การสาธิตพลังงานจักรยาน (บิวด์): 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

จุดประสงค์ของคำแนะนำนี้คือการสร้างการสาธิตพลังงานจักรยานแบบโต้ตอบเพื่อจุดประกายความสนใจของเด็ก ๆ ในด้านวิศวกรรม โปรเจ็กต์นี้ทำงานดังนี้ เมื่อเด็กเหยียบจักรยานเร็วขึ้น เขาสามารถเปิดไฟบนแผงแสดงผลได้มากขึ้น โดยสะกดคำว่า CITADEL ในไฟ LED สีฟ้าในที่สุด ในขณะที่ผู้ขับขี่ยังคงเหยียบเร็วขึ้น เขาจะสามารถกระตุ้นดวงตาของบูลด็อกเป็นไฟ LED สีแดง ความกว้างของชุดประกอบแต่ละชิ้นต้องไม่เกิน 30 นิ้ว เพื่อให้แน่ใจว่าโครงการจะพอดีกับห้องเรียนผ่านประตูขนาดมาตรฐานใดๆ บอร์ดแสดงผลถูกสร้างขึ้นบนล้อเพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายได้ง่าย ด้วยวัสดุและเครื่องมือทั้งหมดที่มี โปรเจ็กต์นี้จะใช้เวลาประมาณ 6 ถึง 10 วันในการดำเนินการให้เสร็จสิ้น โดยมีค่าใช้จ่ายประมาณ ~ 400 ดอลลาร์สหรัฐ หากคุณต้องซื้อส่วนประกอบฮาร์ดแวร์/ไฟฟ้าทั้งหมด รวมถึงจักรยานยนต์

เครื่องมือที่ใช้: สว่านไฟฟ้า, โต๊ะเลื่อย, จิ๊กซอว์, สว่าน, เครื่องขัด, เทปวัด, คีมจับ, ชุดประแจกระบอก, เหล็กบัดกรี, เครื่องมือย้ำลวด, เครื่องพิมพ์ 3 มิติ, เครื่องมือในครัวเรือนต่างๆ (คีม, กรรไกร ฯลฯ)

วัสดุที่ใช้:

พิกเซล LED RGB LED แบบ Diffused Thin Digitel ขนาด 12 มม. (สาย 25 เส้น) (2)

GDSTIME 5V DC 50 มม. พัดลม (2)

Arduino Uno

ระยะพิทช์ 5 มม. (HTD) สายพานด้านเดียวกว้าง 15 มม.

จักรยาน Kent 20" Boys Ambush หรือจักรยาน 20" รุ่นอื่นๆ พร้อมหมุดด้านหลัง

ฮีทซิงค์ขนาดใหญ่ - แพ็คเกจ Multiwatt (จาก Sparkfun) (5)

Weathershield 2”x4”x8’ ไม้แปรรูปด้วยแรงดัน Everbilt 1-1/2” (4)

ไม้อัดสำหรับแผ่นดิสเพลย์ (ต้องการน้ำหนักเบาแต่ทนทานบ้าง)

พาร์ติเคิลบอร์ดสำหรับจดหมาย

เดือยไม้สี่เหลี่ยมสำหรับขาบอร์ดแสดงผล

รั้งมุมชุดสุดคุ้ม (18564)

ค้ำยันเข้ามุม Everbilt 2” (2แพ็ค)

สกรูยึดกริป #8 x 2” (รุ่น# PTN2S1)

มอเตอร์สกู๊ตเตอร์ไฟฟ้า 24V 250W สำหรับสกูตเตอร์แบบสายพาน (รายการ # MOT-24250B)

WIR-110, สายไฟสีดำขนาด 16 เกจ (12 ฟุต)

WIR-110, สายไฟสีแดง 16 เกจ (12 ฟุต)

สายเกจ 16-20

LM338T/NOPB ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น

บล็อกเทอร์มินัล 5 แก๊ง (2)

บอร์ดประสาน

ตัวต้านทาน 1.0 โอห์ม (5)

ตัวต้านทาน 5.1 kOhm (2)

