Scrigno del tesoro digitale: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Studio tecnologia di gioco e interazione all'Università delle arti di Utrecht. C'è un progetto chiamato "Se questo, allora quello" in cui ti viene chiesto di creare un prodotto interattivo. Devi usare un Arduino, progettare un elemento interattivo interessante e costruirci attorno un prototipo bello e dall'aspetto professionale. Avevo dei chiari desideri personali in questo progetto: volevo imparare a saldare, volevo imparare a programmare in C/C++ e volevo guidare un display a 14 segmenti che era rimasto in casa mia da sempre. Mi ci sono volute un paio di settimane per avere un'idea che li legasse insieme, ma alla fine mi è venuto in mente: stavo per creare una cassa che devi aprire con un codice, ma non un codice. Un sensore di pressione viene letto continuamente e mostrato su un display, devi raggiungere il numero giusto e confermarlo tre volte per sbloccare il torace.

Volevo che il baule avesse un aspetto moderno-industriale, quindi la mia scelta di materiale era acciaio e legno.

Alla fine sono abbastanza contento di come è andata a finire! Ho scritto i passaggi di seguito in modo che tu possa ricrearlo o addirittura migliorarlo! Divertiti!

Passaggio 1: raccolta degli ingredienti

Prima di iniziare, avremo bisogno di alcune parti. Ecco l'elenco completo:

Involucro:

• Tubo d'acciaio quadrato da 350 cm, 20x20x2mm
• 6x 26x26x0,9 cm pannelli di compensato (il modo più efficiente è tagliare una tavola più grande di 52x72 cm in sei pezzi, ma assicurati di avere del legno avanzato!)
• 1x 26x22x0,9 cm pannello in compensato
• Legno da 90 cm 22x30 mm (tagliato in pezzi di 26 cm, 2x 18 cm e 2x 12 cm)
• Cerniere piccole
• 2x loop di accordi
• Viti: 4.0x16, 4.0x20, 4.0x25, 3.0x12 (una decina di ciascuna, incluse alcune di ricambio)
• Bulloni: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (una decina ciascuno, inclusi alcuni di ricambio)
• Dadi: M3, M6, M10
• Maneggiare
• 2 barre in acciaio da 8 cm 25x4 mm

Elettronica:

• Pulsante
• LED rosso
• LED blu
• Resistenza sensibile alla forza
• Solenoide tipo serratura (il mio è un modello 12V 650mA)
• Display a 14 segmenti HDSP-A22C
• MCP23017 Espansione I/O digitale
• Resistenza 15x 470
• 3x resistenza 1k
• 6x resistore 10k
• Diodo 1N4007
• 2x transistor BC547B
• 2x transistor BC557B
• Transistor TIP31A
• Adattatore da parete 12V 1A

Passaggio 2: costruire un baule: la struttura in acciaio

La cassapanca è un cubo grande 30 cm, realizzato con tubi di acciaio e pannelli di legno. In garage ho trovato dei bei tubi quadrati di 20x20mm con pareti spesse 2mm. Le pareti devono essere abbastanza spesse da saldare e filettare fori filettati per bulloni M3. 2 mm è lo spessore perfetto per questo. Ovviamente puoi usare qualsiasi tipo di tubo d'acciaio per questo se hai qualche idea migliore.

Il modo più elegante per costruire il telaio è fare due quadrati di 30x30 cm e poi collegare questi due quadrati usando tubi da 26 cm (30 - 2*2). Per fare i quadrati, tagliare i lunghi tubi di acciaio in diagonale in otto pezzi. Le estremità dei pezzi devono essere tagliate con un angolo di 45 gradi rivolte l'una verso l'altra. Le estremità lunghe del pezzo sono 30 cm. Quando si utilizza una sega montata, è facile ruotare la lama di 45 gradi e ruotare il tubo dopo ogni pezzo. Questo spreca il minimo materiale. Dopo aver ottenuto gli otto pezzi tagliati in diagonale, è il momento di tagliarne altri quattro dritti. Questi pezzi sono lunghi 26 cm.

Infine tagliare dieci pezzi di circa 6 cm di una barra d'acciaio di 20x4 mm. Questi saranno i punti di fissaggio per i pannelli di legno.

