Handgehaltene Zoetrope-Skulptur - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

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Dieses anweisbare ist eine miniaturisierte, handtellergroße Version der schönen Morphing-Blütenskulpturen von John Edmark. Die Skulptur wird intern von einem Stroboskop mit hoher Helligkeit beleuchtet, um die Animation bereitzustellen. Das sich drehende Teil wurde auf einem Ember 3D-Drucker gedruckt, und die Strobe-Platine wurde mit dem inzwischen eingestellten Autodesk Circuits-Programm erstellt.

Liste der Einzelteile:

• 1 x 3D gedruckte Blütenskulptur

• 1 x LED-Strobe-Platine (OSHPARK)

  • 6 x High-Brightness-LEDs (CREE XP-E von Digikey in Weiß, Grün oder Rot)
  • 1 x Mikrocontroller (ATtiny-85 von Digikey)
  • 3 x MOSFETs (IRF7103PbF Dual MOSFET von Digikey)
  • 1 x Fototransistor (LTR-301 von Digikey)
  • 1 x Fotodiode (LTE-302 von Digikey)
  • je 1 x 330Ω 1206 Widerstand (ERJ-8GEYJ331V von Digikey)
  • 1 x 1kΩ 1206 Widerstand (ERJ-8GEYJ102V von Digikey)
  • 1 x 10kΩ 1206 Widerstand (ERJ-8GEYJ103V von Digikey)
  • 6 x 100nF 1206 Kondensatoren (CL31A106KACLNNC von Digikey)
  • 1 x 6-Pin-Buchsenleiste (PPTC061LFBN-RC von Digikey)
  • 1 x 3-poliger Stecker (PREC003SAAN-RC von Digikey)
• 1 x Servomotor mit kontinuierlicher Rotation (Parallax #900-00008 von Digikey)
• 1 x 1/16-Zoll-Durchmesser, 12-Zoll-Bohrer (Bosch BL2731 von Amazon)
• 2 x 2 AAA-Batteriehalter (Keystone Electronics 2468 von Digikey)

• 1 x Schiebeschalter (SS-12E17 von Jameco oder gleichwertig)

Schritt 1: Bestellung der Platine

Eine ZIP-Datei mit allem Notwendigen für die Bestellung finden Sie unten. Verwenden Sie diese Datei, um Ihre Leiterplatte herstellen zu lassen. Es gibt viele Hersteller von Leiterplatten. Ich empfehle OSHPark.com für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen niedrigen Kosten, hoher Qualität und mittlerer Geschwindigkeit, um überall auf der Welt zu liefern. Ich habe dort ein Projekt erstellt, um die Bestellung zu vereinfachen.

Schritt 2: Montieren Sie die Leiterplatte - Oberflächenmontageteile

Meine Boards kamen in einer Gruppe von 4 an, die mit kleinen Laschen befestigt sind (ich habe 12 Boards bestellt). Ich hatte Teile, um zwei von ihnen gleichzeitig zu montieren. Ich schnappte die Registerkarten, so dass ich nur mit zwei arbeitete.

Ich habe einen Reflow-Ofen verwendet, um die SMD-Teile zu löten, obwohl Sie für den gleichen Zweck eine Heißluftpistole verwenden können (Details unten). Ich benutzte den Reflow-Ofen und Anweisungen von diesem anweisbaren, um meine Teile zu löten.

1. Tragen Sie mit einer Spritze Lötpaste auf alle SMD-Pads auf der Oberseite der Platine(n) auf. Stellen Sie sicher, dass Sie alle Pads mit Paste bestreichen und nicht zu viel, damit Sie nicht zu viel Pads überbrücken. Es zieht sich zu den Pads zurück, wenn nicht zu viel aufgetragen wird. Im Bild oben bedeckt die Paste eindeutig mehrere Pads, aber dies war nicht zu viel Paste, um nach dem Kochen eine Brückenbildung zu verursachen.