ตัวต้านทาน 150 โอห์ม

ตัวต้านทาน 100 kOhm

ตัวเก็บประจุ 2200 ยูเอฟ

ตัวต้านทาน 20 kOhm

ตัวเก็บประจุ 200 pF

5V ซีเนอร์ไดโอด

2N2905 ทรานซิสเตอร์หรือเทียบเท่า

โพเทนชิออมิเตอร์ 1.5k

LM308 ออปแอมป์

ชุดสายจัมเปอร์

แปรงทาสี / ทาสี

ขั้นตอนที่ 1: สร้างเทรนเนอร์

เริ่มต้นด้วยการตัดไม้ 2x4x8 เป็นแผ่น 28" สองแผ่น อีกสองแผ่นที่ 24" และอีกสองแผ่นที่ 16" คุณจะต้องใช้แผ่น 2x4x8 สองแผ่นสำหรับสิ่งนี้ ตัดอีกสี่แผ่นที่มีมุม 45 องศาที่ปลายแต่ละด้าน กระดานทั้งสองนี้ควรมีความยาว 10 นิ้ว ใช้ไม้กระดานขนาด 16 นิ้วใช้จิ๊กซอว์เพื่อตัดรอยหยักในกระดานที่มีความลึก 3 นิ้วและกว้าง 1 3/4 นิ้ว การติดตามขนาดเหล่านี้ก่อนทำการตัดจะเป็นประโยชน์

นำบอร์ดขนาด 10" จำนวน 2 อันมาต่อเข้ากับบอร์ดขนาด 16" อันใดอันหนึ่ง ตั้งกระดานขนาด 16" ขึ้นทางขวา แล้วพิงแผงขนาด 10" เข้ากับแต่ละด้านของ 16" เพื่อให้ราบกับกระดานและพื้น ใช้สกรูยึดแผ่นทั้ง 3 ตัวเข้าด้วยกัน ทำซ้ำขั้นตอนนี้สำหรับ 16" ที่เหลือและ กระดาน 10" จำนวน 2 แผ่น

ทำเครื่องหมายตรงกลาง 12 นิ้วของกระดาน 24 นิ้วทั้งสองและตรงกลางของแผง 16 นิ้ว วางเครื่องหมายทั้งสองไว้ด้วยกันเพื่อให้กระดานขนาด 16 นิ้วตั้งตรงและล้างออกด้วยกระดานขนาด 24 นิ้วที่อยู่ด้านข้าง เจาะสกรู 2 ตัวเข้า บอร์ดขนาด 16" ถึง 24" และอีก 2 บอร์ดสำหรับบอร์ดขนาด 10" ไปจนถึงบอร์ด 24" ทำซ้ำขั้นตอนนี้กับบอร์ดขนาด 24" อีกอันและบอร์ดขนาด 16" ที่มีบอร์ดขนาด 10" ติดอยู่

ถัดไป ทำเครื่องหมายจุดกึ่งกลางของกระดานบนกระดาน 28 นิ้วแต่ละแผ่น ทำเครื่องหมายอีก 4 นิ้วที่แต่ละด้านของเครื่องหมาย 14 นิ้ว ระหว่าง 2 เครื่องหมายนี้ควรมี 8 นิ้ว จัดเรียงกระดานขนาด 24 นิ้วบนเครื่องหมายเหล่านี้โดยให้ด้านในของกระดานอยู่บนเครื่องหมาย เจาะสกรู 2 ตัวเข้ากับแต่ละแผ่นเพื่อยึดกระดาน 3 แผ่นเข้าด้วยกัน ทำซ้ำกับกระดานอีก 28 นิ้วเพื่อให้เชื่อมต่อทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 2: สร้าง/ติดตัวปรับความตึงของมอเตอร์

การหาวิธีที่เหมาะสมในการดึงเข็มขัดให้ตึงเป็นสิ่งที่ทีมต้องเผชิญ เราผ่านแนวคิดต่างๆ สองสามข้อก่อนที่จะมาถึงสิ่งที่เห็นด้านบน รางเลื่อนโลหะน่าจะเหมาะ แต่ด้วยงบประมาณที่ต่ำ ทีมงานจึงต้องหารางไม้แบบเปลี่ยนกะ

