Cofre del tresor digital: 6 passos (amb imatges)

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

Estudio tecnologia de jocs i interaccions a la Universitat de les Arts d’Utrecht. Hi ha un projecte anomenat "Si això llavors allò", on se us demana que creeu un producte interactiu. Heu d’utilitzar un Arduino, dissenyar un element interactiu interessant i construir un prototip agradable i d’aspecte professional al seu voltant. Tenia algunes ganes personals clares d’entrar en aquest projecte: volia aprendre a soldar, volia aprendre a programar en C / C ++ i volia conduir una pantalla de 14 segments que havia estat al meu lloc per sempre. Vaig trigar un parell de setmanes a fer-me una idea que les relacionés, però finalment em va venir: anava a fer un cofre que cal obrir amb un codi, però no amb cap codi. Un sensor de pressió es llegeix i es mostra contínuament a la pantalla, haureu d’arribar al nombre correcte i confirmar-lo tres vegades per desbloquejar el pit.

Volia que el cofre tingués una mena d’aspecte modern i industrial, de manera que la meva elecció material era l’acer i la fusta.

Al final, estic molt content de com va resultar com! A continuació he escrit els passos perquè pugueu recrear-lo o fins i tot millorar-lo. Diverteix-te!

Pas 1: Recopilació d’ingredients

Abans de començar, necessitarem algunes parts. Aquí teniu la llista completa:

Carcassa:

• Tub d'acer quadrat de 350cm, 20x20x2mm
• Taulers de fusta contraxapada de 6x 26x26x0,9cm (la forma més eficient és tallar un tauler de més de 52x72cm en sis peces, però assegureu-vos que us quedi fusta).
• 1x panell contraxapat de 26x22x0,9cm
• Fusta de 90cm 22x30mm (tallada en trossos de 26cm, 2x 18cm i 2x 12cm)
• Frontisses petites
• 2x bucles d'acords
• Cargols: 4.0x16, 4.0x20, 4.0x25, 3.0x12 (uns deu de cadascun, inclosos alguns de recanvi)
• Perns: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (uns deu de cadascun, inclosos alguns de recanvi)
• Femelles: M3, M6, M10
• Gestionar
• Barres d'acer de 2x 8cm 25x4mm

Electrònica:

• Botó
• LED vermell
• LED blau
• Resistència sensible a la força
• Solenoide tipus pany (el meu és un model de 12V 650mA)
• Pantalla de 14 segments HDSP-A22C
• Ampliador d'E / S digital MCP23017
• Resistència 15x 470
• 3x resistència 1k
• 6x resistència 10k
• 1N4007 díode
• 2x transistor BC547B
• 2x transistor BC557B
• Transistor TIP31A
• Adaptador de paret de 12V 1A

Pas 2: Construir un cofre: el marc d’acer

El cofre és un cub gran de 30 cm, fet de tubs d’acer i panells de fusta. Al garatge vaig trobar bonics tubs quadrats de 20x20mm amb parets de 2mm de gruix. Les parets han de ser prou gruixudes per soldar i fer forats roscats per als cargols M3. 2 mm és el gruix perfecte per a això. Per descomptat, podeu utilitzar qualsevol tipus de tub d'acer per a això si teniu millors idees.

La forma més elegant de construir el marc és fer dos quadrats de 30x30cm i connectar aquests dos quadrats amb tubs de 26cm (30 - 2 * 2). Per fer els quadrats, talleu els tubs llargs d’acer en diagonal en vuit trossos. Els extrems de les peces s’han de tallar amb un angle de 45 graus cap a l’altre. Els extrems llargs de la peça mesuren 30 cm. Quan s’utilitza una serra muntada, és fàcil girar la fulla a 45 graus i girar el tub després de cada peça. Això malgasta el mínim material. Després de tenir les vuit peces tallades en diagonal, és hora de tallar-ne quatre de més rectes. Aquestes peces tenen una longitud de 26 cm.

A continuació, talleu finalment deu trossos d’uns 6cm d’una barra d’acer de 20x4mm. Aquests seran els punts de muntatge dels panells de fusta.

