Baú de tesouro digital: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Eu estudo tecnologia de jogos e interação na Utrecht University of the Arts. Existe um projeto chamado "Se isto então aquilo", onde você é solicitado a construir um produto interativo. Você deve usar um Arduino, projetar um elemento interativo interessante e construir um protótipo legal e de aparência profissional em torno dele. Eu tinha alguns desejos pessoais claros em relação a este projeto: queria aprender a soldar, queria aprender a programar em C / C ++ e queria dirigir um display de 14 segmentos que ficava parado na minha casa há muito tempo. Levei algumas semanas para ter uma ideia que os unisse, mas finalmente me ocorreu: eu ia fazer um baú que você precisa abrir com um código, mas não qualquer código. Um sensor de pressão é continuamente lido e mostrado em um display, você tem que alcançar o número certo e confirmá-lo três vezes para destravar o baú.

Eu queria que o baú tivesse uma aparência industrial moderna, então minha escolha de material foi aço e madeira.

No final, estou muito feliz com a forma como ficou como! Eu escrevi as etapas abaixo para que você possa recriar ou até mesmo melhorá-lo! Divirta-se!

Etapa 1: coleta de ingredientes

Antes de começar, precisaremos de algumas peças. Aqui está a lista completa:

Carcaça:

• Tubo de aço quadrado de 350cm, 20x20x2mm
• Painéis de compensado de 6x 26x26x0,9cm (a maneira mais eficiente é cortar uma tábua maior que 52x72cm em seis peças, mas certifique-se de deixar um pouco de madeira restante!)
• 1x painel de madeira compensada 26x22x0,9cm
• Madeira de 90cm 22x30mm (corte em pedaços de 26cm, 2x 18cm e 2x 12cm)
• Dobradiças pequenas
• 2x loops de acordes
• Parafusos: 4,0x16, 4,0x20, 4,0x25, 3,0x12 (cerca de dez de cada, incluindo alguns sobressalentes)
• Parafusos: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (cerca de dez de cada, incluindo alguns sobressalentes)
• Porcas: M3, M6, M10
• Lidar
• 2x barras de aço 25x4mm de 8cm

Eletrônicos:

• Botão
• LED vermelho
• LED azul
• Resistência sensível à força
• Solenóide tipo trava (o meu é um modelo 12V 650mA)
• Tela HDSP-A22C de 14 segmentos
• Expansor de E / S digital MCP23017
• 15x resistor 470
• 3x resistor 1k
• 6x resistor 10k
• Diodo 1N4007
• 2x transistor BC547B
• 2x transistor BC557B
• Transistor TIP31A
• Adaptador de parede 12V 1A

Etapa 2: Construindo um Baú - a Estrutura de Aço

O baú é um grande cubo de 30 cm, feito de tubos de aço e painéis de madeira. Na garagem encontrei bons tubos quadrados de 20x20mm com paredes de 2mm de espessura. As paredes precisam ser grossas o suficiente para soldar e fazer furos roscados para parafusos M3. 2mm é a espessura perfeita para isso. Claro que você pode usar qualquer tipo de tubo de aço para isso, se tiver alguma idéia melhor.

A forma mais elegante de construir a moldura é fazer dois quadrados de 30x30cm e, em seguida, conectar esses dois quadrados usando tubos de 26cm (30 - 2 * 2). Para fazer os quadrados, corte os tubos de aço longos diagonalmente em oito pedaços. As pontas das peças devem ser cortadas em um ângulo de 45 graus voltadas uma para a outra. As pontas longas da peça têm 30cm. Ao usar uma serra montada, é fácil girar a lâmina a 45 graus e girar o tubo após cada peça. Isso desperdiça o mínimo de material. Depois de ter as oito peças cortadas diagonalmente, é hora de cortar mais quatro retas. Essas peças têm 26 cm de comprimento.

Em seguida, corte dez pedaços de cerca de 6 cm de uma barra de aço de 20x4 mm. Estes serão os pontos de montagem dos painéis de madeira.

