Cofre del tesoro digital: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Estudio tecnología de juegos e interacción en la Universidad de las Artes de Utrecht. Hay un proyecto llamado "Si esto, entonces eso" en el que se le pide que cree un producto interactivo. Debe usar un Arduino, diseñar un elemento interactivo interesante y construir un prototipo agradable y de aspecto profesional a su alrededor. Tenía algunos deseos personales claros al entrar en este proyecto: quería aprender a soldar, quería aprender a programar en C / C ++ y quería conducir una pantalla de 14 segmentos que había estado en mi casa desde siempre. Me tomó un par de semanas tener una idea que los uniera, pero finalmente se me ocurrió: iba a hacer un cofre que necesitas abrir con un código, pero no con ningún código. Un sensor de presión se lee continuamente y se muestra en una pantalla, debe alcanzar el número correcto y confirmarlo tres veces para desbloquear el cofre.

Quería que el cofre tuviera una especie de aspecto industrial moderno, por lo que mi elección de material fue acero y madera.

¡Al final estoy bastante contento con cómo resultó cómo! Escribí los pasos a continuación para que pueda recrearlo o incluso mejorarlo. ¡Divertirse!

Paso 1: Recopilación de ingredientes

Antes de comenzar, necesitaremos algunas partes. Aquí está la lista completa:

Caja:

• Tubo de acero cuadrado de 350cm, 20x20x2mm
• 6 paneles de madera contrachapada de 26x26x0,9 cm (la forma más eficaz es cortar una tabla de más de 52x72 cm en seis piezas, ¡pero asegúrate de tener un poco de madera sobrante!)
• 1x panel de madera contrachapada de 26x22x0.9cm
• Madera de 90cm 22x30mm (cortada en trozos de 26cm, 2x 18cm y 2x 12cm)
• Pequeñas bisagras
• 2 bucles de acordes
• Tornillos: 4.0x16, 4.0x20, 4.0x25, 3.0x12 (alrededor de diez de cada uno, incluidos algunos de repuesto)
• Pernos: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (alrededor de diez de cada uno, incluidos algunos de repuesto)
• Tuercas: M3, M6, M10
• Resolver
• 2x barras de acero de 8cm 25x4mm

Electrónica:

• Botón
• LED rojo
• LED azul
• Resistencia sensible a la fuerza
• Solenoide de bloqueo (el mío es un modelo de 12V 650mA)
• Pantalla HDSP-A22C de 14 segmentos
• Expansor de E / S digital MCP23017
• Resistencia 15x 470
• Resistencia 3x 1k
• Resistencia 6x 10k
• Diodo 1N4007
• 2x transistor BC547B
• 2x transistor BC557B
• Transistor TIP31A
• Adaptador de pared 12V 1A

Paso 2: Construcción de un cofre: la estructura de acero

El cofre es un cubo grande de 30 cm, hecho de tubos de acero y paneles de madera. En el garaje encontré bonitos tubos cuadrados de 20x20 mm con paredes de 2 mm de espesor. Las paredes deben ser lo suficientemente gruesas para soldar y perforar orificios roscados para pernos M3. 2 mm es el grosor perfecto para esto. Por supuesto, puede usar cualquier tipo de tubería de acero para esto si tiene mejores ideas.

La forma más elegante de construir el marco es hacer dos cuadrados de 30x30cm y luego conectar estos dos cuadrados usando tubos de 26cm (30-2 * 2). Para hacer los cuadrados, corte los tubos de acero largos en diagonal en ocho piezas. Los extremos de las piezas deben cortarse en un ángulo de 45 grados uno frente al otro. Los extremos largos de la pieza son 30cm. Cuando se usa una sierra montada, es fácil girar la hoja a 45 grados y girar el tubo después de cada pieza. Esto desperdicia la menor cantidad de material. Después de tener las ocho piezas cortadas en diagonal, es hora de cortar cuatro más rectas. Estas piezas miden 26 cm de largo.

Luego, finalmente corte diez piezas de alrededor de 6 cm de una barra de acero de 20x4 mm. Estos serán los puntos de montaje de los paneles de madera.

