Word Clock Dikendalikan oleh 114 Servos: 14 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Proyek Fusion 360 »

Apa yang memiliki 114 LED dan selalu berjalan? Seperti yang Anda ketahui, jawabannya adalah jam kata. Apa yang memiliki 114 LED + 114 servo dan selalu bergerak? Jawabannya adalah jam kata yang dikendalikan servo ini.

Untuk proyek ini saya bekerja sama dengan seorang teman saya yang ternyata menjadi keharusan karena upaya besar membangun ini. Selain itu, keahlian elektronik dan mekanik saya saling melengkapi dengan cukup baik. Ide untuk mengadaptasi jam kata populer ini datang kepada kami saat kami membuat jam biasa sebagai hadiah natal. Di sana, kami perhatikan bahwa juga memungkinkan untuk memproyeksikan huruf dari belakang ke selembar kertas putih. Pada saat ini hanya solusi solusi untuk menyembunyikan pengerjaan jelek kami karena kami berakhir dengan banyak gelembung saat menempelkan stiker vinil dengan huruf ke bagian belakang piring kaca. Kami kemudian memperhatikan bahwa seseorang dapat mencapai efek menarik saat menekuk lembaran kertas karena huruf berubah ukuran dan menjadi kabur. Hal ini membuat kami datang dengan ide untuk membuat jam kata di mana huruf-huruf diproyeksikan dari belakang ke layar dan dapat digerakkan maju mundur untuk mengubah ukuran gambar yang diproyeksikan. Awalnya kami agak enggan untuk membangun proyek ini karena biaya dan tenaga yang dibutuhkan ketika ingin memindahkan masing-masing 114 huruf satu per satu. Jadi kami melontarkan ide untuk membuat versi di mana setiap kata yang digunakan untuk menampilkan waktu dapat digeser maju mundur. Namun, setelah melihat bahwa kontes Epilog muncul di Instructables yang meminta proyek epik, dan juga setelah menemukan motor servo yang relatif murah, kami memutuskan untuk terus maju dan membuat versi yang tepat di mana setiap huruf dikontrol secara individual oleh servo.

PERHATIAN: Ini bukan build satu hari!

Untuk memberi Anda gambaran tentang upaya yang terlibat dalam proyek ini, perhatikan angka-angka berikut. Jam selesai berisi

• 798 model cetak 3D individu (total waktu pencetakan ~ 200 jam)
• ~600 sekrup + ~250 mur dan ring
• ~500 kabel (panjang total ~ 50 m). Belum lagi kabel-kabel yang sudah terpasang pada servos.

Langkah 1: Desain

Jam dirancang dengan Autodesk Fusion 360 dan Inventor. Seperti yang Anda lihat, jam terdiri dari 114 kotak surat yang digerakkan oleh aktuator linier yang pada gilirannya digerakkan oleh motor servo. Setiap kotak surat berisi LED yang memproyeksikan surat ke bagian belakang layar yang terbuat dari foil PVC putih. Semua komponen ditempatkan dalam bingkai kayu.

Langkah 2: Mengumpulkan Bahan

Komponen elektronik

114x SG90 motor servo mikro (ebay.de)

Meskipun servos diberi label dengan nama merek populer "Tower Pro" mereka pasti tiruan yang lebih murah. Namun, karena harga tiruannya sekitar 1 EUR dibandingkan dengan 3 EUR untuk aslinya, ini membuat keseluruhan proyek menjadi lebih terjangkau. Rupanya, tiruan juga menarik lebih sedikit arus (tentu saja ini juga menyiratkan torsi yang lebih sedikit) yang membuatnya lebih mudah untuk menemukan catu daya yang cocok untuk keseluruhan proyek.

