Digitale Schatzkiste - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Ich studiere Spiel- und Interaktionstechnologie an der Utrecht University of the Arts. Es gibt ein Projekt namens "If this then that", bei dem Sie aufgefordert werden, ein interaktives Produkt zu erstellen. Sie sollen ein Arduino verwenden, ein interessantes interaktives Element entwerfen und einen schönen und professionell aussehenden Prototyp darum bauen. Ich hatte einige klare persönliche Wünsche bei diesem Projekt: Ich wollte Schweißen lernen, ich wollte in C/C++ programmieren lernen und ich wollte eine 14-Segment-Anzeige fahren, die schon ewig bei mir herumliegt. Es dauerte ein paar Wochen, bis ich eine Idee hatte, die dies zusammenfügte, aber schließlich kam mir: Ich wollte eine Truhe machen, die Sie mit einem Code öffnen müssen, aber nicht mit einem Code. Ein Drucksensor wird ständig ausgelesen und auf einem Display angezeigt, man muss die richtige Zahl erreichen und dreimal bestätigen, um die Brust zu entriegeln.

Ich wollte, dass die Truhe eine Art modern-industrielles Aussehen hat, also fiel meine Materialwahl auf Stahl und Holz.

Am Ende bin ich ganz zufrieden damit, wie es sich entwickelt hat! Ich habe die Schritte unten geschrieben, damit Sie es neu erstellen oder sogar verbessern können! Spaß haben!

Schritt 1: Zutaten sammeln

Bevor wir beginnen, benötigen wir einige Teile. Hier ist die vollständige Liste:

Gehäuse:

• 350cm Vierkantstahlrohr, 20x20x2mm
• 6x 26x26x0,9 cm Sperrholzplatten (am effizientesten ist es, ein Brett, das größer als 52x72 cm ist, in sechs Teile zu schneiden, aber stellen Sie sicher, dass Sie etwas Holz übrig haben!)
• 1x 26x22x0,9cm Sperrholzplatte
• 90cm 22x30mm Holz (in Stücke von 26cm, 2x 18cm und 2x 12cm geschnitten)
• Kleine Scharniere
• 2x Akkordschleifen
• Schrauben: 4,0 x 16, 4,0 x 20, 4,0 x 25, 3,0 x 12 (jeweils etwa zehn, einschließlich einiger Ersatzschrauben)
• Schrauben: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (jeweils ca. zehn, inklusive etwas Ersatz)
• Muttern: M3, M6, M10
• Handhaben
• 2x 8cm 25x4mm Stahlstangen

Elektronik:

• Taste
• LED rot
• LED blau
• Kraftempfindlicher Widerstand
• Solenoid im Lock-Stil (meiner ist ein 12V 650mA Modell)
• HDSP-A22C 14-Segment-Anzeige
• MCP23017 Digitale E/A-Erweiterung
• 15x Widerstand 470
• 3x Widerstand 1k
• 6x Widerstand 10k
• 1N4007 Diode
• 2x BC547B-Transistor
• 2x BC557B-Transistor
• TIP31A Transistor
• 12V 1A Wandadapter

Schritt 2: Bau einer Truhe - der Stahlrahmen

Die Truhe ist ein 30cm großer Würfel aus Stahlrohr und Holzpaneelen. In der Garage fand ich schöne Vierkantrohre von 20x20mm mit 2mm dicken Wänden. Die Wände müssen dick genug sein, um zu schweißen und Gewindelöcher für M3-Schrauben zu bohren. 2mm ist dafür die perfekte Dicke. Natürlich können Sie dafür jede Art von Stahlrohr verwenden, wenn Sie bessere Ideen haben.

