Digital skattkista: 6 steg (med bilder)

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

Jag studerar spel- och interaktionsteknik vid Utrecht University of the Arts. Det finns ett projekt som heter "If this then that" där du blir ombedd att bygga en interaktiv produkt. Du ska använda en Arduino, designa ett intressant interaktivt element och bygga en fin och professionell prototyp runt den. Jag hade några tydliga personliga önskemål när jag gick in i det här projektet: jag ville lära mig att svetsa, jag ville lära mig att programmera i C/C ++ och jag ville köra en 14-segmentskärm som hade legat runt min plats för alltid. Det tog mig ett par veckor att komma på en idé som knöt ihop dessa men så kom det till sist till mig: Jag tänkte göra en kista som du behöver öppna med en kod, men inte någon kod. En trycksensor läses kontinuerligt och visas på en display, du måste nå rätt nummer och bekräfta det tre gånger för att låsa upp bröstet.

Jag ville att bröstet skulle ha ett slags modernt industriellt utseende så mitt materialval var stål och trä.

Till slut är jag ganska nöjd med hur det blev hur! Jag skrev stegen nedan så att du kan återskapa eller till och med förbättra det! Ha så kul!

Steg 1: Samla ingredienser

Innan vi börjar behöver vi några delar. Här är hela listan:

Hölje:

• 350 cm fyrkantigt stålrör, 20x20x2mm
• 6x 26x26x0.9cm plywoodpaneler (det mest effektiva sättet är att skära en bräda som är större än 52x72cm i sex bitar, men se till att du har lite trä kvar!)
• 1x 26x22x0.9cm plywoodpanel
• 90 cm 22x30 mm trä (skuren i bitar om 26 cm, 2x 18 cm och 2x 12 cm)
• Små gångjärn
• 2x ackordslingor
• Skruvar: 4,0x16, 4,0x20, 4,0x25, 3,0x12 (cirka tio av varje, inklusive lite extra)
• Bultar: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (cirka tio av varje, inklusive lite extra)
• Muttrar: M3, M6, M10
• Hantera
• 2x 8cm 25x4mm stålstänger

Elektronik:

• Knapp
• LED röd
• LED blå
• Kraftkänsligt motstånd
• Lås-stil solenoid (min är en 12V 650mA modell)
• HDSP-A22C 14-segmentskärm
• MCP23017 Digital I/O -expander
• 15x motstånd 470
• 3x motstånd 1k
• 6x motstånd 10k
• 1N4007 -diod
• 2x BC547B transistor
• 2x BC557B transistor
• TIP31A transistor
• 12V 1A väggadapter

Steg 2: Bygga en bröstkorg - stålramen

Bröstet är en 30 cm stor kub, gjord av stålrör och träpaneler. I garaget hittade jag fina fyrkantiga rör på 20x20mm med 2mm tjocka väggar. Väggarna måste vara tillräckligt tjocka för att svetsa och att tejpa gängade hål för M3 -bultar. 2 mm är den perfekta tjockleken för detta. Naturligtvis kan du använda någon form av stålrör för detta om du har några bättre idéer.

Det mest eleganta sättet att bygga ramen är att göra två rutor på 30x30cm och sedan ansluta dessa två rutor med 26cm (30 - 2*2) rör. För att göra rutorna skär du de långa stålrören diagonalt i åtta bitar. Bitarnas ändar ska skäras i en vinkel på 45 grader mot varandra. De långa ändarna på stycket är 30 cm. När du använder en monterad såg är det enkelt att rotera bladet i 45 grader och vrida röret efter varje bit. Detta slösar minst material. När du har de åtta snittskurna bitarna är det dags att klippa ytterligare fyra raka. Dessa bitar är 26 cm långa.

Skär sedan slutligen tio bitar på cirka 6 cm av en 20x4 mm stålstång. Dessa kommer att vara monteringspunkterna för träpanelerna.

När all metall är klar är det dags att svetsa. Den tuffaste delen här är att föra ut rören du har klippt. Låt oss börja med de övre och nedre rutorna. Ta de diagonala bitarna och rada ut dem i en fyrkant på en träbit. Ett tips här är att använda en grovt fyrkantig platta på ca 30cm så att du kan låta hörnen falla av kanterna om du lägger ut dem i 45 graders vinkel jämfört med träet. Fäst dem med några klämmor och se till att metallen vidrör i alla hörn så att elen kan flöda från varje bit till nästa under svetsning. Om du aldrig har svetsat förut är det dags att träna lite, för om du förstör det kan du göra allt hittills. Hur som helst, svets bitarna ihop i hörnen (jag valde att göra det på insidan) och du har nu slutfört den första delen! Den andra rutan är lättare att rada ut eftersom du bara kan lägga den ovanpå den första. Svetsa ihop dessa också. Om allt gick rätt borde du nu ha två identiska stålrutor.

Vid denna tidpunkt kommer du att vilja fästa fästpunkterna för träet. Jag använde två stycken för varje panel på kubens motsatta kanter. Jag valde ett specifikt mönster så att ingen bit skulle komma i vägen för locket och så att jag inte skulle behöva montera två bitar på samma kant. Du kan göra det hur du vill, så länge kanten där solenoiden kommer att låsas inte har någon.

