Makecourse: The Lonely Boat: 11 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Este instructable fue creado en cumplimiento del requisito del proyecto de Makecourse en la Universidad del Sur de Florida (www.makecourse.com).

¿Nuevo en Arduino, impresión 3D y diseño asistido por computadora (CAD)? ¡Este proyecto es una excelente manera de aprender todos los conceptos básicos detrás de estos temas y ofrece espacio para que su creatividad la haga suya! Cuenta con muchos modelos CAD para la estructura del barco, una introducción a los sistemas autónomos e introduce el concepto de impermeabilización de impresiones 3D.

Paso 1: Lista de materiales

Para comenzar el proyecto, primero debes saber con qué trabajarás. Estos son los materiales que debe tener antes de comenzar:

• 1x microcontrolador Arduino Uno R3 y cable USB (Amazon Link)
• 1x controlador de motor L298N (Amazon Link)
• 4x (2 son de respaldo) motores de CC de 3-6 V (Amazon Link)
• 2x motores paso a paso 28BYJ-48 y módulos ULN2003 (Amazon Link)
• 1x cargador de teléfono portátil para energía (aquí está el que usé, aunque es un poco grande. Puedes usar otro si lo prefieres: Amazon Link)
• 1x sensor ultrasónico HCSR04 (este enlace tiene algunos extras incluidos con algunos cables de puente: Amazon Link)
• 3 paquetes de cables de puente (macho-hembra, macho-macho, hembra-hembra. Amazon Link)
• 1x lata de sello flexible (16 oz, Amazon Link)
• 1x cinta de pintor (enlace de Amazon)
• 1x papel de lija de grano fino (alrededor de 300 es bueno)
• Algunos palitos de helado y pinceles para aplicar el sello flexible

• Acceso a la impresión 3D. (Aquí hay una impresora 3D relativamente barata y efectiva: Amazon Link)

  • Filamento rojo para impresión 3D (Amazon Link
  • Filamento negro para impresión 3D (Amazon Link)

¡Siéntete libre de agregar cualquier material que se te ocurra para tu versión del proyecto!

Paso 2: Diseño y piezas impresas en 3D

La primera parte de este proyecto es crear un sistema mecánico para que funcione. Esto incluiría muchas partes, incluido el casco, la tapa, las paletas, los ejes de los motores a las paletas, un soporte para el sensor y el eje en el que el soporte del sensor se asienta.

Los componentes se diseñan en SolidWorks y se unen en un ensamblaje. Todos los archivos de pieza y el ensamblaje se han guardado en un archivo zip, que se puede encontrar al final de este paso. Tenga en cuenta que SolidWorks no es el único software CAD que puede usar, ya que muchos programas como Inventor y Fusion360 pueden usarse para CAD. Puede importar piezas de SolidWorks en ellos.

Es importante tener en cuenta que los ejes que sujetan las paletas son concéntricos con los orificios del casco para evitar que el eje se doble y salga recto del barco.

Todo en este proyecto está impreso en 3D (excluidos los componentes eléctricos), por lo que las dimensiones son importantes. Di tolerancias de alrededor de 0,01 pulgadas en las piezas, para asegurarme de que todo encaja (como un ajuste holgado). Hubo menos tolerancia para los ejes que van al motor para que puedan encajar perfectamente. Las paletas están ajustadas firmemente al eje de modo que cuando los motores están encendidos, las paletas se mueven e impulsan la embarcación.

Al ver el CAD, notará plataformas para componentes eléctricos. Esto es para que los componentes "aparezcan" en su plataforma para evitar que se muevan.

Las impresiones más grandes son el casco y la tapa, así que asegúrese de tener esto en cuenta al diseñar. Puede que tenga que dividirlo en partes, ya que sería demasiado grande para imprimirlo de una vez.

Paso 3: circuito de control

Aquí discutiremos el circuito eléctrico que controla el barco. Tengo un esquema de Fritzing, que es un software útil que puede descargar aquí. Ayuda a crear esquemas eléctricos.

