Demo for sykkelenergi (bygg): 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Hensikten med denne instruksjonsboken var å lage en interaktiv demonstrasjon av sykkelenergi for å vekke barns interesse for konstruksjon. Prosjektet fungerer som følger, ettersom et barn tråkker sykkelen raskere, kan han aktivere flere lys på skjermkortet, og til slutt stave ordet CITADEL i blå LED -lys. Når rytteren fortsetter å tråkke raskere, kan han deretter aktivere bulldogens øyne som røde LED -lys. Bredden på hver samling overstiger aldri 30 tommer for å sikre at prosjektet er i stand til å passe inn i klasserommene gjennom en standard døråpning. Displaybordet er bygget på hjul slik at det er lett å transportere. Med alle tilgjengelige materialer og verktøy, vil dette prosjektet ta omtrent 6 til 10 dager å fullføre til en estimert kostnad på rundt $ 400 dollar hvis du må kjøpe all maskinvare/elektriske komponenter samt sykkelen.

Verktøy som brukes: Maskinbor, bordsag, stikksag, boremaskin, slipemaskin, målebånd, visegrep, sett med skiftenøkkel, loddejern, krympeverktøy, 3D -skriver, forskjellige husholdningsverktøy (tang, saks, etc.)

Materialer som brukes:

12 mm spredte tynne Digitel RGB LED -piksler (streng på 25) (2)

GDSTIME 5V DC 50mm vifte (2)

Arduino Uno

5 mm (HTD) pitch, 15 mm bredt ensidig belte

Kent 20 "Boys Ambush Bicycle eller annen 20" sykkel med bakre pinner

Stor kjøleribbe - Multiwatt -pakke (fra Sparkfun) (5)

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

Kryssfiner for displaybrett (vil ha lett, men litt holdbar)

Sponplate for brev

Firkantede trepinner for skjermben

Corner Brace Value Pack (18564)

Everbilt 2”kraftig hjørneskinne (2 pakker)

Grip-Rite # 8 x 2”skruer (modell # PTN2S1)

24V 250W elektrisk scootermotor for beltedrevne scootere (artikkelnr. MOT-24250B)

WIR-110, 16 gauge svart strømkabeltråd (12 fot)

WIR-110, 16 gauge rød strømkabeltråd (12 fot)

16-20 Gauge Wire

LM338T/NOPB lineær spenningsregulator

5 gjengeterminalblokk (2)

Loddeplater

1.0 Ohm motstander (5)

5,1 kOhm motstander (2)

150 Ohm motstand

100 kOhm motstand

2200 uF kondensator

20 kOhm motstand

200 pF kondensator

5V Zener -diode

2N2905 Transistor eller tilsvarende

1,5k potensiometer

LM308 Op-forsterker

Jumper Wire Kit

Maling / pensler

Trinn 1: Bygg trener

Start med å kutte en 2x4x8 stykker tre i to 28 "brett, ytterligere to brett på 24", og to til på 16 ". Du trenger to 2x4x8 brett for dette. Skjær ytterligere fire brett med 45 graders vinkler i hver ende. Disse to brettene skal være 10 "lange. Ved hjelp av de 16 "tavlene bruker du et stikksag til å kutte hakk i brettet som er 3" dyp og 1 3/4 "bredt. Det er nyttig å spore opp disse dimensjonene før du kutter.

Ta 2 av de 10 "tavlene og fest dem til et av de 16" tavlene. Stå 16 "tavlen opp til høyre og lene de 10" tavlene mot hver side av 16 "slik at de er i flukt med brettet og gulvet. Bruk skruer for å feste de tre brettene. Gjenta denne prosessen for de resterende 16" og to 10 "tavler.

Merk midten av 12 "-merket på begge 24" -platene og midten av de 16 "-platene. Legg de to merkene sammen slik at 16" -platen står oppreist og skyll med 24 "-platen på siden. Bor 2 skruer i 16 "til 24" tavlen og 2 til for hver 10 "tavle til 24" tavlen. Gjenta denne prosessen med det andre 24 "tavlen og 16" tavlen med de 10 "tavlene festet.

Merk deretter midten av brettet på hvert av de 28 "brettene. Lag et nytt merke 4" på hver side av 14 "-merket. Det skal være 8" mellom disse 2 merkene. Rett opp de 24 "brettene på disse merkene med innsiden av brettet på merket. Bor 2 skruer i hver for å feste de 3 brettene. Gjenta dette med det andre 28" brettet slik at alle er koblet sammen.

