Würfelgenerator - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-13 06:56

Dieses Instructables ist für mein Hauptprojekt, das ich im Rahmen meines IGCSE Systems and Controls-Kurses abgeschlossen habe. Es erhielt eine A * -Note und ich werde Sie durch die Anleitung führen, wie Sie es in diesem anweisbaren machen. Ein anständiger Hintergrund in der Elektronik sowie Erfahrung mit Arduino und seiner IDE sind erforderlich, um dieses Projekt abzuschließen.

Hintergrund

Da Brettspiele immer beliebter werden und Elektronik boomt, kann es schwierig erscheinen, sich hinzusetzen und ohne die Einmischung von Geräten zu spielen. In diesem speziellen Fall würde mein Kunde, ein Lehrer des Warhammer-Clubs, lieber physische Würfel als einen Online-Würfel in seinem Club verwenden. Das Problem ist, dass er keine Würfel mit 100 Seiten haben kann, weshalb er auf einen Online-Würfelsimulator zurückgreifen muss. Hier liegt eine Chance für dieses Produkt.

Obwohl die Größe des Marktes, auf den dieses Produkt abzielt, rückläufig ist, besteht weiterhin Bedarf. Brettspiele gehören der Vergangenheit an, während Online- und elektronische Spiele auftauchen. In diesem speziellen Fall reduziert mein Produkt den Bedarf an Telefonen oder dem Internet während des Brettspiels, wodurch sich die Spieler weniger vom eigentlichen Spiel getrennt fühlen. Die verwendeten Systeme sind der 4511-IC und ein Arduino Nano-Mikrocontroller. Dieses Projekt muss einen Mikrocontroller verwenden, da die Schaltung ohne einen zu ineffizient wäre.

Funktion

Das Produkt ermöglicht es dem Benutzer, über zwei Drehschalter auf der linken Seite des Geräts eine Zahl zwischen 0 und 100 auszuwählen. Diese Zahl wird dem Benutzer über die beiden 7-Segment-Anzeigen direkt über den Drehschaltern als Rückmeldung angezeigt. Wenn der Benutzer dann die Rolltaste drückt, wird eine Zufallszahl zwischen 0 und der ausgewählten Zahl gewürfelt und auf den 7-Segment-Anzeigen auf der rechten Seite des Geräts angezeigt.

Schritt 1: Die Schaltung

Der vereinfachte Schaltplan oben zeigt jeden der notwendigen Arduino-Ein- und Ausgänge, die als Referenz für spätere Schritte im Projekt verwendet werden sollen.

Wie funktioniert die Schaltung?

Der Benutzer gibt zunächst die Anzahl der Seiten ein, die sein Würfel haben soll, indem er die beiden Drehschalter verwendet, von denen einer die 10er-Stelle und der andere die 1er-Stelle steuert. Diese Nummer wird durch Feedback auf der ersten 7-Segment-Leiterplatte angezeigt, sodass der Benutzer die von ihm ausgewählte Nummer leichter verstehen kann.

Die dezimale Eingabe des Benutzers wird auf dem Rotary PCB in ein binäres Format umgewandelt und an den Arduino Nano gesendet. Der Nano wählt dann eine Zufallszahl zwischen 0 und der ausgewählten Zahl. Diese Informationen werden dann in einem Binärformat an die 2. 7-Segment-Platine gesendet, wenn der Push-To-Make-Schalter (Roll) gedrückt wird.

Ich habe den Arduino-Code als Referenz unten angehängt, um das Verständnis der Funktionsweise dieses Produkts zu erleichtern.

Schritt 2: Leiterplatten

Stückliste:

• 470 Ohm Widerstände x28
• 10K Ohm Widerstände x22
• CD 4511BE x4
• 7-Segment-Anzeige (Grün, CC) x4
• Diode 1N4002 x44
• Drehschalter (1P12T) x2
• Wippschalter (Ein-Aus) x2
• Drücken, um x1. zu machen
• Arduino Nano x1
• LED Grün x2

Mit Autodesk Eagle auf meinem Computer habe ich den Schaltplan jeder Platine entworfen, wie auf dem Foto oben zu sehen ist. Vom Schaltplan habe ich die Leiterplatten (2x 7-Segment-PCB, 1x Rotary-PCB) in China herstellen und verschicken lassen.