Die eleganteste Art, den Rahmen zu bauen, besteht darin, zwei Quadrate von 30x30cm zu bauen und diese beiden Quadrate dann mit 26cm (30 - 2*2) Rohren zu verbinden. Um die Quadrate zu machen, schneiden Sie die langen Stahlrohre diagonal in acht Teile. Die Enden der Stücke sollten in einem Winkel von 45 Grad zueinander geschnitten werden. Die langen Enden des Stückes sind 30cm. Bei Verwendung einer montierten Säge ist es einfach, die Klinge um 45 Grad zu drehen und das Rohr nach jedem Stück zu drehen. Dadurch wird am wenigsten Material verschwendet. Nachdem Sie die acht diagonal geschnittenen Stücke haben, ist es Zeit, vier weitere gerade zu schneiden. Diese Stücke sind 26cm lang.

Dann schneiden Sie schließlich zehn Stücke von etwa 6 cm einer 20 x 4 mm großen Stahlstange. Dies sind die Befestigungspunkte für die Holzplatten.

Wenn das ganze Metall fertig ist, ist es Zeit zu schweißen. Der schwierigste Teil hier ist das Auskleiden der Rohre, die Sie geschnitten haben. Beginnen wir mit den oberen und unteren Quadraten. Nehmen Sie die diagonalen Stücke und legen Sie sie in einem Quadrat auf einem Stück Holz aus. Ein Tipp hier ist, eine ungefähr quadratische Platte von ca. 30cm zu verwenden, damit Sie die Ecken der Kanten fallen lassen können, wenn Sie sie in einem 45-Grad-Winkel zum Holz auslegen. Befestigen Sie sie mit einigen Klammern und stellen Sie sicher, dass das Metall in allen Ecken berührt, damit der Strom beim Schweißen von jedem Teil zum nächsten fließen kann. Wenn Sie noch nie geschweißt haben, ist es jetzt an der Zeit, ein wenig zu üben, denn wenn Sie es vermasseln, können Sie alles bisher wiederholen. Wie auch immer, schweißen Sie die Teile in den Ecken zusammen (ich habe mich dafür entschieden, es innen zu tun) und Sie haben jetzt den ersten Teil fertiggestellt! Das zweite Quadrat ist einfacher auszurichten, da Sie es einfach auf das erste legen können. Verschweißen Sie diese ebenfalls. Wenn alles geklappt hat, sollten Sie jetzt zwei identische Stahlquadrate haben.

An dieser Stelle möchten Sie die Befestigungspunkte für das Holz anbringen. Ich habe zwei Stücke für jede Platte an den gegenüberliegenden Kanten des Würfels verwendet. Ich habe ein bestimmtes Muster gewählt, damit kein Teil dem Deckel im Weg steht und ich nicht zwei Teile an derselben Kante montieren muss. Sie können es nach Belieben tun, solange die Kante, an der das Solenoid verriegelt wird, keine hat.

An dieser Stelle nahm ich auch ein Schleifwerkzeug mit einer angebrachten Stahlbürste, um den Stahl zu reinigen. Die Stäbe hatten einige rostige Stellen und ich fand, dass es ihnen ein schönes Aussehen gab.

Um den Stahlrahmen fertig zu bauen, müssen wir nur die beiden Quadrate verbinden, die wir jetzt haben. Am einfachsten ist es, sie aufrecht auf eine ebene Fläche zu stellen und zwei der 26cm-Röhren dazwischen zu legen. Ein zusätzliches Paar Hände ist sehr nützlich, wenn Sie sie festklemmen. Schweißen Sie dies zusammen und wiederholen Sie es für die andere Seite.

Wenn alles geklappt hat, sollte der Stahlrahmen jetzt fertig sein!

Schritt 3: Bau einer Truhe - die Seiten und der Deckel

Um die Truhe fertigzustellen, müssen wir an den Seiten Holzverkleidungen hinzufügen. Denken Sie daran, dass die Elektronik im Deckel versteckt ist, Sie benötigen also etwas mehr Platten als nur 6 Stück 26x26cm. Im Baumarkt hatten sie 122x61cm, was perfekt war. Ich wählte ein bisschen dünneres Holz als ich ursprünglich beabsichtigt hatte, aber es sah besser aus als dickeres Holz. Wenn das Stahlrohr 2 cm breit ist, abgerundete Ecken hat und die Halterung 4 mm breit ist, bleiben für das Panel etwa 10 mm übrig, während Sie immer noch ein gutes Aussehen behalten. Die Platten, die ich fand, waren 9 mm dick, das war perfekt.