2. Platzieren Sie jede der Komponenten vorsichtig auf der Platine.

   • Bei den LEDs zeigen die beiden kleinen Eckquadrate vom Mittelloch der Platine weg.
   • Die drei Dual-MOSFET-Chips haben alle die gleiche Ausrichtung. Siehe Bild für die Positionierung von Pin 1 der MOSFETs und des ATTiny85.
   • Die Position der Widerstände ist in einem der obigen Bilder dargestellt. R1 ist 10kΩ, R2 ist 330, R3 ist 1kΩ. Die Ausrichtung ist egal.
   • Alle Kondensatoren sind gleich und die Ausrichtung spielt keine Rolle.
3. Verwenden Sie den Reflow-Ofen gemäß den Anweisungen, um die Platine zu erhitzen und das Löten abzuschließen.

Schritt 3: Alternative: Reflow mit einem Heißluftgebläse

Wenn Sie keinen Zugang zu einem Reflow-Ofen haben, können Sie das Löten mit einer Heißluftpistole mit geringem Luftstrom beenden. Legen Sie die Platine auf eine wärmeableitende Oberfläche (ich habe einen Chipotle-Schüsseldeckel verwendet) und erhitzen Sie die Platine vorsichtig mit der Heißluftpistole bei geringem Luftstrom, bis die gesamte Lötpaste silberglänzend geworden ist. Wenn das Gebläse zu stark ist, können die Teile während des Reflow-Prozesses von den Pads abdriften.

Hinweis: Das obige Bild stammt aus der ersten Version (Proof of Concept) der Platine. Es sieht etwas anders aus, weil es ein zusätzliches Loch hatte und den ATtiny85-Mikrocontroller nicht auf der Platine enthielt

Schritt 4: Montage der Leiterplatte - Durchgangslochteile

Positionieren Sie die beiden Header (6-Pin-Buchse und 3-Pin-Stecker) so, dass sie von der Unterseite der Platine nach unten zeigen. Löten Sie sie fest (Lötmittel auf der Oberseite der Platine).

Bringen Sie die optischen Encoderteile auf beiden Seiten des kleineren Platinenlochs an. Sie sollten aus der Oberseite des Boards herausragen, wobei die Linsenseite (mit der Beule) einander zugewandt ist. Der mit dem roten Punkt (der Fototransistor, LTR-301) wird zwischen den beiden großen Löchern in der Platine positioniert. Die mit dem gelben Punkt (die Fotodiode, LTE-302) befindet sich auf der anderen Seite des kleineren Lochs. Das Lot dafür wird auf die Unterseite der Platine aufgetragen.

Nachdem die Encoderteile gelötet sind, trimmen Sie die Pins und Löten, um sie so bündig mit der Unterseite der Platine wie möglich zu machen. Dadurch soll die Platine so tief wie möglich auf der Oberseite des Servos sitzen.

Schritt 5: Programmierung des Mikrocontrollers

Ich habe ein Arduino UNO-Board verwendet, um als Programmiergerät für den Controller zu fungieren, indem ich diesem Instructable folge. Darin zeigt es die folgende Zuordnung von Arduino-Pins zu ATtiny-Pins für die Programmierung:

• Arduino +5V → ATtiny Pin 8 (Vcc)
• Arduino Masse → ATtiny Pin 4 (GND)
• Arduino-Pin 10 → ATtiny-Pin 1 (PB5)
• Arduino Pin 11 → ATtiny Pin 5 (PB0)
• Arduino Pin 12 → ATtiny Pin 6 (PB1)
• Arduino Pin 13 → ATtiny Pin 7 (PB2)

Die Anschlusspunkte sind auf dem Bild oben beschriftet. Verwenden Sie Anschlusskabel, um die entsprechenden Verbindungen herzustellen.

Beginnen Sie mit einem Arduino UNO (oder gleichwertig), das als Programmierer eingerichtet ist (siehe Instructable oben), Öffnen Sie das Bloom.ino-Projekt unten in der Arduino IDE. Vor der Programmierung müssen Sie in der Arduino-IDE Folgendes ausführen:

• Tools → Programmierer → Arduino als ISP
• Tools → Board → ATtiny85 (interner 8 MHz Takt)
• Extras → Bootloader brennen

Dann wie gewohnt programmieren.

Schritt 6: Ändern Sie den Motor

Der Motor muss modifiziert werden, hauptsächlich durch Entfernen unnötiger Teile, einschließlich der Oberschale und des größten Teils des Getriebes.