Gerber-Dateien finden Sie hier (Eagle-Dateien sind unten angehängt)

Lötkomponenten

Achten Sie vor dem Löten auf gute Belüftung und Schutzbrille. Sie müssen auch sicherstellen, dass alle Komponenten in ihren richtigen Positionen ausgerichtet und platziert werden, bevor Sie sie an die Platine löten. Seien Sie schnell mit dem Bügeleisen, denn wenn Sie es zu lange über einen Stift halten, kann der IC durchbrennen. Stellen Sie sicher, dass jeder Kontaktpunkt mit Lötzinn fest an der Platine befestigt ist und keine trockenen Verbindungen vorhanden sind.

Löcher ausschneiden

Zuerst markierte ich die Löcher auf jeder Platine und richtete sie aus, um sicherzustellen, dass sie richtig markiert waren. Dies wurde mit einem Versuchsquadrat, einem Marker und einem Lineal durchgeführt. Nach dem Markieren der Löcher habe ich eine Stahlklemme verwendet, um die Leiterplatte an Ort und Stelle zu halten und 4x 2 mm Löcher in jede Leiterplatte zu bohren, gefolgt von den erforderlichen 3 mm Löchern, um das Reißen des TRFE-Materials zu verhindern.

Dieser Schritt ist wichtig, damit Sie später die Leiterplatten richtig am Gehäuse befestigen können.

Schritt 3: Schaltung + Prüfung

Aufgaben

• Überprüfen Sie alle PCB-Verbindungen.
• Bauen Sie die gesamte Schaltung auf.
• Führen Sie den Code zum Testen durch die Schaltung.
• Wenn es nicht funktioniert, beheben Sie das Problem und wiederholen Sie den Vorgang.

Qualitätskontrolle: Mit der Kontinuitätseinstellung am Multimeter habe ich jede Spur und jedes Bauteil überprüft, um Kurzschlüsse zu erkennen und zu beseitigen, die die Funktion der Schaltung beeinträchtigen könnten. Wenn ein Kurzschluss gefunden wurde, wurden die folgenden Schritte unternommen, um das Problem zu beheben.

1. Identifizieren Sie den Kurzschluss - stellen Sie sicher, dass der Kurzschluss tatsächlich ein Problem darstellt und existiert, da die Kupferpads umso wahrscheinlicher schmelzen, beschädigt oder nicht leitend sind, je öfter Wärme auf die Kupferpads aufgebracht wird.

2. Mit einem Lotsauger die Verbindung vorsichtig erhitzen und das flüssige Lot aufsaugen. Wiederholen, bis das gesamte Lot entfernt ist. Wenn sich das Lot nicht löst, verwenden Sie einen Lötdocht, um zu versuchen, etwas davon aufzunehmen.

3. Löten Sie schließlich beide Verbindungen vorsichtig und mit minimalem Lötmittel, aber gerade so viel, dass die Verbindung sicher und leitfähig ist.

Hochladen des Codes:

Um den Code auf den Arduino Nano hochzuladen, laden Sie zuerst die Arduino IDE herunter. Laden Sie als Nächstes diesen Arduino Nano-Treiber und diesen FTDI-Treiber herunter.

Laden Sie ihn dann mit dem Code aus Schritt 1 über ein USB-zu-Micro-USB-Kabel auf den Arduino Nano hoch. Die Schaltung sollte nun betriebsbereit sein. Wenn es nicht funktioniert, beginnen Sie mit der Fehlerbehebung, indem Sie alle Komponenten und Verbindungen doppelt überprüfen.

Zusätzliche LED

Wenn Sie sich die Platine mit 7 Segmenten genau ansehen, werden Sie feststellen, dass es einen Steckplatz für eine LED gibt. Diese LED soll leuchten, wenn die Zahl 100 angezeigt wird und die beiden 7-Segment-Anzeigen zwei Nullen anzeigen würden. Damit dies funktioniert, verwenden Sie zwei NICHT-Gatter und zwei UND-Gatter in einer Konfiguration, die die LED auslöst, wenn keine Eingänge in den 4511-IC vorhanden sind.

