Ποδήλατο Energy Demo (Κατασκευή): 7 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ο σκοπός αυτού του Instructable ήταν να δημιουργήσει μια διαδραστική επίδειξη ενέργειας για το ποδήλατο για να προκαλέσει το ενδιαφέρον του παιδιού για τη μηχανική. Το έργο λειτουργεί ως εξής, καθώς ένα παιδί πετάει το ποδήλατο γρηγορότερα, είναι σε θέση να ενεργοποιήσει περισσότερα φώτα στον πίνακα οθόνης, αποκαλύπτοντας τελικά τη λέξη CITADEL σε μπλε φώτα LED. Καθώς ο αναβάτης συνεχίζει να πετάει γρηγορότερα, τότε είναι σε θέση να ενεργοποιήσει τα μάτια του μπουλντόγκ ως κόκκινα φώτα LED. Το πλάτος κάθε συναρμολόγησης δεν υπερβαίνει ποτέ τις 30 ίντσες για να διασφαλιστεί ότι το έργο μπορεί να χωρέσει στις αίθουσες διδασκαλίας μέσω οποιασδήποτε πόρτας τυπικού μεγέθους. Ο πίνακας οθόνης είναι χτισμένος σε τροχούς, έτσι ώστε να μπορεί να μεταφερθεί εύκολα. Με όλα τα διαθέσιμα υλικά και εργαλεία, αυτό το έργο θα διαρκέσει περίπου 6 έως 10 ημέρες για να ολοκληρωθεί με εκτιμώμενο κόστος περίπου ~ 400 $, εάν πρέπει να αγοράσετε όλο το υλικό/ηλεκτρικά εξαρτήματα καθώς και το ποδήλατο.

Εργαλεία που χρησιμοποιούνται: Δραπανοκατσάβιδο, επιτραπέζιο πριόνι, παζλ, τρυπάνι, τριβείο, μεζούρα, λαβή αντιστροφής, σετ κλειδιού υποδοχής, κολλητήρι, σύρμα πρέσα, εργαλείο τρισδιάστατης εκτύπωσης, τρισδιάστατος εκτυπωτής, διάφορα οικιακά εργαλεία (πένσα, ψαλίδι κ.λπ.)

Υλικά που χρησιμοποιούνται:

12mm διάχυτα λεπτά Digitel RGB LED Pixels (Strand of 25) (2)

Ανεμιστήρας GDSTIME 5V DC 50mm (2)

Arduino Uno

Πίσσα 5 mm (HTD), ζώνη μονής όψης πλάτους 15 mm

Ποδήλατο Kent 20 "Boys Ambush Bicycle ή οποιοδήποτε άλλο 20" με πίσω γόμφους

Large Heatsink - Multiwatt Package (from Sparkfun) (5)

Weathershield 2 "x4" x8 'Pressure Treated Lumber Everbilt 1-1/2 "(4)

Κόντρα πλακέ για πίνακα οθόνης (θέλετε ελαφρύ αλλά ανθεκτικό)

Σωματιδιακός πίνακας για γράμματα

Τετράγωνοι ξύλινοι πείροι για τα πόδια του πίνακα οθόνης

Corner Brace Value Pack (18564)

Everbilt 2”γάντζο βαρέως τύπου (2 πακέτα)

Βίδες Grip-Rite # 8 x 2”(Μοντέλο # PTN2S1)

Ηλεκτρικό μοτέρ σκούτερ 24V 250W για σκούτερ κίνησης ζωνών (Στοιχείο# MOT-24250B)

WIR-110, 16 Gauge Black Power Cable Wire (12 ft)

WIR-110, 16 Gauge Red Power Cable Wire (12 ft)

16-20 Gauge Wire

Γραμμικός ρυθμιστής τάσης LM338T/NOPB

5 Gang Terminal Block (2)

Συγκόλληση σανίδες

Αντίσταση 1.0 Ohm (5)

Αντιστάσεις 5,1 kOhm (2)