1. Beginnen Sie, indem Sie ein Stück Klebeband von einer Seite des Motors über die Unterseite und zur anderen Seite hinzufügen, ohne die unteren Schrauben zu verdecken. Dies hält den Boden geschlossen, wenn die Schrauben entfernt werden. Ich habe blaues Abdeckband in den Bildern verwendet, um es sichtbar zu machen. Letztendlich habe ich schwarzes Klebeband verwendet, aber es war auf den Bildern nicht zu sehen.
2. Entfernen Sie die Schraube, mit der die Kunststoff-X-Befestigung oben am Motor befestigt ist, und entfernen Sie das Kunststoff-X.
3. Entfernen Sie die 4 Schrauben von der Unterseite. Bewahren Sie die Schrauben auf. Sie können sie optional später im Projekt verwenden.
4. Entfernen Sie den oberen Deckel des Motors, um die Zahnräder freizulegen.
5. Entfernen Sie alle außer dem mittleren unteren Zahnrad. Sie können diese Zahnräder entsorgen. Sie werden sie nicht brauchen.

Als nächstes entfernen Sie etwas Plastik vom Motorgehäuse, um die Platine unterzubringen.

1. Entfernen Sie das restliche Zahnrad und legen Sie es beiseite. Sie werden es später brauchen.
2. Den größeren Plastikbuckel (links in der Nahaufnahme) oben mit einer Säge / Feile abrasieren. Dadurch kann die Platine über diesen Bereich passen.
3. Feilen Sie die Seiten des erhöhten Teils auf der anderen Seite (rechts in der Nahaufnahme).

Passen Sie die Platine über die Oberseite des Servos und achten Sie darauf, dass sie gut und so bündig wie möglich sitzt. Wenn es nicht gut passt, nehmen Sie die erforderlichen Anpassungen vor, damit es passt. Entfernen Sie für den nächsten Schritt die Platine vom Servo.

Schritt 7: Ersetzen Sie die Achse

Ersetzen Sie die Achse durch eine längere. Dies hilft dem Zoetrop, beim Drehen nicht zu wackeln.

1. Entfernen Sie mit einer Zange die kleine Metallachse, die das verbleibende Zahnrad hält, und legen Sie das Zahnrad beiseite.
2. Schneiden Sie 41 mm (1 5/8 Zoll) vom unteren Ende (nicht schneidende Seite) des Bohrers mit einer Bügelsäge oder einem guten Fräser ab.
3. Feilen Sie die Enden mit einer Feile oder einem Schleifpapier zum Glätten.
4. Setzen Sie das Getriebe wieder ein und montieren Sie die neue Achse. Drücken Sie die Achse nach unten, bis sie im Loch sitzt.

Die Achse mag sich sicher anfühlen, aber die Erfahrung hat mir gezeigt, dass sie sich mit der Zeit lockern und durch Drücken von Hand schwer in Position halten kann. Eine Möglichkeit, dies zu lösen, besteht darin, einen Hammer zu nehmen und die neue Achse vorsichtig in das Loch zu klopfen.

Schritt 8: Akkus

Dieser Schritt zeigt einige Versuche meinerseits, als ich dieses Gerät ursprünglich erstellt habe. Mein erster Plan war, das Board immer mit Strom zu versorgen und sich darauf zu verlassen, dass der Mikrocontroller einen Druckknopf überwacht, um alles andere zu starten. Ich habe festgestellt, dass das Servo selbst dann, wenn es sich nicht bewegt, eine kleine Menge Strom aus den Batterien zieht, so dass sie auch dann entladen werden, wenn das Gerät nicht verwendet wird. Später habe ich einen Schiebeschalter hinzugefügt, um das Gerät einzuschalten, um die Batterien bei Nichtgebrauch vollständig zu trennen.

Beginnen Sie, indem Sie die beiden Batteriehalter (ohne Batterien) auf beiden Seiten des Servomotors so platzieren, dass die massiven Drähte einander gegenüberliegen und sich überlappen. Verwenden Sie entfernbares Klebeband, um die Akkus an Ort und Stelle zu halten. Ursprünglich hatte ich die oberen beiden Drähte zusammengelötet, aber später geschnitten, um den Schiebeschalter hinzuzufügen. Ich empfehle, dies trotzdem zu tun, da das Zusammenlöten dieser beiden Drähte eine Steifigkeit hinzufügt, die beim Rest des Prozesses hilft. Es ist einfach, diese Drähte später zu durchtrennen, um den Schiebeschalter hinzuzufügen. Löten Sie also die beiden oberen Drähte zusammen.