Schneiden Sie die Platten in sechs Platten von 26x26cm. Wenn Ihre Schweißnaht etwas groß ist, müssen Sie die Ecken abschneiden. Wenn Sie die Platten haben, legen Sie sie in den Rahmen. Es ist praktisch, zu beschriften, welcher wohin gehört. Markieren Sie in der Mitte des Holzes die Stelle, an der die beiden Löcher sein werden. Legen Sie das Holz an der entsprechenden Stelle in den Rahmen und bohren Sie das Loch für den Bolzen. Ich hatte M6-Schrauben herumliegen, aber jede Schraube ist gut. Größere Schrauben könnten ihm ein mutigeres Aussehen verleihen, aber selbst ein M3 kann es gut zusammenhalten. Achten Sie darauf, dass die Schrauben nicht zu lang sind, da sie in den Rahmen hineinragen. Hier legen Sie Ihre Sachen ab. Wenn also lange Bolzen herausragen, wird es etwas unpraktisch. Wenn Sie genau die gleichen Materialabmessungen wie ich verwendet haben, sollte eine 20-mm-Schraube Ihr Ziel sein. Wenn die Löcher gebohrt sind, können Sie die Platten montieren, aber warten Sie mit dem Befestigen von allem, bevor der Deckel fertig ist, Sie werden sich nicht aussperren wollen!

Für den Deckel beginnen wir mit einer der Platten, die wir für die Seiten schneiden. Die Idee ist, den Deckel zu einem Gehäuse für die Elektronik zu machen. Im Baumarkt habe ich auch ein 22x30mm Holzstück gefunden, das wäre der perfekte Abstandhalter. Es bietet drei Zentimeter, in denen Sie Ihre Elektrik verstecken können. Bevor wir diese auf den Deckel kleben, müssen wir Löcher in das Holz bohren. Es sind alle runde Löcher, außer dem für das Display. Verwenden Sie für die runden einen Bohrer. Verwenden Sie als Größenreferenz das Schema in den obigen Bildern. Für die Anzeige können Sie entweder eine elektrische Stichsäge oder eine Fräsmaschine verwenden, wenn Sie genauer sein möchten. Sobald alle Löcher geschnitten und gebohrt sind, können Sie die Holzstücke an den Seiten der Platte in aufrechter Position kleben! Achten Sie auch darauf, dass Ihr Magnetventil noch in den verbleibenden Raum passt. Wenn alles verklebt ist, nehmen Sie die genauen Maße vor und schneiden Sie eine weitere Holzplatte auf diese Maße zu. Sie werden es bereits auf die Unterseite der hölzernen Abstandshalter schrauben wollen, damit Sie die Ecken bündig mit der Ecke der Platte abschneiden können, mit der Sie begonnen haben.

Jetzt müssen wir die Tasten für den Drucksensor und die Aktionstaste machen. Wir möchten die eigentliche Taste vor dem Benutzer verbergen, also montieren wir sie unter dem Deckel im Elektronikfach. Ich schneide einfach ein paar kleine Holzstücke aus dem übrig gebliebenen Sperrholz, um als Abstandshalter zu dienen. Löten Sie den Druckknopf auf eine Platine und schrauben Sie ihn auf die Holzstücke, die an der Unterseite des Deckels geklebt sind, so dass der Knopf genau in der Mitte des Lochs herauskommt. Der Drucksensor ist etwas anders. Verwenden Sie dazu zwei Abstandsstücke, die ebenfalls auf den Deckel geklebt werden, aber nehmen Sie ein drittes Stück, um eine Brücke über das Loch zu bilden. Kleben Sie den Sensor genau in die Mitte des Lochs.