Vid denna tidpunkt tog jag också ett slipverktyg med en stålborste fäst för att rengöra stålet. Barerna hade några rostiga fläckar på den och jag tyckte att den gav dem ett snyggt utseende.

För att slutföra byggandet av stålramen behöver vi bara ansluta de två rutorna vi har nu. Det enklaste sättet är att placera dem upprätt på en plan yta och lägga två av de 26 cm rören mellan dem. Ett extra par händer kommer att vara mycket användbara när du klämmer ner dem. Svetsa ihop detta och upprepa det för andra sidan.

Om allt gick rätt borde stålramen vara klar nu!

Steg 3: Bygga en bröstkorg - sidorna och locket

För att avsluta bröstet måste vi lägga till träpanel på sidorna. kom ihåg att elektroniken kommer att vara gömd i locket, så du kommer att behöva lite mer tallrik än bara 6 bitar på 26x26cm. På byggvaruhuset hade de 122x61cm, vilket var perfekt. Jag valde lite tunnare trä än vad jag ursprungligen tänkt men det såg bättre ut än tjockare trä skulle ha gjort. När stålröret är 2 cm brett, har rundade hörn och fästet är 4 mm brett, kommer du att sitta kvar med cirka 10 mm för panelen medan du fortfarande ser bra ut. Plattorna jag hittade var 9 mm tjocka så det var perfekt.

Skär plattorna i sex paneler på 26x26cm. Om din svets är lite stor måste du klippa av hörnen. När du har tallrikarna, lägg ut dem i ramen. Det är bekvämt att märka vilken som går vart. I mitten av träet, markera platsen där de två hålen kommer att vara. Placera träet i ramen på respektive plats och borra hålet för bulten. Jag hade M6 -bultar liggande men alla bultar är bra. Större bultar kan ge det ett djärvare utseende, men även en M3 kan hålla ihop det alldeles utmärkt. Se till att bultarna inte är för långa, eftersom de sticker ut i ramen. Det är här du kommer att lägga dina saker så när det kommer långa bultar som sticker ut kommer det att bli lite obekvämt. Om du använde exakt samma materialdimensioner som jag, borde en 20 mm bult vara det du siktar på. När hålen är borrade kan du montera plattorna men se till att vänta med att fästa något innan locket är klart, du kommer inte att vilja låsa dig!

För locket börjar vi med en av plattorna vi skär till sidorna. Tanken är att göra locket till ett fodral för elektroniken. På byggvaruhuset hittade jag också en 22x30 mm träbit, vilket skulle göra den perfekta distansern. Den ger tre centimeter där du kan dölja din el. Innan vi limmar dessa på locket måste vi göra hål i träet. De är alla runda hål utom det för displayen. För de runda, använd en borr. För storleksreferens, använd schemat i bilderna ovan. För displayen kan du använda antingen en elektrisk sticksåg eller en fräs om du vill vara mer exakt. När alla hål är skurna och borrade kan du limma träbitarna på sidorna av panelen, i upprätt läge! Var också försiktig så att solenoiden fortfarande passar i det utrymme som finns kvar. När allt är limmat, ta de exakta måtten och skär ytterligare en träpanel till dessa dimensioner. Du vill redan skruva fast den på undersidan av träavstånden så att du kan skära hörnen i linje med hörnet på panelen du började med.

Nu måste vi göra knapparna för trycksensorn och åtgärdsknappen. Vi vill dölja den faktiska knappen för användaren så att vi monterar dem under locket, inuti elektronikfacket. Jag skär helt enkelt ett par små bitar av trä från den kvarvarande plywooden för att fungera som distanser. Löd tryckknappen på ett kretskort och skruva fast det på träbitarna som är limmade på lockets undersida och se till att knappen kommer ut exakt i mitten av hålet. Trycksensorn är lite annorlunda. För detta, använd också två distansbitar limmade på locket också, men ta en tredje bit för att göra en bro över hålet. Limma sensorn exakt i mitten av hålet.

För att styra knapparna genom locket vore det idealiskt att 3d-skriva ut något. Tyvärr hade jag inte tid med detta så jag improviserade. Du kan göra vad du vill, men ett tips här är att du behöver något för att hindra knappen från att falla ut på båda sidor. Jag använde förkortade bultar med en mutterskurna i hälften i ena änden och jag täckte över det med något jag hittade liggande.

Nästa sak att montera är solenoiden. Varje solenoid är något annorlunda men det enklaste sättet att montera de flesta solenoider är att lägga trä mellan tegelstenen och locket tills det exakt glider bakom ramen, men också tillräckligt långt tillbaka för att inte vidröra träet när det förlängs. För mig var detta 6 mm. Jag fick sedan slipa bort lite stål senare igen för i slutändan var det fortfarande inte tillräckligt långt ner. Jag borde nog ha haft 7 eller 8 mm.