Αντίσταση 150 Ohm

Αντίσταση 100 kOhm

Πυκνωτής 2200 uF

Αντίσταση 20 kOhm

Πυκνωτής 200 pF

Δίοδος Zener 5V

2N2905 Τρανζίστορ ή ισοδύναμο

Ποτενσιόμετρο 1,5k

LM308 Op-amp

Κιτ καλωδίων Jumper

Βούρτσες χρωμάτων / χρωμάτων

Βήμα 1: Χτίζοντας τον εκπαιδευτή

Ξεκινήστε κόβοντας ένα κομμάτι ξύλου 2x4x8 σε δύο σανίδες 28 ", άλλες δύο σανίδες στις 24" και άλλες δύο στις 16 ". Για αυτό θα χρειαστείτε δύο σανίδες 2x4x8. Κόψτε επιπλέον τέσσερις σανίδες με γωνίες 45 μοιρών σε κάθε άκρο. Αυτές οι δύο σανίδες πρέπει να έχουν μήκος 10 ". Χρησιμοποιώντας τις σανίδες 16 ", χρησιμοποιήστε ένα παζλ για να κόψετε εγκοπές στον πίνακα που έχουν βάθος 3" και 1 3/4 ". Είναι χρήσιμο να εντοπίσετε αυτές τις διαστάσεις πριν κάνετε την κοπή σας.

Πάρτε 2 από τις σανίδες των 10 "και συνδέστε τις σε έναν από τους πίνακες των 16". Σηκώστε τον πίνακα 16 "επάνω δεξιά και ακουμπήστε τους πίνακες 10" σε κάθε πλευρά του 16 "έτσι ώστε να είναι ευθυγραμμισμένοι με τον πίνακα και το πάτωμα. Χρησιμοποιήστε βίδες για να στερεώσετε τις 3 σανίδες μαζί. Επαναλάβετε αυτή τη διαδικασία για τα υπόλοιπα 16" και δύο σανίδες 10 ".

Σημειώστε το κεντρικό σημάδι 12 "και των δύο σανίδων 24" και το κέντρο των σανίδων 16 ". Ευθυγραμμίστε τα δύο σημάδια μαζί, έτσι ώστε ο πίνακας 16" να είναι όρθιος και να ευθυγραμμίζεται με τον πίνακα 24 "που βρίσκεται στο πλάι του. Τρυπήστε 2 βίδες τον πίνακα 16 "έως τον 24" και 2 ακόμη για κάθε πίνακα 10 "στον πίνακα 24". Επαναλάβετε αυτήν τη διαδικασία με τον άλλο πίνακα 24 "και τον πίνακα 16" με τους πίνακες 10 "προσαρτημένους.

Στη συνέχεια, σημειώστε το κέντρο του πίνακα σε κάθε έναν από τους πίνακες 28 ". Κάντε ένα άλλο σημάδι 4" σε κάθε πλευρά του σήματος 14 ". Θα πρέπει να υπάρχει 8" μεταξύ αυτών των 2 σημείων. Ευθυγραμμίστε τις σανίδες 24 "σε αυτά τα σημάδια με το εσωτερικό της σανίδας στο σημάδι. Τρυπήστε 2 βίδες σε κάθε μία για να στερεώσετε τις 3 σανίδες μαζί. Επαναλάβετε αυτό με την άλλη σανίδα 28" έτσι ώστε να συνδεθούν όλες.

Βήμα 2: Δημιουργία/στερέωση μηχανισμού έντασης

Η επίτευξη ενός κατάλληλου τρόπου για να τεντώσετε τη ζώνη ήταν κάτι που η ομάδα αγωνίστηκε. Περάσαμε μερικές διαφορετικές ιδέες πριν καταλήξουμε σε αυτό που φαίνεται παραπάνω. Μια μεταλλική συρόμενη ράγα θα ήταν ιδανική, αλλά λόγω του χαμηλού προϋπολογισμού, η ομάδα έπρεπε να συμβιβαστεί με μια ξύλινη ράγα.