Quando tutto il metallo è pronto, è il momento di saldare. La parte più difficile qui è allineare i tubi che hai tagliato. Iniziamo con i quadrati superiore e inferiore. Prendi i pezzi diagonali e allineali in un quadrato su un pezzo di legno. Un consiglio qui è quello di usare una piastra approssimativamente quadrata di circa 30 cm in modo da poter far cadere gli angoli dei bordi se li disponi con un angolo di 45 gradi rispetto al legno. Fissali con dei morsetti e assicurati che il metallo tocchi in tutti gli angoli in modo che l'elettricità possa fluire da ogni pezzo all'altro durante la saldatura. Se non hai mai saldato prima, ora è il momento di esercitarti un po' perché se sbagli, puoi fare tutto così lontano. Ad ogni modo, salda insieme i pezzi negli angoli (ho scelto di farlo all'interno) e ora hai completato la prima parte! Il secondo quadrato è più facile da allineare in quanto puoi semplicemente appoggiarlo sopra il primo. Salda insieme anche questi. Se tutto è andato bene, ora dovresti avere due quadrati d'acciaio identici.

A questo punto dovrai attaccare i punti di montaggio per il legno. Ho usato due pezzi per ogni pannello sui bordi opposti del cubo. Ho scelto un modello specifico in modo che nessun pezzo non intralci il coperchio e quindi non dovessi montare due pezzi sullo stesso bordo. Puoi farlo come preferisci, purché il bordo in cui verrà bloccato il solenoide non ne abbia uno.

A questo punto ho preso anche uno strumento abrasivo con attaccata una spazzola d'acciaio per pulire l'acciaio. Le barre avevano dei punti arrugginiti e ho scoperto che davano loro un bell'aspetto.

Per finire di costruire il telaio in acciaio abbiamo solo bisogno di collegare i due quadrati che abbiamo ora. Il modo più semplice è posizionarli in posizione verticale su una superficie piana e interporre due dei tubi da 26 cm tra di loro. Un paio di mani in più sarà molto utile quando le stai serrando. Salda questo insieme e ripetilo per l'altro lato.

Se tutto è andato bene, il telaio in acciaio dovrebbe essere pronto!

Passaggio 3: costruire una cassa - i lati e il coperchio

Per finire il baule, dobbiamo aggiungere dei pannelli di legno ai lati. tieni presente che l'elettronica sarà nascosta nel coperchio, quindi avrai bisogno di un po' più di piatto rispetto a soli 6 pezzi di 26x26 cm. Nel negozio di bricolage avevano 122x61 cm, il che era perfetto. Ho scelto un legno un po' più sottile di quanto originariamente previsto, ma alla fine ha avuto un aspetto migliore rispetto a un legno più spesso. Quando il tubo d'acciaio è largo 2 cm, ha gli angoli arrotondati e il supporto è largo 4 mm, ti rimarranno circa 10 mm per il pannello pur mantenendo un bell'aspetto. I piatti che ho trovato avevano uno spessore di 9 mm, quindi era perfetto.

Tagliare i piatti in sei pannelli di 26x26 cm. Se la tua saldatura è un po' grande dovrai tagliare gli angoli. Quando hai i piatti, disponili nella cornice. È conveniente etichettare quale va dove. Nel mezzo del legno, segna il punto in cui saranno i due fori. Posizionare il legno nel telaio nel rispettivo posto e praticare il foro per il bullone. Avevo bulloni M6 in giro, ma qualsiasi bullone va bene. Bulloni più grandi potrebbero dargli un aspetto più audace, ma anche un M3 può tenerlo insieme bene. Assicurati che i bulloni non siano troppo lunghi, poiché sporgeranno nel telaio. Qui è dove metterai le tue cose, quindi quando ci sono bulloni lunghi che sporgono, sarà un po' scomodo. Se hai usato esattamente le mie stesse dimensioni di materiale, un bullone da 20 mm dovrebbe essere quello a cui stai mirando. Quando i fori sono stati praticati, puoi montare le piastre ma assicurati di aspettare con il fissaggio prima che il coperchio sia finito, non vorrai chiuderti fuori!