Quando todo o metal estiver pronto, é hora de soldar. A parte mais difícil aqui é alinhar os tubos que você cortou. Vamos começar com os quadrados superior e inferior. Pegue as peças diagonais e alinhe-as em um quadrado sobre um pedaço de madeira. Uma dica aqui é usar uma placa quase quadrada de cerca de 30 cm para que você possa deixar os cantos caírem das bordas se colocá-los em um ângulo de 45 graus em relação à madeira. Prenda-os com alguns grampos e certifique-se de que o metal toque em todos os cantos para que a eletricidade possa fluir de cada peça para a próxima durante a soldagem. Se você nunca soldou antes, agora é a hora de praticar um pouco, porque se você bagunçar tudo, pode fazer tudo de novo. De qualquer forma, junte as peças nos cantos (optei por fazer por dentro) e você já completou a primeira parte! O segundo quadrado é mais fácil de alinhar, pois você pode simplesmente colocá-lo em cima do primeiro. Solde-os também. Se tudo deu certo, agora você deve ter dois quadrados de aço idênticos.

Neste ponto, você vai querer prender os pontos de montagem para a madeira. Usei duas peças para cada painel nas bordas opostas do cubo. Escolhi um padrão específico para que nenhuma peça não atrapalhasse a tampa e para que eu não precisasse montar duas peças na mesma borda. Você pode fazer da maneira que quiser, desde que a borda onde o solenóide será travado não tenha uma.

Neste ponto, também peguei uma ferramenta de lixar com uma escova de aço acoplada para limpar o aço. As barras tinham algumas manchas enferrujadas e achei que davam uma boa aparência.

Para terminar a construção da estrutura de aço, só precisamos conectar os dois quadrados que temos agora. A maneira mais fácil é colocá-los na vertical sobre uma superfície nivelada e colocar dois dos tubos de 26 cm entre eles. Um par extra de mãos será muito útil quando você os estiver controlando. Solde isso e repita para o outro lado.

Se tudo deu certo, a estrutura de aço já deve estar pronta!

Etapa 3: Construindo uma arca - as laterais e a tampa

Para finalizar o baú, precisamos adicionar painéis de madeira nas laterais. lembre-se de que a parte eletrônica ficará escondida na tampa, então você vai precisar de um pouco mais de placa do que apenas 6 peças de 26x26cm. Na loja de bricolagem tinham 122x61cm, o que era perfeito. Eu escolhi uma madeira um pouco mais fina do que originalmente pretendia, mas acabou parecendo melhor do que uma madeira mais grossa teria. Quando o tubo de aço tem 2cm de largura, cantos arredondados e a montagem tem 4mm de largura, você vai ficar com cerca de 10mm para o painel, mantendo uma boa aparência. As placas que encontrei tinham 9 mm de espessura, então estavam perfeitas.

Corte as placas em seis painéis de 26x26cm. Se a sua solda for um pouco grande, você precisará cortar os cantos. Quando tiver as placas, coloque-as na moldura. É conveniente rotular quem vai para onde. No meio da madeira, marque o local onde ficarão os dois buracos. Coloque a madeira na moldura em seu respectivo lugar e faça o furo para o parafuso. Eu tinha parafusos M6 espalhados, mas qualquer parafuso é bom. Parafusos maiores podem dar uma aparência mais ousada, mas mesmo um M3 pode mantê-lo unido perfeitamente. Certifique-se de que os parafusos não sejam muito longos, pois eles se projetarão para dentro da estrutura. É aqui que você colocará suas coisas, então quando houver parafusos longos para fora, será um pouco inconveniente. Se você usou exatamente as mesmas dimensões de material que eu, um parafuso de 20 mm deve ser o que você está mirando. Quando os orifícios forem perfurados, você pode montar as placas, mas certifique-se de esperar prendendo qualquer coisa antes que a tampa seja concluída, você não vai querer se trancar para fora!