เริ่มต้นด้วยการสร้างหุ่นรูปตัว L โดยใช้บล็อกขนาด 2"x4" ส่วนล่างของ L ที่เขาราวจะยึดควรยาวประมาณ 8 นิ้ว ส่วนบนสูงประมาณ 6 นิ้ว ตัดบล็อกอีก 2"x4" สำหรับตัวยึดมอเตอร์ ทีมงานใช้เสาไม้สี่เหลี่ยมเล็กๆ สำรองที่เราพบว่าสร้างระบบราง รางด้านล่างคร่อมด้วยรางสองรางซึ่งติดตั้งอยู่ที่ด้านล่างของชุดมอเตอร์ สิ่งสำคัญในที่นี้คือการใช้ไม้ที่ทนทานพอที่จะไม่แตกเมื่อถูกขันให้เป็นเกลียวขนาด 2"x4" ทีมงานใช้สว่านเจาะกระแทกเพื่อเจาะรูตลอดทางผ่านบล็อกขนาด 2"x4" ที่มอเตอร์ติดตั้งอยู่ เจาะรูอีกรูหนึ่งผ่านส่วนบนของ L สลักเกลียวยาววิ่งผ่านระบบ อย่าลืมใช้แหวนรองขนาดใหญ่ที่ปลายทั้งสองข้างเพื่อกระจายน้ำหนัก การประกอบขั้นสุดท้ายถูกประกอบเข้ากับเครื่องฝึกโดยใช้ขายึด L ท่อนไม้เล็กๆ ถูกแทรกระหว่างรางกับเทรนเนอร์ เพื่อป้องกันไม่ให้ระบบโค้งงอเมื่ออยู่ภายใต้ความตึงเครียดสูง จะเป็นประโยชน์ถ้ามีคนจับชุดประกอบให้เข้าที่เมื่อติดตั้งเข้ากับเทรนเนอร์เพื่อให้แน่ใจว่าได้ตำแหน่งที่เหมาะสมกับยางด้านหลัง

ขั้นตอนที่ 3: ถอดยางหลังออกจากจักรยานและติดหมุดด้านหลัง

ในการถอดยางหลังออกจากจักรยาน ให้ปล่อยลมยางก่อน ถัดไป ถอดน็อตที่ยึดลูกปืนเข้าที่สำหรับล้อหลัง ปลดโซ่ออกจากเฟืองท้าย หากจักรยานมีเบรกหลัง อาจจำเป็นต้องถอดผ้าเบรกหลัง เมื่อล้อและยางถูกถอดออกจนหมด ให้ใช้ชะแลงดึงยางไปทางด้านข้างของล้อ ขณะรักษาชะแลงระหว่างล้อกับยาง ให้มีคนหมุนล้อเพื่อค่อยๆ งัดยางออก เมื่อเสร็จแล้ว ให้ทำตามขั้นตอนย้อนกลับเพื่อติดตั้งล้อกลับเข้าที่บนจักรยาน อย่าลืมคาดเข็มขัดไว้รอบวงล้อก่อนทำการติดตั้งใหม่ ในการติดตั้งหมุด ให้เลื่อนหมุดไปบนเพลาล้อหลังก่อนติดตั้งน็อตยึดกลับเข้าไปใหม่

ขั้นตอนที่ 4: สร้างวงจร

วงจรที่เห็นในแผนผังได้มาจากลิงค์ที่ให้ไว้:

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

วงจรที่เราสร้างขึ้นมีสองหน้าที่ ประการแรกคือการควบคุมอินพุตแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบแปรผันจากมอเตอร์ไปยังเอาต์พุต DC 5V คงที่ซึ่งใช้ในการจ่ายไฟให้กับไฟ ประการที่สองคือการใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อลดแรงดันเอาต์พุตจากมอเตอร์ให้อยู่ระหว่าง 0 ถึง 5 โวลต์ เอาต์พุตนี้จะถูกป้อนเข้าในพอร์ตอินพุตอนาล็อกของ Arduino Uno ซึ่งจำกัดไว้ที่ 5V Arduino Uno ถูกเข้ารหัสเพื่อเปิดใช้งานไฟเฉพาะที่แรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน รหัสนี้มีให้ด้านล่าง