Trinn 2: Bygg/fest motorstrammer

Utlede en passende måte å stramme beltet på var noe teamet slet med. Vi gikk gjennom noen forskjellige ideer før vi kom frem til det som er sett ovenfor. En metallskinne ville ha vært ideell, men på grunn av et lavt budsjett måtte teamet nøye seg med en tre-skinne med make-shift.

Start med å lage en L -formet figur med 2 "x4" blokker. Den nedre delen av L som skinnen skal monteres på, skal være omtrent 8 "lang. Den øvre delen er omtrent 6" høy. Klipp en annen 2 "x4" blokk for motorfeste. Teamet brukte en ekstra, liten rektangulær trestolpe vi fant for å lage skinnesystemet. Bunnskinnen er skridd av to skinner montert på bunnen av motorblokken. Nøkkelen her er å bruke tre som er slitesterkt nok til ikke å dele seg når de skrus inn i 2 "x4" s. Teamet brukte en borepresse til å bore et hull hele veien gjennom den 2 "x4" blokken motoren er montert på. Et annet hull ble boret gjennom den øvre delen av L. En lang bolt ble kjørt helt gjennom systemet. Sørg for å bruke store skiver i hver ende for å fordele lasten. Den siste monteringen ble montert på treneren ved hjelp av L-braketter. En liten treblokk ble satt inn mellom skinnen og treneren for å forhindre systemets tendens til å bøye seg under høyt spenning. Det er nyttig å ha noen som holder enheten på plass når den monteres på treneren for å sikre riktig justering med bakdekket.

Trinn 3: Fjern bakdekk fra sykkelen og fest bakre tapper

For å fjerne bakdekket fra sykkelen, tøm først dekket. Fjern deretter mutrene som holder lageret på plass for bakhjulet. Koble kjedet fra bakgiret. Hvis sykkelen har bakbremser, kan det være nødvendig å fjerne de bakre bremseklossene. Når hjulet og dekket er helt av, bruker du en kofot for å strekke dekket over siden av hjulet. Mens du holder kragen mellom hjulet og dekket, må du få noen til å snu hjulet for å sakte lirke av dekket. Når du er ferdig, følger du trinnene i motsatt rekkefølge for å montere hjulet på sykkelen igjen. Sørg for å sette beltet rundt hjulet før du setter det på plass igjen. For å montere tappene, skyv dem over bakakselen før du monterer festemutrene igjen.

Trinn 4: Bygg kretsen

Kretsen som er vist i skjematikken ble hentet fra lenken som følger med:

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

Kretsen vi bygde har to funksjoner. Den første er å regulere den variable DC -spenningsinngangen fra motoren til en konstant 5V DC -utgang som brukes til å drive lysene. Den andre er å bruke en spenningsdeler for å redusere spenningsutgangen fra motoren til mellom 0 og 5 volt. Denne utgangen sendes deretter inn i Arduino Unos analoge inngangsport som har en grense på 5V. Arduino Uno er kodet for å aktivere bestemte lys ved en viss spenning. Denne koden er gitt nedenfor.

Kretsen vist i diagrammet ovenfor brukes til å fordele strømmen jevnt mellom 5 lineære spenningsregulatorer (lm338). Disse regulatorene kan ikke bare plasseres parallelt for å fordele lasten fordi forskjeller i deres interne komponenter forårsaker litt forskjellige utganger fra hver. Den lineære regulatoren som gir den høyeste effekten ender opp med å ta hele lasten. Ved å bruke kretsen ovenfor stabiliserer utgangene og fordeler lasten jevnt. Lysene trekker en maksimal strøm på rundt 1,5A konfigurert med de valgte fargene (48 blå 2 røde). Koding av lysene til alle er hvite ville skape maksimal strøm som trekkes (3A). Spenningen reguleres ned fra maksimalt 28V til 5V. Dette er en 23V forskjell. 23V x 1,5A = 34,5W effekt som må avledes som varme. Det er derfor fordelingen av belastningen mellom regulatorene er så viktig for teamet. Hvis en regulator skulle ta all lasten, ville den overskride maksimal driftstemperatur.

