Demostració de l'energia de la bicicleta (construcció): 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

El propòsit d’aquest Instructable era crear una demostració interactiva de l’energia de la bicicleta per despertar l’interès dels nens per l’enginyeria. El projecte funciona de la següent manera, ja que un nen pedala la bicicleta més ràpidament, és capaç d’activar més llums al tauler de la pantalla, en última instància deletrant la paraula CITADEL amb llums LED de color blau. A mesura que el pilot continua pedalant més ràpid, pot activar els ulls del bulldog com a llums LED vermelles. L'amplada de cada conjunt no supera mai les 30 polzades per garantir que el projecte pugui encabir-se a les aules a través de qualsevol porta de mida estàndard. El tauler de visualització està construït sobre rodes perquè sigui fàcilment transportable. Amb tots els materials i eines disponibles, aquest projecte trigarà aproximadament de 6 a 10 dies a completar-se a un cost estimat d’uns ~ 400 dòlars americans si heu de comprar tots els components elèctrics i de maquinari, així com la bicicleta.

Eines utilitzades: trepant elèctric, serra de taula, serra de trencaclosques, trepadora, esmoladora, cinta mètrica, mordassa, joc de claus de presa, soldadura, eina de saldat de filferro, impressora 3D, diverses eines domèstiques (alicates, tisores, etc.)

Materials utilitzats:

Píxels LED RGB Digitel prims difosos de 12 mm (fil de 25) (2)

Ventilador GDSTIME 5V DC 50mm (2)

Arduino Uno

Pas de 5 mm (HTD), cinturó d'una sola cara de 15 mm d'ample

Bicicleta Kent 20 "Boys Ambush o qualsevol altra bicicleta de 20" amb clavilles posteriors

Dissipador de calor gran: paquet de diversos watts (de Sparkfun) (5)

Weathershield 2 "x4" x8 'Fusta tractada a pressió Everbilt 1-1 / 2 "(4)

Fusta contraxapada per al tauler de visualització (voleu lleuger però una mica durador)

Tauler de partícules per a cartes

Clavilles quadrades de fusta per a potes de taulers

Paquet de valor de claus de cantonada (18564)

Clau de cantonada resistent Everbilt de 2 (paquet de 2)

Cargols Grip-Rite # 8 x 2”(Model # PTN2S1)

Motor elèctric de 24V 250W per a patinets amb transmissió per corretja (Article núm. MOT-24250B)

WIR-110, cable d'alimentació negre de calibre 16 (12 peus)

WIR-110, cable d'alimentació vermell de calibre 16 (12 peus)

Filferro de calibre 16-20

Regulador de tensió lineal LM338T / NOPB

Bloc de terminals de 5 colles (2)

Taules de soldadura

Resistors d'1,0 Ohm (5)

Resistors de 5,1 kOhm (2)

Resistència de 150 Ohm

Resistència de 100 kOhm

Condensador de 2200 uF

Resistència de 20 kOhm

Condensador de 200 pF

Diodo Zener de 5V

2N2905 Transistor o equivalent

Potenciòmetre 1,5k

Amplificador operatiu LM308

Jumper Wire Kit

Pintures / pinzells

Pas 1: crear el formador

Comenceu tallant un tros de fusta de 2x4x8 en dos taulers de 28 ", altres dos de 24" i dos més de 16 ". Per a això necessitareu dos taulers de 2x4x8. Talleu quatre taules addicionals amb angles de 45 graus a cada extrem. Aquests dos taulers haurien de tenir una longitud de 10 ". Utilitzant els taulers de 16 ", utilitzeu una serra trencaclosques per tallar osques al tauler de 3" de profunditat i 1 3/4 "d'ample. És útil traçar aquestes dimensions abans de fer el tall.

Agafeu 2 dels taulers de 10 "i connecteu-los a un dels taulers de 16". Col·loqueu el tauler de 16 "cap a la dreta i recolzeu els taulers de 10" a cada costat dels 16 "de manera que quedin al mateix nivell amb el tauler i el terra. Feu servir cargols per subjectar els tres taulers. Repetiu aquest procés per als 16" restants i dos taulers de 10 ".

Marqueu la marca central de 12 "de les dues taules de 24" i el centre de les taules de 16 ". Alineeu les dues marques juntes de manera que el tauler de 16" estigui en posició vertical i estigui al ras amb el tauler de 24 "posat al seu costat. Traieu 2 cargols a el tauler de 16 "a 24" i 2 més per cada tauler de 10 "a tauler de 24". Repetiu aquest procés amb l'altre tauler de 24 "i el tauler de 16" amb els taulers de 10 "adjunts.

