Escultura de zootrópio portátil: 12 degraus (com fotos)

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

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Este instrutível é uma versão miniaturizada do tamanho da palma da mão das belas esculturas de flores que se transformam em John Edmark. A escultura é iluminada internamente por um estroboscópio de alto brilho para fornecer a animação. A parte giratória foi impressa em uma impressora 3D Ember e a placa estroboscópica foi criada usando o agora extinto programa Autodesk Circuits.

Lista de peças:

• 1 x escultura em flor impressa em 3D

• 1 placa de circuito estroboscópico LED (OSHPARK)

  • 6 x LEDs de alto brilho (CREE XP-E da Digikey em branco, verde ou vermelho)
  • 1 x microcontrolador (ATtiny-85 da Digikey)
  • 3 x MOSFETs (IRF7103PbF Dual MOSFET da Digikey)
  • 1 x fototransistor (LTR-301 da Digikey)
  • 1 x fotodiodo (LTE-302 da Digikey)
  • 1 x cada resistor 330Ω 1206 (ERJ-8GEYJ331V da Digikey)
  • 1 x resistor de 1kΩ 1206 (ERJ-8GEYJ102V da Digikey)
  • 1 x resistor de 10kΩ 1206 (ERJ-8GEYJ103V da Digikey)
  • 6 x 100nF 1206 capacitores (CL31A106KACLNNC da Digikey)
  • 1 x cabeçote fêmea de 6 pinos (PPTC061LFBN-RC da Digikey)
  • 1 x cabeçote macho de 3 pinos (PREC003SAAN-RC da Digikey)
• 1 x servo motor de rotação contínua (Parallax # 900-00008 da Digikey)
• 1 x 1/16 pol. De diâmetro, broca de 12 pol. (Bosch BL2731 da Amazon)
• 2 x 2 suportes de bateria AAA (Keystone Electronics 2468 da Digikey)

• 1 x interruptor deslizante (SS-12E17 da Jameco, ou equivalente)

Etapa 1: solicitando a placa de circuito

Um arquivo ZIP com tudo o que é necessário para o pedido pode ser encontrado abaixo. Use este arquivo para fabricar seu PCB. Existem muitos fabricantes de placas de circuito impresso por aí. Eu recomendo OSHPark.com para um equilíbrio entre baixo custo, alta qualidade e velocidade média para entregar em qualquer lugar do mundo. Eu criei um projeto lá para facilitar os pedidos.

Etapa 2: montar a placa de circuito - peças de montagem em superfície

Minhas pranchas chegaram em um grupo de 4 presas com pequenas abas (encomendei 12 pranchas). Tive peças para montar dois deles simultaneamente. Eu fechei as abas de modo que eu estava trabalhando apenas com dois.

Usei um forno de refluxo para soldar as peças de montagem em superfície, embora você possa usar uma pistola de ar quente para o mesmo propósito (detalhes abaixo). Usei o forno de refluxo e as instruções deste instrutível para soldar minhas peças.

1. Aplique pasta de solda em todas as almofadas de montagem em superfície no topo da (s) placa (s) usando uma seringa. Certifique-se de colar em todos os pads, e não muito para não acabar com os pads em ponte. Ele vai se contrair nas almofadas se não for aplicado muito. Na foto acima, a pasta está claramente cobrindo várias almofadas, mas isso não era muita pasta para causar formação de ponte depois de cozido.

2. Coloque cuidadosamente cada um dos componentes no lugar na placa.

   • Para os LEDs, os dois pequenos quadrados de canto estão voltados para o orifício central da placa.
   • Os três chips MOSFET duplos têm todos a mesma orientação. Veja a imagem para o posicionamento do pino 1 dos MOSFETs e do ATTiny85.
   • A posição dos resistores é ilustrada em uma das fotos acima. R1 é 10kΩ, R2 é 330 Ω, R3 é 1kΩ. A orientação não importa.
   • Todos os capacitores são iguais e a orientação não importa.
3. Use o forno de refluxo de acordo com as instruções para aquecer a placa e completar a solda.

Etapa 3: alternativa: refluxo usando uma pistola de calor

Se você não tiver acesso a um forno de refluxo, pode terminar a soldagem usando uma pistola de ar quente com baixo fluxo de ar. Coloque a placa de circuito em uma superfície que dissipará o calor (usei uma tampa de tigela Chipotle) e aqueça cuidadosamente a placa usando a pistola de calor com baixo fluxo de ar até que toda a solda se torne prata brilhante. Se o soprador for muito forte, pode fazer com que as peças se soltem das almofadas durante o processo de refluxo.

