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2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-13 06:56
Dieses Projekt war Teil meines Lehrplans in meiner Klasse „Principles of Engineering“bei Frau Berbawy. Sie stellte uns jedem ein Budget von 50 US-Dollar zur Verfügung, um einen vernünftigen Projektvorschlag zu unterbreiten, der erreichbar wäre, aber unsere Fähigkeiten herausforderte.
Dieses Projekt basiert auf diesem Modell von MakeMagezine.com. Es misst die elektrische Leitfähigkeit einer Flüssigkeit und spielt einen Ton basierend auf der Leitfähigkeit ab. Je lauter das Geräusch, desto reiner ist das Wasser. Dies basiert auf dem Konzept eines Spannungsteilers. Je leitfähiger die Probe ist, desto mehr Spannung wird in Richtung des oberen Teils der Schaltung gezogen, weg vom Lautsprecher. Dadurch erhält der Lautsprecher eine geringere Spannung, wodurch die Lautstärke des von ihm erzeugten Tons verringert wird.
Der Arduino dient als Medium zwischen der Schaltung und dem Computer, wo die Messwerte erfasst werden. Dieses Projekt wurde von einem kürzlich durchgeführten Projekt inspiriert, das ich in einer Klasse durchgeführt hatte, die eine Einführung in Arduino und Breadboarding war. Als einen Schritt vorwärts, um mich selbst herauszufordern und die erlernten Konzepte anzuwenden, bemühte ich mich, dieses Projekt komplizierter zu machen.
Lieferungen
1. Steckbrett Dual-Bus
2. Arduino UNO
3. Überbrückungsdrähte
4. LM741 Chipsatz
5. 555 Timer-Chip
6. 2-3 Zoll Lautsprecher
7. 10K Ohm Potentiometer
8. LED
9. Patchkabel mit Krokodilklemmen
10. Karton (für Kastenbau)
11. Pennies (Kupferelektroden)
Schritt 1: Aufbau der Schaltung
Der erste Schritt ist der Aufbau der Schaltung. Die für diesen Build verwendete Schaltung war für mich aufgrund ihrer Komplexität anfangs ziemlich entmutigend. Bevor Sie die physische Schaltung berühren, ist es besser, wenn Sie eine Simulation oder eine Art Abbildung Ihrer Komponenten auf einem virtuellen Steckbrett durchführen können, um die Erstellung der physischen Schaltung zu erleichtern. Zu diesem Zweck habe ich TinkerCAD verwendet. Der einfachste Weg, die Schaltung aufzuschlüsseln, besteht darin, sie in 2 Hauptabschnitte zu unterteilen: Den oberen Abschnitt um den LM741-Chip und den unteren Abschnitt um den 555-Timer und den Lautsprecher. Anfänglich wurden im Projekt temporäre Überbrückungsdrähte verwendet, da sie leicht zu bewegen und zu handhaben waren. Diese wurden später im Endprojekt durch die geraden Überbrückungsdrähte ersetzt. Dies erleichtert die Fehlersuche und den Überblick über die Elemente in der Schaltung. Diese Phase nahm die längste Zeit in Anspruch und wurde erst fast am Ende des Projekts abgeschlossen.
Schritt 2: Anpassen der Schaltung (Feinabstimmung)
Nachdem die rudimentäre Schaltung abgeschlossen war, mussten noch feinere Anpassungen vorgenommen werden. Das Potentiometer musste so kalibriert werden, dass der vom Lautsprecher erzeugte Ton weder zu schwach noch zu laut ist. Wie bereits erwähnt, ist dies der Schritt, bei dem die temporären Drähte durch die dauerhaften ersetzt wurden, die im letzten Stromkreis vorhanden waren. Dies dauerte aufgrund der schieren Anzahl der verwendeten Drähte ziemlich lange. Die Drähte zum Lautsprecher wurden ebenfalls abgeschnitten, um den Apparat, der den Lautsprecher mit dem Steckbrett verbindet, so klein wie möglich zu machen. Um die Ästhetik der Schaltung zu verbessern und die Bruchgefahr zu verringern, wurden die Widerstände und die LED geclippt.
Es war geplant, auch einen Loudness-Sensor zu integrieren, um die Lautstärke des vom Lautsprecher erzeugten Schalls zu messen. Der Sensor wäre ursprünglich an den Arduino Analogue Port angeschlossen. Ein Arduino-Programm würde dann erstellt, damit der Sensor Messwerte aufnimmt. Diese Idee wurde später verworfen, da der Sensor nicht wie beabsichtigt funktionierte und durch einen Computer ersetzt wurde, der Messwerte über ein Mikrofon aufnahm. Dies ist nicht ideal, da ein Computer groß und sperrig ist, aber es war die beste Option.
Schritt 3: Testphase
Dies ist eine der wichtigsten Phasen im Leben eines jeden Projekts und kann manchmal sehr ärgerlich sein. Das Erkennen von Problemen in einer Schaltung wie dieser kann sehr zeitaufwendig und frustrierend sein. In diesem Szenario kann die Verwendung einer LED sehr nützlich sein. Das Anbringen einer LED im Teil an jedem einzelnen Serienelement kann verwendet werden, um zu testen, ob Strom durch diesen Teil der Schaltung fließt.
In dieser Phase wurden die meisten wesentlichen Änderungen am Projekt vorgenommen. Änderungen wie die Aufnahme eines 5-V-Eingangs anstelle eines 9-V-Eingangs waren eine der Änderungen, die in dieser Phase vorgenommen wurden. Der Eingang von 9V erzeugte einen sehr lauten Klang aus dem Lautsprecher. Durch das Ändern der Leistungsaufnahme auf 5 V vom Arduino funktionierte es viel besser.
Schritt 4: Die Box
Dieser Teil des Projekts diente der Ästhetik und sollte kompakter und einfacher zu handhaben sein. Dieser Schritt hatte keinerlei Auswirkungen auf die Funktionalität des Projekts. Die Box besteht aus Karton, wobei die Oberseite und eine der Seiten offen gelassen werden, um die Komponenten leicht ein- und auszuschieben. Dies geschah unter Berücksichtigung, dass das Arduino-Kabel leicht an die Schaltung angeschlossen werden kann. Darüber hinaus macht dieses Design die Schaltung auch optisch ansprechender. Ich hätte eine lasergeschnittene Kiste aus Holz machen sollen, aber wegen Covid-19 hatte ich im Klassenzimmer keine Zeit mehr.
Schritt 5: Guthaben
Dieses Projekt wäre ohne Frau Berbawy, die die Finanzierung und das Material für dieses Projekt zur Verfügung gestellt hat, nicht möglich gewesen. Außerdem bin ich Sven und David dankbar, die mir bei der Realisierung des Projekts mit hilfreichen Ratschlägen und Anleitungen zur Funktionsweise bestimmter Teile geholfen haben.