Quan tot el metall estigui a punt, és hora de soldar. El més difícil aquí és revestir els tubs que heu tallat. Comencem pels quadrats superior i inferior. Agafeu les peces diagonals i folreu-les en un quadrat sobre un tros de fusta. Un consell aquí és utilitzar una placa aproximadament quadrada d'uns 30 cm per deixar caure les cantonades de les vores si les traieu en un angle de 45 graus en comparació amb la fusta. Fixeu-los amb unes pinces i assegureu-vos que el metall toqui a totes les cantonades perquè l’electricitat pugui fluir de cada peça a la següent mentre es solda. Si mai no heu soldat abans, ara és el moment de practicar una mica perquè, si ho desordeneu, podeu fer-ho tot fins ara. De totes maneres, soldeu les peces a les cantonades (he escollit fer-ho per dins) i ja heu acabat la primera part. El segon quadrat és més fàcil de traçar, ja que només podeu col·locar-lo a sobre del primer. Soldeu-les també. Si tot anava bé, ara hauríeu de tenir dues caselles d’acer idèntiques.

En aquest moment voldreu fixar els punts de muntatge de la fusta. Vaig utilitzar dues peces per a cada panell a les vores oposades del cub. Vaig escollir un patró específic perquè cap peça no s’interposés a la tapa i, per tant, no hagués de muntar dues peces al mateix cantell. Podeu fer-ho com vulgueu, sempre que la vora on es bloquejarà el solenoide no en tingui cap.

En aquest punt també vaig agafar una eina de rectificat amb un raspall d’acer connectat per netejar l’acer. Les barres tenien alguns punts rovellats i em va semblar que els donava un aspecte agradable.

Per acabar de construir el marc d’acer només necessitem connectar les dues caselles que tenim ara. La manera més senzilla és col·locar-los en posició vertical sobre una superfície plana i posar dos dels tubs de 26 cm entre ells. Un parell de mans addicionals resultarà molt útil quan les estigueu subjectant. Soldeu-ho junt i repetiu-lo per l’altre costat.

Si tot anava bé, el marc d’acer ja s’hauria de fer!

Pas 3: Construir un cofre: els costats i la tapa

Per acabar el pit, hem d’afegir panells de fusta als laterals. tingueu en compte que l’electrònica quedarà amagada a la tapa, de manera que necessitareu una mica més de placa que només 6 peces de 26x26cm. A la botiga de bricolatge tenien 122x61cm, la qual cosa era perfecte. Vaig triar una fusta una mica més prima del que pretenia originalment, però va acabar tenint un aspecte millor del que hauria estat la fusta més gruixuda. Quan el tub d’acer faci 2 cm d’amplada, tingui cantonades arrodonides i la muntura tingui una amplada de 4 mm, us quedaran uns 10 mm per al panell, encara que mantingueu un bon aspecte. Les plaques que vaig trobar tenien un gruix de 9 mm, de manera que era perfecte.

Talleu les plaques en sis panells de 26x26cm. Si la soldadura és una mica gran, haureu de tallar les cantonades. Quan tingueu les plaques, poseu-les al marc. És convenient etiquetar a quin lloc va. Al mig de la fusta, marqueu el lloc on hi haurà els dos forats. Col·loqueu la fusta al marc al seu lloc respectiu i practiqueu el forat del cargol. Tenia cargols M6 estirats, però qualsevol cargol és bo. Els cargols més grans podrien donar-li un aspecte més atrevit, però fins i tot un M3 pot mantenir-lo bé. Assegureu-vos que els parabolts no siguin massa llargs, ja que sortiran al marc. Aquí és on col·locareu les vostres coses, de manera que, quan hi hagi cargols llargs, sortirà una mica incòmode. Si heu utilitzat les mateixes dimensions materials que jo, hauríeu de ser un pern de 20 mm. Quan es perforin els forats, podeu muntar les plaques, però assegureu-vos d’esperar amb la subjecció qualsevol cosa abans que s’acabi la tapa, ja no us voleu bloquejar.