Obs: a foto acima é da primeira versão (prova de conceito) da placa de circuito impresso. Parece um pouco diferente porque tinha um orifício extra e não incluía o microcontrolador ATtiny85 na placa

Etapa 4: montar a placa de circuito - peças do orifício

Posicione os dois conectores (fêmea de 6 pinos e macho de 3 pinos) de forma que fiquem voltados para baixo na parte inferior da placa de circuito. Solde-os no lugar (solda aplicada na parte superior da placa).

Prenda as peças do codificador óptico em cada lado do orifício da placa menor. Eles devem ficar para fora da parte superior da placa, com o lado da lente (com a saliência) voltado um para o outro. Aquele com o ponto vermelho (o fototransistor, LTR-301) está posicionado entre os dois grandes orifícios na placa. Aquele com o ponto amarelo (o fotodiodo, LTE-302) está posicionado do outro lado do orifício menor. A solda para estes é aplicada na parte inferior da placa.

Depois que as peças do codificador forem soldadas, corte os pinos e solda para que fiquem o mais rentes possível com a parte inferior da placa. Isso é para permitir que a placa fique o mais baixo possível no topo do servo.

Etapa 5: Programação do microcontrolador

Usei uma placa Arduino UNO para atuar como um dispositivo de programação para o controlador, seguindo este Instructable. Nele, ele mostra o seguinte mapeamento de pinos Arduino para pinos ATtiny para programação:

• Arduino + 5V → ATtiny Pin 8 (Vcc)
• Arduino Ground → ATtiny Pin 4 (GND)
• Arduino Pino 10 → ATtiny Pino 1 (PB5)
• Arduino pino 11 → ATtiny pino 5 (PB0)
• Arduino pino 12 → ATtiny pino 6 (PB1)
• Arduino pino 13 → ATtiny pino 7 (PB2)

Os pontos de conexão são identificados na imagem acima. Use o fio de conexão para fazer as conexões apropriadas.

Começando com um Arduino UNO (ou equivalente) configurado como um programador (consulte o Instructable acima), abra o projeto bloom.ino abaixo no IDE do Arduino. você precisará realizar o seguinte no Arduino IDE antes de programar:

• Ferramentas → Programador → Arduino como ISP
• Ferramentas → Placa → ATtiny85 (clock interno de 8 MHz)
• Ferramentas → Gravar Bootloader

Em seguida, programe normalmente.

Etapa 6: modificar o motor

O motor precisa ser modificado, principalmente pela remoção de peças desnecessárias, incluindo o casco superior e a maior parte da engrenagem.

1. Comece adicionando um pedaço de fita adesiva de um lado do motor, passando pela parte inferior e até o outro lado, sem cobrir os parafusos inferiores. Isso manterá a parte inferior fechada quando os parafusos forem removidos. Usei fita adesiva azul nas fotos para torná-la visível. No final das contas usei fita preta, mas não apareceu nas fotos.
2. Remova o parafuso que prende o acessório X de plástico na parte superior do motor no lugar e remova o X de plástico.
3. Remova os 4 parafusos da parte inferior. Fique com os parafusos. Você pode opcionalmente usá-los mais tarde no projeto.
4. Remova a tampa superior do motor para expor as engrenagens.
5. Remova tudo, exceto a engrenagem inferior central. Você pode descartar essas engrenagens. Você não vai precisar deles.

Em seguida, você removerá parte do plástico da carcaça do motor para acomodar a placa de circuito.

1. Remova a engrenagem restante e reserve. Você precisará disso mais tarde.
2. Raspe a protuberância de plástico maior (à esquerda na imagem em close-up) na parte superior usando uma serra / lima. Isso permitirá que a placa de circuito se encaixe nessa área.
3. Arquive os lados da parte elevada do outro lado (à direita na imagem em close-up).

Encaixe a placa de circuito na parte superior do servo e certifique-se de que ela se encaixe bem e o mais nivelado possível. Se não encaixar bem, faça os ajustes necessários para que se encaixe. Remova a placa de circuito do servo para a próxima etapa.

Etapa 7: Substitua o eixo

Substitua o eixo por um mais longo. Isso ajudará o zootrópio a não oscilar quando estiver girando.

1. Usando um alicate, remova o pequeno eixo de metal segurando a engrenagem restante no lugar e coloque a engrenagem de lado.
2. Corte 41 mm (1 5/8 polegadas) da extremidade (lado não cortante) da broca usando uma serra ou cortadores bons.
3. Lime a (s) extremidade (s) para alisar com uma lima ou lixa.
4. Coloque a engrenagem de volta no lugar e instale o novo eixo no lugar. Pressione o eixo para baixo até que ele se encaixe no orifício.

