Cykel energidemo (bygg): 7 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Syftet med denna instruerbara var att skapa en interaktiv cykeldemonstration för att väcka barns intresse för teknik. Projektet fungerar enligt följande, när ett barn trampar cykeln snabbare, kan han aktivera fler lampor på displaykortet, vilket slutligen stavar ordet CITADEL i blå LED -lampor. När ryttaren fortsätter att trampa snabbare kan han sedan aktivera bulldogens ögon som röda LED -lampor. Bredden på varje sammansättning överstiger aldrig 30 tum för att säkerställa att projektet kan passa in i klassrum genom vilken dörröppning som helst. Displaykortet är byggt på hjul så att det är lätt att transportera. Med allt material och verktyg tillgängligt tar detta projekt ungefär 6 till 10 dagar att slutföra till en beräknad kostnad på cirka $ 400 USD om du måste köpa all hårdvara/elektriska komponenter samt cykeln.

Använda verktyg: Borrmaskin, bordssåg, sticksåg, borrpress, slipmaskin, måttband, skruvgrepp, hylsnyckelsats, lödkolv, trådkrympningsverktyg, 3D -skrivare, olika hushållsverktyg (tång, sax, etc.)

Material som används:

12 mm diffusa tunna Digitel RGB LED -pixlar (25 strängar) (2)

GDSTIME 5V DC 50mm fläkt (2)

Arduino Uno

5 mm (HTD) delning, 15 mm brett enkelsidigt bälte

Kent 20 "Boys Ambush Cykel eller någon annan 20" cykel med bakre pinnar

Stor kylfläns - Multiwatt -paket (från Sparkfun) (5)

Weathershield 2”x4” x8’Tryckbehandlat virke Everbilt 1-1/2” (4)

Plywood för displaybräda (vill ha lätt men lite hållbarhet)

Spånskiva för brev

Fyrkantiga träpluggar för displaybrädben

Corner Brace Value Pack (18564)

Everbilt 2”kraftigt hörnstöd (2 -pack)

Grip-Rite # 8 x 2”skruvar (modell # PTN2S1)

24V 250W elektrisk skotermotor för remdrivna skotrar (artikelnr MOT-24250B)

WIR-110, 16 mätare svart strömkabel (12 fot)

WIR-110, 16 mätare röd strömkabel (12 fot)

16-20 gauge tråd

LM338T/NOPB Linjär spänningsregulator

5 Gänganslutningsblock (2)

Lödbrädor

1.0 Ohm motstånd (5)

5,1 kOhm motstånd (2)

150 Ohm motstånd

100 kOhm motstånd

2200 uF kondensator

20 kOhm motstånd

200 pF kondensator

5V zener -diod

2N2905 Transistor eller motsvarande

1,5k potentiometer

LM308 Op-amp

Jumper Wire Kit

Måla / måla penslar

Steg 1: Bygga tränaren

Börja med att skära en 2x4x8 träbitar i två 28 "brädor, ytterligare två brädor vid 24" och två till vid 16 ". Du behöver två 2x4x8 brädor för detta. Skär ytterligare fyra brädor med 45 graders vinklar i varje ände. Dessa två brädor ska vara 10 "långa. Använd de 16 "brädorna, använd en sticksåg för att skära hack i brädan som är 3" djupa och 1 3/4 "breda. Det är bra att spåra dessa dimensioner innan du gör ditt snitt.

Ta 2 av de 10 "brädorna och fäst dem på en av de 16" brädorna. Ställ 16 "-brädan uppåt och luta 10" -brädorna mot varje sida av 16 "så att de ligger i linje med brädan och golvet. Använd skruvar för att fästa de tre brädorna. Upprepa denna process för de återstående 16" och två 10 "brädor.

Markera mitten av 12 "-märket för båda 24" -brädorna och mitten av 16 "-brädorna. Rikta ihop de två märkena så att 16" -kortet är upprätt och spola med 24 "-kortet på sidan. Borra 2 skruvar i 16 "till 24" -kortet och 2 till för varje 10 "-kort till 24" -kortet. Upprepa denna process med det andra 24 "-kortet och 16" -kortet med 10 "-kortet fäst.

