Arduino Water Cycle Diorama: 8 steg (med bilder)

2025 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2025-01-23 15:11

Vi kommer att göra en diorama som presenterar vattencykeln, med Arduino och några motorer för att lägga till rörelse och belysning. Det har en skolkänsla - för det är faktiskt ett skolprojekt!

Presentationsscenariot är detta:

Solen går upp på morgonen [En servomotor rör solen].

Vatten avdunstar från havet [En stegmotor höjer "avdunstningsarket"]

Moln bildas på himlen [En stegmotor sänker bomullsmolnen]

Regn faller [En stegmotor sänker "regnarket"]

Samtidigt ändrar ljus (APA106 lysdioder) färg för att markera soluppgången, den grumliga himlen, blixtarna under regnet.

Material:

1. Arduino Uno
2. 5V stegmotorer och drivrutiner (x3)
3. Servomotor (x1)
4. APA106 lysdioder (x5)
5. Metallrör
6. Skruvar och bultar
7. Papper, tyll, bomull
8. Lim pistol

Så vi kör!

Steg 1: Bygg rutan

Vi har byggt en trälåda, men du kan också använda en kartong. Lådans mått är 40 cm fram, 25 cm djup, 30 cm höjd.

Vi har lagt ett praktiskt lock med gångjärn, så att det är lättare att arbeta genom att lyfta upp det. Dessutom behöver vi inte riktigt bakväggen, så du kan hoppa över det och bara använda lite blått papper för himlen, som visas på bilden.

Steg 2: Fäst motorerna

Vi kommer att fästa stegmotorerna nära toppen av lådan, så att de roterar och lindar upp eller ner vår regntulle, avdunstningstyll och moln.

Först måste vi borra hål.

Använd ett papper för att skapa en mask av motorn, som visas på bilden. Detta gör att du kan markera hålen korrekt [foto]. Borra, fäst sedan motorn med skruvar och bultar.

Steg 3: Fäst axlarna

För axlarna använder vi kopparrör. Mät avståndet med hänsyn till motordjupet, subtrahera ytterligare en cm och klipp 3 bitar.

Använd motoraxeln som en form och använd en tång för att pressa den ena änden av röret runt det.

Använd sedan en skruv som en form, och gör samma sak på andra änden av röret.

Borra ett hål vid den andra väggen, mittemot motoraxeln (mät avstånd). Fäst axeln mellan motoraxeln och skruven genom hålet. Använd en eller två bultar för att fästa skruven och en metallring för att möjliggöra mjukare rotation av axeln, som visas på bilden.

Steg 4: Säkra servomotorn

Använd lite blå-tac under och en metallremsa med skruvar ovanför för att fästa servomotorn på golvet. Detta kommer att användas för att höja solen, som visas på bilden.

Se till att du fäster den i rätt riktning. (Om du gör det fel är det inte ett stort problem, du kan bara redigera det i arduino -koden.)

Använd ett sugrör och lim för att montera solen på motoraxeln.

Steg 5: Anslut elektronik, motorer, lysdioder

Arduino Uno har 14 digitala stift. Vi behöver 4 stift för varje stegmotordrivrutin, plus ett stift för servomotorn, plus ett stift för lysdioderna.

Du kan se den grundläggande anslutningen i schemat. 4 digitala stift är anslutna till drivrutinen. Du behöver en separat strömkälla för föraren (och motorn), eftersom motorer drar ganska mycket ström och du kommer att få problem om du driver dem från Arduino. Du kan använda en USB -laddare och kabel, klippa den, använd +5V och GND för att driva motorn. Du måste också ansluta GND från Arduino -kortet till GND från den externa strömförsörjningen, som visas i schemat.

Stift 0, 1, 2, 3: Motor 2

Stift 4, 5, 6, 7: Motor 1

Stift 8, *10, 11, 12: Motor 0. Observera att vi sparar PIN 9 för servomotorn: i vissa Arduino -kort kan bara stift 9 och 10 driva en servo.

Servomotoranslutningen är ganska standard. Använd Digital Pin 9 för kontrollen. Använd den externa strömkällan, samma som för stegmotorerna, för att driva servon (dvs. inte som schemat, där ström tas från Arduino -kortet.)