• 5 m WS2812B strip LED, 60 LED/m (ebay.de)
• Driver servo 8x 16 Ch PWM PCA9685 (ebay.de)
• Modul RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• Penerima IR VS1838B + jarak jauh (ebay.de)
• Catu daya 5 V, 10 A (ebay.de)
• Kabel ekstensi servo 20x 15 cm (ebay.de)
• kabel soket DC ke kabel telanjang (conrad.de)
• Resistor 300-500 Ohm
• Kapasitor 1000 F (> 5 V)

Bahan untuk bingkai:

• bilah kayu

  • 2 buah 40 x 10 x 497 mm
  • 2 buah 12 x 12 x 461 mm
  • 2 buah 12 x 12 x 20 mm

• multipleks

  • 2 buah 12 x 77 x 481 mm
  • 2 buah 12 x 84 x 489 mm
• foil PVC putih (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• Pelat HDF 500 x 500 mm, tebal 3 mm

Sekrup, kabel, dll

• 228x sekrup M2, panjang 8 mm + ring + mur hex
• 228x sekrup self-tapping M2.2, panjang 6,5 mm
• berbagai sekrup kayu
• 50 m, kawat 0,22 mm2 (24 AWG)

Selain itu, proyek ini membutuhkan banyak pencetakan dan penyolderan 3D. Pelat belakang diproduksi melalui pemotongan laser. Bingkai dibangun dengan gergaji bundar, gergaji ukir, dan bor. Adapun setiap proyek yang layak kami juga menggunakan banyak lem panas, juga beberapa lem epoksi dan plastik.

Total biaya untuk proyek ini mencapai sekitar 350 EUR.

Langkah 3: Komponen Cetak 3D

Kotak Surat

Setiap kotak surat terdiri dari sampul cetak 3D yang berfungsi sebagai topeng bayangan dan pelat dasar tempat LED akan dipasang. Pelat dasar mencakup empat pin dowel untuk membantu penyelarasan ke aktuator dan enam lubang untuk memberi makan melalui kabel LED. Totalnya menjadi 228 model yang semuanya dicetak dari PLA hitam (Formfutura EasyFill PLA) dengan tinggi lapisan 0,4 mm. Total waktu pencetakan pada Anycubic Kossel Linear Plus saya adalah sekitar 23 jam untuk sampul surat dan 10 jam untuk pelat dasar. Semua file stl dapat ditemukan di file zip terlampir.

Aktuator

Desain aktuator diadaptasi dari Linear Servo Extender oleh Roger Rabbit yang sangat membantu. Karena bagian-bagiannya pas satu sama lain, mereka harus dicetak pada printer 3D yang layak. Ketinggian lapisan kecil tidak sepenting (0,2 mm baik-baik saja) sebagai diameter nozzle kecil (kami sarankan 0,4 mm). Bagian-bagian harus dicetak dalam orientasi yang ditunjukkan. Setiap aktuator terdiri dari 5 bagian individu, karena kami membutuhkan 114 aktuator, ini berarti total 570 bagian (!). Untuk mencetaknya, kami menggunakan kekuatan gabungan dari beberapa printer 3D profesional (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Tetap saja kami memiliki banyak cetakan yang gagal pada bagian-bagiannya dan saya menyertakan beberapa gambar untuk hiburan Anda. Total waktu pencetakan sekitar 150 jam (!). Sekali lagi file stl dapat ditemukan di file zip terlampir.

Langkah 4: Membangun Bingkai

Rangka dibuat dari bilah kayu dan papan multipleks. Bagian-bagian tersebut dipotong menggunakan gergaji bundar dan gergaji ukir, kemudian direkatkan menggunakan lem kayu dan sekrup kayu. Penutup atas dan bawah juga diwarnai untuk memberikan tampilan yang lebih bagus. Penjelasan rinci tentang bagian-bagian termasuk semua dimensi dapat ditemukan dalam gambar terlampir.

Langkah 5: Merakit Kotak Surat

Perakitan kotak surat membutuhkan banyak pekerjaan dan membutuhkan waktu yang sangat lama, terutama penyolderan. Ini karena setiap langkah yang Anda lakukan harus diulang 114 kali.