O eixo pode parecer seguro, mas a experiência me mostrou que com o tempo ele pode ficar solto e difícil de mantê-lo no lugar empurrando com a mão. Uma maneira de resolver isso é pegar um martelo e bater suavemente o novo eixo no orifício.

Etapa 8: pacotes de bateria

Esta etapa mostra algumas tentativas e erros de minha parte ao criar originalmente este dispositivo. Meu primeiro plano era sempre ter a placa ligada e contar com o microcontrolador monitorando um botão para iniciar todo o resto. Descobri que mesmo quando o servo não está se movendo, ele puxa uma pequena quantidade de corrente das baterias para que elas acabem se esgotando mesmo quando o dispositivo não está em uso. Posteriormente, adicionei um botão deslizante para ligar o dispositivo e desconectar completamente as baterias quando ele não estiver sendo usado.

Comece colocando os dois suportes de bateria (sem baterias) em cada lado do servo motor de forma que os fios sólidos fiquem de frente um para o outro e se sobreponham. Use fita removível para segurar as baterias no lugar. Originalmente, eu havia soldado os dois fios superiores, mas depois cortei-os para adicionar a chave deslizante. Eu recomendo ainda fazer isso, porque soldar esses dois fios juntos adiciona uma rigidez que ajuda no resto do processo. É fácil cortar posteriormente esses fios para adicionar o interruptor deslizante. Portanto, com isso dito, solde os dois fios superiores juntos.

Usando a placa de circuito como guia, dobre os fios inferiores de forma que fiquem voltados para cima e se alinhem com os orifícios mais externos no conector fêmea de 6 pinos da placa de circuito. Corte os fios com um alicate de corte de forma que eles ainda sejam longos o suficiente para se conectar solidamente no conector fêmea quando a placa de circuito estiver no lugar na parte superior do servo motor. A parte superior da placa de circuito deve ficar alinhada com a parte superior dos suportes da bateria.

Remova a fita que prende as baterias ao servo e coloque um pedaço de fita dupla-face em cada lado do servo. Coloque o servo de volta no lugar entre os suportes da bateria, posicionando-o novamente de forma que a parte superior da placa de circuito fique alinhada com a parte superior dos suportes da bateria e pressione firmemente.

Etapa 9: Juntando as Coisas

Adicione um jumper de fio sólido entre os conectores PB0 e PB1 do conector fêmea da placa de circuito. Aqui é onde eu pretendia conectar um botão para iniciar o dispositivo. Adicionar o jumper fará com que ele inicie quando a alimentação for aplicada.

Coloque a placa de circuito no lugar em cima do servo.

Enrole os fios do servo ao redor da base e conecte ao conector macho de 3 pinos na placa de circuito. Olhando para a plataforma, o lado do aterramento (fio preto ou marrom) estará à direita. Pode levar algum tempo para que embrulhe bem, sem muita folga restante. Em seguida, prenda os fios no lugar. Usei fita adesiva preta (fita de tecido) para o meu.

Em seguida, você adicionará a chave deslizante para controlar a potência. O interruptor de slides possui três pinos. Você usará apenas dois deles: o pino central e um dos pinos laterais (não importa qual). Usando cortadores, apare o pino lateral não utilizado.

Segure a chave deslizante no lugar pelo poste de fio soldado dos suportes de bateria unidos. Marque um ponto nos fios entre o local onde os pinos do interruptor deslizante serão soldados posteriormente (usei uma caneta Sharpie preta).

Corte os postes de arame que você soldou anteriormente para ter uma pequena folga que corresponda ao espaçamento entre dois dos pinos na chave deslizante. Solde o interruptor deslizante para preencher a lacuna nos fios.

Etapa 10: Zoetrope Base (opcional)

Eu queria ter uma boa base impressa em 3D para o dispositivo. Aqui está o design do TinkerCAD. Não é necessário criar essa base para o dispositivo funcionar, mas parece bom. O arquivo de impressão está incluído abaixo.

Etapa 11: Modelo Zoetrope

O modelo 3D para a parte giratória no TinkerCAD pode ser encontrado aqui.

O STL deste modelo, bem como um arquivo TAR contendo as camadas fatiadas para impressão, podem ser encontrados abaixo. Não estou incluindo a instrução para imprimir na impressora Autodesk Ember, pois existem vários instrutíveis para usar esta impressora, como este.

Etapa 12: Toques finais

As três guias da impressão 3D precisam ser opacas, caso contrário, as partes do codificador óptico da placa de circuito não serão capazes de detectá-las com segurança. Usei esmalte preto e funcionou muito bem. Originalmente, tentei simplesmente uma caneta Sharpie preta, mas não era confiável como interruptor óptico.

Depois que as guias ficarem opacas, você deve estar pronto para prosseguir. Coloque o zootrópio no eixo e ligue a alimentação!