Markera därefter mitten av brädet på var och en av de 28 "brädorna. Gör ytterligare ett märke 4" på varje sida av 14 "-märket. Det ska vara 8" mellan dessa 2 märken. Rikta upp de 24 "brädorna på dessa märken med insidan av brädet på märket. Borra 2 skruvar i varje för att fästa de tre brädorna. Upprepa detta med det andra 28" brädet så att alla är anslutna.

Steg 2: Bygga/fästa motorsträckare

Att få fram ett lämpligt sätt att spänna bältet var något laget kämpade med. Vi gick igenom några olika idéer innan vi kom fram till det som ses ovan. En metallglidskena skulle ha varit idealisk, men på grund av en låg budget fick laget nöja sig med en träskena som skiftar.

Börja med att skapa en L -formad figur med 2 "x4" block. Den nedre delen av L -skenan som han ska montera ska vara cirka 8 "lång. Den övre delen är cirka 6" lång. Klipp ytterligare ett 2 "x4" block för motorfästet. Teamet använde en reserv, liten rektangulär trästolpe som vi hittade för att skapa järnvägssystemet. Bottenskenan har två skenor monterade på motorblockets botten. Nyckeln här är att använda trä som är tillräckligt tåligt för att inte splittras när det skruvas in i 2 "x4" s. Teamet använde en borrpress för att borra ett hål hela vägen genom det 2 "x4" block som motorn är monterad på. Ytterligare ett hål borrades genom den övre delen av L. En lång bult kördes hela vägen genom systemet. Var noga med att använda stora brickor i båda ändarna för att fördela lasten. Den slutliga enheten monterades på tränaren med hjälp av L-fästen. Ett litet träblock sattes in mellan skenan och tränaren för att förhindra att systemet tenderar att böja sig under hög spänning. Det är bra att ha någon som håller enheten på plats när den monteras på tränaren för att säkerställa korrekt inriktning med bakdäcket.

Steg 3: Ta bort det bakre däcket från cykeln och fäst bakre pinnar

För att ta bort det bakre däcket från cykeln, töm först däcket. Ta sedan bort muttrarna som håller lagret på plats för bakhjulet. Koppla bort kedjan från bakväxeln. Om cykeln har bakbromsar kan det vara nödvändigt att ta bort de bakre bromsbeläggen. När hjulet och däcket är helt av, använd en kofot för att sträcka ut däcket över hjulets sida. Medan du håller kofoten mellan hjulet och däcket, låt någon vända på hjulet för att långsamt bända av däcket. När du är klar följer du stegen i omvänd ordning för att sätta tillbaka hjulet på cykeln igen. Var noga med att sätta bältet runt hjulet innan du sätter tillbaka det. För att montera tapparna, skjut dem över bakaxeln innan du sätter tillbaka fästmuttrarna.

Steg 4: Bygg kretsen

Kretsen som visas i schemat är erhållen från länken som tillhandahålls:

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

Kretsen vi byggde har två funktioner. Den första är att reglera den variabla likspänningsingången från motorn till en konstant 5V DC -utgång som används för att driva lamporna. Den andra är att använda en spänningsdelare för att minska spänningsutmatningen från motorn till mellan 0 och 5 volt. Denna utgång matas sedan in i Arduino Unos analoga ingångsport som har en gräns på 5V. Arduino Uno är kodad för att aktivera specifika lampor vid en viss spänning. Denna kod finns nedan.

Kretsen som visas i schemat ovan används för att fördela strömmen jämnt mellan 5 linjära spänningsregulatorer (lm338). Dessa regulatorer kan inte helt enkelt placeras parallellt för att fördela lasten eftersom skillnader i deras interna komponenter orsakar något olika utgångar från varje. Den linjära regulatorn som ger högsta effekt slutar ta hela lasten. Genom att använda kretsen ovan stabiliseras utgångarna och fördelar belastningen jämnt. Ljusen drar en maximal ström på cirka 1,5 A konfigurerad med de valda färgerna (48 blå 2 röda). Kodning av lamporna till alla är vita skulle skapa maximal ström som dras (3A). Spänningen regleras från högst 28V till 5V. Detta är en 23V skillnad. 23V x 1,5A = 34,5W effekt som måste släppas ut som värme. Det är därför fördelningen av belastningen mellan regulatorerna är så viktig för teamet. Om en regulator skulle ta all last, skulle den överskrida sin maximala arbetstemperatur.