Per a la tapa, comencem per una de les planxes que tallem pels laterals. La idea és convertir la tapa en un estoig per a l’electrònica. A la botiga de bricolatge també vaig trobar un tros de fusta de 22x30 mm, que faria el distanciador perfecte. Proporciona tres centímetres on podeu amagar elèctric. Abans d’enganxar-los a la tapa, hem de fer forats a la fusta. Són forats rodons, excepte el de la pantalla. Per a les rodones, utilitzeu un trepant. Per fer referència a la mida, utilitzeu l’esquema de les imatges anteriors. Per a la pantalla podeu utilitzar una serra elèctrica o una fresadora si voleu ser més precisos. Un cop tallats i foradats tots els forats, podeu enganxar els trossos de fusta als costats del tauler, en posició vertical. Tingueu també en compte que el solenoide encara quedi a l'espai que sobra. Quan estigui tot enganxat, feu les mesures exactes i talleu un tauler més de fusta a aquestes dimensions. Ja voldreu cargolar-lo a la part inferior dels separadors de fusta perquè pugueu tallar les cantonades a l’alçada de la cantonada del tauler amb què vau començar.

Ara hem de fer els botons del sensor de pressió i el botó d’acció. Volem ocultar el botó real de l'usuari, de manera que el muntarem sota la tapa, dins del compartiment de l'electrònica. Simplement tallo un parell de petits trossos de fusta de la fusta contraxapada que sobren per fer d’entretenidors. Soldeu el polsador a un PCB i enrosqueu-lo sobre els trossos de fusta que s’enganxen a la part inferior de la tapa, assegurant-vos que el botó surt exactament al centre del forat. El sensor de pressió és una mica diferent. Per a això, utilitzeu també dues peces espaiadores enganxades a la tapa, però agafeu una tercera peça per fer un pont sobre el forat. Enganxeu el sensor exactament al centre del forat.

Per controlar els botons a través de la tapa, seria ideal imprimir en 3D alguna cosa. Malauradament, no vaig tenir temps per això, així que vaig improvisar. Podeu fer el que vulgueu, però un consell aquí és que necessiteu alguna cosa que impedeixi que el botó caigui pels dos costats. He utilitzat parabolts escurçats amb una femella tallada per la meitat per un extrem i l’he tapat amb alguna cosa que he trobat estesa al voltant.

El següent que cal muntar és el solenoide. Tots els solenoides són lleugerament diferents, però la forma més senzilla de muntar la majoria dels solenoides és posar capes de fusta entre el maó i la tapa fins que rellisqui exactament darrere del marc, però també prou enrere per no tocar la fusta quan s’estén. Per a mi això era de 6 mm. Després vaig haver de triturar una mica d’acer més tard perquè al final encara no estava prou avall. Probablement hauria d’haver tingut uns 7 o 8 mm.

La tapa ja està feta principalment i només cal afegir l'electrònica. Aquest és el moment adequat per fixar primer la tapa al marc. Proveu d’aconseguir algunes petites frontisses en una botiga local, ja que no haurien de ser més grans que els tubs d’acer (~ 18 mm). En funció de la mida i la qualitat d’aquestes frontisses, podeu utilitzar-ne dos o tres. Marqueu la seva posició al marc i a la tapa. Ara obtingueu un parell de mans addicionals que mantindran la tapa al seu lloc mentre marqueu on fer els forats. Els orificis del tub d’acer s’han de roscar perquè pugueu cargolar un cargol sense haver de preocupar-vos de com subjectar-lo. Quan les frontisses estiguin fixades al marc, torneu les mans addicionals i cargoleu la tapa de les frontisses amb uns cargols petits. Com que heu de treballar a la tapa més tard, podeu esperar amb aquest pas fins que tot estigui acabat.

Ara ja estem preparats per treballar en electrònica.

Pas 4: l'electrònica

El circuit consta de cinc circuits separats. La majoria són bastant senzills: un led senzill amb una resistència o un polsador connectat a un pin Arduino. Els dos circuits més complicats són els que condueixen la pantalla i el bloqueig del solenoide.