Schritt 4: Benutzeroberfläche

Aufgaben

• Entwerfen Sie die Benutzeroberfläche mit Adobe Illustrator.
• Laserschneiden Sie die Benutzeroberfläche und stellen Sie sicher, dass sie zu den Schaltungskomponenten passt. Gravieren Sie das Warhammer-Adler-Design in die Benutzeroberfläche.
• Das Motiv grau/silber aufsprühen.

Material: Schwarzes Acryl

Mit Adobe Illustrator habe ich die Benutzeroberfläche gemäß den im Bild oben aufgeführten Abmessungen gestaltet (klicken Sie auf weitere Bilder). Diese Designdatei habe ich dann in den Laserschneider exportiert und das Stück Acryl ausgeschnitten.

Dann lasse ich die Plastikfolie auf dem Acryl und sprühe die gravierten Abschnitte des Acryls mit einer silber / grauen Farbe. Dies wurde mehrmals (4-mal mit 10-Minuten-Intervallen) durchgeführt, um ein kräftiges und klares Bild zu gewährleisten. Nachdem ich alles trocknen gelassen hatte, schälte ich die Plastikschicht ab und stellte sicher, dass es keine Unregelmäßigkeiten gab.

Schritt 5: Seitenplatten

Aufgaben

• Sammlung von Eschenholz.
• Zeichnen Sie alle Schnittlinien auf dem Holzstück als Orientierungshilfe beim Schneiden. Schneiden Sie sowohl die linke als auch die rechte Seite für das Gehäuse aus.

Materialien

1. Eschenholz 135 mm (B) x 300 mm (L) x 10 mm (T)

Der nächste Schritt dieses Projekts und vielleicht der komplexeste Teil des Gehäuses sind die Seitenplatten. Markieren Sie zuerst mit den oben angegebenen Maßen beide Seitenteile auf einem 10 mm dicken Stück Eschenholz. Schneiden Sie mit einer Bandsäge die allgemeine Form der Stücke aus.

Anschließend mit einer Oberfräse (Fräsmaschine) die in den Abbildungen oben gezeigten Nuten ausschneiden. Es gibt zwei 10 mm breite x 5 mm dicke Rillen. und eine 3 mm (breit) x 150 mm (lang) x 5 mm (tiefe) Nut in einem 50-Grad-Winkel.

Fertigstellung

Um kleine Fehler bei der Oberflächenausrichtung oder scharfen Kanten zu korrigieren, verwenden Sie feines Schleifpapier, um diese Abschnitte zu glätten, um ihnen eine schöne Ästhetik zu verleihen. Professionalität ist der Schlüssel.

Schritt 6: Obere, untere und hintere Platten

Aufgaben

• Schneiden Sie die obere Leiste aus.
• Schneiden Sie die Bodenplatte aus.
• Schneiden Sie die Rückplatte mit einem Laser aus, nachdem Sie die Adobe Illustrator-Datei für den Laserschneider erstellt haben.

Deckplatte (Material: Esche)

Die obere Platte ist ein schwierig herzustellendes Stück, da sie auf einer Seite einen Winkel von 50 Grad einschließt. Um dieses Stück auszuschneiden, markieren Sie zuerst die allgemeine Form des Blocks mit den oben angegebenen Abmessungen und einem Versuchsquadrat. Als nächstes erstellen Sie den Winkel, indem Sie den Querneigungswinkel der Bandsägenplattform auf 50 Grad einstellen. Schneiden Sie von dort aus entlang einer Seite des Rechtecks, um die schräge Fläche zu erzeugen.

Außerdem die Plattform nivellieren, um mit der Bandsäge die anderen drei Seiten des rechteckigen Oberteils auszuschneiden.

Bodenplatte (Material: Esche)

Die Bodenplatte lässt sich einfach mit einer Bandsäge ausschneiden, da es sich um einen rechteckigen Eschenholzblock mit den Maßen 220 mm x 145 mm x 10 mm handelt.