1. Potong 114 potongan individu dari strip LED
2. Timah semua bantalan LED
3. Pasang setiap LED ke pelat belakang cetak 3D dari kotak surat. LED harus berada di tengah. Kami juga mengamankannya dengan lem panas.
4. Selanjutnya kami menyiapkan 3x114 = 442 kabel, yaitu memotong memanjang, mengupas ujungnya dan menyemirnya. Panjang setiap kawat masing-masing 10 cm kecuali untuk kabel yang menghubungkan huruf terakhir ke titik-titik yang harus lebih panjang (~25 cm). Juga kabel yang terhubung ke huruf pertama yang akan terhubung ke arduino dan catu daya harus lebih panjang.
5. LED rantai diasy menggunakan kabel. Kabel dimasukkan melalui lubang di pelat belakang cetak 3D dari setiap kotak surat.
6. Sampul depan kotak surat ditempel dengan lem
7. Bagian dari rak linier untuk aktuator harus direkatkan bersama
8. Rak linier menempel di bagian belakang kotak surat menggunakan lem

Langkah 6: Merakit Aktuator

Sekali lagi merakit aktuator adalah prosedur yang sangat membosankan yang memakan waktu lama.

1. Pasang servo ke rumah cetak 3D menggunakan sekrup yang disertakan
2. Roda gigi bundar dipasang ke servo menggunakan salib plastik yang disertakan tetapi pertama-tama salib harus dipotong untuk membentuk dan dilekatkan pada roda gigi menggunakan epoksi.
3. Pasang roda gigi ke servo menggunakan sekrup yang disertakan
4. Sebelum memasukkan rak linier, setiap servo dipusatkan pada posisi yang sama
5. Memasukkan rak linier dengan kotak surat
6. Memasukkan dua hexnut M2 ke dalam housing cetak 3D yang akan digunakan untuk memasangnya ke pelat belakang nanti
7. Tutup casing dengan sampul cetak 3D menggunakan sekrup self-tapping M2.2

Pada akhirnya kami berakhir dengan kekacauan besar dari aktuator berantai diasy seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas

Langkah 7: Membuat Pelat Belakang

Pelat belakang dipotong laser dari kayu HDF setebal 3 mm menggunakan pemotong laser CO2 dari ruang pembuat lokal kami. Awalnya kami mencoba kayu lapis tetapi ternyata terlalu tipis untuk menopang berat semua komponen. Akan lebih baik lagi menggunakan aluminium dalam kasus ini tetapi tentu saja lebih mahal dan tidak dapat dipotong dengan laser CO2. File dxf untuk pelat belakang terlampir.

Langkah 8: Pasang Komponen ke Backplate dan Wiring

Pada awalnya papan PCA9685 harus dipasang ke pelat belakang menggunakan standoff PCB. Kemudian modul Arduino nano dan RTC dapat ditempatkan seperti pada gambar di atas. Untuk dua yang terakhir kami menggunakan pemegang cetakan 3D yang direkatkan dengan lem panas. Komponen terhubung seperti yang ditunjukkan pada diagram pengkabelan. Perhatikan bahwa yang terbaik adalah memberi daya pada setiap PCA9685 secara terpisah melalui blok terminal. Pada awalnya kami daisy chain juga konektor V+ dan GND dan hanya menghubungkan blok terminal papan pertama (seperti yang disarankan pada halaman adafruit), namun, dalam hal ini semua arus mengalir melalui papan pertama dan kami akhirnya membakar MOSFET dari rangkaian proteksi terbalik. Ada juga lembar kerja terlampir yang menunjukkan pemasangan kabel servo. Kabel ekstensi untuk servos di mana digunakan kapan pun diperlukan. Perhatikan bahwa Anda harus menetapkan alamat I2C yang berbeda untuk setiap PCA9685 seperti yang dijelaskan pada halaman adafruit.

Aktuator kemudian dipasang pada pelat belakang menggunakan sekrup 228x M2. Pekerjaan itu lagi-lagi sangat monoton tetapi setelah selesai jam sudah mulai terbentuk. Kami juga mencoba untuk mengatur kabel servo sebaik mungkin tetapi pada akhirnya kabel masih sangat berantakan.

Daya disuplai dengan memberi makan kabel DC melalui pelat belakang dan menghubungkannya ke blok terminal.

Langkah 9: Memasang Pelat Belakang ke Bingkai

Setelah semua komponen terpasang dan kabel tertata, kami memasang pelat belakang ke rangka menggunakan sekrup 6x M4. Sayangnya, kami meninggalkan sangat sedikit ruang untuk semua kabel agar sesuai sehingga mereka harus dijepit sedikit.