Biegen Sie die unteren Drähte mit der Platine als Führung so, dass sie nach oben zeigen und mit den äußersten Löchern auf der 6-poligen Buchsenleiste der Platine ausgerichtet sind. Schneiden Sie die Drähte mit einem Drahtschneider so ab, dass sie noch lang genug sind, um fest in der Buchsenleiste zu verbinden, wenn die Platine auf der Oberseite des Servomotors sitzt. Die Oberseite der Platine sollte bündig mit den Oberseiten der Batteriehalter abschließen.

Entfernen Sie das Klebeband, mit dem die Akkus am Servo befestigt sind, und kleben Sie ein Stück doppelseitiges Klebeband auf beide Seiten des Servos. Setzen Sie das Servo wieder zwischen die Batteriehalter ein, positionieren Sie es wieder so, dass die Oberseite der Platine bündig mit der Oberseite der Batteriehalter ist, und drücken Sie es fest zusammen.

Schritt 9: Dinge zusammenfügen

Fügen Sie eine feste Drahtbrücke zwischen den Anschlüssen PB0 und PB1 der Buchsenleiste der Platine hinzu. Hier wollte ich eigentlich einen Taster anschließen, um das Gerät zu starten. Durch Hinzufügen des Jumpers wird es so gestartet, dass es beim Anlegen der Stromversorgung startet.

Legen Sie die Platine auf das Servo.

Wickeln Sie die Drähte vom Servo um die Basis und verbinden Sie sie mit dem 3-poligen Stecker auf der Platine. Mit Blick auf den Header befindet sich die Masseseite (schwarzes oder braunes Kabel) auf der rechten Seite. Es kann einiges an Arbeit erfordern, um dies gut zu wickeln, ohne zu viel Spielraum übrig zu lassen. Dann die Drähte festkleben. Ich habe für meine schwarzes Gaffer Tape (Stoffband) verwendet.

Als nächstes fügen Sie den Schiebeschalter hinzu, um die Leistung zu steuern. Der Schiebeschalter hat drei Pins. Sie werden nur zwei davon verwenden: den mittleren und einen der seitlichen Stifte (egal welche). Schneiden Sie mit einem Cutter den unbenutzten Seitenstift ab.

Halten Sie den Schiebeschalter am angelöteten Drahtpol der zusammengefügten Batteriehalter fest. Markieren Sie einen Punkt auf den Drähten, zwischen denen die Schiebeschalterstifte später gelötet werden (ich habe einen schwarzen Sharpie-Stift verwendet).

Schneiden Sie die zuvor zusammengelöteten Drahtstifte so ab, dass eine kleine Lücke entsteht, die genau dem Abstand zwischen zwei der Stifte am Schiebeschalter entspricht. Löten Sie den Schiebeschalter, um die Lücke in den Drähten zu überbrücken.

Schritt 10: Zoetrope-Basis (optional)

Ich wollte eine schöne 3D-gedruckte Basis für das Gerät haben. Hier ist das Design auf TinkerCAD. Es ist unnötig, diese Basis zu erstellen, damit das Gerät funktioniert, aber es sieht gut aus. Die Druckdatei ist unten enthalten.

Schritt 11: Zoetrope-Modell

Das 3D-Modell für das sich drehende Teil in TinkerCAD finden Sie hier.

Die STL von diesem Modell sowie eine TAR-Datei mit den geschnittenen Schichten zum Drucken finden Sie unten. Ich schließe die Anweisungen zum Drucken auf dem Autodesk Ember-Drucker nicht ein, da mehrere Anleitungen für die Verwendung dieses Druckers wie dieser vorhanden sind.

Schritt 12: Feinschliff

Die drei Laschen des 3D-Drucks müssen lichtundurchlässig gemacht werden, sonst können die optischen Encoderteile der Platine sie nicht zuverlässig erkennen. Ich habe schwarzen Nagellack verwendet und das hat super funktioniert. Ursprünglich habe ich es einfach mit einem schwarzen Sharpie-Stift versucht, aber als optischer Unterbrecher war er nicht zuverlässig.

Sobald die Registerkarten undurchsichtig gemacht wurden, sollten Sie loslegen. Platzieren Sie den Zoetrope auf der Welle und schalten Sie den Strom ein!