ท้องฟ้าจำลองที่เปิดใช้งานเสียง: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

คำแนะนำนี้สร้างขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของโครงการ Makecourse ที่มหาวิทยาลัยเซาท์ฟลอริดา (www.makecourse.com)

นี่คือท้องฟ้าจำลองที่เปิดใช้งานเสียงของฉัน ฟังก์ชันพื้นฐานของท้องฟ้าจำลองคือการเปิดใช้งานเมื่อมีเสียงดัง เช่น เสียงปรบมือ และสร้างวงโคจรของดวงจันทร์และโลกรอบดวงอาทิตย์ขึ้นใหม่ นี่เป็นโปรเจ็กต์ที่สนุกและเรียบง่ายที่สามารถสร้างขึ้นมาใหม่ได้อย่างง่ายดาย และจะทำให้เป็นชิ้นงานตกแต่งและโต้ตอบได้ดีเพื่อแสดง

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะอธิบายวิธีสร้างท้องฟ้าจำลองนี้ขึ้นมาใหม่โดยพูดถึงระบบเกียร์ การตั้งค่าทั่วไป และระบบควบคุม

ขั้นตอนที่ 1: ขั้นตอนที่ 1: ชิ้นส่วนและเครื่องมือ

อะไหล่

• 1 DC-47P DC Series Heavy Duty Electronics Enclosure - $ 9.58
• Wood Doll Head โดย ArtMinds® 2.5" - $2.49
• หัวตุ๊กตาไม้ โดย ArtMinds®, 2.25" - $1.89
• 3/8" เส้นผ่านศูนย์กลาง 6061 แท่งอลูมิเนียมกลม 24" ความยาว T6511 อัด 0.375 นิ้ว Dia - $7.20

อิเล็กทรอนิกส์

• DC 5V Stepper Motor 28BYJ-48 พร้อมโมดูลทดสอบไดรเวอร์ ULN2003 4 เฟส - $ 1.79
• โมดูลเซนเซอร์เสียง - $1.50
• UNO R3 MEGA328P ATMEGA16U2 บอร์ดพัฒนาสำหรับ Arduino + สาย USB - $7.58
• เขียงหั่นขนมขนาดเล็ก - 5.69 เหรียญสหรัฐ
• สายเคเบิลตัวเมีย-ตัวเมีย 4 พิน - $3.84
• Breadboard Jumper Wire 75 ชิ้นแพ็ค - $4.99

เครื่องมือและอุปกรณ์

• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
• ตลับเมตร
• 3/8" ลูกปืน
• อีพ็อกซี่ 5 นาที
• ไม้จิ้มฟันหรือเครื่องกวนแบบใช้แล้วทิ้ง
• ถาดทิ้ง
• ค้อน
• เจาะ
• เลื่อยเจาะรู 4"
• เลื่อยวงเดือน
• ไฟล์มือแบนและโค้ง
• สีอะครีลิคและแปรง: น้ำเงินเข้ม เขียวเข้ม ขาว เหลือง

ซอฟต์แวร์

คุณจะต้องใช้ Arduino IDE หรือ AVR-GCC และ AVRDude เวอร์ชันสแตนด์อโลน

ขั้นตอนที่ 2: ขั้นตอนที่ 2: การสร้างระบบเกียร์

นี่คือจุดเริ่มต้นของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ คุณจะต้องดาวน์โหลดไฟล์ STL ที่แนบมากับการพิมพ์ 3 มิติของเฟืองและฐานที่จะยึดเฟืองและแท่งให้เข้าที่ การออกแบบท้องฟ้าจำลองประกอบด้วย 4 เฟือง: เฟืองมอเตอร์ (เฟืองขับ) เฟืองดิน (เฟืองขับ) เฟืองกลางขนาดเล็ก และเฟืองมูน เฟืองมอเตอร์จะติดกับสเต็ปเปอร์มอเตอร์และจะขับเคลื่อนเฟืองดิน เฟืองพระจันทร์จะอยู่ด้านบนของเฟืองโลกและจะมีแกนกลางซึ่งจะเคลื่อนผ่านเฟืองโลก สิ่งนี้จะทำให้เฟืองมูนหมุนเมื่อเฟืองเอิร์ ธ หมุน เฟืองกลางใช้สำหรับยึดเฟืองพระจันทร์ให้เข้าที่ และจะเคลื่อนที่ไปรอบศูนย์กลางเฟืองโลก ก้านสำหรับดวงจันทร์จะวิ่งผ่านเฟืองของดวงจันทร์ซึ่งจะทำให้ดวงจันทร์เดินทางรอบโลกในขณะที่ทั้งโลกและดวงจันทร์เดินทางรอบดวงอาทิตย์ เพื่อประหยัดเวลาในการพิมพ์ ฉันใช้การเติม 5% บนฐาน infill ต่ำนี้ยังทำให้ฐานเบามากซึ่งเป็นประโยชน์