Rückplatte (Material: Acryl)

Mit Adobe Illustrator habe ich die Rückplatte (135 mm x 230 mm) zusammen mit einem Schlitz für das Stromeingangskabel und den Ein-Aus-Schalter sowie die Löcher für die Schrauben entworfen, wie in den Abbildungen oben zu sehen. Ich habe diese Datei dann in den Laserschneider exportiert und geschnitten.

Markieren Sie mit Bleistift und Lineal 4 Löcher (2 auf jeder Seite) für die Löcher für Schrauben (Durchmesser hängt von der verwendeten Schraube ab). Machen Sie mit einem Körner und einem Hammer über jedes dieser Löcher eine Delle und bohren Sie schließlich alle 4 Löcher mit dem entsprechenden Bohrer mit einem Handbohrer aus.

Als nächstes befolgte ich die gleichen Schritte zum Sprühen von Buchstaben auf Acryl wie in Schritt 4. Schließlich ging ich mit einem Senkbohrer über jedes der Schraubenlöcher, um sicherzustellen, dass die Schraubenköpfe mit der Acryloberfläche bündig sind, wenn gebaut.

Leistungselektronik:

Die eingehende Stromversorgung muss etwa 5 V betragen. Nach dem Durchführen durch das Stromloch in der Rückplatte muss das Pluskabel durch den Netzschalter geführt werden, damit der Benutzer die Stromversorgung des Produkts steuern kann. Der positive Anschluss des Schalters muss dann mit dem V (in) -Pin des Arduino verbunden werden und der negative / GND-Draht muss mit dem Arduino GND (in) -Pin verbunden werden.

Schritt 7: Kleben und Klemmen

Nachdem alle Gehäuseteile ausgeschnitten wurden, müssen wir sie zusammensetzen. Alle Stücke sind unten aufgeführt:

• 2x Seitenplatten
• 1x obere Leiste
• 1x unterer Platz
• 1x Benutzeroberfläche
• 1x Rückplatte

In diesem Schritt werden die Teile, die wir zusammenkleben werden:

• 1x obere Leiste
• 2x Seitenplatten

Es ist sehr wichtig, dass diese Teile und NUR diese Teile miteinander verklebt werden. Die Bodenplatte ist in den obigen Bildern zu sehen, wird aber NICHT an die Seitenplatten geklebt. Er wird dort lediglich als Orientierungshilfe und zur Positionierung platziert.

Schritte:

1. Ordnen Sie die Teile in der richtigen Reihenfolge an und stellen Sie sicher, dass sie alle richtig platziert und zusammengefügt werden können. Wenn dies nicht der Fall ist, archivieren Sie das problematische Stück entweder, bis es funktioniert, oder erstellen Sie es neu.

2. Tragen Sie eine kleine, aber angemessene Schicht PVA-Kleber auf die wichtigsten Kontaktpunkte auf. In diesem Fall wären diese Punkte die obere Falzfuge an beiden Seitenteilen.

3. Kombinieren Sie alle Teile mit der unteren Platte als Führung, um die Seitenplatten und die obere Stange zu halten.

4. Verwenden Sie eine oder zwei Klemmen, um das Teil in dieser Konfiguration zu befestigen, bis der Kleber getrocknet ist und alle Verbindungen sicher sind.

Schritt 8: Bohren

Insgesamt müssen 8 Löcher in das Eschenholz gebohrt werden. Alle Löcher müssen mit einem 2,5-mm-Bohrer gebohrt werden.

Zuerst habe ich das Gehäuse festgeklemmt, um sicherzustellen, dass es sich während des Bohrvorgangs zur Qualitätskontrolle nicht bewegt. Dann markierte ich mit Lineal und Bleistift alle 8 Löcher, die hinten und unten gebohrt werden mussten. Mit einem Körner und einem Kugelschreiberhammer habe ich jeden Punkt eingerückt, um den Bohrer zu führen. Schließlich bohrte ich mit einem Handbohrer und einem 2,5-mm-Bohrer jedes Loch aus.