Um die Tasten durch den Deckel zu steuern, wäre es ideal, etwas in 3D zu drucken. Leider hatte ich keine Zeit dafür, also habe ich improvisiert. Sie können tun, was Sie wollen, aber ein Tipp hier ist, dass Sie etwas brauchen, um zu verhindern, dass der Knopf auf beiden Seiten herausfällt. Ich benutzte verkürzte Schrauben mit einer halbierten Mutter an einem Ende und bedeckte sie mit etwas, das ich herumliegen fand.

Als nächstes muss das Solenoid montiert werden. Jedes Solenoid ist etwas anders, aber die einfachste Art, die meisten Solenoide zu montieren, besteht darin, Holz zwischen dem Ziegel und dem Deckel zu schichten, bis es genau hinter den Rahmen rutscht, aber auch weit genug zurück, um das Holz beim Ausfahren nicht zu berühren. Bei mir waren das 6mm. Später musste ich dann wieder etwas Stahl wegschleifen, weil es am Ende noch nicht weit genug unten war. Ich hätte wahrscheinlich ungefähr 7 oder 8 mm haben sollen.

Der Deckel ist nun größtenteils fertig und es muss nur noch die Elektronik hinzugefügt werden. Dies ist der richtige Moment, um zuerst den Deckel am Rahmen zu befestigen. Versuchen Sie, ein paar kleine Scharniere in einem lokalen Geschäft zu bekommen, diese sollten nicht größer sein als das Stahlrohr (~18mm)! Je nach Größe und Qualität dieser Scharniere können Sie entweder zwei oder drei verwenden. Markieren Sie ihre Position auf dem Rahmen und auf dem Deckel. Holen Sie sich jetzt ein zusätzliches Paar Hände, die den Deckel an Ort und Stelle halten, während Sie markieren, wo Löcher gebohrt werden sollen. Die Löcher im Stahlrohr sollten mit einem Gewinde versehen sein, damit Sie einfach eine Schraube einschrauben können, ohne sich Gedanken über die Befestigung machen zu müssen. Wenn die Scharniere am Rahmen befestigt sind, nimm diese zusätzlichen Hände zurück und schraube den Deckel mit einigen kleinen Schrauben an den Scharnieren fest. Da Sie später wieder am Deckel arbeiten müssen, können Sie auch mit diesem Schritt warten, bis alles fertig ist.

Jetzt sind wir bereit, an der Elektronik zu arbeiten!

Schritt 4: Die Elektronik

Die Schaltung besteht aus fünf separaten Schaltungen. Die meisten davon sind ziemlich einfach: eine einfache LED mit einem Widerstand oder ein Druckknopf, der an einen Arduino-Pin angeschlossen ist. Die beiden komplizierteren Schaltungen sind diejenigen, die das Display und die Magnetspule ansteuern.

Das Display hat 15 separate Pins, die angesteuert werden müssen. Ein einfaches Arduino kann maximal 19 Pins ansteuern. Ich brauchte 5 weitere Pins für den Rest des Designs, also war ich knapp. Ich fand die Lösung in der Verwendung eines I2C-gesteuerten I/O-Expanders, des MCP23017. In Kombination mit der Adafruit-Bibliothek für dieses Gerät ist es wirklich einfach zu bedienen. Der an Pin GPA0 angeschlossene Teil der Schaltung wird verwendet, um zwischen den beiden gemeinsamen Anoden des HDSP-A22C-Displays zu wechseln. Wenn es hoch ist, steuert es Zeichen 1 und wenn es niedrig ist, steuert es Zeichen 2 an. Der Nachteil dieses Expanders besteht darin, dass er in die Ausgangspins schreibt, sobald ein Byte geschrieben wird. Dies führte zu Geisterbildern. Leider konnte ich dies nicht mit Hardware lösen, also habe ich Software verwendet, um das Problem zu umgehen.

Da das von mir verwendete Solenoid mit 12V betrieben wird (für das Sie einfach ein beliebiges 12-V-Netzteil verwenden können, stecken Sie es in das Arduino und löten Sie ein Kabel daran), benötigte ich eine Verstärkerschaltung (Darlington), um es mit einem Arduino-Pin anzusteuern. Vergessen Sie auch nicht eine Diode zur Dämpfung von Stromspitzen, die von den Elektromagneten im Magneten erzeugt werden!

