Velosipēdu enerģijas demonstrācija (uzbūve): 7 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Šīs pamācības mērķis bija izveidot interaktīvu velosipēdu enerģijas demonstrāciju, lai izraisītu bērnu interesi par inženierzinātnēm. Projekts darbojas šādi: kad bērns ātrāk velo velosipēdu, viņš spēj aktivizēt vairāk gaismas uz displeja dēļa, galu galā zilās LED gaismās ierakstot vārdu CITADEL. Tā kā braucējs turpina pedāļus ātrāk, tad viņš var aktivizēt buldoga acis kā sarkanas gaismas diodes. Katras montāžas platums nekad nepārsniedz 30 collas, lai nodrošinātu, ka projekts var iekļauties klasēs caur jebkura standarta izmēra durvīm. Displeja dēlis ir uzbūvēts uz riteņiem, lai tas būtu viegli pārvietojams. Ja ir pieejami visi materiāli un instrumenti, šī projekta pabeigšana prasīs apmēram 6 līdz 10 dienas, un tā paredzamās izmaksas būs aptuveni ~ 400 USD, ja jums būs jāiegādājas visas aparatūras/elektriskās sastāvdaļas, kā arī velosipēds.

Izmantotie instrumenti: urbjmašīna, galda zāģis, finierzāģis, urbšanas prese, slīpmašīna, mērlente, skrūvspīles rokturis, uzgriežņu atslēgas komplekts, lodmetāls, stiepļu gofrēšanas instruments, 3D printeris, dažādi sadzīves instrumenti (knaibles, šķēres utt.)

Izmantotie materiāli:

12 mm izkliedēts plāns Digitel RGB LED pikseļi (25 gab.) (2)

GDSTIME 5V DC 50mm ventilators (2)

Arduino Uno

5 mm (HTD) solis, 15 mm plata vienpusēja josta

Kent 20 "Boys Ambush Bicycle vai jebkurš cits 20" velosipēds ar aizmugurējām tapām

Liels radiators - vairāku vatu komplekts (no Sparkfun) (5)

Laikapstākļi 2”x 4” x 8”ar spiedienu apstrādāti kokmateriāli Everbilt 1-1/2” (4)

Saplāksnis displeja dēlim (vēlaties vieglu, bet nedaudz izturīgu)

Skaidu plātne burtiem

Kvadrātveida koka dībeļi galda kāju demonstrēšanai

Stūra kronšteinu vērtību pakete (18564)

Everbilt 2”lieljaudas stūra stiprinājumi (2 iepakojumi)

Grip-Rite # 8 x 2”skrūves (modelis # PTN2S1)

24V 250W elektriskais motorollera motors motorolleru siksnas piedziņai (preces Nr. MOT-24250B)

WIR-110, 16 gabarītu melns strāvas kabeļa vads (12 pēdas)

WIR-110, 16 gabarītu sarkans strāvas kabeļa vads (12 pēdas)

16-20 mērinstruments

LM338T/NOPB lineārais sprieguma regulators

5 grupu spaiļu bloks (2)

Lodēšanas dēļi

1,0 omu rezistori (5)

5,1 kOhm rezistori (2)

150 omu rezistors

100 kOhm rezistors

2200 uF kondensators

20 kOhm rezistors

200 pF kondensators

5V Zener diode

2N2905 tranzistors vai ekvivalents

1.5k potenciometrs

LM308 Op-amp

Jumper Wire komplekts

Krāsa / otas

1. solis: trenera izveide

Sāciet, sagriežot 2x4x8 koka gabalus divos 28 collu dēļos, vēl divos dēļos - 24 collas un vēl divos - 16 collas. Šim nolūkam jums būs nepieciešami divi 2x4x8 dēļi. Izgrieziet vēl četrus dēļus ar 45 grādu leņķi katrā galā. Šo divu dēļu garumam jābūt 10 . Izmantojot 16 collu dēļus, izmantojiet finierzāģi, lai plāksnē iegrieztu iecirtumus, kuru dziļums ir 3 collas un 1 3/4 collas. Pirms griešanas ir lietderīgi izsekot šiem izmēriem.

