Makecourse: o Barco Solitário: 11 Passos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Este instrutível foi criado em cumprimento ao requisito do projeto do Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com).

Novo no Arduino, impressão 3D e design auxiliado por computador (CAD)? Este projeto é uma ótima maneira de aprender todos os conceitos básicos por trás desses tópicos e oferece espaço para que sua criatividade a torne sua! Possui muita modelagem CAD para a estrutura do barco, uma introdução aos sistemas autônomos e introduz o conceito de impermeabilização de impressões 3D!

Etapa 1: Lista de Materiais

Para começar o projeto, primeiro você precisa saber com o que estará trabalhando! Aqui estão os materiais que você deve ter antes de começar:

• 1 microcontrolador Arduino Uno R3 e cabo USB (Amazon Link)
• 1 controlador de motor L298N (Amazon Link)
• 4x (2 são backups) motores DC 3-6V (Amazon Link)
• 2 motores de passo 28BYJ-48 e módulos ULN2003 (Amazon Link)
• 1 carregador de telefone portátil para alimentação (aqui está o que usei, mas é um pouco grande. Você pode usar outro, se preferir: Amazon Link)
• 1 sensor Ultrasonic HCSR04 (este link tem alguns extras adicionados com alguns fios de jumper: Amazon Link)
• 3 pacotes de fios de ligação (macho-fêmea, macho-macho, fêmea-fêmea. Amazon Link)
• 1x selo de lata de flex (16 onças, Amazon Link)
• 1x fita do pintor (Amazon Link)
• 1x lixa de grão fino (cerca de 300 é bom)
• Alguns palitos de picolé e pincéis para aplicação de vedação flexível

• Acesso à impressão 3D. (Aqui está uma impressora 3D relativamente barata e eficaz - Amazon Link)

  • Filamento vermelho para impressão 3D (Amazon Link
  • Filamento preto para impressão 3D (Amazon Link)

Sinta-se à vontade para adicionar qualquer material que você encontrar para a sua versão do projeto!

Etapa 2: Design e peças impressas em 3D

A primeira parte deste projeto é criar um sistema mecânico para que ele funcione. Isso incluiria muitas peças, incluindo o casco, tampa, pás, eixos dos motores para as pás, uma montagem para o sensor e o eixo no qual a montagem do sensor assenta.

Os componentes são projetados no SolidWorks e colocados juntos em uma montagem. Todos os arquivos de peça e a montagem foram colocados em um arquivo zip, que pode ser encontrado no final desta etapa. Observe que o SolidWorks não é o único software CAD que você pode usar, pois muitos programas como Inventor e Fusion360 podem ser usados para CAD. Você pode importar peças do SolidWorks para eles.

É importante observar que os eixos que seguram as pás são concêntricos com os orifícios do casco para evitar que o eixo entorte e saia direto do barco.

Tudo neste projeto é impresso em 3D (excluindo os componentes elétricos), portanto, as dimensões são importantes. Eu dei tolerâncias de cerca de 0,01 polegada nas peças, para garantir que tudo se encaixe (tipo um encaixe solto). Houve menos tolerância para os eixos que vão para o motor para que eles possam se encaixar perfeitamente. Os remos são ajustados firmemente ao eixo para que, quando os motores são acionados, os remos se movam e impulsionem o barco.

Ao visualizar o CAD, você notará plataformas para componentes elétricos. Isso ocorre para que os componentes "pulem" em sua plataforma para evitar que se movam.

As maiores impressões são o casco e a tampa, portanto, lembre-se disso ao projetar. Você pode ter que dividi-lo em partes, pois seria muito grande para imprimir de uma vez.

Etapa 3: Circuito de Controle

Aqui, discutiremos o circuito elétrico que controla o barco. Tenho um esquema do Fritzing, que é um software útil que você pode baixar aqui. Ajuda na criação de esquemas elétricos.

Nem todos os componentes usados neste projeto estão no Fritzing, então eles foram substituídos. O fotossensor preto representa o sensor HCSR04 e a pequena meia ponte é o controlador do motor L298N.

O HCSR04 e o L298N são conectados aos trilhos de alimentação na placa de ensaio, que por sua vez são conectados ao lado da alimentação do Arduino (nos pinos de 5 V e de aterramento). Os pinos de eco e gatilho do HCSR04 vão para os pinos 12 e 13 no Arduino, respectivamente.

Os pinos de habilitação (que controlam a velocidade) para o L298 são conectados aos pinos 10 e 11 (Habilitar A / Motor A) e 5 e 6 (ENB / Motor B). A energia e os aterramentos dos motores são então conectados às portas no L298N.

O Arduino obviamente receberá energia de nosso carregador de telefone portátil. Quando o circuito é ligado, os motores são colocados na velocidade máxima em uma direção ditada por nosso sensor de proximidade. Isso será abordado na parte de codificação. Isso moverá o barco.

Etapa 4: Código Arduino

Agora chegamos ao âmago do que faz esse projeto funcionar: o código! Anexei um arquivo zip contendo o código deste projeto, que pode ser encontrado no final desta etapa. Está totalmente comentado para você olhar!

- O código escrito para o Arduino é escrito em um programa conhecido como ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) do Arduino. É algo que você deve baixar do site oficial do Arduino, que pode ser encontrado aqui. O IDE é escrito nas linguagens de programação C / C ++.

O código escrito e salvo por meio do IDE é conhecido como esboço. Incluído nos esboços e arquivos de classe e bibliotecas, você pode incluir on-line ou aqueles que você mesmo criou. Explicações detalhadas sobre eles e como programar em Arduino podem ser encontradas aqui.