A continuació, marqueu el centre del tauler a cadascun dels taulers de 28 ". Feu una altra marca de 4" a cada costat de la marca de 14 ". Hi hauria d'haver 8" entre aquestes 2 marques. Alineeu els taulers de 24 "d'aquestes marques amb la part interior del taulell a la marca. Traieu 2 cargols a cadascun per subjectar els 3 taulers junts. Repetiu-ho amb els altres taulers de 28" perquè estiguin connectats tots.

Pas 2: Construir / fixar el tensor del motor

L’equip va lluitar per obtenir una manera adequada de tensar el cinturó. Vam passar algunes idees diferents abans d’arribar al que es veu més amunt. Un ferrocarril corredís metàl·lic hauria estat ideal, però a causa d’un pressupost baix l’equip es va haver de conformar amb un carril de fusta de canvi.

Comenceu creant una figura en forma de L amb 2 blocs de "x4". La part inferior de la L que muntarà el carril hauria de tenir aproximadament 8 "de llarg. La part superior d'aproximadament 6" d'alçada. Talleu un altre bloc de 2 "x4" per al muntatge del motor. L’equip va utilitzar un pal de fusta rectangular i de recanvi que vam trobar per crear el sistema ferroviari. El carril inferior està a cavall amb dos carrils muntats a la part inferior del bloc del motor. La clau aquí és fer servir fusta prou resistent com per no dividir-la quan es cargola a 2 "x4" s. L'equip va utilitzar una broca per perforar un forat complet a través del bloc de 2 "x4" al qual està muntat el motor. Es va practicar un altre forat a través de la part superior de la L. Es va recórrer tot un sistema de cargol llarg. Assegureu-vos d’utilitzar volanderes grans a qualsevol extrem per distribuir la càrrega. El muntatge final es va muntar a l'entrenador mitjançant suports en L. Es va inserir un petit bloc de fusta entre el carril i l'entrenador per evitar la tendència del sistema a inclinar-se quan es trobava sota alta tensió. És útil que algú sostingui el conjunt al seu lloc quan el munteu a l'entrenador per assegurar un alineament adequat amb el pneumàtic posterior.

Pas 3: traieu el pneumàtic posterior de la bicicleta i fixeu-hi les clavilles posteriors

Per treure el pneumàtic posterior de la bicicleta, primer desinfleu-lo. A continuació, traieu les femelles que mantenen el coixinet al seu lloc per a la roda posterior. Desconnecteu la cadena de l’engranatge posterior. Si la bicicleta té frens posteriors, pot ser que calgui treure les pastilles de fre. Un cop la roda i el pneumàtic estiguin completament apagats, utilitzeu una palanca per estirar el pneumàtic pel costat de la roda. Mentre mantingueu la palanca entre la roda i el pneumàtic, feu que algú giri la roda per treure el pneumàtic lentament. Un cop finalitzats, seguiu els passos en ordre invers per tornar a instal·lar la roda a la moto. Assegureu-vos de posar el cinturó al voltant de la roda abans de tornar-lo a instal·lar. Per instal·lar les clavilles, feu-les lliscar per sobre de l'eix posterior abans de tornar a instal·lar les femelles de subjecció.

Pas 4: Construir el circuit

El circuit vist a l'esquema es va obtenir a partir de l'enllaç proporcionat:

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

El circuit que vam construir té dues funcions. El primer és regular la entrada de voltatge continu CC del motor a una sortida constant de 5 V CC que s’utilitza per alimentar els llums. El segon és utilitzar un divisor de tensió per reduir la tensió de sortida del motor a entre 0 i 5 volts. Aquesta sortida s'introdueix al port d'entrada analògic de l'Arduino Uno que té un límit de 5V. L'Arduino Uno està codificat per activar llums específiques a un voltatge determinat. Aquest codi es proporciona a continuació.

El circuit mostrat a l'esquema anterior s'utilitza per distribuir el corrent uniformement entre 5 reguladors de tensió lineals (lm338). Aquests reguladors no es poden situar simplement en paral·lel per distribuir la càrrega perquè les diferències en els components interns causen sortides lleugerament diferents de cadascun. El regulador lineal que proporciona la màxima sortida acaba ocupant la totalitat de la càrrega. L’ús del circuit anterior estabilitza les sortides i distribueix la càrrega de manera uniforme. Els llums dibuixen un corrent màxim d’aproximadament 1,5 A configurat amb els colors escollits (48 blaus 2 vermells). Si codifiqueu les llums en blanc, es crearà el màxim corrent extret (3A). El voltatge es regula des d’un màxim de 28V a 5V. Es tracta d’una diferència de 23 V. 23V x 1,5A = 34,5W de potència que s’ha de dissipar com a calor. És per això que la distribució de la càrrega entre els reguladors és tan important per a l'equip. Si un regulador agafés tota la càrrega, superaria la seva temperatura màxima de funcionament.