Per il coperchio, iniziamo con uno dei piatti che abbiamo tagliato per i lati. L'idea è di trasformare il coperchio in una custodia per l'elettronica. Nel negozio di bricolage ho trovato anche un pezzo di legno 22x30mm, che sarebbe il perfetto distanziatore. Fornisce tre centimetri in cui puoi nascondere i tuoi componenti elettrici. Prima di incollarli sul coperchio, dobbiamo fare dei buchi nel legno. Sono tutti fori tondi tranne quello per il display. Per quelli rotondi, usa un trapano. Per riferimento alle dimensioni, utilizzare lo schema nelle immagini sopra. Per la visualizzazione puoi utilizzare sia un seghetto alternativo elettrico che una fresatrice se vuoi essere più preciso. Una volta che tutti i fori sono stati tagliati e praticati, puoi incollare i pezzi di legno sui lati del pannello, in posizione verticale! Fai anche attenzione che il tuo solenoide si adatti ancora allo spazio rimasto. Quando è tutto incollato, prendi le misure esatte e taglia un altro pannello di legno a queste dimensioni. Avrai già voglia di avvitarlo sul fondo dei distanziatori in legno in modo da poter tagliare gli angoli a filo con l'angolo del pannello con cui hai iniziato.

Ora dobbiamo creare i pulsanti per il sensore di pressione e il pulsante di azione. Vogliamo nascondere il pulsante vero e proprio all'utente, quindi li monteremo sotto il coperchio, all'interno del vano dell'elettronica. Ho semplicemente tagliato un paio di piccoli pezzi di legno dal compensato avanzato per fungere da distanziatori. Saldare il pulsante su un PCB e avvitarlo sui pezzi di legno che sono incollati alla parte inferiore del coperchio, assicurandosi che il pulsante esca esattamente al centro del foro. Il sensore di pressione è leggermente diverso. Per questo, usa anche due pezzi distanziatori incollati al coperchio, ma prendi un terzo pezzo per fare un ponte sul foro. Incolla il sensore esattamente al centro del foro.

Per controllare i pulsanti attraverso il coperchio, sarebbe ideale stampare qualcosa in 3D. Purtroppo non ho avuto tempo per questo quindi ho improvvisato. Puoi fare quello che vuoi, ma un suggerimento qui è che hai bisogno di qualcosa per impedire che il pulsante cada su entrambi i lati. Ho usato bulloni accorciati con un dado tagliato a metà su un'estremità e l'ho coperto con qualcosa che ho trovato in giro.

La prossima cosa da montare è il solenoide. Ogni solenoide è leggermente diverso, ma il modo più semplice per montare la maggior parte dei solenoidi è quello di stratificare il legno tra il mattone e il coperchio finché non scivola esattamente dietro il telaio, ma anche abbastanza indietro da non toccare il legno quando è esteso. Per me questo era 6 mm. Poi ho dovuto macinare un po' di acciaio più tardi perché alla fine non era ancora abbastanza in basso. Probabilmente avrei dovuto avere circa 7 o 8 mm.

Il coperchio ora è quasi completamente fatto e solo l'elettronica deve essere aggiunta. Questo è il momento giusto per fissare prima il coperchio al telaio. Prova a procurarti delle piccole cerniere in un negozio locale, queste non dovrebbero essere più grandi del tubo in acciaio (~18 mm)! A seconda delle dimensioni e della qualità di queste cerniere, puoi usarne due o tre. Segna la loro posizione sul telaio e sul coperchio. Ora prendi un paio di mani in più che manterranno il coperchio in posizione mentre segni dove praticare i fori. I fori nel tubo di acciaio dovrebbero essere filettati in modo da poter semplicemente avvitare un bullone senza doversi preoccupare di come fissarlo. Quando le cerniere sono fissate al telaio, riprendi quelle mani in più e avvita il coperchio sulle cerniere usando alcune piccole viti. Poiché devi lavorare di nuovo sul coperchio in un secondo momento, puoi aspettare anche con questo passaggio fino a quando tutto è fatto.

Ora siamo pronti per lavorare sull'elettronica!

Passaggio 4: l'elettronica

Il circuito è composto da cinque circuiti separati. La maggior parte di questi sono piuttosto semplici: un semplice led con un resistore o un pulsante collegato a un pin Arduino. I due circuiti più complicati sono quelli che pilotano il display e l'elettroserratura.