วงจรที่แสดงในแผนผังด้านบนใช้เพื่อกระจายกระแสอย่างสม่ำเสมอระหว่างตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น 5 ตัว (lm338) หน่วยงานกำกับดูแลเหล่านี้ไม่สามารถวางขนานกันเพื่อกระจายโหลดได้เนื่องจากความแตกต่างในส่วนประกอบภายในทำให้เกิดผลลัพธ์ที่แตกต่างกันเล็กน้อยจากแต่ละรายการ ตัวควบคุมเชิงเส้นที่ให้เอาต์พุตสูงสุดจบลงด้วยการโหลดทั้งหมด การใช้วงจรด้านบนจะทำให้เอาต์พุตเสถียรและกระจายโหลดอย่างเท่าเทียมกัน ไฟจะดึงกระแสไฟสูงสุดประมาณ 1.5A โดยใช้สีที่เลือก (48 สีน้ำเงิน 2 สีแดง) การเข้ารหัสไฟให้เป็นสีขาวทั้งหมดจะสร้างกระแสไฟสูงสุด (3A) แรงดันไฟฟ้าถูกควบคุมลงจากสูงสุด 28V ถึง 5V นี่คือความแตกต่าง 23V 23V x 1.5A = 34.5W ของพลังงานที่ต้องกระจายเป็นความร้อน นี่คือเหตุผลที่การกระจายภาระงานระหว่างหน่วยงานกำกับดูแลมีความสำคัญต่อทีมมาก หากตัวควบคุมหนึ่งตัวรับภาระทั้งหมด มันจะเกินอุณหภูมิการทำงานสูงสุด

ขั้นแรก สร้างวงจรบนเขียงหั่นขนมที่ไม่มีบัดกรี ตัวเก็บประจุที่ค่อนข้างใหญ่ (เราใช้ 2200 uF) จะต้องวางขวางเอาท์พุตของมอเตอร์เพื่อลดเสียงรบกวน สิ่งนี้จะล้างอินพุตที่ Arduino ได้รับและทำให้การแสดงแสงสอดคล้องกันมากขึ้น (ไฟไม่กะพริบผิดปกติ) อย่างไรก็ตาม หากคุณต้องการสร้างเครื่องผลิตการยึด ให้ประหยัดเงิน $2 และทำให้ตัวเก็บประจุเป็นโมฆะ ถัดไปรวมวงจรแบ่งแรงดัน เรียกใช้สายจัมเปอร์จากตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าไปยังอินพุตอะนาล็อก Arduino Uno A0 จัม Arduino ลงกราวด์เช่นกัน ดูภาพวาดที่แนบมา ข้อมูลเพิ่มเติมสำหรับการเดินสายไฟสามารถดูได้ที่ลิงค์ด้านล่าง:

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

ขั้นตอนที่ 5: การทดสอบวงจร

อุปกรณ์ที่เห็นบนโต๊ะทำงานด้านบนมีประโยชน์แต่ไม่จำเป็นต้องทดสอบวงจร อย่างไรก็ตาม คุณจะต้องมีวิธีการหมุนเพลาเอาท์พุตของมอเตอร์กระแสตรง ตามหลักการแล้ว เราน่าจะใช้จักรยานแต่เนื่องจากมันยังอยู่ในไปรษณีย์ เราจึงต้องหาวิธีอื่น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณกลับขั้วของมอเตอร์ (สายกราวด์ (สีดำ) กลายเป็นร้อน และลวดร้อน (สีแดง) กลายเป็นกราวด์) เมื่อเชื่อมต่อทุกอย่างแล้ว ให้ปรับโพเทนชิออมิเตอร์ในวงจรจนกว่าคุณจะได้แรงดันเอาต์พุต 5V สามารถใช้โวลต์มิเตอร์มาตรฐานใดก็ได้สำหรับสิ่งนี้ วงจรจะต้องอยู่ภายใต้โหลดจำนวนมากเพื่อปรับแรงดันเอาต์พุตอย่างเหมาะสม ต้องดาวน์โหลดซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ Arduino เพื่อเรียกใช้โค้ดสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ จะต้องติดตั้งไลบรารี FastLED ด้วย เมื่อดาวน์โหลดซอฟต์แวร์และคุณอัปโหลดโค้ดไปยัง Arduino แล้ว ให้ไปที่จอภาพแบบอนุกรมที่มุมบนขวา และคุณจะสามารถสังเกตอินพุตแรงดันไฟฟ้าที่ Arduino Uno ได้รับ ทำการปรับเปลี่ยนเพื่อลดขนาดวงจรลงให้มากที่สุดหากจำเป็นและทดสอบอีกครั้ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนประกอบทั้งหมดทำงานอย่างถูกต้องก่อนที่จะดำเนินการต่อไป

