Rellotge de paraules controlat per 114 servidors: 14 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Projectes Fusion 360 »

Què té 114 LED i sempre funciona? Com sabreu, la resposta és un rellotge de paraules. Què té 114 LED + 114 servos i sempre es mou? La resposta és aquest rellotge de paraules servo-controlat.

Per a aquest projecte, em vaig associar amb un amic meu que va resultar imprescindible a causa del gran esforç d'aquesta construcció. A més, el meu equip electrònic i el seu conjunt mecànic es complementaven força bé. La idea d’aquesta adaptació del popular rellotge de paraules ens va venir mentre en feiem un de regular com a regal de Nadal. Allà, vam observar que també és possible projectar les lletres de la part posterior sobre un full de paper blanc. En aquell moment, aquesta solament era una solució alternativa per amagar la nostra merda artesania, ja que vam acabar amb un munt de bombolles mentre adjuntàvem un adhesiu de vinil amb les lletres a la part posterior d’un plat de vidre. Llavors vam observar que es poden aconseguir efectes interessants en doblegar el full de paper, ja que les lletres canvien de mida i es desdibuixen. Això ens va fer sorgir la idea de crear un rellotge de paraules en què les lletres es projectessin des de la part posterior sobre una pantalla i es poguessin moure endavant i enrere per canviar la mida de la imatge projectada. Al principi, vam ser una mica reticents a construir aquest projecte a causa dels costos i l’esforç que es necessita quan es volen moure cadascuna de les 114 lletres individualment. Així doncs, ens vam llançar amb la idea de fer una versió on totes les paraules que s’utilitzen per mostrar l’hora es puguin moure endavant i enrere. Tanmateix, després de veure que el concurs Epilog apareixia a Instructables per demanar projectes èpics, i també després de trobar servomotors relativament barats, vam decidir fer tot el camí i fer una versió adequada on cada lletra estigui controlada individualment per un servo.

ATENCIÓ: no es tracta d'una versió d'un sol dia.

Per fer-vos una idea de l’esforç que va suposar aquest projecte, tingueu en compte els números següents. El rellotge acabat conté

• 798 models impresos en 3D individuals (temps total d'impressió ~ 200 hores)
• ~ 600 cargols + ~ 250 femelles i volanderes
• ~ 500 cables (longitud total ~ 50 m). Sense comptar els cables que ja estaven connectats als servos.

Pas 1: disseny

El rellotge es va dissenyar amb Autodesk Fusion 360 i Inventor. Com podeu veure, el rellotge consta de 114 bústies que es mouen mitjançant actuadors lineals que al seu torn són accionats per servomotors. Cada bústia conté un LED que projecta la carta a la part posterior d’una pantalla feta amb paper de PVC blanc. Tots els components estan allotjats en un marc de fusta.

Pas 2: recollida de materials

Components electrònics

Servomotors SG90 de 114x (ebay.de)

Tot i que els servos van ser etiquetats amb el nom de la popular marca "Tower Pro", sens dubte són knockoffs més econòmics. Tanmateix, com que el preu del knockoff és d'aproximadament 1 EUR enfront dels 3 EUR de l'original, això fa que tot el projecte sigui més assequible. Pel que sembla, les imitacions també generen menys corrent (per descomptat, això també implica menys parell), cosa que va fer més fàcil trobar una font d’alimentació adequada per a tot el projecte.

• Tira LED WS2812B de 5 m, 60 LEDs / m (ebay.de)
• Servo controlador PWM de 8x 16 Ch PCA9685 (ebay.de)
• Mòdul RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• Receptor IR VS1838B + comandament a distància (ebay.de)
• Alimentació de 5 V, 10 A (ebay.de)
• Cable d'extensió servo 20x 15 cm (ebay.de)
• endoll de cable CC a fil nu (conrad.de)
• Resistència de 300-500 Ohm
• Condensador de 1000 µF (> 5 V)

Materials per al marc

• llistons de fusta
  • 2 unitats de 40 x 10 x 497 mm
  • 2 unitats de 12 x 12 x 461 mm
  • 2 unitats de 12 x 12 x 20 mm

• multiplex

  • 2 unitats de 12 x 77 x 481 mm
  • 2 unitats de 12 x 84 x 489 mm
• làmina de PVC blanca (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• Placa HDF de 500 x 500 mm, de 3 mm de gruix

Cargols, cables, etc

• Cargols M2 de 228x, de 8 mm de llargada + volanderes + femelles hexagonals
• Cargols autorroscants 228x M2.2 de 6,5 mm de llarg
• diversos cargols de fusta
• Filferro de 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG)

A més, aquest projecte requeria una gran quantitat d'impressió i soldadura 3D. La placa posterior es va produir mitjançant tall per làser. El marc es va construir amb una serra circular, una serra i un trepant. Pel que fa a cada projecte decent, també hem utilitzat molta cola calenta, també una mica de cola epoxi i plàstica.

El cost total d’aquest projecte ha estat d’uns 350 euros.