Beachten Sie beim Löten der Schaltkreise, wo Sie sie platzieren. Ich hielt einen kleinen Rand um alle meine Bretter, damit ich sie auf einige Abstandsstücke (Reste von den Seitenwänden) schrauben konnte, die auf den Deckel geklebt waren. Für die LEDs können Sie einen Draht mit einem Widerstand direkt an die LED anlöten und mit Schrumpfschläuchen abdecken und sicherstellen, dass sie nicht brechen. Verwenden Sie Heißkleber, um zu verhindern, dass alle Drähte, die direkt an eine Platine gelötet sind, abbrechen.

Nachdem alles gelötet wurde, ist es Zeit, alles anzuschließen! Ich habe einige Buchsenleisten bekommen, um die 5V- und GND-Schienen zu erweitern, damit ich nicht alles zusammenlöten muss und ich leicht etwas trennen oder ersetzen kann, wenn es kaputt geht. Wenn Sie ein ähnliches Stück Holz für die Seiten des Deckels wie ich verwendet haben, werden Sie feststellen, dass es keinen Platz mehr gibt, um etwas an den Arduino anzuschließen. Die einfachste Lösung hierfür besteht darin, die Pins einfach im 90-Grad-Winkel zu biegen und so zu stecken.

Der letzte Teil ist der einfachste und das ist das Hochladen des Codes.

Schritt 5: Der Code

Der gesamte Code wurde mit PlatformIO erstellt. Wenn Sie damit nicht vertraut sind, können Sie es einfach kopieren und in eine Arduino-Skizze einfügen. Wenn Sie es sind, können Sie einfach das Programm herunterladen und auf Ihren Arduino hochladen. Der Code ist auf meinem Github zu finden. Schauen Sie sich in der Programmkonfiguration um und ändern Sie die Werte nach Belieben (besonders interessant sind die Pins und die Kombination). Die Standardkombination ist 43 - 50 - 99.

Schritt 6: Feinschliff

Nachdem alles fertig ist und montiert und mit der Arbeit begonnen hat, sind wir bereit, die letzten Details hinzuzufügen, damit alles funktioniert.

Um ein Durchfallen des Deckels durch den Rahmen zu verhindern, können Sie zwei seitlich am Deckel angebrachte Sperrplatten montieren. Ich habe eine 25x4mm Stahlstange, die ich gefunden habe, verwendet, in Stücke von etwa 8cm geschnitten, Löcher gebohrt und auf den Deckel geschraubt.

Eine andere Sache, die ich dem Deckel hinzugefügt habe, war ein Griff - sehr nützlich, wenn Sie ihn jemals öffnen möchten. Ich musste tief in die Seiten des Deckels bohren, um es zu montieren, aber es stellte sich heraus, dass es großartig aussah.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, eine kleine Sehne hinzuzufügen, um zu verhindern, dass der Deckel zu weit nach hinten fällt und die Scharniere beschädigt werden. Meine Lösung bestand darin, am Deckel und an der Innenseite der Truhe Schraubhaken zu verwenden, an denen ich eine Schnur befestigen konnte.

Um Strom in den Deckel zu bekommen, bohren Sie ein kleines Loch in eine der Kanten und sägen Sie es von oben aus. Setzen Sie eine Schraube an einer anderen Kante ein und wickeln Sie den Akkord um die Schraube, um zu verhindern, dass jemand versehentlich den Powerchord herauszieht und Sie für immer aus der Brust sperrt.

Schließlich haben Sie vielleicht bemerkt, dass Sie den Deckel noch nicht wirklich schließen können. Dies liegt daran, dass Nüsse im Weg sind. Schneiden Sie hier einfach ein wenig Holz weg, um Platz für diese Nüsse zu schaffen.

Und das ist es! So können Sie die digitale Schatzkiste selbst nachbauen! Und vergessen Sie nicht, beim Umgang mit gefährlichen Elektrowerkzeugen die richtige Schutzausrüstung zu tragen!