Para a tampa, começamos com uma das placas que cortamos para as laterais. A ideia é transformar a tampa em um estojo para os eletrônicos. Na loja de bricolagem também encontrei um pedaço de madeira de 22x30mm, que daria o distanciador perfeito. Ele fornece três centímetros onde você pode esconder sua parte elétrica. Antes de colar na tampa, é preciso fazer furos na madeira. Todos eles são orifícios redondos, exceto o da tela. Para os redondos, use uma furadeira. Para referência de tamanho, use o esquema nas imagens acima. Para a exibição, você pode usar uma serra elétrica ou uma fresadora, se quiser ser mais preciso. Depois de cortados e furados todos os furos, pode-se colar os pedaços de madeira nas laterais do painel, na posição vertical! Também tome cuidado para que o solenóide ainda se encaixe no espaço que sobrou. Quando estiver todo colado, faça as medidas exatas e corte mais um painel de madeira nessas dimensões. Você já vai querer parafusá-lo na parte inferior dos espaçadores de madeira para que possa cortar os cantos alinhados com o canto do painel com o qual você começou.

Agora precisamos fazer os botões para o sensor de pressão e o botão de ação. Queremos ocultar o botão real do usuário, por isso vamos montá-lo sob a tampa, dentro do compartimento eletrônico. Simplesmente corto alguns pequenos pedaços de madeira do compensado que sobrou para servir de espaçadores. Solde o botão em uma placa de circuito impresso e parafuse-o nos pedaços de madeira que estão colados na parte de baixo da tampa, certificando-se de que o botão saia exatamente no centro do orifício. O sensor de pressão é um pouco diferente. Para isso, use também duas peças espaçadoras coladas na tampa, mas pegue uma terceira peça para fazer uma ponte sobre o furo. Cole o sensor exatamente no centro do orifício.

Para controlar os botões através da tampa, seria ideal imprimir algo em 3D. Infelizmente não tive tempo para isso, então improvisei. Você pode fazer o que quiser, mas uma dica aqui é que você precisa de algo para impedir que o botão caia dos dois lados. Usei parafusos encurtados com uma porca cortada ao meio em uma das extremidades e cobri com algo que encontrei por aí.

A próxima coisa a ser montada é o solenóide. Cada solenóide é ligeiramente diferente, mas a maneira mais fácil de montar a maioria dos solenóides é em camadas de madeira entre o tijolo e a tampa até que ela deslize exatamente para trás da moldura, mas também longe o suficiente para não tocar na madeira quando for estendida. Para mim, isso era 6 mm. Eu então tive que amolar um pouco de aço mais tarde, porque no final ainda não estava longe o suficiente. Eu provavelmente deveria ter tido cerca de 7 ou 8 mm.

A tampa agora está quase pronta e apenas os componentes eletrônicos precisam ser adicionados. Este é o momento certo para colocar primeiro a tampa na moldura. Tente obter algumas dobradiças pequenas em uma loja local, elas não devem ser maiores do que o tubo de aço (~ 18 mm)! Dependendo do tamanho e da qualidade dessas dobradiças, você pode usar duas ou três. Marque sua posição na moldura e na tampa. Agora pegue um par extra de mãos para segurar a tampa no lugar enquanto você marca onde fazer os furos. Os orifícios no tubo de aço devem ser rosqueados para que você possa apenas aparafusar um parafuso sem se preocupar em como prendê-lo. Quando as dobradiças estiverem presas à moldura, pegue de volta as mãos extras e parafuse a tampa nas dobradiças usando alguns parafusos pequenos. Porque você precisa trabalhar na tampa mais tarde novamente, você também pode esperar com esta etapa até que tudo esteja feito.

Agora, estamos prontos para trabalhar na eletrônica!

Etapa 4: os eletrônicos

O circuito consiste em cinco circuitos separados. A maioria deles é bastante simples: um simples led com um resistor ou um botão conectado a um pino do Arduino. Os dois circuitos mais complicados são os que acionam o display e a trava solenóide.