ขั้นตอนที่ 6: ประสานวงจร

ในภาพด้านบน คุณอาจสังเกตเห็นว่ามีแผงวงจรสองชุดที่สร้างขึ้น เดิมที ทีมงานวางแผนที่จะใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น 10 lm338 แต่หลังจากการทดสอบเพิ่มเติม พบว่าวงจรหนึ่งวงจรที่มี 5 วงจรมีจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม บอร์ดที่เราไม่ต้องการมีตัวแบ่งแรงดันไฟ ดังนั้นจึงยังคงใช้อยู่

จากความชอบส่วนตัว ทีมงานจึงตัดสินใจเพิ่มตัวควบคุมเชิงเส้นเข้ากับแผงวงจร ซึ่งช่วยให้เราติดตั้งได้อย่างอิสระมากขึ้นและรองรับฮีตซิงก์ขนาดใหญ่ได้ดีขึ้น ประสานส่วนประกอบทั้งหมดจากต้นแบบของคุณไปยังบอร์ดบัดกรีใหม่ของคุณ เราใช้บอร์ดเปอร์มาโปรโตเพื่อให้วงจรเป็นแบบจำลองที่แน่นอนเมื่อย้ายจากบอร์ดบอร์ดที่ไม่มีการบัดกรี มีการใช้เทอร์มินัลบล็อกแบบแก๊งค์ 5 อันเพื่อสร้างการตัดการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็วจากมอเตอร์และไฟ

ขั้นตอนที่ 7: สร้างบอร์ดแสดงผล

บอร์ดแสดงผลถูกสร้างขึ้นในชุดของขั้นตอน

1) บอร์ดแสดงผลประกอบด้วยบอร์ดและเมาท์ จอแสดงผลทำจากไม้บางและติดตั้งกับขาตั้งที่มีขนาด 57 1/2 นิ้ว คูณ 5 ฟุต ขาตั้งรองรับด้วยคานหน้าตัดที่ยืดออกได้ 45 องศา มุมจากขาหลังถึงขาตั้งแนวตั้ง นี้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไม้และสกรู หลังจากเสร็จสิ้นบอร์ดและขาตั้งแล้ว สี่ล้อถูกเจาะที่แท่นยึดในแต่ละมุมตามลำดับ

2) การแสดงตัวอักษร (C-I-T-A-D-E-L) ถูกสร้างขึ้นแยกต่างหากจากจอแสดงผลและฐานยึด ตัวอักษรถูกวาดขึ้นก่อนแล้วจึงตัดกระเบื้องจากแผ่นไม้อัดที่มีขนาด 8 x 12 นิ้ว ตัวอักษรทั้งหมดมีขนาดสูง 10 นิ้วและมีความกว้างต่างกัน ตัวอักษรถูกตัดด้วยเลื่อยวงเดือนสำหรับภายนอกและจิ๊กซอว์สำหรับการตกแต่งภายในของตัวอักษร

3) หลังจากตัดตัวอักษรแล้ว ก็นำไปติดบนกระดานด้วยตะปูน้ำ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าจดหมายจะถูกยึดไว้กับกระดาน ถัดไป เจาะรูในตัวอักษรโดยใช้บิต 12' นี้จะทำให้แน่ใจว่าไฟจะแสดง

4) ถัดไป จอแสดงผลเป็นสีขาว และตัวอักษร (C-I-T-A-D-E-L) เป็นสีน้ำเงินอ่อน จากนั้นเพิ่มขอบสีน้ำเงินลงในกรอบของกระดาน

5) ตัวอักษร (T-H-E) ถูกทาสีบนกระดานทั้งหมดที่มีความสูง 4 นิ้วและมีความกว้างต่างกัน

6) Bulldog ที่ด้านล่างของกระดานถูกทาสีลงบนกระดานโดยใช้สีอะครีลิค เจาะรูผ่านดวงตาด้วยดอกสว่านขนาด 12 มม. เพื่อให้พอดีกับแสง

7) ในที่สุด ไฟถูกวางไว้บนบอร์ดและบอร์ดแสดงผลก็เสร็จสมบูรณ์