Bygg først kretsen på et loddfritt brødbrett. En ganske stor kondensator (vi brukte en 2200 uF) må plasseres på tvers av motoreffekten for å redusere støyen. Dette rydder opp inngangen som Arduino mottar og gjør lysdisplayet mer konsistent (lys blinker ikke uregelmessig). Hvis du imidlertid vil lage en anfallsproduserende maskin, kan du spare $ 2 og gjøre kondensatoren ugyldig. Inkluder deretter spenningsdelerkretsen. Kjør en jumper wire fra spenningsdeleren til Arduino Uno analog inngang A0. Hopp Arduino i bakken også. Se tegning vedlagt. Ytterligere informasjon for tilkobling av lysene finner du på lenken nedenfor:

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

Trinn 5: Test kretsen

Utstyret sett på labbenken ovenfor er nyttig, men ikke nødvendig for å teste kretsen. Du trenger imidlertid en måte å snu utgående aksel på likestrømsmotoren. Ideelt sett ville vi bare ha brukt sykkelen, men siden den fortsatt var i posten, måtte vi finne en alternativ løsning. Sørg for å reversere motorens polaritet (jordet (svart) ledning blir varm og varm (rød) ledning blir jordet). Når alt er koblet til, juster potensiometeret i kretsen til du får en utgangsspenning på 5V. Enhver standard voltmeter kan brukes til dette. Kretsen må være under en betydelig belastning for å justere spenningsutgangen riktig. Arduino-programvaren må lastes ned for å kjøre koden til mikrokontrolleren. FastLED -biblioteket må også installeres. Når programvaren er lastet ned og du laster opp koden til Arduino, går du til den serielle skjermen øverst til høyre, og du vil kunne observere spenningsinngangen som Arduino Uno mottar. Gjør justeringer for å kondensere kretsen så langt som mulig om nødvendig og test igjen. Sørg for at alle komponentene fungerer som de skal før du går videre.

Trinn 6: Lodd kretsen

På bildet ovenfor kan du legge merke til at det er to kretskort bygget. Opprinnelig planla teamet å bruke 10 lm338 lineære spenningsregulatorer, men etter ytterligere testing bestemte en krets med 5 betydelig. Imidlertid inneholdt brettet vi ikke trengte, spenningsdeleren, derfor brukes den fortsatt.

Av personlig preferanse bestemte teamet seg for å hoppe de lineære regulatorene til kretskortet. Dette tillot oss å montere dem litt mer fritt og bedre støtte de store kjøleribber. Lodd alle komponentene fra prototypen til det nye loddetavlet. Vi brukte et permaproto-brett slik at kretsen ville være en eksakt kopi når vi flyttet den over fra det loddfrie brødbrettet. To 5 gjengeklemmer ble brukt til å opprette raske koblinger fra motoren og lysene.

Trinn 7: Bygg skjermkortet

Displaybordet ble bygget i en rekke trinn.

1) Displaybordet består av et brett og et feste. Displayet er konstruert av tynt tre og montert på et stativ som er 57 1/2 tommer 5 fot. Stativet støttes av en tverrsnittsbjelke som strekker seg ved en 45 grader. vinkel fra bakbenet til det vertikale stativet. Dette ble konstruert ved hjelp av tre og skruer. Etter ferdigstillelse av brettet og stativet ble det boret fire hjul i festet i hvert respektive hjørne

2) Visningen av bokstavene (C-I-T-A-D-E-L) ble konstruert separat fra displayet og festet. Bokstavene ble først tegnet og deretter kuttet ut av fliser av sponplater som var 8 x 12 tommer. Bokstavene er alle i størrelse til å være 10 i høye, med varierende bredde. Bokstavene ble kuttet med en båndsag for utsiden og et stikksag for bokstavens interiør.

3) Etter at bokstavene ble kuttet ble de festet til brettet med flytende spiker. Dette sørget for at brevene ble sikret til styret. Deretter ble det boret hull i bokstavene ved hjelp av en 12 'bit. Dette vil sikre at lysene vises.

4) Deretter ble skjermen malt hvit og bokstavene (C-I-T-A-D-E-L) ble malt babyblå. En blå trim ble deretter lagt til rammen på brettet.

5) Bokstavene (T-H-E) ble malt på brettet i en høyde på 4 med varierende bredde.

6) Bulldog på bunnen av brettet ble malt på brettet med en blanding av akrylmaling. Hull ble boret gjennom øynene med en 12 mm bit for å passe lysene.

7) Til slutt ble lysene plassert i brettet og skjermkortet var komplett.