Paņemiet 2 no 10 "dēļiem un pievienojiet tos vienam no 16" dēļiem. Stāviet 16 collu dēli uz augšu un nolieciet 10 collu dēļus pret katru 16 collu malu tā, lai tie būtu vienā līmenī ar dēli un grīdu. Izmantojiet skrūves, lai piestiprinātu 3 dēļus. Atkārtojiet šo procesu atlikušajiem 16 "un divi 10 collu dēļi.

Atzīmējiet abu 24 collu plātņu centrālo 12 collu atzīmi un 16 collu plākšņu centru. Izlīdziniet abas zīmes kopā tā, lai 16 collu dēlis būtu vertikāli un vienā līmenī ar 24 collu dēli uz sāniem. Urbjiet 2 skrūves 16 līdz 24 collu dēlis un vēl 2 katrai 10 collu plāksnei līdz 24 collu plāksnei. Atkārtojiet šo procesu ar pārējo 24 collu dēli un 16 collu dēli ar 10 collu dēļiem.

Pēc tam katrā no 28 "plāksnēm atzīmējiet tāfeles centru. Katrā 14" atzīmes pusē izveidojiet vēl vienu atzīmi 4 ". Starp šīm divām atzīmēm jābūt 8". Izlīdziniet šo zīmju 24 collu plāksnes ar plāksnes iekšpusi uz atzīmes. Katrā urbjiet 2 skrūves, lai savienotu 3 dēļus. Atkārtojiet to ar pārējo 28 collu plāksni, lai visi būtu savienoti.

2. solis: motora spriegotāja izveide/piestiprināšana

Komanda cīnījās ar piemērotu veidu, kā savilkt jostu. Mēs izgājām cauri dažām idejām, pirms nonācām pie iepriekš redzamā. Metāla bīdāmā sliede būtu bijusi ideāla, taču zemā budžeta dēļ komandai nācās samierināties ar koka sliedi, kas paredzēta maiņai.

Sāciet, izveidojot L formas figūru, izmantojot 2 "x4" blokus. L apakšējai daļai, pie kuras viņš uzstādīs sliedi, jābūt aptuveni 8 collu garai. Augšējai daļai aptuveni 6 collu augstumam. Izgrieziet vēl 2 "x4" bloku motora stiprinājumam. Komanda izmantoja rezerves, nelielu taisnstūrveida koka pastu, ko mēs atradām, lai izveidotu sliežu sistēmu. Apakšējo sliedi aptver divas sliedes, kas uzstādītas motora bloka apakšā. Galvenais šeit ir izmantot pietiekami izturīgu koku, lai tas netiktu sadalīts, kad to ieskrūvē 2 x 4 collas. Komanda izmantoja urbšanas presi, lai urbtu caurumu līdz 2 x 4 collu blokam, pie kura motors ir uzstādīts. Caur L augšējo daļu tika izurbts vēl viens caurums. Visā sistēmā tika ieskrūvēta gara skrūve. Lai sadalītu slodzi, abos galos noteikti izmantojiet lielas paplāksnes. Galīgais mezgls tika uzstādīts pie trenažiera, izmantojot L kronšteinus. Starp sliedi un trenažieri tika ievietots neliels koka bluķis, lai novērstu sistēmas tendenci noliekties, kad tas ir saspringts. Ir noderīgi, ja kāds tur montāžu vietā, uzstādot to pie trenažiera, lai nodrošinātu pareizu izlīdzināšanu ar aizmugurējo riepu.

3. darbība: noņemiet aizmugurējo riepu no velosipēda un piestipriniet aizmugurējās tapas

Lai noņemtu aizmugurējo riepu no velosipēda, vispirms iztukšojiet riepu. Pēc tam noņemiet uzgriežņus, kas tur gultni aizmugurējā riteņa vietā. Atvienojiet ķēdi no aizmugurējā pārnesuma. Ja velosipēdam ir aizmugurējās bremzes, var būt nepieciešams noņemt aizmugurējos bremžu klučus. Kad ritenis un riepa ir pilnībā izslēgti, izmantojiet lauzni, lai izstieptu riepu pāri riteņa sāniem. Saglabājot lauzni starp riteni un riepu, palūdziet kādam pagriezt riteni, lai lēnām noņemtu riepu. Kad esat pabeidzis, izpildiet soļus apgrieztā secībā, lai atkal uzstādītu riteni uz velosipēda. Pirms atkārtotas uzstādīšanas noteikti novietojiet jostu ap riteni. Lai uzstādītu tapas, pabīdiet tās virs aizmugurējās ass, pirms atkārtoti uzmontējat stiprinājuma uzgriežņus.