Cuando todo el metal esté listo, es hora de soldar. La parte más difícil aquí es revestir los tubos que ha cortado. Comencemos con los cuadrados superior e inferior. Toma las piezas diagonales y alinéalas en un cuadrado sobre un trozo de madera. Un consejo aquí es usar una placa aproximadamente cuadrada de unos 30 cm para que pueda dejar caer las esquinas de los bordes si las coloca en un ángulo de 45 grados en comparación con la madera. Sujételos con unas abrazaderas y asegúrese de que el metal toque en todas las esquinas para que la electricidad pueda fluir de cada pieza a la siguiente mientras suelda. Si nunca ha soldado antes, ahora es el momento de practicar un poco porque si lo estropea, puede hacerlo todo hasta ahora. De todos modos, suelda las piezas en las esquinas (yo elegí hacerlo por dentro) ¡y ya habrás completado la primera parte! El segundo cuadrado es más fácil de alinear, ya que puede colocarlo encima del primero. Suelde estos juntos también. Si todo salió bien, ahora debería tener dos cuadrados de acero idénticos.

En este punto, querrá colocar los puntos de montaje para la madera. Usé dos piezas para cada panel en los bordes opuestos del cubo. Elegí un patrón específico para que ninguna pieza se interpusiera en el camino de la tapa y no tuviera que montar dos piezas en el mismo borde. Puede hacerlo de la forma que desee, siempre que el borde donde se bloqueará el solenoide no lo tenga.

En este punto también tomé una herramienta de pulir con un cepillo de acero adjunto para limpiar el acero. Las barras tenían algunas manchas oxidadas y descubrí que les daba un aspecto agradable.

Para terminar de construir el marco de acero solo necesitamos conectar los dos cuadrados que tenemos ahora. La forma más sencilla es colocarlos en posición vertical sobre una superficie nivelada y colocar dos de los tubos de 26 cm entre ellos. Un par de manos extra será muy útil cuando las sujete. Suelde esto y repítalo para el otro lado.

Si todo salió bien, ¡la estructura de acero ya debería estar lista!

Paso 3: construcción de un cofre: los lados y la tapa

Para terminar el cofre, necesitamos agregar paneles de madera a los lados. Tenga en cuenta que la electrónica estará oculta en la tapa, por lo que necesitará un poco más de placa que solo 6 piezas de 26x26cm. En la tienda de bricolaje tenían 122x61cm, que era perfecto. Elegí una madera un poco más delgada de lo que pretendía originalmente, pero terminó luciendo mejor que la madera más gruesa. Cuando el tubo de acero mide 2 cm de ancho, tiene las esquinas redondeadas y el soporte mide 4 mm de ancho, le quedarán unos 10 mm para el panel sin dejar de tener un buen aspecto. Las placas que encontré tenían un grosor de 9 mm, por lo que fue perfecto.

Cortar las placas en seis paneles de 26x26cm. Si su soldadura es un poco grande, deberá cortar las esquinas. Cuando tenga los platos, colóquelos en el marco. Es conveniente etiquetar cuál va a dónde. En el medio de la madera, marca el lugar donde estarán los dos agujeros. Coloque la madera en el marco en su lugar respectivo y taladre el orificio para el perno. Tenía pernos M6 por ahí, pero cualquier perno es bueno. Los pernos más grandes pueden darle un aspecto más atrevido, pero incluso un M3 puede mantenerlo unido sin problemas. Asegúrese de que los pernos no sean demasiado largos, ya que sobresaldrán en el marco. Aquí es donde colocará sus cosas, de modo que cuando haya pernos largos sobresaliendo, será un poco inconveniente. Si usaste exactamente las mismas dimensiones de material que yo, un perno de 20 mm debería ser tu objetivo. Cuando se perforan los orificios, puede montar las placas, pero asegúrese de esperar a sujetar cualquier cosa antes de que la tapa esté terminada, ¡no querrá encerrarse!