Nachdem ich die Löcher durch das Acryl-Rückenteil und das Holzunterteil gebohrt hatte, habe ich mit einem Senkbohrer einen Senker für jedes Loch erstellt. Dies war notwendig, da ich selbstschneidende Schrauben verwendete, um die Rück- und Unterteile mit dem Gehäuse zu verbinden. Dies bedeutete, dass bei diesen Senkkerben der Schraubenkopf bündig mit der Oberfläche des Materials war, in das er eingeschraubt wurde, was ihm ein schönes Aussehen und ein sicheres Äußeres verleiht.

Schritt 9: Schleifen und Finishing

Abschleifen von Verunreinigungen

Nachdem das Gehäuse zusammengeklebt war, habe ich zuerst grobes Schleifpapier verwendet, um überschüssigen getrockneten Kleber oder offensichtliche Fehlausrichtungsprobleme zu entfernen. Dann zur Qualitätskontrolle. Ich wechselte zu feineres Schleifpapier und ging über jede Oberfläche, um ein glattes Finish zu gewährleisten.

Finish auftragen: Möbelwachs

Um dem Eschenholz schließlich ein schönes Finish und eine schöne Haptik zu verleihen, habe ich mich entschieden, die Oberfläche zu wachsen. Mit einem Poliertuch habe ich das Möbelwachs 4x auf jede Außenfläche des Holzes aufgetragen, mit 30 Minuten Trocknungszeit dazwischen zur Qualitätskontrolle. Dies diente der Qualitätskontrolle, die sicherstellte, dass jeder Zentimeter des Holzes richtig beschichtet wurde und die gleiche Textur hatte.

Schritt 10: Elektronik am Gehäuse befestigen

Materialien

• 12x M4 Schrauben
• 12x M4 Muttern
• 12x M4 Nylon-Unterlegscheiben

Oben befestige ich die Leiterplatten mit den Schrauben, Muttern und Nylonunterlegscheiben an der Benutzeroberfläche. Ich habe Nylon-Unterlegscheiben verwendet, weil sie nicht leitend sind und daher beim Kontakt mit meiner Leiterplatte keine Kurzschlüsse erzeugen. Nachdem die Leiterplatten angeschlossen waren, benutzte ich einen Bohrer und einen Schraubendreher, um meine Rück- und Bodenplatten am endgültigen Gehäuse zu befestigen. Gehen Sie bei diesem Vorgang vorsichtig vor, da die Elektronik dazu neigen kann, sehr empfindlich zu sein.

Sollten Lötstellen brechen oder sich lösen, unbedingt dort fixieren und dann b4 weitermachen. Testen Sie die Schaltung vor und nach der Befestigung am Gehäuse, um sicherzustellen, dass alles in Ordnung bleibt.

Schritt 11: Setzen Sie das Gehäuse zusammen

Nehmen Sie in diesem letzten Schritt die Benutzeroberfläche und schieben Sie sie durch die Nuten der Seitenplatte in das Gehäuse. Legen Sie anschließend die Bodenplatte unter das Gehäuse zwischen die Falzstöße der beiden Seitenplatten. Richten Sie die Schraubenlöcher aus und setzen Sie mit einem Schraubendreher alle 4 Schrauben (2 auf jeder Seite) ein, um die Platte zu befestigen.

Der letzte Schritt besteht darin, die Backplate am Gehäuse zu befestigen. Tun Sie dies, indem Sie die Schraubenlöcher ausrichten und dann die 4 selbstschneidenden Holzschrauben in jede Position einführen, um sicherzustellen, dass sie fest und bündig sitzen.

Abschließend können Sie eventuelle Fehler mit feinem Schleifpapier und Möbelwachs glätten. Wenn bei der Ausrichtung Fehler auftreten, wiederholen Sie die vorherigen Schritte. Wenn Sie während dieses Vorgangs Hilfe benötigen, können Sie Ihre Fragen gerne im Kommentarbereich unten posten.

Schritt 12: Sie sind fertig

Gut gemacht, das Projekt abgeschlossen! Genießen!