4. solis: ķēdes izveide

Shēmā redzamā shēma tika iegūta no norādītās saites:

makingcircuits.com/blog/how-to-make-a-25-a…

Mūsu uzbūvētajai shēmai ir divas funkcijas. Pirmais ir regulēt mainīgā līdzstrāvas sprieguma ievadi no motora uz nemainīgu 5 V līdzstrāvas izeju, ko izmanto lukturu barošanai. Otrais ir izmantot sprieguma dalītāju, lai samazinātu spriegumu no motora līdz 0–5 voltiem. Pēc tam šī izeja tiek ievadīta Arduino Uno analogā ieejas portā, kura ierobežojums ir 5 V. Arduino Uno ir kodēts, lai aktivizētu noteiktas gaismas pie noteikta sprieguma. Šis kods ir sniegts zemāk.

Shēma, kas parādīta iepriekšējā shēmā, tiek izmantota, lai vienmērīgi sadalītu strāvu starp 5 lineārajiem sprieguma regulatoriem (lm338). Šos regulatorus nevar vienkārši novietot paralēli, lai sadalītu slodzi, jo atšķirības to iekšējos komponentos rada nedaudz atšķirīgu izeju no katra. Lineārais regulators, kas nodrošina vislielāko jaudu, galu galā uzņem visu slodzi. Izmantojot iepriekš minēto ķēdi, izejas stabilizējas un slodze tiek vienmērīgi sadalīta. Gaismas maksimālā strāva ir aptuveni 1,5A, konfigurēta, izmantojot izvēlētās krāsas (48 zilas 2 sarkanas). Ja visas gaismas tiek kodētas baltā krāsā, tiktu radīta maksimālā strāva (3A). Spriegums tiek regulēts no maksimāli 28V līdz 5V. Šī ir 23V atšķirība. 23V x 1,5A = 34,5 W jauda, kas jāizdala kā siltums. Tāpēc slodzes sadalījums starp regulatoriem komandai ir tik svarīgs. Ja viens regulators uzņemtos visu slodzi, tas pārsniegtu maksimālo darba temperatūru.

Vispirms izveidojiet ķēdi uz maizes dēļa bez lodēšanas. Lai samazinātu troksni, motora izejā būs jāievieto diezgan liels kondensators (mēs izmantojām 2200 uF). Tas attīra Arduino saņemto ievadi un padara gaismas displeju konsekventāku (gaismas nemirgo nepareizi). Tomēr, ja vēlaties izveidot lēkmju izraisošu mašīnu, ietaupiet 2 USD un anulējiet kondensatoru. Pēc tam pievienojiet sprieguma dalītāja ķēdi. Izvadiet džemperi no sprieguma dalītāja līdz Arduino Uno analogajai ieejai A0. Iemērciet arī Arduino zemē. Skatīt pievienoto zīmējumu. Sīkāka informācija par lukturu pieslēgšanu atrodama zemāk esošajā saitē:

learn.adafruit.com/12mm-led-pixels/wiring

5. darbība: ķēdes pārbaude

Iekārta, kas redzama iepriekš laboratorijas solā, ir noderīga, bet nav nepieciešama ķēdes pārbaudei. Tomēr jums būs nepieciešams veids, kā pagriezt līdzstrāvas motora izejas vārpstu. Ideālā gadījumā mēs būtu tikai izmantojuši velosipēdu, bet, tā kā tas joprojām bija pa pastu, mums bija jāatrod alternatīvs risinājums. Pārliecinieties, ka maināt motora polaritāti (zemējuma (melnais) vads sakarst un karsts (sarkans) vads kļūst zemēts). Kad viss ir savienots, noregulējiet ķēdes potenciometru, līdz tiek iegūts 5V izejas spriegums. Šim nolūkam var izmantot jebkuru standarta voltmetru. Lai pareizi noregulētu izejas spriegumu, ķēdei jābūt pakļautai ievērojamai slodzei. Lai palaistu mikrokontrollera kodu, būs jālejupielādē Arduino datora programmatūra. Būs jāinstalē arī FastLED bibliotēka. Kad programmatūra ir lejupielādēta un jūs augšupielādējat kodu Arduino, dodieties uz sērijas monitoru augšējā labajā stūrī, un jūs varēsit novērot sprieguma ievadi, ko saņem Arduino Uno. Ja nepieciešams, veiciet pielāgojumus, lai pēc iespējas kondensētu ķēdi un pārbaudītu vēlreiz. Pirms došanās uz priekšu pārliecinieties, ka visas sastāvdaļas darbojas pareizi.

6. solis: pielodējiet ķēdi

Iepriekš redzamajā attēlā jūs varētu pamanīt, ka ir izveidotas divas shēmas plates. Sākotnēji komanda plānoja izmantot 10 lm338 lineāros sprieguma regulatorus, bet pēc turpmākas pārbaudes tika noteikta viena ķēde ar 5. Tomēr tāfelē, kas mums galu galā nebija vajadzīga, bija sprieguma dalītājs, tāpēc tas joprojām tiek izmantots.

Personīgās izvēles dēļ komanda nolēma lineāros regulatorus pārslēgt pie shēmas plates. Tas ļāva mums tos uzstādīt nedaudz brīvāk un labāk atbalstīt lielās siltuma izlietnes. Lodējiet visas sastāvdaļas no sava prototipa līdz jaunajai lodēšanas plāksnei. Mēs izmantojām permaproto plāksni, lai ķēde būtu precīza kopija, pārvietojot to no maizes plāksnes bez lodēšanas. Lai izveidotu ātru atvienošanu no motora un lukturiem, tika izmantoti divi 5 grupveida spaiļu bloki.

7. darbība: izveidojiet displeja dēli

Displeja dēlis tika veidots vairākos posmos.

1) Displeja dēlis sastāv no tāfeles un stiprinājuma. Displejs ir izgatavots no plānas koka un piestiprināts pie statīva, kura izmērs ir 57 1/2 x 5 pēdas. Statīvu atbalsta šķērsgriezuma stars, kas stiepjas 45 grādu leņķī. leņķis no aizmugures kājas līdz vertikālajam statīvam. Tas tika uzbūvēts, izmantojot koku un skrūves. Pēc dēļa un statīva pabeigšanas stiprinājumā katrā attiecīgajā stūrī tika izurbti četri riteņi

2) Burtu displejs (C-I-T-A-D-E-L) tika veidots atsevišķi no displeja un stiprinājuma. Burti vispirms tika uzzīmēti un pēc tam izgriezti no skaidu plākšņu flīzēm, kuru izmērs bija 8 x 12 collas. Burtu izmēri ir 10, un tie ir dažāda platuma. Burti tika sagriezti ar lentzāģi ārpusei un finierzāģi burtu interjeram.

3) Pēc burtu sagriešanas tie tika piestiprināti pie tāfeles ar šķidru naglu. Tas nodrošināja vēstuļu piestiprināšanu pie tāfeles. Pēc tam burtos tika urbti caurumi, izmantojot 12 'bitu. Tas nodrošinātu, ka gaismas tiek parādītas.

4) Pēc tam displejs tika nokrāsots baltā krāsā, un burti (C-I-T-A-D-E-L) tika krāsoti zilā krāsā. Pēc tam dēļa rāmim tika pievienota zila apdare.

5) Burti (T-H-E) tika uzkrāsoti uz tāfeles 4 augstumā ar dažādu platumu.

6) Buldogs dēļa apakšā tika uzkrāsots uz tāfeles, izmantojot akrila krāsas maisījumu. Caur acīm tika urbti caurumi ar 12 mm uzgali, lai tie atbilstu gaismām.

7) Visbeidzot, gaismas tika ievietotas tāfelē, un displeja dēlis bija pabeigts.