Para la tapa, partimos de una de las placas que cortamos para los lados. La idea es convertir la tapa en un estuche para la electrónica. En la tienda de bricolaje también encontré una pieza de madera de 22x30 mm, que sería el distanciador perfecto. Proporciona tres centímetros donde puedes esconder tus eléctricos. Antes de pegarlos en la tapa, necesitamos hacer agujeros en la madera. Todos son agujeros redondos excepto el de la pantalla. Para los redondos, use un taladro. Para referencia de tamaño, use el esquema en las imágenes de arriba. Para la visualización, puede utilizar una sierra de calar eléctrica o una fresadora si desea ser más preciso. Una vez que todos los agujeros estén cortados y perforados, puede pegar las piezas de madera en los lados del panel, ¡en posición vertical! También tenga cuidado de que su solenoide aún encaje en el espacio que queda. Cuando esté todo pegado, tome las medidas exactas y corte un panel más de madera a estas dimensiones. Ya querrá atornillarlo en la parte inferior de los espaciadores de madera para que pueda cortar las esquinas al ras con la esquina del panel con el que comenzó.

Ahora necesitamos hacer los botones para el sensor de presión y el botón de acción. Queremos ocultar el botón real del usuario, así que lo montaremos debajo de la tapa, dentro del compartimiento de la electrónica. Simplemente corté un par de pequeños trozos de madera de la madera contrachapada sobrante para que sirvan como espaciadores. Suelde el pulsador en un PCB y atorníllelo en las piezas de madera que están pegadas a la parte inferior de la tapa, asegurándose de que el botón salga exactamente en el centro del agujero. El sensor de presión es un poco diferente. Para esto, use dos piezas espaciadoras pegadas a la tapa también, pero tome una tercera pieza para hacer un puente sobre el agujero. Pegue el sensor exactamente en el centro del agujero.

Para controlar los botones a través de la tapa, sería ideal imprimir algo en 3D. Lamentablemente no tuve tiempo para esto, así que improvisé. Puede hacer lo que quiera, pero un consejo aquí es que necesita algo para evitar que el botón se caiga por ambos lados. Usé pernos acortados con una tuerca cortada por la mitad en un extremo y lo cubrí con algo que encontré por ahí.

Lo siguiente que hay que montar es el solenoide. Cada solenoide es ligeramente diferente, pero la forma más fácil de montar la mayoría de los solenoides es colocar capas de madera entre el ladrillo y la tapa hasta que se deslice exactamente detrás del marco, pero también lo suficientemente hacia atrás para no tocar la madera cuando está extendido. Para mí esto fue de 6 mm. Luego tuve que triturar un poco de acero más tarde porque al final todavía no estaba lo suficientemente abajo. Probablemente debería haber tenido unos 7 u 8 mm.

La tapa ya está casi terminada y solo es necesario agregar la electrónica. Este es el momento adecuado para colocar primero la tapa en el marco. Intente conseguir algunas bisagras pequeñas en una tienda local, ¡no deben ser más grandes que la tubería de acero (~ 18 mm)! Dependiendo del tamaño y la calidad de estas bisagras, puede usar dos o tres. Marque su posición en el marco y en la tapa. Ahora obtenga un par de manos adicionales que sostendrán la tapa en su lugar mientras marca dónde perforar los agujeros. Los orificios en el tubo de acero deben estar roscados para que pueda atornillar un perno sin tener que preocuparse por cómo sujetarlo. Cuando las bisagras estén unidas al marco, recupere esas manos adicionales y atornille la tapa en las bisagras con algunos tornillos pequeños. Debido a que necesita trabajar en la tapa más tarde nuevamente, puede esperar con este paso también hasta que todo esté listo.

¡Ahora estamos listos para trabajar en la electrónica!

Paso 4: la electrónica

El circuito consta de cinco circuitos separados. La mayoría de estos son bastante sencillos: un LED simple con una resistencia o un botón conectado a un pin Arduino. Los dos circuitos más complicados son los que impulsan la pantalla y el bloqueo de solenoide.

