Arduino Water Cycle Diorama - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

We gaan een diorama maken waarin de watercyclus wordt gepresenteerd, waarbij we Arduino en enkele motoren gebruiken om beweging en verlichting toe te voegen. Het heeft een schoolgevoel - want het is eigenlijk een schoolproject!

Het presentatiescenario is dit:

De zon komt 's morgens op [Eén servomotor beweegt de zon].

Water verdampt uit de zee [Eén stappenmotor heft de "verdampingsplaat" op]

Wolken vormen zich in de lucht [Eén stappenmotor laat de katoenen wolken zakken]

Regen valt [Eén stappenmotor laat het "regenzeil" zakken]

Ondertussen veranderen de lichten (APA106 LED's) van kleur om de zonsopgang, de bewolkte lucht, de bliksemschichten tijdens de regen aan te duiden.

Materialen:

1. Arduino Uno
2. 5V Stappenmotoren en drivers (x3)
3. Servomotor (x1)
4. APA106 LED's (x5)
5. Metalen buis
6. Schroeven en bouten
7. Papier, tule, katoen
8. Heet lijmpistool

Dus, daar gaan we!

Stap 1: Bouw de doos

We hebben een houten kist gebouwd, maar je kunt ook een doos gebruiken. De afmetingen van de doos zijn 40cm voorkant, 25cm diepte, 30cm hoogte.

We hebben een handig deksel met scharnieren geplaatst, zodat door het optillen makkelijker te werken is. Ook hebben we de achterwand niet echt nodig, dus die kun je overslaan en gewoon wat blauw papier voor de lucht gebruiken, zoals op de foto te zien is.

Stap 2: Bevestig de motoren

We zullen de stappenmotoren aan de bovenkant van de doos bevestigen, zodat ze roteren en onze regentule, verdampingstule en wolken omhoog of omlaag wikkelen.

Eerst moeten we gaten boren.

Maak met papier een masker van de motor, zoals op de foto te zien is. Hiermee kunt u de gaten correct markeren [foto]. Boor en bevestig vervolgens de motor met schroeven en bouten.

Stap 3: Bevestig de assen

Voor de assen gebruiken we koperen afvoerbuizen. Meet de afstand rekening houdend met de motordiepte, trek nog een cm af en knip 3 stukken af.

Gebruik de motoras als mal en gebruik een tang om het ene uiteinde van de buis eromheen te drukken.

Gebruik vervolgens een schroef als mal en doe hetzelfde aan het andere uiteinde van de buis.

Boor een gat aan de andere muur, tegenover de motoras (meet afstanden). Bevestig de as tussen de motoras en de schroef door het gat. Gebruik een of twee bouten om de schroef vast te zetten en een metalen ring om de as soepeler te laten draaien, zoals op de foto.

Stap 4: Beveilig de servomotor

Gebruik wat blue-tac eronder en een metalen strip met schroeven erboven om de servomotor op de vloer te bevestigen. Deze wordt gebruikt om de zon op te wekken, zoals op de foto te zien is.

Zorg ervoor dat u deze in de juiste richting bevestigt. (Als je het verkeerd doet, is het geen groot probleem, je kunt het gewoon in de arduino-code bewerken.)

Gebruik een rietje en lijm om de zon op de motoras te monteren.

Stap 5: Sluit de elektronica, motoren, LED's aan

De Arduino Uno heeft 14 digitale pinnen. We hebben 4 pinnen nodig voor elke stappenmotordriver, plus één pin voor de servomotor, plus één pin voor de LED's.

In het schema ziet u de basisaansluiting. Op de driver zijn 4 digitale pinnen aangesloten. Je hebt een aparte stroombron nodig voor de driver (en motor), aangezien motoren behoorlijk wat stroom verbruiken en je problemen krijgt als je ze van Arduino voorziet. U kunt een USB-oplader en -kabel gebruiken, deze doorknippen, +5V en GND gebruiken om de motor van stroom te voorzien. Je moet ook de GND van het Arduino-bord aansluiten op de GND van de externe voeding, zoals weergegeven in het schema. De aansluitingen:

Pin 0, 1, 2, 3: Motor 2

Pin 4, 5, 6, 7: Motor 1

Pin 8, *10, 11, 12: Motor 0. Merk op dat we PIN 9 opslaan voor de servomotor: in sommige Arduino-boards kunnen alleen pins 9 en 10 een servo aansturen.

De servomotor aansluiting is vrij standaard. Gebruik digitale pin 9 voor de besturing. Gebruik de externe stroombron, hetzelfde als voor de stappenmotoren, om de servo van stroom te voorzien (d.w.z. niet zoals het schema, waar de stroom wordt afgenomen van het Arduino-bord.)