O display possui 15 pinos separados que precisam ser acionados. Um Arduino básico pode operar no máximo 19 pinos. Eu precisava de mais 5 pinos para o resto do design, então estava ficando curto. Eu encontrei a solução usando um expansor de E / S acionado por I2C, o MCP23017. Combinado com a biblioteca Adafruit para este dispositivo, é muito simples de usar. A parte do circuito que está conectada ao pino GPA0 é usada para alternar entre os dois ânodos comuns do display HDSP-A22C. Quando está alto, ele direciona o caractere 1 e quando está baixo, ele direciona o caractere 2. A desvantagem de usar este expansor é que ele grava nos pinos de saída assim que um byte é gravado. Isso causou fantasmas. Infelizmente, não consegui resolver isso com o hardware, então usei um software para contornar o problema.

Como o solenóide que usei é acionado por 12 V (para o qual você pode usar qualquer fonte de alimentação de 12 V, conecte-o ao Arduino e solde um fio nele), precisei de um circuito amplificador (Darlington) para acioná-lo com um pino Arduino. Também não se esqueça de um diodo para amortecer as correntes de pico geradas pelos eletroímãs no solenóide!

Ao soldar os circuitos, lembre-se de onde você os colocará. Eu mantive uma pequena borda em volta de todas as minhas placas para que pudesse parafusá-las em alguns espaçadores (sobras dos painéis laterais) colados na tampa. Para os LEDs, você pode soldar um fio com um resistor diretamente no LED e usar tubos termorretráteis para cobri-lo e garantir que ele não se quebre. Use cola quente para evitar que todos os fios soldados diretamente na placa se quebrem.

Depois que tudo estiver soldado, é hora de conectar tudo! Eu consegui alguns conectores fêmeas para expandir os trilhos 5V e GND, então não tenho que soldar tudo junto e posso facilmente desconectar ou substituir algo se quebrar. Se você usou um pedaço de madeira semelhante para as laterais da tampa como eu, você notará que não há mais espaço para conectar nada no Arduino. A solução mais simples para isso é apenas dobrar os pinos em um ângulo de 90 graus e conectá-los dessa forma.

A última parte é a mais simples e é fazer o upload do código.

Etapa 5: O Código

Todo o código foi feito usando PlatformIO. Se você não estiver familiarizado com isso, pode simplesmente copiar e colar em um esboço do Arduino. Se você for, pode apenas baixar o programa e enviá-lo para o seu Arduino. O código pode ser encontrado no meu Github. Dê uma olhada na seção de configuração do programa e altere os valores conforme achar necessário (especialmente interessantes são os pinos e a combinação). A combinação padrão é 43 - 50 - 99.

Etapa 6: toques finais

Depois que tudo estiver feito e montado e começando a funcionar, estamos prontos para adicionar os últimos detalhes que farão com que tudo funcione.

Para evitar que a tampa caia através da estrutura, você pode montar duas placas de bloqueio montadas na lateral da tampa. Usei uma barra de aço de 25x4mm que encontrei, cortei em pedaços de cerca de 8cm, fiz furos e aparafusei na tampa.

Outra coisa que adicionei à tampa foi uma alça - bastante útil se você quiser abri-la. Tive de furar bem fundo nas laterais da tampa para montá-la, mas ficou ótima.

Outro toque importante é adicionar um pequeno acorde para evitar que a tampa caia muito para trás e danifique as dobradiças. Minha solução foi usar ganchos de rosca na tampa e na parte interna do baú, onde eu poderia prender um acorde.

Para obter energia dentro da tampa, faça um pequeno orifício em uma das bordas e serre-o por cima. Coloque um parafuso em outra borda e amarre o acorde ao parafuso para evitar que alguém acidentalmente puxe o power chord e o prenda para fora do baú para sempre.

Finalmente, você deve ter notado que ainda não consegue fechar a tampa. Isso ocorre porque há nozes no caminho. Basta cortar um pouco de madeira aqui para dar espaço para essas nozes.

E é isso! É assim que você mesmo pode reproduzir o baú do tesouro digital! E não se esqueça de usar equipamento de proteção adequado ao usar ferramentas elétricas perigosas!