Locket är nu mest gjort och bara elektroniken behöver läggas till. Detta är rätt ögonblick för att först fästa locket på ramen. Försök att få några små gångjärn i en lokal butik, dessa ska inte vara större än stålröret (~ 18 mm)! Beroende på storlek och kvalitet på dessa gångjärn kan du använda antingen två eller tre. Markera deras position på ramen och på locket. Få nu ett extra par händer som håller locket på plats medan du markerar var du ska borra hål. Hålen i stålröret ska vara gängade så att du bara kan skruva i en bult utan att behöva oroa dig för hur du ska fästa den. När gångjärnen är fästa på ramen, ta tillbaka de extra händerna och skruva locket på gångjärnen med några små skruvar. Eftersom du måste arbeta med locket senare igen kan du också vänta med detta steg tills allt är klart.

Nu är vi redo att arbeta med elektroniken!

Steg 4: Elektroniken

Kretsen består av fem separata kretsar. De flesta av dessa är ganska enkla: en enkel LED med ett motstånd eller en tryckknapp ansluten till en Arduino -stift. De två mer komplicerade kretsarna är de som driver displayen och magnetlåset.

Displayen har 15 separata stift som måste drivas. En grundläggande Arduino kan driva högst 19 stift. Jag behövde ytterligare 5 stift för resten av designen så jag hade ont. Jag hittade lösningen genom att använda en I2C driven I/O -expander, MCP23017. Kombinerat med Adafruit -biblioteket för den här enheten är det riktigt enkelt att använda. Den del av kretsen som är ansluten till stift GPA0 används för att växla mellan de två vanliga anoderna på HDSP-A22C-skärmen. När den är hög, driver den tecken 1 och när den är låg driver den tecken 2. Nackdelen med att använda denna expander är att den skriver till utgångsstiften så snart en byte skrivs. Detta orsakade spöke. Tyvärr kunde jag inte lösa detta med hårdvara så jag använde programvara för att kringgå problemet.

Eftersom solenoiden jag använde drivs av 12V (för vilken du bara kan använda valfri 12V -strömförsörjning, koppla in den i Arduino och löd en kabel till den), behövde jag en förstärkarkrets (Darlington) för att driva den med en Arduino -stift. Glöm inte heller en diod för att dämpa toppströmmar som genereras av elektromagneterna i solenoiden!

Tänk på var du ska placera dem vid lödning av kretsarna. Jag höll en liten kant runt alla mina brädor så att jag kunde skruva fast dem på några distansbitar (rester från sidopanelerna) limmade på locket. För lysdioderna kan du löda en tråd med ett motstånd direkt till lysdioden och använda värmekrymprör för att täcka upp den och se till att den inte går sönder. Använd varmt lim för att hålla alla trådar lödda direkt på en bräda från att brytas av.

Efter att allt har lödts är det dags att ansluta allt! Jag fick några kvinnliga rubriker för att utöka 5V- och GND -skenorna, så jag behöver inte lödda ihop allt och så kan jag enkelt koppla bort eller byta ut något om det går sönder. Om du använde en liknande träbit på lockets sidor som jag, kommer du att märka att det inte finns mer utrymme att koppla in något till Arduino. Den enklaste lösningen på detta är att bara böja stiften i 90 graders vinkel och plugga in dem på det sättet.

Den sista delen är den enklaste och det är att ladda upp koden.

Steg 5: Koden

Hela koden gjordes med PlatformIO. Om du inte är bekant med detta kan du helt enkelt kopiera och klistra in det i en Arduino -skiss. Om du är kan du bara ladda ner programmet och ladda upp det till din Arduino. Koden finns på min Github. Ta en titt runt i programkonfigurationsdelen och ändra värden som du tycker (särskilt intressanta är stiften och kombinationen). Standardkombinationen är 43 - 50 - 99.

Steg 6: Finisher

När allt är klart och monterat och börjar fungera är vi redo att lägga till de sista detaljerna som gör att allt fungerar.

För att förhindra att locket faller genom ramen kan du montera två blockeringsplattor monterade på lockets sida. Jag använde en 25x4 mm stålstång som jag hittade, skar den i bitar på cirka 8 cm, jag borrade hål i dem och skruvade fast dem på locket.

En annan sak som jag lade till locket var ett handtag - ganska användbart om du någonsin vill öppna det. Jag var tvungen att borra djupt i lockets sidor för att montera det men det blev snyggt.

En annan viktig touch är att lägga till ett litet ackord för att förhindra att locket faller för långt bakåt och skadar gångjärnen. Min lösning var att använda skruvkrokar på locket och på insidan av bröstet där jag kunde fästa ett ackord.

För att få ström inuti locket, borra ett litet hål i en av kanterna och såga det uppifrån. Sätt i en skruv i en annan kant och binda ihop ackordet till skruven för att förhindra att någon av misstag drar ut kraftkordet och låser dig ur bröstet för alltid.

Slutligen har du kanske märkt att du inte kan stänga locket än. Detta beror på att det finns nötter i vägen. Skär bara bort lite trä här för att få plats med dessa nötter.

Och det är allt! Så kan du reproducera den digitala skattkistan själv! Och glöm inte att bära rätt skyddsutrustning när du använder farliga verktyg!