- Como visto no início desta etapa, tenho um vídeo no YouTube repassando o esboço principal do projeto, você pode conferir aqui! Isso examinará o esboço principal e suas funções.

- Vou agora revisar brevemente a biblioteca que criei para controlar o sensor de proximidade. A biblioteca facilita a obtenção de dados do sensor com menos linhas de código em meu esboço principal.

O arquivo.h (HCSR04.h) é o que lista as funções e variáveis que usaremos nesta biblioteca e define quem pode acessá-las. Começamos com um construtor, que é uma linha de código que define um objeto (em nosso caso, o "HCSR04ProxSensor" que estamos usando) que contém os valores que inserimos entre parênteses. Esses valores serão os pinos de eco e gatilho que estamos usando, que serão vinculados ao objeto sensor que criamos (que pode ser nomeado como quisermos incluindo "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). Coisas dentro da definição "pública" podem ser acessadas por qualquer coisa, tanto dentro quanto fora da biblioteca (como nosso esboço principal). É aqui que listaremos nossas funções que chamamos no esboço principal. Em "privado" armazenamos as variáveis que fazem a biblioteca funcionar. Essas variáveis só podem ser usadas pelas funções de nossa biblioteca. É basicamente uma maneira de nossas funções acompanharem quais variáveis e valores estão associados a cada objeto sensor que criamos.

Agora vamos para o arquivo "HCSR04.cpp". É aqui que realmente definimos nossas funções e variáveis e como elas funcionam. É semelhante a se você estivesse escrevendo o código em seu esboço principal. Observe que as funções devem ser especificadas para o que retornam. Para "readSensor ()", ele retornará um número (como um float), então definimos marcar a função com "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". Observe que devemos incluir "HCSR04ProxSensor::", o nome do objeto associado a esta função. Definimos nossos pinos usando nosso construtor, encontramos a distância de um objeto usando a função "readSensor ()" e obtemos nosso último valor lido com a função "getLastValue ()".

Etapa 5: imprimir em 3D todas as peças e montagem

Assim que as duas peças do casco forem impressas, você pode colá-las com fita adesiva. Isso deve mantê-lo unido. Você pode então montar todas as outras peças normalmente com base em nosso projeto CAD.

As impressoras 3D funcionam em código-g, que você pode obter usando um software divisor que vem com a impressora. Este software pegará um arquivo.stl (de uma peça criada em CAD) e o converterá em código para a impressora ler (a extensão desse arquivo varia entre as impressoras). Os fatiadores de impressão 3D populares incluem Cura, FlashPrint e muito mais!

Ao imprimir em 3D, é importante saber que leva muito tempo, portanto, planeje adequadamente. Para evitar longos tempos de impressão e peças mais pesadas, você pode imprimir com um preenchimento de cerca de 10%. Observe que um preenchimento maior ajudará a evitar que a água entre na impressão, pois haverá menos poros, mas também tornará as partes mais pesadas e demorará mais.

Quase todas as impressões 3D não são adequadas para água, por isso precisamos impermeabilizá-las. Neste projeto, escolhi aplicar o Flex Seal, pois é bem simples e funciona extremamente bem para manter a água fora da impressão.

Etapa 6: Impermeabilização da impressão

Impermeabilizar esta impressão é importante, pois você não quer que seus aparelhos eletrônicos caros sejam danificados!

Para começar, lixaremos a parte externa e a parte inferior do casco. Isso cria ranhuras para a vedação flexível penetrar, proporcionando melhor proteção. Você pode usar alguma lixa alta / fina. Tenha cuidado para não lixar demais, algumas pinceladas devem ficar bem.

Etapa 7: Lixar o casco

Você saberá quando parar quando vir as linhas brancas começarem a aparecer.

Etapa 8: aplique a vedação flexível

Você pode usar um palito de picolé ou pincel para aplicar o selo flexível. Certifique-se de não perder nenhum ponto e seja minucioso. Você pode simplesmente mergulhar sua ferramenta na lata aberta e esfregá-la no casco.

Etapa 9: deixe a vedação flexível assentar

Agora esperamos! Normalmente leva cerca de 3 horas para a vedação flexível secar um pouco, mas eu a deixaria descansar por 24 horas apenas para ter certeza. Você pode aplicar outra camada de vedação flexível assim que terminar de secar para proteger o casco ainda mais, mas isso é um pouco exagero (1 camada funcionou muito bem para mim).

Etapa 10: Montagem e teste

Agora que a vedação flexível terminou de secar, recomendo testar o casco na água antes de adicionar os componentes elétricos (se o casco NÃO FOR à prova d'água, isso pode causar problemas para o seu Arduino!). Basta levá-lo até sua pia ou piscina e ver se o barco pode flutuar por mais de 5 minutos sem vazamentos.

Assim que tivermos certeza de que nosso casco é à prova d'água, podemos começar a adicionar todas as nossas peças! Certifique-se de conectar o Arduino, L298N e o restante dos componentes corretamente aos pinos adequados.

Para que os fios se encaixem nos motores CC, soldei os terminais machos nos terminais do motor para garantir que permaneçam ligados. A soldagem também é útil para certificar-se de que todas as suas conexões estão seguras ou se você precisar fazer um fio mais longo. Se você nunca soldou antes, pode aprender mais sobre isso aqui!

Depois que tudo estiver junto, coloque todos os componentes no casco e faça alguns testes! Você vai querer verificar se o sensor funciona como pretendido lendo os valores de distância no monitor serial, verificar se os motores estão girando corretamente, coisas assim.

Etapa 11: Produto Final

E agora você está pronto! Verifique se há erros em um test drive (faça um teste de flutuação no barco e no casco antes de aplicar a eletrônica) e pronto!