Primer, creeu el circuit en una placa de soldadura sense soldadura. Un condensador bastant gran (hem utilitzat un 2200 uF) haurà de col·locar-se a la sortida del motor per disminuir el soroll. Això neteja l'entrada que està rebent l'Arduino i fa que la visualització de la llum sigui més consistent (els llums no parpellegen de manera irregular). Tanmateix, si voleu crear una màquina productora de convulsions, estalvieu 2 dòlars i anul·leu el condensador. A continuació, incorporeu el circuit divisor de tensió. Executeu un cable de pont des del divisor de tensió a l'entrada analògica A0 d'Arduino Uno. Feu saltar l'Arduino també a terra. Veure dibuix adjunt. Podeu trobar més informació per connectar els llums a l’enllaç següent:

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

Pas 5: provar el circuit

L’equip vist al banc de laboratori anterior és útil, però no és necessari per provar el circuit. No obstant això, necessitareu alguna manera de girar l’eix de sortida del motor de corrent continu. Idealment, hauríem acabat d’utilitzar la bicicleta, però com que encara estava al correu, havíem de trobar una solució alternativa. Assegureu-vos d’invertir la polaritat del motor (el cable de terra (negre) s’escalfa i el fil calent (vermell) es torna a terra). Un cop connectat tot, ajusteu el potenciòmetre al circuit fins obtenir una tensió de sortida de 5V. Per a això es pot utilitzar qualsevol voltímetre estàndard. El circuit haurà d’estar sota una càrrega substancial per ajustar correctament la sortida de tensió. Caldrà descarregar el programari Arduino per executar el codi del microcontrolador. També s’haurà d’instal·lar la biblioteca FastLED. Un cop descarregat el programari i carregat el codi a l’Arduino, aneu al monitor sèrie a l’extrem superior dret i podreu observar l’entrada de tensió que rep l’Arduino Uno. Feu els ajustos necessaris per condensar el circuit el més baix possible, si cal, i torneu a provar. Assegureu-vos que tots els components funcionin correctament abans de seguir endavant.

Pas 6: soldeu el circuit

A la imatge superior podeu notar que hi ha dues plaques de circuit construïdes. Originalment, l'equip planejava utilitzar reguladors de tensió lineals de 10 lm338, però després de proves posteriors, es va determinar que un circuit amb 5 era substancial. No obstant això, la placa que hem acabat sense necessitar contenia el divisor de tensió, per la qual cosa encara es fa servir.

Per preferència personal, l'equip va decidir saltar els reguladors lineals a la placa de circuit. Això ens va permetre muntar-los una mica més lliurement i suportar millor els grans dissipadors de calor. Soldeu tots els components del prototip a la nova placa de soldadura. Hem utilitzat una placa permaproto per tal que el circuit sigui una rèplica exacta quan es desplaça de la placa de soldadura sense soldadura. Es van utilitzar dos blocs de terminals de 5 bandes per crear desconnexions ràpides del motor i dels llums.

Pas 7: Creeu el tauler de visualització

El tauler de visualització es va construir en una sèrie de passos.

1) El tauler de visualització consta d’un tauler i un suport. La pantalla està feta de fusta prima i es munta a un suport de 57 1/2 polzades per 5 peus. El suport està suportat per una biga de secció transversal que s’estén a 45 graus. angle de la cama posterior al suport vertical. Es va construir amb fusta i cargols. Després de completar el tauler i el suport, es van perforar quatre rodes a la muntura a cada cantonada respectiva

2) La visualització de les lletres (C-I-T-A-D-E-L) es va construir per separat de la pantalla i el muntatge. Les lletres es van dibuixar primer i després es van retallar amb rajoles de taulers de partícules de 8 x 12 polzades. Totes les lletres tenen una mida de fins a 10 d'alçada, amb diferents amplades. Les lletres es tallaven amb una serra de cinta per als exteriors i una serra per als interiors de les lletres.

3) Després de tallar les lletres, es van unir al tauler amb ungla líquida. Això va assegurar que les cartes estaven assegurades al tauler. A continuació, es foradaven les lletres amb un bit de 12 '. Això asseguraria que es mostraran els llums.

4) A continuació, la pantalla es va pintar de blanc i les lletres (C-I-T-A-D-E-L) es van pintar de blau nadó. Després es va afegir un embelliment blau al marc del tauler.

5) Les lletres (T-H-E) es van pintar a la pissarra totes a una alçada de 4 amb amplades variables.

6) El Bulldog a la part inferior del tauler es va pintar sobre el tauler amb una barreja de pintura acrílica. Es foradaven els ulls a través dels ulls amb una broca de 12 mm per adaptar-se a les llums.

7) Finalment, es van col·locar els llums al tauler i el tauler de visualització estava complet.