Langkah 10: Mengkalibrasi Servos

Karena ketinggian semua kotak surat sedikit berbeda setelah pemasangan, kami menggunakan kode terlampir untuk mengkalibrasi semua servos sehingga kotak surat memiliki posisi minimum dan maksimum yang sama. Untuk posisi maksimal kami mencoba menempatkan kotak surat sedekat mungkin dengan layar. Posisi min/max yang dikalibrasi untuk setiap servo kemudian dimasukkan ke dalam kode utama.

Langkah 11: Mengunggah Kode

Terlampir adalah kode utama untuk kata jam. Ada tiga jenis efek untuk menunjukkan waktu.

1. Pindahkan semua huruf dengan cepat ke belakang (satu demi satu) dan nyalakan LED dengan warna acak yang sama. Kemudian dengan cepat pindahkan huruf yang menampilkan waktu ke depan satu demi satu dan nyalakan setiap kata dengan warna acak.
2. Pindahkan semua huruf dengan cepat ke belakang (satu demi satu) dan nyalakan LED dengan warna acak yang sama. Perlahan pindahkan setiap kata yang menampilkan waktu ke depan (semua huruf secara bersamaan) dan memudarkan warna dari warna latar belakang ke nilai acak.
3. Pindahkan semua huruf dengan cepat ke posisi acak (satu demi satu) dan nyalakan LED dengan warna acak yang berbeda. Kemudian perlahan pindahkan semua huruf ke belakang dan pudarkan warnanya. Lanjutkan dengan 1. atau 2.

Saya juga ingin menerapkan efek di mana titik yang menunjukkan menit saat ini secara bertahap bergerak maju dan memudar warna sehingga berada di posisi depan dengan warna yang benar ketika menit selesai. Sayangnya, saya belum membuatnya berfungsi karena sepertinya penerima IR tidak merespons.

Langkah 12: Memasang Layar

Awalnya kami ingin menggunakan kain putih sebagai layar. Masalahnya adalah bahwa setelah memasangnya ke bingkai, kain membungkuk di tengah dan kami berakhir dengan distorsi bantalan bantalan. Kami kemudian memutuskan untuk menggunakan foil PVC putih tipis untuk layar. Foil juga diiklankan untuk membuat kap lampu sehingga memiliki transmisi yang masuk akal tetapi tidak tembus pandang sehingga kotak surat hitam tetap tersembunyi. Dalam percobaan pertama kami, kami menempelkan foil menggunakan epoksi tetapi tidak menempel terlalu baik sehingga kami beralih ke lem panas. Namun berhati-hatilah karena jika lem terlalu panas, itu bisa melelehkan foil. Foil berlebih dihilangkan dengan pisau eksak.

Langkah 13: Memasang Penutup Atas dan Bawah

Akhirnya penutup kayu bernoda melekat pada bagian atas dan bawah. Warna gelap membuat kontras yang bagus dengan layar putih. Penerima IR dimasukkan melalui lubang di pelat belakang dan dipasang ke penutup atas dengan lem panas.

Langkah 14: Selesai Jam dan Ringkasan

Setelah dua bulan intensif pekerjaan jam akhirnya selesai dan bekerja. Secara keseluruhan kami sangat senang dengan hasilnya. Memindahkan huruf di belakang layar yang dipasangkan dengan mengubah warna LED menghasilkan efek yang terlihat sangat keren. Pada akhirnya huruf-hurufnya tidak berbaris dengan sempurna dan layarnya tidak 100% datar tetapi ini hampir membuatnya terlihat lebih bagus. Tentu saja ada hal-hal yang dapat ditingkatkan tetapi saya tidak berpikir bahwa akan ada versi 2.0 karena upaya monumental dari pembangunan ini, kecuali lain kali kami melakukan outsourcing produksi ke China.

Jika Anda menyukai build ini dan berhasil menggulir ke bawah sampai ke bawah, silakan pilih kami di Kontes Epilog.

Hadiah Pertama dalam Kontes Epilog X