Het APA106 LED-ontwerp stelt ons in staat om meerdere LED's individueel aan te sturen met slechts één pin. We zullen Digital Pin 13 gebruiken (die ook is verbonden met de ingebouwde LED op het Arduino-bord). De basisaansluiting is te zien op het schema. APA106 heeft vier pinnen. De twee middelste pinnen zijn voor +5V en GND. Vervolgens verbinden we de DATA IN van de eerste LED met Pin 13, zijn DATA OUT met de DATA IN van de tweede LED, enz. Elke volgende LED krijgt zijn DATA IN-signaal van de DATA OUT van de vorige. De laatste LED's DATA OUT kunnen niet aangesloten blijven.

Misschien wilt u de LED's op de behuizing bevestigen nadat u de decoratie hebt gedaan, zodat u de verlichting beter kunt inspecteren. Als alternatief kunt u ze niet vastzetten, met behulp van hete lijm, en de decoraties achteraf installeren.

Stap 6: De Arduino-code

Hier is een beschrijving van wat de code doet.

Zonsopgang: De servomotor gaat van 10 naar 50 graden, snelheid 2 graden/sec, terwijl de verlichting verandert van roodachtig (dageraad) naar wit (middag).

Verdamping: een stappenmotor windt de as op waar de "dampen" tule is bevestigd, waardoor deze omhoog gaat. Mogelijk moet u het aantal slagen aanpassen, afhankelijk van uw afmetingen.

Wolken: een stappenmotor wikkelt de as af om de wolken te onthullen. De scènekleuren veranderen in een "regenachtige" instelling.

Regen: Een stappenmotor wikkelt de "regen" tule-as af. We hebben willekeurige flitsen, waarbij de kleur een tijdje naar wit verandert - en dan weer terug naar "regenachtig".

Systeemreset: de lichten zijn uit en de motoren wikkelen de assen terug, zodat het systeem klaar is om nog een iteratie uit te voeren wanneer het opnieuw wordt aangesloten.

Houd er rekening mee dat we ervoor hebben gekozen om slechts één keer te draaien en vervolgens een reset uit te voeren, zodat we de kans minimaliseren dat iemand het systeem halverwege stopt. In dat geval zouden we de tule half opgerold op de assen hebben, zodat het systeem niet correct zou werken.

Speel een beetje met de code voordat je de versieringen toevoegt. U maakt later nog fine-tuning aanpassingen.

Stap 7: Maak en bevestig de decoraties en de LED's

We hebben gekozen voor een 2.5D weergave van een landschap. Het bestaat uit 4 lagen landschap, achter elkaar. Er is ook een hemel op de rug. Tussen de lucht en de achterste laag, die met de bergen, bevindt zich de zon, bevestigd op de servomotor.

De regen- en de verdampingstulles zijn gevouwen en verborgen tussen de andere lagen, wanneer ze naar beneden zijn. Ze zijn met draad aan de assen hierboven bevestigd.

De wolken zijn kleine wattenbolletjes (die handig zijn voor de-make-up), die onafhankelijk van elkaar met een draad op de wolkenas zijn bevestigd. Je wikkelt de draad om de as, en door hem uit te pakken komen de wolken naar beneden.

De LED's zijn in een ketting verbonden en tussen de lagen gelijmd, eerst LED op de achterkant, zodat deze later op het Arduino-bord wordt aangesloten.

Voor de regen hebben we kleine stukjes waterdruppelvormig papier gesneden en op een tule geplakt. Op de foto kun je zien dat we wat gewicht lijmen, vb. kleine noten, achter de waterdruppels (en metalen ringen achter de "dampen"), zodat de tule door de zwaartekracht naar beneden wordt gebracht in plaats van in het midden te zweven. De boven- en onderkant van de tule is om een potlood of eetstokje gewikkeld, ook voor het gewicht. Deze laatste "aanraking" geeft een "kinderachtige" noot aan het diorama (dit was bedoeld om eruit te zien als een kinderproject). Je kunt desgewenst iets anders, meer onzichtbaars, gebruiken om de tule zwaarder te maken.

Stap 8: Sluit de Arduino aan en monteer deze op het bord

U moet de motorstuurprogramma's, servomotor, LED's op de Arduino aansluiten. De pinnen staan vermeld in de code.

Je kunt de Arduino en de motorbesturingsborden op de behuizing plaatsen, met behulp van hete lijm, en ze verbergen achter de papieren bergen. Gebruik een klein breadboard om de motoren van stroom te voorzien via een externe bron. De stroomkabels, voor de arduino en de motoren, gaan aan de achterkant naar buiten.

Doe wat fine-tuning in de code, en je bent klaar om te gaan!

Veel plezier!