Il display ha 15 pin separati che devono essere guidati. Un Arduino di base può pilotare al massimo 19 pin. Avevo bisogno di altri 5 pin per il resto del design, quindi stavo esaurendo. Ho trovato la soluzione nell'usare un espansore I/O guidato da I2C, l'MCP23017. In combinazione con la libreria Adafruit per questo dispositivo, è davvero semplice da usare. La parte del circuito collegata al pin GPA0 viene utilizzata per alternare i due anodi comuni del display HDSP-A22C. Quando è alto, pilota il carattere 1 e quando è basso pilota il carattere 2. Lo svantaggio dell'utilizzo di questo espansore è che scrive sui pin di uscita non appena viene scritto un byte. Ciò ha causato il ghosting. Purtroppo non sono stato in grado di risolverlo con l'hardware, quindi ho usato il software per aggirare il problema.

Dato che il solenoide che ho usato è pilotato da 12V (per il quale puoi semplicemente usare qualsiasi alimentatore da 12V, collegarlo ad Arduino e saldare un filo ad esso), avevo bisogno di un circuito amplificatore (Darlington) per guidarlo con un pin Arduino. Inoltre non dimenticare un diodo per smorzare le correnti di picco generate dagli elettromagneti nel solenoide!

Quando si saldano i circuiti, tenere a mente dove li sistemerà. Ho tenuto un piccolo bordo attorno a tutte le mie tavole in modo da poterle avvitare su alcuni pezzi distanziali (residui dei pannelli laterali) incollati al coperchio. Per i LED puoi saldare un filo con un resistore direttamente al LED e utilizzare tubi termoretraibili per coprirlo e assicurarti che non si rompa. Usa la colla a caldo per evitare che tutti i fili saldati direttamente a una scheda si rompano.

Dopo che tutto è stato saldato, è il momento di collegare tutto! Ho ottenuto alcune intestazioni femminili per espandere i binari 5V e GND, quindi non devo saldare tutto insieme e quindi posso facilmente scollegare o sostituire qualcosa se si rompe. Se hai usato un pezzo di legno simile al mio per i lati del coperchio, noterai che non c'è più spazio per collegare qualsiasi cosa all'Arduino. La soluzione più semplice è semplicemente piegare i pin con un angolo di 90 gradi e collegarli in questo modo.

L'ultima parte è la più semplice e consiste nel caricare il codice.

Passaggio 5: il codice

Tutto il codice è stato creato utilizzando PlatformIO. Se non hai familiarità con questo, puoi semplicemente copiarlo e incollarlo in uno schizzo Arduino. Se lo sei, puoi semplicemente scaricare il programma e caricarlo sul tuo Arduino. Il codice può essere trovato sul mio Github. Dai un'occhiata nella sezione di configurazione del programma e modifica i valori come ritieni opportuno (particolarmente interessanti sono i pin e la combinazione). La combinazione predefinita è 43 - 50 - 99.

Passaggio 6: ritocchi finali

Dopo che tutto è stato fatto, montato e iniziato a funzionare, siamo pronti per aggiungere gli ultimi dettagli che consentiranno a tutto di funzionare.

Per evitare che il coperchio cada attraverso il telaio, è possibile montare due piastre di bloccaggio montate sul lato del coperchio. Ho usato una barra d'acciaio di 25x4 mm che ho trovato, l'ho tagliata in pezzi di circa 8 cm, ho praticato dei fori e li ho avvitati sul coperchio.

Un'altra cosa che ho aggiunto al coperchio è stata una maniglia, molto utile se vuoi aprirlo. Ho dovuto forare in profondità i lati del coperchio per montarlo, ma si è rivelato un bell'aspetto.

Un altro tocco importante è aggiungere una piccola corda per evitare che il coperchio cada troppo indietro e danneggi le cerniere. La mia soluzione era usare ganci a vite sul coperchio e all'interno della cassa dove potevo attaccare una corda.

Per ottenere energia all'interno del coperchio, praticare un piccolo foro in uno dei bordi e segarlo dalla parte superiore. Metti una vite in un altro bordo e avvolgi la corda alla vite per evitare che qualcuno tiri fuori accidentalmente la corda e ti blocchi per sempre fuori dal petto.

Infine, potresti aver notato che non puoi ancora chiudere il coperchio. Questo perché ci sono noci nel modo. Basta tagliare un po' di legno qui per fare spazio a queste noci.

E questo è tutto! È così che puoi riprodurre tu stesso lo scrigno del tesoro digitale! E non dimenticare di indossare indumenti protettivi adeguati quando si utilizzano utensili elettrici pericolosi!