Ξεκινήστε δημιουργώντας μια φιγούρα σε σχήμα L χρησιμοποιώντας 2 μπλοκ "x4". Το κάτω μέρος του L στο οποίο θα τοποθετηθεί θα πρέπει να έχει μήκος περίπου 8 ". Το πάνω μέρος περίπου 6" ύψος. Κόψτε ένα άλλο μπλοκ 2 "x4" για τη βάση του κινητήρα. Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα εφεδρικό, μικρό ορθογώνιο ξύλινο στύλο που βρήκαμε για να δημιουργήσει το σιδηροδρομικό σύστημα. Η κάτω ράγα περιβάλλεται από δύο ράγες τοποθετημένες στο κάτω μέρος του μπλοκ κινητήρα. Το κλειδί εδώ είναι να χρησιμοποιήσετε ξύλο αρκετά ανθεκτικό ώστε να μην διασπάται όταν βιδώνεται στα 2 "x4" s. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια πρέσα τρυπανιών για να ανοίξει μια τρύπα μέχρι το μπλοκ 2 "x4" στο οποίο είναι τοποθετημένος ο κινητήρας. Μια άλλη τρύπα διανοίχθηκε μέσω του άνω τμήματος του L. Ένα μακρύ μπουλόνι πέρασε μέχρι το τέλος του συστήματος. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε μεγάλες ροδέλες και στα δύο άκρα για να διανείμετε το φορτίο. Η τελική συναρμολόγηση τοποθετήθηκε στον εκπαιδευτή χρησιμοποιώντας αγκύλες L. Ένα μικρό τεμάχιο ξύλου τοποθετήθηκε μεταξύ της ράγας και του εκπαιδευτή για να αποτρέψει την τάση του συστήματος να υποκλίνεται όταν βρίσκεται υπό υψηλή ένταση. Είναι χρήσιμο να έχετε κάποιον που κρατά το συγκρότημα στη θέση του όταν το τοποθετείτε στο εκπαιδευτή για να εξασφαλίσετε τη σωστή ευθυγράμμιση με το πίσω ελαστικό.

Βήμα 3: Αφαιρέστε το πίσω ελαστικό από το ποδήλατο και στερεώστε πίσω γόμφους

Για να αφαιρέσετε το πίσω ελαστικό από το ποδήλατο, ξεφουσκώστε πρώτα το ελαστικό. Στη συνέχεια αφαιρέστε τα παξιμάδια που κρατούν το ρουλεμάν στη θέση του για τον πίσω τροχό. Αποσυνδέστε την αλυσίδα από το πίσω γρανάζι. Εάν το ποδήλατο έχει πίσω φρένα, ίσως χρειαστεί να αφαιρέσετε τα πίσω τακάκια. Μόλις ο τροχός και το ελαστικό σβήσουν εντελώς, χρησιμοποιήστε έναν λοστό για να τεντώσετε το ελαστικό στο πλάι του τροχού. Ενώ διατηρείτε τον λοστό μεταξύ του τροχού και του ελαστικού, ζητήστε από κάποιον να γυρίσει τον τροχό για να ξεκολλήσει αργά το ελαστικό. Μόλις ολοκληρωθεί, ακολουθήστε τα βήματα με αντίστροφη σειρά για να εγκαταστήσετε ξανά τον τροχό στο ποδήλατο. Βεβαιωθείτε ότι έχετε τοποθετήσει τη ζώνη γύρω από τον τροχό πριν την επανεγκατάσταση. Για να εγκαταστήσετε τα μανταλάκια, σύρετέ τα πάνω από τον πίσω άξονα πριν εγκαταστήσετε ξανά τα παξιμάδια στερέωσης.

Βήμα 4: Δημιουργία κυκλώματος

Το κύκλωμα που φαίνεται στο σχηματικό ελήφθη από τον παρεχόμενο σύνδεσμο:

makingcircuits.com/blog/how-to-make-a-25-a…

Το κύκλωμα που κατασκευάσαμε έχει δύο λειτουργίες. Το πρώτο είναι η ρύθμιση της μεταβλητής εισόδου τάσης DC από τον κινητήρα σε μια σταθερή έξοδο 5V DC που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των φώτων. Το δεύτερο είναι να χρησιμοποιήσετε ένα διαχωριστή τάσης για να μειώσετε την έξοδο τάσης από τον κινητήρα μεταξύ 0 και 5 βολτ. Αυτή η έξοδος εισάγεται στη συνέχεια στην αναλογική θύρα εισόδου του Arduino Uno που έχει όριο 5V. Το Arduino Uno είναι κωδικοποιημένο για να ενεργοποιεί συγκεκριμένα φώτα σε συγκεκριμένη τάση. Αυτός ο κωδικός παρέχεται παρακάτω.