La pantalla tiene 15 pines separados que deben activarse. Un Arduino básico puede conducir como máximo 19 pines. Necesitaba 5 pines más para el resto del diseño, así que me estaba quedando corto. Encontré la solución al usar un expansor de E / S impulsado por I2C, el MCP23017. Combinado con la biblioteca Adafruit para este dispositivo, es realmente fácil de usar. La parte del circuito que está conectada al pin GPA0 se usa para alternar entre los dos ánodos comunes de la pantalla HDSP-A22C. Cuando está alto, impulsa el carácter 1 y cuando está bajo impulsa el carácter 2. La desventaja de usar este expansor es que escribe en los pines de salida tan pronto como se escribe un byte. Esto provocó un efecto fantasma. Lamentablemente, no pude resolver esto con hardware, así que utilicé software para evitar el problema.

Dado que el solenoide que utilicé es impulsado por 12V (para lo cual puede usar cualquier fuente de alimentación de 12V, enchufarlo al Arduino y soldarle un cable), necesitaba un circuito amplificador (Darlington) para manejarlo con un pin Arduino. ¡Tampoco olvide un diodo para amortiguar las corrientes máximas generadas por los electroimanes en el solenoide!

Al soldar los circuitos, tenga en cuenta dónde los colocará. Mantuve un pequeño borde alrededor de todas mis tablas para poder atornillarlas en algunas piezas espaciadoras (sobras de los paneles laterales) pegadas a la tapa. Para los LED, puede soldar un cable con una resistencia directamente al LED y usar tubos termorretráctiles para cubrirlo y asegurarse de que no se rompa. Use pegamento caliente para evitar que todos los cables soldados directamente a una tabla se rompan.

Después de que todo haya sido soldado, ¡es hora de conectarlo todo! Conseguí algunos encabezados hembra para expandir los rieles de 5V y GND, por lo que no tengo que soldar todo junto y así puedo desconectar o reemplazar algo fácilmente si se rompe. Si usó una pieza de madera similar a la mía para los lados de la tapa, notará que no hay más espacio para conectar nada al Arduino. La solución más simple para esto es simplemente doblar los pines en un ángulo de 90 grados y enchufarlos de esa manera.

La última parte es la más sencilla y es subir el código.

Paso 5: el código

Todo el código se creó con PlatformIO. Si no está familiarizado con esto, simplemente puede copiarlo y pegarlo en un boceto de Arduino. Si es así, puede descargar el programa y cargarlo en su Arduino. El código se puede encontrar en mi Github. Eche un vistazo a la sección de configuración del programa y cambie los valores como mejor le parezca (especialmente interesantes son los pines y la combinación). La combinación predeterminada es 43 - 50 - 99.

Paso 6: Toques finales

Una vez que todo esté hecho, montado y empezando a funcionar, estamos listos para agregar los últimos detalles que permitirán que todo funcione.

Para evitar que la tapa se caiga a través del marco, puede montar dos placas de bloqueo montadas en el lateral de la tapa. Utilicé una barra de acero de 25x4mm que encontré, la corté en trozos de unos 8cm, les hice agujeros y los atornillé en la tapa.

Otra cosa que agregué a la tapa fue un asa, bastante útil si alguna vez quieres abrirla. Tuve que perforar profundamente los lados de la tapa para montarla, pero resultó muy atractiva.

Otro toque importante es añadir una pequeña cuerda para evitar que la tapa se caiga demasiado hacia atrás y dañe las bisagras. Mi solución fue usar ganchos de rosca en la tapa y en el interior del cofre donde podía sujetar un cordón.

Para obtener energía dentro de la tapa, taladre un pequeño agujero en uno de los bordes y córtelo desde la parte superior. Coloque un tornillo en otro borde y amarre el cordón al tornillo para evitar que alguien extraiga accidentalmente el cordón eléctrico y lo deje fuera del cofre para siempre.

Finalmente, es posible que haya notado que todavía no puede cerrar la tapa. Esto se debe a que hay nueces en el camino. Simplemente corte un poco de madera aquí para dejar espacio para estas nueces.

¡Y eso es! ¡Así es como puedes reproducir tú mismo el cofre del tesoro digital! ¡Y no olvide usar el equipo de protección adecuado cuando utilice herramientas eléctricas peligrosas!