Bygg först kretsen på en lödfri brödbräda. En ganska stor kondensator (vi använde en 2200 uF) måste placeras tvärs över motoreffekten för att minska dess brus. Detta rensar upp ingången som Arduino tar emot och gör ljusdisplayen mer konsekvent (lampor blinkar inte oregelbundet). Men om du vill skapa en anfallsproducerande maskin, spara $ 2 och ogilla kondensatorn. Inkludera sedan spänningsdelaren. Dra en bygelkabel från spänningsdelaren till Arduino Uno analoga ingång A0. Hoppa Arduino i marken också. Se ritning bifogad. Ytterligare information för att koppla lamporna finns på länken nedan:

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

Steg 5: Testa kretsen

Utrustningen som syns på labbänken ovan är användbar men krävs inte för att testa kretsen. Du behöver dock sätt att vrida likströmsmotorns utgående axel. Helst skulle vi bara ha använt cykeln men eftersom den fortfarande var på posten var vi tvungna att hitta en alternativ lösning. Se till att du vänder motorns polaritet (jordad (svart) tråd blir varm och varm (röd) tråd blir jordad). När allt är anslutet justerar du potentiometern i kretsen tills du får en utspänning på 5V. Vilken vanlig voltmeter som helst kan användas för detta. Kretsen måste ha en rejäl belastning för att korrekt justera spänningsutgången. Arduinos datorprogramvara måste laddas ner för att köra koden för mikrokontrollern. FastLED -biblioteket måste också installeras. När programvaran har laddats ner och du laddar upp koden till Arduino går du till den seriella bildskärmen i det övre högra hörnet och du kommer att kunna observera spänningsingången som Arduino Uno tar emot. Gör justeringar för att kondensera kretsen så långt som möjligt om det behövs och testa igen. Se till att alla komponenter fungerar korrekt innan du går framåt.

Steg 6: Löd kretsen

På bilden ovan kanske du märker att det finns två kretskort byggda. Ursprungligen planerade teamet att använda 10 lm338 linjära spänningsregulatorer, men efter ytterligare tester bestämde en krets med 5 betydande. Den tavla som vi inte behövde innehöll dock spänningsdelaren, så den används fortfarande.

Av personlig preferens beslutade laget att hoppa de linjära regulatorerna till kretskortet. Detta gjorde att vi kunde montera dem lite mer fritt och bättre stödja de stora kylflänsarna. Löd alla komponenter från din prototyp till din nya lödbräda. Vi använde en permaproto-skiva för att kretsen skulle vara en exakt kopia när vi flyttade den från den lödfria brödbrädan. Två 5 gängplintar användes för att skapa snabba kopplingar från motorn och lamporna.

Steg 7: Bygg bildskärmen

Displaykortet byggdes i en serie steg.

1) Displaykortet består av en bräda och ett fäste. Displayen är konstruerad av tunt trä och monterad på ett stativ som är 57 1/2 tum på 5 fot. Stativet stöds av en tvärsnittsstråle som sträcker sig vid 45 grader. vinkel från det bakre benet till det vertikala stativet. Detta konstruerades med trä och skruvar. Efter att brädet och stativet var färdigt, borrades fyra hjul i fästet vid varje respektive hörn

2) Visningen av bokstäverna (C-I-T-A-D-E-L) konstruerades separat från displayen och fästet. Bokstäverna ritades först och klipptes sedan ut av brickor av spånskiva som var 8 tum x 12 tum. Bokstäverna är alla storlek till 10 tum långa, med varierande bredd. Bokstäverna klipptes med en bandsåg för utsidan och en sticksåg för bokstävernas inre.

3) Efter att bokstäverna skurits fästes de på brädet med flytande spik. Detta säkerställde att breven var säkrade till styrelsen. Därefter borrades hål i bokstäverna med en 12 'bit. Detta skulle säkerställa att lamporna skulle visas.

4) Därefter målades displayen vit och bokstäverna (C-I-T-A-D-E-L) målades babyblå. En blå trim tillsattes sedan till brädans ram.

5) Bokstäverna (T-H-E) målades på brädet alla på en 4 i höjd med varierande bredder.

6) Bulldogen längst ner på brädet målades på brädan med en blandning av akrylfärg. Hål borrades genom ögonen med en 12 mm bit för att passa lamporna.

7) Slutligen placerades lamporna i tavlan och displaykortet var klart.