ขั้นตอนที่ 3: ขั้นตอนที่ 3: เตรียมงาน

การเตรียมก้าน

เมื่อทุกอย่างถูกพิมพ์ออกมาแล้ว เราจะต้องเตรียมงานบางอย่างเพื่อเตรียมดาวเคราะห์ แท่ง และกรงของเราให้พร้อมสำหรับการติดตั้ง ขั้นแรก เราจะต้องใช้เลื่อยวงเดือนตัดไม้เรียวออกเป็นสามส่วน อันหนึ่งควรเป็น 5" หนึ่งคือ 3" และอันสุดท้ายคือ 1.5"

เตรียมดาวเคราะห์

เราจะใช้หัวตุ๊กตาและตลับลูกปืนเพื่อสร้างโลก ดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์ของเรา หัว 1.5" ใช้สำหรับดวงอาทิตย์ หัว 1.25" สำหรับโลก และลูกปืนสำหรับดวงจันทร์ ก่อนอื่น คุณต้องเจาะรูที่ก้นแบนของหัวตุ๊กตาโดยใช้ดอกสว่านขนาด 3/8" ซึ่งจะทำให้คุณสามารถติดดาวเคราะห์เข้ากับแท่งได้ ตอนนี้ส่วนที่สนุกก็คือการระบายสี! ขึ้นอยู่กับสีที่คุณใช้ คุณอาจจำเป็นต้องเคลือบหลายชั้นเพื่อให้ได้สีที่สดใส โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวาดภาพดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ จำไว้ว่า ควรทาบาง ๆ หลาย ๆ ชั้น ดีกว่าการ glob บนเสื้อโค้ทหนามาก ๆ หนึ่ง ขนหนาจะทำให้หยด และจะ ใช้เวลานานในการแห้ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขนบาง ๆ แต่ละอันแห้งสนิทก่อนดำเนินการต่อ โลกถูกทาสีด้วยมือเปล่า เมื่อดวงจันทร์แห้งสนิทแล้ว ให้ใช้อีพ็อกซี่ติดเข้ากับแกน

การเตรียมเอกสารแนบ

เราจำเป็นต้องเจาะรูที่ฝากล่องเพื่อให้แท่งเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ สำหรับสิ่งนี้ คุณจะต้องใช้เลื่อยเจาะรูขนาด 4 ที่ติดอยู่กับดอกสว่าน โปรดทราบว่ารูจะต้องได้รับการชดเชยจากศูนย์กลางเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับสเต็ปเปอร์มอเตอร์และเฟืองมอเตอร์ ใช้ฐานของคุณเป็นข้อมูลอ้างอิงเพื่อกำหนดตำแหน่งที่จะ ตัดรูและทำให้แน่ใจว่ารูอยู่ตรงกลางกับขอบของกล่องหุ้ม

ตอนนี้ดาวเคราะห์ แท่ง และกรงของคุณได้รับการเตรียมการแล้ว คุณก็พร้อมที่จะเริ่มประกอบแล้ว!