Το κύκλωμα που φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα χρησιμοποιείται για την ομοιόμορφη κατανομή του ρεύματος μεταξύ 5 γραμμικών ρυθμιστών τάσης (lm338). Αυτοί οι ρυθμιστές δεν μπορούν απλώς να τοποθετηθούν παράλληλα για να κατανέμουν το φορτίο επειδή οι διαφορές στα εσωτερικά τους εξαρτήματα προκαλούν ελαφρώς διαφορετικές εξόδους από κάθε μία. Ο γραμμικός ρυθμιστής που παρέχει την υψηλότερη απόδοση καταλήγει να παίρνει ολόκληρο το φορτίο. Η χρήση του παραπάνω κυκλώματος σταθεροποιεί τις εξόδους και κατανέμει το φορτίο ομοιόμορφα. Τα φώτα αντλούν μέγιστο ρεύμα περίπου 1,5Α διαμορφωμένο χρησιμοποιώντας τα επιλεγμένα χρώματα (48 μπλε 2 κόκκινα). Η κωδικοποίηση των φώτων σε όλα λευκά θα δημιουργούσε το μέγιστο ρεύμα που τραβιέται (3Α). Η τάση ρυθμίζεται από 28V έως 5V το πολύ. Αυτή είναι μια διαφορά 23V. 23V x 1.5A = 34.5W ισχύος που πρέπει να διαχέεται ως θερμότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κατανομή του φορτίου μεταξύ των ρυθμιστικών αρχών είναι τόσο σημαντική για την ομάδα. Εάν ένας ρυθμιστής επρόκειτο να πάρει όλο το φορτίο, θα ξεπερνούσε τη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας του.

Αρχικά, χτίστε το κύκλωμα σε μια σανίδα ψύξης χωρίς συγκόλληση. Ένας αρκετά μεγάλος πυκνωτής (χρησιμοποιήσαμε 2200 uF) θα πρέπει να τοποθετηθεί στην έξοδο του κινητήρα για να μειώσει τον θόρυβο. Αυτό καθαρίζει την είσοδο που λαμβάνει το Arduino και καθιστά την οθόνη φωτός πιο σταθερή (τα φώτα δεν αναβοσβήνουν ασταθώς). Ωστόσο, εάν θέλετε να δημιουργήσετε μια μηχανή παραγωγής κατασχέσεων, εξοικονομήστε 2 $ και ακυρώστε τον πυκνωτή. Στη συνέχεια, ενσωματώστε το κύκλωμα διαχωριστή τάσης. Τραβήξτε ένα καλώδιο βραχυκυκλωτήρα από το διαχωριστή τάσης στην αναλογική είσοδο A0 Arduino Uno. Πετάξτε επίσης το Arduino στο έδαφος. Δείτε συνημμένο σχέδιο. Περισσότερες πληροφορίες για την καλωδίωση των φώτων μπορείτε να βρείτε στον παρακάτω σύνδεσμο:

learn.adafruit.com/12mm-led-pixels/wiring

Βήμα 5: Δοκιμή του κυκλώματος

Ο εξοπλισμός που φαίνεται στον πάγκο του εργαστηρίου παραπάνω είναι χρήσιμος αλλά δεν απαιτείται για τον έλεγχο του κυκλώματος. Ωστόσο, θα χρειαστεί κάποιος τρόπος για να περιστρέψετε τον άξονα εξόδου του κινητήρα DC. Ιδανικά, θα είχαμε χρησιμοποιήσει το ποδήλατο, αλλά επειδή ήταν ακόμα ταχυδρομείο, έπρεπε να βρούμε μια εναλλακτική λύση. Βεβαιωθείτε ότι έχετε αντιστρέψει την πολικότητα του κινητήρα (το καλώδιο γείωσης (μαύρο) γίνεται ζεστό και το καυτό (κόκκινο) σύρμα γίνεται γείωση). Μόλις συνδεθούν όλα, ρυθμίστε το ποτενσιόμετρο στο κύκλωμα μέχρι να λάβετε τάση εξόδου 5V. Για αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε τυπικό βολτόμετρο. Το κύκλωμα θα πρέπει να είναι υπό σημαντικό φορτίο για να ρυθμιστεί σωστά η έξοδος τάσης. Το λογισμικό υπολογιστή Arduino θα πρέπει να μεταφορτωθεί για να εκτελεστεί ο κώδικας του μικροελεγκτή. Θα πρέπει επίσης να εγκατασταθεί η βιβλιοθήκη FastLED. Μόλις γίνει λήψη του λογισμικού και ανεβάσετε τον κώδικα στο Arduino, μεταβείτε στη σειριακή οθόνη στην επάνω δεξιά γωνία και θα μπορείτε να παρατηρήσετε την είσοδο τάσης που λαμβάνει το Arduino Uno. Πραγματοποιήστε προσαρμογές για να συμπυκνώσετε το κύκλωμα προς τα κάτω όσο το δυνατόν περισσότερο και δοκιμάστε ξανά. Βεβαιωθείτε ότι όλα τα εξαρτήματα λειτουργούν σωστά πριν προχωρήσετε.

