insieme. È quindi possibile assemblare tutte le altre parti normalmente in base al nostro design CAD.

Le stampanti 3D funzionano su g-code, che puoi ottenere utilizzando un software slicer fornito con la stampante. Questo software prenderà un file.stl (di una parte creata in CAD) e lo convertirà in codice per la stampante da leggere (l'estensione per questo file varia tra le stampanti). Le affettatrici di stampa 3D più popolari includono Cura, FlashPrint e altre!

Quando si stampa in 3D, è importante sapere che ci vuole molto tempo, quindi assicurati di pianificare di conseguenza. Per evitare lunghi tempi di stampa e parti più pesanti, puoi stampare con un riempimento di circa il 10%. Nota che un riempimento più alto aiuterà contro l'infiltrazione d'acqua nella stampa, poiché ci saranno meno pori, ma questo renderà anche le parti più pesanti e richiederà più tempo.

Quasi tutte le stampe 3D non sono adatte all'acqua, quindi dobbiamo impermeabilizzarle. In questo progetto, ho scelto di applicare Flex Seal, in quanto è piuttosto semplice e funziona molto bene per mantenere l'acqua fuori dalla stampa.

Passaggio 6: impermeabilizzazione della stampa

L'impermeabilizzazione di questa stampa è importante, poiché non vuoi che la tua costosa elettronica venga danneggiata!

Per iniziare, carteggeremo l'esterno e il fondo dello scafo. Questo serve a creare scanalature in cui penetrare la guarnizione flessibile, fornendo una migliore protezione. Puoi usare della carta vetrata a grana alta/fine. Fai attenzione a non carteggiare troppo, alcuni colpi dovrebbero andare bene.

Passaggio 7: levigatura dello scafo

Saprai quando fermarti quando vedrai apparire le linee bianche.

Passaggio 8: applicare il sigillo flessibile

Puoi usare un bastoncino per ghiaccioli o un pennello per applicare il sigillo flessibile. Assicurati di non perdere nessun punto e di essere accurato. Puoi semplicemente immergere il tuo strumento nella lattina aperta e strofinarlo sullo scafo.

Passaggio 9: lasciare che il sigillo flessibile si sieda

Ora aspettiamo! Normalmente ci vogliono circa 3 ore perché il sigillo flessibile si asciughi un po', ma lo lascerei riposare per 24 ore solo per essere sicuro. Puoi applicare un'altra mano di sigillante flessibile una volta che ha finito di asciugare per proteggere ancora di più lo scafo, ma questo è un po' eccessivo (1 strato ha funzionato benissimo per me).

Passaggio 10: assemblaggio e test

Ora che la guarnizione flessibile ha terminato l'asciugatura, consiglierei di testare lo scafo in acqua prima di aggiungere i componenti elettrici (se lo scafo NON È impermeabile, ciò potrebbe causare problemi al tuo Arduino!). Basta portarlo al lavandino o alla piscina e vedere se la barca può galleggiare per più di 5 minuti senza perdite.

Una volta che ci assicuriamo che il nostro scafo sia impermeabile, possiamo iniziare ad aggiungere tutte le nostre parti! Assicurati di collegare correttamente Arduino, L298N e il resto dei componenti ai rispettivi pin.

Per adattare i cavi ai motori DC, ho saldato i cavi maschio ai cavi del motore per assicurarmi che rimangano accesi. La saldatura è utile anche per assicurarsi che tutte le connessioni siano sicure o se è necessario realizzare un filo più lungo. Se non hai mai saldato prima, puoi saperne di più qui!

Una volta che tutto è insieme, posiziona tutti i componenti nello scafo e fai qualche prova! Dovrai controllare che il sensore funzioni come previsto leggendo i valori della distanza sul monitor seriale, controlla che i motori girino correttamente, cose del genere.

Passaggio 11: prodotto finale

E ora hai finito! Controlla eventuali errori in un test drive (prova a far galleggiare la barca e lo scafo prima di applicare l'elettronica) e sei a posto!