No todos los componentes utilizados en este proyecto están en Fritzing, por lo que se reemplazan. El fotosensor negro representa el sensor HCSR04 y el medio puente pequeño es el controlador de motor L298N.

El HCSR04 y L298N están conectados a los rieles de alimentación en la placa de pruebas, que a su vez están conectados al lado de alimentación del Arduino (en los pines de tierra y de 5 V). Los pines de eco y disparo del HCSR04 van a los pines 12 y 13 en el Arduino, respectivamente.

Los pines de habilitación (que controlan la velocidad) para el L298 están conectados a los pines 10 y 11 (Habilitar A / Motor A) y 5 y 6 (ENB / Motor B). Luego, la energía y las tierras de los motores se conectan a los puertos del L298N.

El Arduino, por supuesto, recibirá energía de nuestro cargador de teléfono portátil. Cuando el circuito está encendido, los motores se configuran a la velocidad máxima en una dirección dictada por nuestro sensor de proximidad. Esto se tratará en la parte de codificación. Esto moverá el barco.

Paso 4: Código Arduino

Ahora llegamos al meollo de lo que hace que este proyecto funcione: ¡el código! He adjuntado un archivo zip que contiene el código de este proyecto, que se puede encontrar al final de este paso. ¡Está completamente comentado para que lo revises!

- El código escrito para Arduino está escrito en un programa conocido como entorno de desarrollo integrado (IDE) de Arduino. Es algo que debe descargar del sitio web oficial de Arduino, que se puede encontrar aquí. El IDE está escrito en los lenguajes de programación C / C ++.

El código escrito y guardado a través del IDE se conoce como boceto. Incluido en los bocetos y archivos de clase y bibliotecas que puede incluir en línea o en aquellos que usted mismo creó. Aquí se pueden encontrar explicaciones detalladas de estos y cómo programar en Arduino.

- Como se vio al comienzo de este paso, tengo un video de YouTube que repasa el boceto principal del proyecto, ¡puedes verlo aquí! Esto repasará el esquema principal y sus funciones.

- Ahora voy a repasar brevemente la biblioteca que creé para controlar el sensor de proximidad. La biblioteca facilita la obtención de datos del sensor con menos líneas de código en mi boceto principal.

El archivo.h (HCSR04.h) es el que enumera las funciones y variables que usaremos en esta biblioteca y define quién puede acceder a ellas. Comenzamos con un constructor, que es una línea de código que define un objeto (en nuestro caso, el "HCSR04ProxSensor" que estamos usando) que contiene los valores que ingresamos entre paréntesis. Estos valores serán los pines de eco y disparo que estamos usando, que estarán vinculados al objeto sensor que creamos (que se puede nombrar como queramos incluyendo "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). Se puede acceder a las cosas dentro de la definición "pública" desde cualquier lugar, tanto dentro como fuera de la biblioteca (como nuestro esquema principal). Aquí es donde enumeraremos nuestras funciones que llamamos en el esquema principal. En "privado" almacenamos las variables que hacen que la biblioteca se ejecute. Estas variables solo son utilizables por las funciones dentro de nuestra biblioteca. Básicamente, es una forma de que nuestras funciones realicen un seguimiento de las variables y valores asociados con cada objeto sensor que creamos.

Ahora pasamos al archivo "HCSR04.cpp". Aquí es donde realmente definimos nuestras funciones y variables y cómo funcionan. Es similar a si estuviera escribiendo el código dentro de su boceto principal. Tenga en cuenta que las funciones deben especificarse por lo que devuelven. Para "readSensor ()", devolverá un número (como un float), por lo que definimos marcar la función con "float HCSR04ProxSensor:: readSensor ()". Tenga en cuenta que debemos incluir "HCSR04ProxSensor::", el nombre del objeto asociado con esta función. Definimos nuestros pines usando nuestro constructor, encontramos la distancia de un objeto usando la función "readSensor ()" y obtenemos nuestro último valor leído con la función "getLastValue ()".