Pas 3: components impresos en 3D

Bústies de cartes

Cada bústia consta d’una portada impresa en 3D que actua com a màscara d’ombra i una placa base a la qual s’adherirà un LED. La placa base inclou quatre passadors per facilitar l’alineació sobre l’actuador i sis forats per alimentar-se a través dels cables LED. En total, es fabriquen 228 models que es van imprimir tots de negre PLA (Formfutura EasyFill PLA) amb una alçada de capa de 0,4 mm. El temps total d’impressió del meu Anycubic Kossel Linear Plus va ser d’unes 23 hores per a les tapes de cartes i de 10 hores per a les plaques base. Tots els fitxers stl es poden trobar al fitxer zip adjunt.

Actuadors

El disseny de l’actuador es va adaptar a partir del lineal Servo Extender de Roger Rabbit, que ens va resultar molt útil. Com que les peces encaixen molt bé, s’han d’imprimir en una impressora 3D decent. L'alçada de la capa petita no és tan important (0,2 mm està bé) com un diàmetre de broquet petit (es recomana 0,4 mm). Les parts s’han d’imprimir amb l’orientació que es mostra. Cada actuador consta de 5 parts individuals, ja que necessitàvem 114 actuadors, això significa 570 parts (!) En total. Per imprimir-les, hem utilitzat la potència combinada de diverses impressores 3D professionals (Ultimaker S2 +, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Tot i així, teníem moltes impressions fallides a les peces i vaig incloure algunes fotos per al vostre divertiment. El temps total d’impressió va ser d’unes 150 hores (!). De nou, els fitxers stl es poden trobar al fitxer zip adjunt.

Pas 4: construcció del marc

El marc es va construir a partir de llistons de fusta i tauler multiplex. Les peces es van tallar amb una serra circular i una serra trencaclosques i es van fixar juntes amb cola de fusta i cargols de fusta. La coberta superior i inferior també es va tacar per donar-li un aspecte més agradable. Es pot trobar una descripció detallada de les parts, incloses totes les dimensions, als dibuixos adjunts.

Pas 5: Muntatge de les bústies

Muntar les bústies va suposar molta feina i va costar molt de temps, sobretot la soldadura. Això passa perquè cada pas que feu s’ha de repetir 114 vegades.

1. Talla 114 peces individuals de la tira LED
2. Estanyeu tots els coixinets LED
3. Connecteu cada LED a la placa posterior impresa en 3D d’una bústia. El LED s’hauria de centrar. També l’hem assegurat amb cola calenta.
4. A continuació, vam preparar 3x114 = 442 cables, és a dir, tallar-los al llarg, despullar els extrems i estanyar-los. La longitud de cada fil era de 10 cm cadascun, excepte els cables que connectaven l'última lletra amb els punts, que han de ser més llargs (~ 25 cm). També els cables connectats a la primera lletra que es connectaran a l’arduino i la font d’alimentació haurien de ser més llargs.
5. LEDs de cadena Diasy mitjançant cables. Els cables s’alimenten a través dels forats de la placa posterior impresa en 3D de cada bústia.
6. La portada de la caixa de cartes es va adjuntar amb cola
7. Les parts del bastidor lineal de l’actuador s’han d’enganxar
8. El bastidor lineal s’uneix a la part posterior de la bústia amb cola

Pas 6: Muntatge dels actuadors

Muntar de nou els actuadors va ser un procediment molt tediós que va trigar molt de temps.

1. Connecteu el servo a la carcassa impresa en 3D mitjançant els cargols inclosos
2. L’engranatge rodó s’uneix al servo mitjançant la creu de plàstic inclosa, però primer s’ha de tallar la forma i unir-la a l’engranatge mitjançant epoxi.
3. Connecteu l’engranatge al servo mitjançant el cargol inclòs
4. Abans d’inserir el bastidor lineal, cada servo es posava a zero a la mateixa posició
5. Inserció del bastidor lineal amb la bústia
6. Inserció de dues rosques hexagonals M2 a la carcassa impresa en 3D que s’utilitzarà per fixar-la a la placa posterior més endavant
7. Tanqueu la carcassa amb la tapa impresa en 3D mitjançant els cargols autotapejants M2.2

Al final, vam acabar amb un gran embolic d’actuadors encadenats de manera diàssica, tal com es mostra a la imatge superior

Pas 7: elaboració de la placa posterior

La placa posterior es va tallar amb làser a partir de fusta HDF de 3 mm de gruix mitjançant un tallador làser de CO2 del nostre fabricant local. Al principi vam provar la fusta contraxapada, però va resultar ser massa feble per suportar el pes de tots els components. Fins i tot hauria estat millor fer servir l’alumini en aquest cas, però per descomptat és més car i no es pot tallar amb un làser de CO2. S'adjunta el fitxer dxf de la placa posterior.