Βήμα 6: Συγκολλήστε το κύκλωμα

Στην παραπάνω εικόνα ίσως παρατηρήσετε ότι έχουν κατασκευαστεί δύο πίνακες κυκλωμάτων. Αρχικά, η ομάδα σχεδίαζε να χρησιμοποιήσει 10 γραμμικούς ρυθμιστές τάσης lm338, αλλά μετά από περαιτέρω δοκιμές, διαπιστώθηκε ότι ένα κύκλωμα με 5 ήταν σημαντικό. Ωστόσο, ο πίνακας που καταλήξαμε να μην χρειαζόταν περιείχε το διαχωριστή τάσης, επομένως εξακολουθεί να χρησιμοποιείται.

Από προσωπική προτίμηση, η ομάδα αποφάσισε να πηδήξει τους γραμμικούς ρυθμιστές στην πλακέτα κυκλώματος. Αυτό μας επέτρεψε να τα τοποθετήσουμε λίγο πιο ελεύθερα και να υποστηρίξουμε καλύτερα τους μεγάλους ψύκτες. Συγκολλήστε όλα τα εξαρτήματα από το πρωτότυπό σας στη νέα πλακέτα συγκόλλησης. Χρησιμοποιήσαμε μια πλακέτα permaproto έτσι ώστε το κύκλωμα να είναι ένα ακριβές αντίγραφο όταν το μετακινούσαμε από το ψωμί χωρίς συγκόλληση. Δύο τερματικά μπλοκ 5 συμμοριών χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία γρήγορων αποσυνδέσεων από τον κινητήρα και τα φώτα.

Βήμα 7: Δημιουργήστε τον πίνακα οθόνης

Ο πίνακας οθόνης κατασκευάστηκε σε μια σειρά βημάτων.

1) Ο πίνακας οθόνης αποτελείται από έναν πίνακα και μια βάση. Η οθόνη είναι κατασκευασμένη από λεπτό ξύλο και τοποθετείται σε μια βάση 57 1/2 ίντσες σε 5 πόδια. Η βάση υποστηρίζεται από μια δοκό διατομής που εκτείνεται σε 45 βαθμούς. γωνία από το πίσω πόδι προς την κάθετη βάση. Αυτό κατασκευάστηκε με ξύλο και βίδες. Μετά την ολοκλήρωση της σανίδας και της βάσης, τέσσερις τροχοί τρυπήθηκαν στο στήριγμα σε κάθε αντίστοιχη γωνία

2) Η οθόνη των γραμμάτων (C-I-T-A-D-E-L) κατασκευάστηκε ξεχωριστά από την οθόνη και τη βάση. Τα γράμματα σχεδιάστηκαν πρώτα και στη συνέχεια κόπηκαν από πλακάκια από μοριοσανίδες που ήταν 8 σε x 12 in. Τα γράμματα έχουν όλα μέγεθος 10 σε ύψος, με διαφορετικά πλάτη. Τα γράμματα κόπηκαν με ένα πριόνι για τους εξωτερικούς χώρους και ένα παζλ για το εσωτερικό των γραμμάτων.

3) Αφού κόπηκαν τα γράμματα στερεώθηκαν στον πίνακα με υγρό καρφί. Αυτό εξασφάλισε την ασφάλιση των γραμμάτων στον πίνακα. Στη συνέχεια, ανοίχτηκαν τρύπες στα γράμματα με χρήση μπιτ 12 '. Αυτό θα διασφαλίσει ότι τα φώτα θα εμφανίζονται.

4) Στη συνέχεια, η οθόνη βάφτηκε λευκή και τα γράμματα (C-I-T-A-D-E-L) βάφτηκαν μπλε. Μια μπλε επένδυση προστέθηκε στη συνέχεια στο πλαίσιο της σανίδας.

5) Τα γράμματα (Τ-Η-Ε) ήταν ζωγραφισμένα στον πίνακα όλα σε ύψος 4 με διαφορετικά πλάτη.

6) Το μπουλντόγκ στο κάτω μέρος της σανίδας βάφτηκε πάνω στον πίνακα χρησιμοποιώντας ένα μείγμα ακρυλικού χρώματος. Τρύπες ανοίχτηκαν στα μάτια με ένα κομμάτι 12mm για να ταιριάζουν στα φώτα.

7) Τέλος, τα φώτα τοποθετήθηκαν στον πίνακα και η πλακέτα οθόνης ήταν πλήρης.