Paso 5: Imprima en 3D todas las piezas y el ensamblaje

Una vez impresas las dos piezas del casco, puede pegarlas con cinta de pintor. Esto debería mantenerlo unido. A continuación, puede ensamblar todas las demás piezas de forma normal según nuestro diseño CAD.

Las impresoras 3D funcionan con código g, que puede obtener utilizando un software de corte que viene con la impresora. Este software tomará un archivo.stl (de una pieza que creó en CAD) y lo convertirá en código para que lo lea la impresora (la extensión de este archivo varía entre las impresoras). ¡Las cortadoras de impresión 3D más populares incluyen Cura, FlashPrint y más!

Al imprimir en 3D, es importante saber que lleva mucho tiempo, así que asegúrese de planificar en consecuencia. Para evitar tiempos de impresión prolongados y piezas más pesadas, puede imprimir con un relleno de alrededor del 10%. Tenga en cuenta que un relleno más alto ayudará a que el agua no entre en la impresión, ya que habrá menos poros, pero esto también hará que las piezas sean más pesadas y demorarán más.

Casi todas las impresiones en 3D no son adecuadas para el agua, por lo que debemos impermeabilizarlas. En este proyecto, elegí aplicar Flex Seal, ya que es bastante simple y funciona muy bien para mantener el agua fuera de la impresión.

Paso 6: impermeabilización de la impresión

Impermeabilizar esta impresión es importante, ya que no desea que se dañen sus costosos dispositivos electrónicos.

Para empezar, lijaremos el exterior y el fondo del casco. Esto es para crear ranuras para que el sello flexible se filtre, proporcionando una mejor protección. Puede utilizar papel de lija fino o de grano alto. Tenga cuidado de no lijar demasiado, unos pocos golpes deberían estar bien.

Paso 7: lijado del casco

Sabrá cuándo detenerse cuando vea que comienzan a aparecer las líneas blancas.

Paso 8: aplique Flex Seal

Puede usar un palito de paleta o un cepillo para aplicar el sello flexible. Asegúrese de no perderse ningún lugar y sea minucioso. Simplemente puede sumergir su herramienta en la lata abierta y frotarla sobre el casco.

Paso 9: Deje que el sello flexible se asiente

¡Ahora esperamos! Normalmente, el sello flexible tarda aproximadamente 3 horas en secarse un poco, pero lo dejo reposar durante 24 horas solo para estar seguro. Puede aplicar otra capa de sello flexible una vez que haya terminado de secarse para proteger aún más el casco, pero esto es un poco exagerado (1 capa funcionó muy bien para mí).

Paso 10: Montaje y prueba

Ahora que el sello flexible ha terminado de secarse, recomendaría probar el casco en agua antes de agregar los componentes eléctricos (si el casco NO ES impermeable, ¡eso podría significar problemas para su Arduino!). Simplemente llévelo a su fregadero o piscina y vea si el bote puede flotar durante más de 5 minutos sin fugas.

Una vez que nos aseguremos de que nuestro casco sea impermeable, ¡podemos comenzar a agregar todas nuestras piezas! Asegúrese de conectar el Arduino, L298N y el resto de los componentes correctamente a sus pines adecuados.

Para que los cables se ajusten a los motores de CC, soldé los cables macho a los cables del motor para asegurarme de que permanecieran encendidos. La soldadura también es útil para asegurarse de que todas sus conexiones sean seguras o si necesita hacer un cable más largo. Si nunca ha soldado antes, ¡puede obtener más información al respecto aquí!

Una vez que todo esté junto, coloque todos los componentes en el casco y haga algunas pruebas. Querrá verificar que el sensor funcione según lo previsto al leer los valores de distancia en el monitor en serie, verificar que los motores estén girando correctamente, cosas así.

Paso 11: Producto final

¡Y ya terminaste! Verifique si hay errores en una prueba de manejo (pruebe a flotar el barco y el casco antes de aplicar la electrónica) ¡y listo!