ขั้นตอนที่ 4: ขั้นตอนที่ 4: การประกอบหลัก

เริ่มต้นด้วยการวางสเต็ปเปอร์มอเตอร์ของคุณลงในสล็อตที่กำหนดในฐาน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้สอดสายไฟเข้าไปเพื่อให้มันไหลผ่านฐานและออกด้านล่าง ถัดไป วางเกียร์ Earth ไว้บนท่ออัดบนฐาน คุณต้องการวางตำแหน่งเกียร์ลงดินเพื่อให้ลอยอยู่เหนือฐานและจะไม่เสียดสีเมื่อเลี้ยว ตอนนี้วางเกียร์มอเตอร์ลงบนสเต็ปเปอร์มอเตอร์เพื่อให้ศูนย์กลางของเกียร์ไหลผ่านเพลาของมอเตอร์ เกียร์มอเตอร์และเกียร์ดินควรเข้ากันได้ดี ถัดไป เพิ่มเกียร์กลางลงในท่อที่อัดแล้ว เฟืองกลางจะยึดแน่นมากบนท่อที่อัดแล้วและจะต้องตอกเข้าที่

โปรดทราบว่าการถอดเฟืองกลางออกเมื่อเข้าที่แล้วทำได้ยาก ดังนั้นตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้จัดวางทุกอย่างที่อยู่ข้างใต้อย่างเพียงพอก่อนดำเนินการต่อ คุณยังต้องการเว้นที่ว่างเล็กๆ ไว้ระหว่างเกียร์ Earth และเกียร์ Central เพื่อไม่ให้รบกวนซึ่งกันและกัน

ตอนนี้คุณพร้อมที่จะเพิ่มแท่งของคุณแล้ว แกนของดวงอาทิตย์จะเข้าไปในท่อที่อัดแล้วบนฐานและแกนโลกจะทะลุผ่านรูในเฟืองดิน อีกครั้ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีการเสียดสีระหว่างส่วนที่ขนานกัน จากนั้นวางเฟือง Moon ไว้รอบแกน Earth ที่ด้านบนของเฟืองเกียร์ Earth แกนมูนจะเข้าไปในรูรองของเฟืองมูน ปิดแท่งของคุณด้วยดาวเคราะห์ที่เกี่ยวข้อง และคุณพร้อมที่จะไปยังแผนผังวงจร

ขั้นตอนที่ 5: ขั้นตอนที่ 5: แผนผังวงจร

ส่วนประกอบหลักในแผนผัง ได้แก่ ไมโครคอนโทรลเลอร์ แหล่งจ่ายไฟ สเต็ปเปอร์มอเตอร์และบอร์ดควบคุม และเซ็นเซอร์เสียง

พาวเวอร์ซัพพลาย

ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9V ที่ต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์

สเต็ปเปอร์มอเตอร์และไดรฟ์บอร์ด

สเต็ปเปอร์มอเตอร์เชื่อมต่อกับพิน 8, 9, 10 และ 11 บนไมโครคอนโทรลเลอร์ หมุดเหล่านี้ใช้เพื่อเปิดใช้งานคอยล์ 1-4 ของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ พวกมันถูกกำหนดให้เป็นผลลัพธ์ในแบบร่าง

เซนเซอร์เสียง

เซ็นเซอร์เสียงติดอยู่กับพิน 4 บนไมโครคอนโทรลเลอร์ มันถูกกำหนดให้เป็นอินพุตในร่าง

ขั้นตอนที่ 6: ขั้นตอนที่ 6: Arduino Sketch

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ หมุด 8 -11 เชื่อมต่อกับแผงขับเคลื่อน (เกราะป้องกัน) และจะเปิดใช้งานคอยล์ 1-4 ของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ เซ็นเซอร์เสียงเชื่อมต่อกับพิน 4 ฉันได้กำหนดเวลาดีเลย์ไว้ที่ 8 มิลลิวินาทีเพื่อให้มีอัตราการเลี้ยวที่เชื่อถือได้โดยสเต็ปเปอร์มอเตอร์ ในการตั้งค่า ฉันได้กำหนดพินของมอเตอร์เป็นเอาต์พุต และพินของเซ็นเซอร์เสียงเป็นอินพุต เซ็นเซอร์เสียงจะอ่านในลูปหลักโดยชื่อตัวแปรสถานะ statusSensor เมื่อตรวจพบสัญญาณรบกวน เซ็นเซอร์สถานะจะตั้งค่าเป็น 1 ซึ่งจะเริ่มหมุนมอเตอร์ไปข้างหน้า 300 ขั้น วง while ใช้เพื่อนับขั้นตอน หากตรวจพบเสียงใหม่ การนับจะเริ่มต้นใหม่ทำให้มอเตอร์หมุนเป็นระยะเวลานานขึ้น หากตรวจไม่พบเสียง มอเตอร์จะหยุดหมุนหลังจาก 300 ก้าว โปรดดูวิดีโอที่แนบมาสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