Pas 8: connecteu components a la placa posterior i al cablejat

Al principi, les plaques PCA9685 s’han d’adherir a la placa posterior mitjançant separadors de PCB. A continuació, es pot col·locar el mòdul Arduino nano i RTC tal com es mostra a la imatge superior. Per a aquests dos últims hem utilitzat suports impresos en 3D que s’adherien amb cola calenta. Els components es van connectar tal com es mostra al diagrama de cablejat. Tingueu en compte que el millor és alimentar tots els PCA9685 per separat a través del bloc de terminals. Al principi, vam encadenar també els connectors V + i GND i només vam connectar el bloc de terminals de la primera placa (com es suggereix a la pàgina d’adafruit), però, en aquest cas, tota la corrent passa per la primera placa i vam acabar cremant el MOSFET del circuit de protecció inversa. També hi ha adjunt un full de càlcul que mostra el cablejat dels servos. Cables d’extensió per als servos on s’utilitzen sempre que calgui. Tingueu en compte que heu d’assignar adreces I2C diferents a cada PCA9685 tal com s’explica a la pàgina d’adafruit.

Els actuadors es van unir a la placa posterior mitjançant cargols M2 de 228x. La feina va tornar a ser molt monòtona, però un cop acabat el rellotge ja començava a prendre forma. També vam intentar organitzar els servocables el millor possible, però al final el cablejat encara era molt desordenat.

Es subministrava energia alimentant el cable de CC a través de la placa posterior i connectant-lo a un bloc de terminals.

Pas 9: fixació de la placa posterior al marc

Després de muntar tots els components i organitzar els cables, vam fixar la placa posterior al marc mitjançant cargols M4 de 6x. Malauradament, vam deixar molt poc espai perquè tots els cables encaixessin, de manera que es van haver d’esprémer una mica.

Pas 10: calibració dels servos

Com que l’alçada de totes les bústies de correus va ser lleugerament diferent després del muntatge, vam utilitzar el codi adjunt per calibrar tots els servos de manera que les bústies tinguessin les mateixes posicions mínima i màxima. Per obtenir la posició màxima hem intentat col·locar la bústia el més a prop possible de la pantalla. Les posicions mínimes / màximes calibrades per a cada servo s’introdueixen posteriorment al codi principal.

Pas 11: càrrega del codi

S'adjunta el codi principal del word clock. Hi ha tres tipus d’efectes per mostrar l’hora.

1. Mou ràpidament totes les lletres cap enrere (una darrere l'altra) i il·lumina els LED amb un color aleatori igual. A continuació, moveu ràpidament les lletres que mostren l'hora al davant una darrere l'altra i il·lumineu cada paraula amb un color aleatori.
2. Mou ràpidament totes les lletres cap enrere (una darrere l’altra) i il·lumina els LED amb un color aleatori igual. Moveu lentament cada paraula que mostri l'hora cap a la part frontal (totes les lletres simultàniament) i esvaeix el color del color de fons a un valor aleatori.
3. Mou ràpidament totes les lletres a una posició aleatòria (una darrere l’altra) i encén els LEDs amb diferents colors aleatoris. A continuació, moveu lentament totes les lletres cap enrere i difuminar el color. Continueu amb 1. o 2.

També volia implementar un efecte on el punt que mostra el minut actual avança gradualment i es va esvaint el color de manera que quedi al positó frontal amb el color correcte quan s’acabi el minut. Malauradament, encara no ho vaig aconseguir perquè sembla que el receptor d’IR no respon.

Pas 12: connectar la pantalla

Al principi volíem utilitzar tela blanca com a pantalla. El problema va ser que, després d’enganxar-la al marc, la tela es va doblegar al centre i vam acabar amb una distorsió de coixí. Aleshores vam decidir utilitzar una làmina fina de PVC blanc per a la pantalla. La làmina també s’anuncia per fabricar cortines de llum, de manera que té una transmissió raonable, però no es filtra de manera que les bústies negres queden amagades. En el nostre primer assaig, vam adjuntar la làmina amb epoxi, però no va quedar massa bé, així que vam canviar a la cola calenta. Aneu amb compte, però, que si la cola està massa calenta, es pot fondre el paper d'alumini. L'excés de paper d'alumini es va eliminar amb un ganivet exacto.

Pas 13: Col·locar la coberta superior i inferior

Finalment, les cobertes de fusta tenyida es van unir a la part superior i inferior. El color fosc contrasta amb la pantalla blanca. El receptor IR es va alimentar a través del forat de la placa posterior i es va fixar a la coberta superior amb cola calenta.

Pas 14: acabat el rellotge i el resum

Després de dos mesos intensos de treball, el rellotge va acabar per acabar. En general, estem molt contents del resultat. El fet de moure les lletres darrere de la pantalla i de canviar els colors dels LED produeix efectes d’aspecte molt frescos. Al final, les lletres no s’alineaven perfectament i la pantalla no era 100% plana, però això gairebé fa que sembli encara més agradable. Certament hi ha coses que es poden millorar, però no crec que hi hagi una versió 2.0 a causa de l'esforç monumental d'aquesta construcció, tret que la propera vegada externalitzem la producció a la Xina.

Si us agrada aquesta compilació i heu aconseguit desplaçar-vos cap avall fins al final, voteu-nos al Concurs d’Epilog.

Primer premi del concurs Epilog X