La pantalla té 15 pins separats que cal accionar. Un Arduino bàsic pot conduir com a màxim 19 pins. Necessitava 5 pins més per a la resta del disseny, així que em quedava curt. Vaig trobar la solució en utilitzar un expansor d'E / S impulsat per I2C, l'MCP23017. Combinat amb la biblioteca Adafruit per a aquest dispositiu, és molt senzill d’utilitzar. La part del circuit connectada al pin GPA0 s’utilitza per alternar els dos ànodes comuns de la pantalla HDSP-A22C. Quan és alt, condueix el caràcter 1 i, quan és baix, condueix el caràcter 2. L’inconvenient de l’ús d’aquest expansor és que escriu als pins de sortida tan bon punt s’escriu un byte. Això va provocar fantasmes. Malauradament, no vaig poder resoldre això amb el maquinari, així que vaig utilitzar programari per eludir el problema.

Com que el solenoide que he utilitzat és alimentat per 12V (per al qual només podeu utilitzar qualsevol font d’alimentació de 12V, connecteu-lo a l’Arduino i soldeu-hi un cable), necessitava un circuit amplificador (Darlington) per accionar-lo amb un pin Arduino. Tampoc oblideu un díode per esmorteir els corrents màxims generats pels electroimants del solenoide.

Quan soldeu els circuits, tingueu en compte on els col·loqueu. Vaig mantenir una petita vora al voltant de tots els meus taulers per poder cargolar-los en algunes peces espaiadores (restes dels panells laterals) enganxades a la tapa. Per als LEDs, podeu soldar un cable amb una resistència directament al LED i utilitzar tubs de contracció de calor per tapar-lo i assegurar-vos que no es trenqui. Feu servir cola calenta per evitar que es trenquin tots els cables soldats directament a un tauler.

Després de soldar-ho tot, és hora de connectar-ho tot. Vaig aconseguir algunes capçaleres femenines per ampliar els rails de 5 V i GND, de manera que no he de soldar-ho tot junt i així puc desconnectar o substituir alguna cosa fàcilment si es trenca. Si heu utilitzat un tros de fusta semblant a mi per als costats de la tapa, notareu que ja no hi ha espai per connectar res a l’Arduino. La solució més senzilla és doblegar els passadors en un angle de 90 graus i connectar-los d’aquesta manera.

La darrera part és la més senzilla, és a dir, pujar el codi.

Pas 5: el codi

Tot el codi es va fer mitjançant PlatformIO. Si no esteu familiaritzat amb això, podeu copiar-lo i enganxar-lo en un esbós d'Arduino. Si ho sou, només podeu descarregar el programa i penjar-lo al vostre Arduino. El codi es pot trobar al meu Github. Feu una ullada a la secció de configuració del programa i canvieu els valors segons convingueu (són especialment interessants els pins i la combinació). La combinació predeterminada és 43 - 50 - 99.

Pas 6: Acabat de tocs

Un cop fet tot, muntat i començat a funcionar, estem preparats per afegir els darrers trossos de detalls que permetran que tot funcioni.

Per evitar que la tapa caigui pel marc, podeu muntar dues plaques de bloqueig muntades al costat de la tapa. Vaig fer servir una barra d’acer de 25x4mm que vaig trobar, la vaig tallar en trossos d’uns 8cm, hi vaig fer forats i els vaig cargolar a la tapa.

Una altra cosa que vaig afegir a la tapa va ser un mànec, molt útil si mai voleu obrir-lo. Vaig haver de perforar profundament els costats de la tapa per muntar-la, però va resultar fantàstic.

Un altre toc important és afegir un petit acord per evitar que la tapa caigui massa enrere i faci malbé les frontisses. La meva solució era utilitzar ganxos cargolats a la tapa i a la part interior del pit on podia fixar un acord.

Per obtenir energia a la tapa, practiqueu un petit forat en una de les vores i veureu-lo des de la part superior. Col·loqueu un cargol en un altre cantell i lligueu l’acord amb el cargol per evitar que algú tregui accidentalment l’acord de potència i us quedi tancat del pit per sempre.

Finalment, és possible que us hàgiu adonat que encara no podeu tancar la tapa. Això es deu al fet que hi ha fruits secs en el camí. Només heu de tallar una mica de fusta aquí per deixar lloc a aquests fruits secs.

I ja està! Així és com podeu reproduir vosaltres mateixos el cofre digital! I no us oblideu de portar equip de protecció adequat quan utilitzeu eines elèctriques perilloses.