หมายเหตุ: คุณสามารถกำหนดจำนวนขั้นตอนเพื่อให้มอเตอร์หมุนได้ ฉันพบว่า 300 ก้าวให้การเคลื่อนไหวประมาณ 30 วินาที อย่าลังเลที่จะเปลี่ยนจำนวนก้าวหากคุณต้องการให้ท้องฟ้าจำลองทำงานเป็นระยะเวลานานขึ้นหรือสั้นลง

ขั้นตอนที่ 7: ขั้นตอนที่ 7: การประกอบสิ่งที่แนบมา

สิ่งที่เหลืออยู่ในตอนนี้คือการใส่ส่วนประกอบทั้งหมดลงในกล่องหุ้ม ฉันพบว่าสิ่งนี้ทำได้ง่ายและมีประสิทธิภาพที่สุดโดยใช้แถบตีนตุ๊กแก ขีดเส้นแรกที่ด้านล่างของกล่องหุ้มด้วยขอเกี่ยว (ด้านหยาบ) บรรทัดถัดไปที่ด้านล่างของเขียงหั่นขนม ไมโครคอนโทรลเลอร์ เซ็นเซอร์เสียง มอเตอร์ แผงป้องกันมอเตอร์ และแบตเตอรี่พร้อมห่วง (ด้านอ่อน) เพิ่มห่วงที่ด้านบนของเขียงหั่นขนมเพื่อยึดมอเตอร์ให้เข้าที่ ตอนนี้คุณสามารถวางส่วนประกอบแต่ละส่วนที่เหลืออยู่ในกล่องหุ้มได้อย่างปลอดภัย ในการติดฐาน ขั้นแรกให้ตัดห่วงสองชิ้นที่มีความยาวและความกว้างใหญ่กว่าด้านยาวของฐานเล็กน้อย ติดแถบแต่ละแถบเข้ากับด้านยาวของกล่องหุ้มซึ่งจัดวางในลักษณะที่จะปิดเฟืองสเต็ปเปอร์มอเตอร์ได้เต็มที่ และเฟืองดินจะพอดีพอดีภายในรูที่ตัดออกจากฝาปิดตัวเครื่อง ของฉันถูกวางจากด้านบนของตู้ประมาณ 1 นิ้ว จากนั้นติดขอเกี่ยวสองอันที่ตรงกันกับด้านยาวของฐาน ตอนนี้คุณสามารถติดฐานของคุณเข้ากับกล่องหุ้มได้ ฉันเลือกที่จะยกฐานในลักษณะนี้เพื่อให้มีที่ว่างสำหรับ วงจรด้านล่าง

ท้องฟ้าจำลองของคุณได้รับการประกอบอย่างสมบูรณ์และพร้อมใช้งานแล้ว! ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่ของคุณเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ ขันสกรูเข้ากับตัวเครื่อง และปล่อยเสียงดังออกมา คุณควรเห็นท้องฟ้าจำลองของคุณเริ่มเคลื่อนไหว

หมายเหตุ: เพื่อการตรวจจับเสียงที่ดียิ่งขึ้น ให้ต่อเซ็นเซอร์เสียงของคุณเข้ากับผนังด้านหนึ่งของตัวเครื่องใกล้กับช่องตัดของฝาปิด

ขั้นตอนที่ 8: ข้อสังเกตสุดท้าย

แม้ว่านี่จะเป็นโครงการที่เรียบง่าย แต่ความรู้ที่ฉันได้รับจากโครงการนี้มีค่ามาก ฉันได้เรียนรู้ทุกอย่างเกี่ยวกับการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ การเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ การตัดต่อวิดีโอ การวางแผนโครงการ และอื่นๆ อีกมากมาย ฉันยังได้รับความเคารพต่อผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์มากขึ้น เนื่องจากมีความคิดและความพยายามอย่างมากในการออกแบบบางสิ่งและนำการออกแบบเหล่านั้นมาสู่ชีวิต การลองผิดลองถูกมากมายและการแก้ปัญหามากมาย มันสนุกที่ได้มีส่วนร่วมในกระบวนการนี้

หวังว่าคุณจะสนุกกับคำแนะนำนี้!