APA106 LED -design gör att vi individuellt kan styra flera lysdioder med bara en stift. Vi kommer att använda Digital Pin 13 (som också är ansluten till den inbyggda lysdioden på Arduino-kortet). Den grundläggande kopplingen kan ses på schemat. APA106 har fyra stift. De två mellersta stiften är för +5V och GND. Sedan ansluter vi den första lysdiodens DATA IN till stift 13, dess DATA OUT till den andra lysdiodens DATA IN, etc. Varje efterföljande lysdiod tar sin DATA IN -signal från DATA OUT från föregående. Den sista lysdiodens DATA OUT kan lämnas oansluten.

Du kanske vill säkra lysdioderna på fodralet efter att du gjort dekorationen, så att du kan inspektera belysningen bättre. Alternativt kan du inte säkra dem med varmt lim och installera dekorationerna efteråt.

Steg 6: Arduino -koden

Här är en beskrivning av vad koden gör.

Soluppgång: Servomotorn går från 10 till 50 grader, hastighet 2 grader/sek, medan belysningen ändras från röd (gryning) till vit (middagstid).

Förångning: En stegmotor lindar axeln där "ångorna" tyllen är fäst och höjer den. Du kan behöva justera antalet varv, beroende på dina dimensioner.

Moln: En stegmotor rullar upp axeln för att avslöja molnen. Scenfärgerna ändras till en "regnig" inställning.

Regn: En stegmotor rullar upp "regn" tyllaxeln. Vi har slumpmässiga blixtar, där färgen ändras till vitt ett tag - och sedan tillbaka till "regnigt".

Systemåterställning: Ljusen är släckta och motorerna slingrar sedan tillbaka axlarna så att systemet är redo att göra en ny iteration när den är inkopplad igen.

Observera att vi har valt att bara ha en enda körning och sedan en återställning, så att vi minimerar risken för att någon stoppar systemet i mitten av åtgärden. I så fall skulle vi ha tullarna halvvindade på axlarna, så att systemet inte skulle fungera korrekt.

Lek med koden lite innan du lägger till dekorationerna. Du kommer att göra finjusteringar senare.

Steg 7: Gör och fäst dekorationerna och lysdioderna

Vi har valt en 2,5D -representation av ett landskap. Den består av 4 lager av landskap, det ena bakom det andra. Det finns också en himmel på baksidan. Mellan himlen och det bakre skiktet, den med bergen, är där solen ligger, fäst på servomotorn.

Regn- och förångningstullarna viks och döljs mellan de andra skikten när de är nere. De är fästa vid axlarna ovan med tråd.

Molnen är små bomullstussar (de som används för de-makeup är praktiska), som fästs oberoende på molnaxeln med tråd. Du lindar tråden på axeln, och genom att packa upp den kommer molnen ner.

Lysdioderna är anslutna i en kedja och limmade mellan lagren, först LED på baksidan, så att den senare ansluts till Arduino -kortet.

För regnet klippte vi små bitar av vattendroppsformat papper och limmade det på en tyll. På bilden kan du se att vi limmar lite vikt, t.ex. små nötter, bakom vattendropparna (och metallringar bakom "ångorna"), så att tyllet förs ner av tyngdkraften istället för att sväva i mitten. Övre och nedre delen av tyllet lindas runt en penna med ätpinne, även för vikt. Denna sista "touch" ger en "barnslig" lapp till dioraman (detta var tänkt att se ut som ett barnprojekt). Du kan använda något annat, mer osynligt, för att lägga vikt på tyllen, om du vill.

Steg 8: Anslut Arduino och montera den på brädet

Du måste ansluta motordrivrutiner, servomotor, lysdioder på Arduino. Stiften är noterade i koden.

Du kan höja Arduino- och motordrivbrädorna på fodralet med varmt lim och gömma dem bakom pappersbergen. Använd en liten brödbräda för att driva motorerna från en extern källa. Strömkablarna, för arduino och motorer, kommer att gå ut från baksidan.

Finjustera koden så är du klar!

Ha så kul!