Makecourse : le bateau solitaire : 11 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Cette instructable a été créée pour répondre aux exigences du projet du Makecourse à l'Université de Floride du Sud (www.makecourse.com).

Nouveau sur Arduino, l'impression 3D et la conception assistée par ordinateur (CAO) ? Ce projet est un excellent moyen d'apprendre toutes les bases de ces sujets et offre de la place à votre créativité pour vous l'approprier ! Il propose de nombreuses modélisations CAO de la structure du bateau, une introduction aux systèmes autonomes et introduit le concept d'imperméabilisation des impressions 3D !

Étape 1: Liste des matériaux

Pour commencer le projet, vous devez d'abord savoir avec quoi vous allez travailler ! Voici le matériel que vous devriez avoir avant de commencer:

• 1x microcontrôleur Arduino Uno R3 et câble USB (Amazon Link)
• 1x contrôleur de moteur L298N (Amazon Link)
• 4x (2 sont des sauvegardes) moteurs CC 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 moteurs pas à pas et modules ULN2003 (Amazon Link)
• 1x Chargeur de téléphone portable pour l'alimentation (Voici celui que j'ai utilisé, il est un peu gros cependant. Vous pouvez en utiliser un autre si vous préférez: Amazon Link)
• 1x capteur à ultrasons HCSR04 (Ce lien a quelques extras ajoutés avec des fils de connexion: Amazon Link)
• 3x Packs de fils Jumper (Mâle-femelle, mâle-mâle, femelle-femelle. Lien Amazon)
• 1x Can de Flex Seal (16 oz, Amazon Link)
• 1x ruban de peintre (lien Amazon)
• 1x papier de verre à grain fin (environ 300 est bon)
• Quelques bâtons de popsicle et pinceaux pour appliquer le joint flexible

• Accès à l'impression 3D. (Voici une imprimante 3D relativement bon marché et efficace - Amazon Link)

  • Filament rouge pour l'impression 3D (Amazon Link
  • Filament noir pour l'impression 3D (Amazon Link)

N'hésitez pas à ajouter tous les matériaux que vous proposez pour votre version du projet !

Étape 2: Pièces et conception imprimées en 3D

La première partie de ce projet consiste à créer un système mécanique pour qu'il fonctionne. Cela comprendrait de nombreuses pièces, y compris la coque, le couvercle, les pagaies, les axes pour les moteurs aux pagaies, un support pour le capteur et l'axe sur lequel le support du capteur est assis.

Les composants sont conçus dans SolidWorks et assemblés dans un assemblage. Tous les fichiers de pièces et l'assemblage ont été placés dans un fichier zip, qui se trouve à la fin de cette étape. Notez que SolidWorks n'est pas le seul logiciel de CAO que vous pouvez utiliser, car de nombreux programmes comme Inventor et Fusion360 peuvent être utilisés pour la CAO. Vous pouvez y importer des pièces SolidWorks.

Il est important de noter que les essieux qui maintiennent les pagaies sont concentriques avec les trous sur la coque pour éviter de plier l'essieu et de le faire sortir directement du bateau.

Tout sur ce projet est imprimé en 3D (à l'exception des composants électriques), les dimensions sont donc importantes. J'ai donné des tolérances d'environ 0,01 pouce sur les pièces, pour m'assurer que tout s'emboîte (un peu comme un ajustement lâche). Il y avait moins de tolérance pour les essieux allant au moteur afin qu'ils puissent s'adapter parfaitement. Les pagaies sont bien ajustées à l'essieu de sorte que lorsque les moteurs sont mis en marche, les pagaies se déplacent et propulsent le bateau.

Lors de la visualisation de la CAO, vous remarquerez des plates-formes pour les composants électriques. C'est pour que les composants "apparaissent" dans leur plate-forme pour les empêcher de se déplacer.

Les plus grandes empreintes sont la coque et le couvercle, alors assurez-vous de garder cela à l'esprit lors de la conception. Vous devrez peut-être le diviser en plusieurs parties, car il serait trop gros pour être imprimé en une seule fois.

Étape 3: Circuit de contrôle

Ici, nous allons discuter du circuit électrique qui contrôle le bateau. J'ai un schéma de Fritzing, qui est un logiciel utile que vous pouvez télécharger ici. Il aide à créer des schémas électriques.

Tous les composants utilisés dans ce projet ne sont pas en Fritzing, ils sont donc remplacés. Le capteur photo noir représente le capteur HCSR04 et le petit demi-pont est le contrôleur de moteur L298N.

Le HCSR04 et le L298N sont connectés aux rails d'alimentation de la maquette, qui sont à leur tour connectés au côté alimentation de l'Arduino (sur les broches 5V et de masse). Les broches d'écho et de déclenchement du HCSR04 vont respectivement aux broches 12 et 13 de l'Arduino.

Les broches d'activation (qui contrôlent la vitesse) du L298 sont connectées aux broches 10 et 11 (Activation A/Moteur A) et 5 et 6 (ENB/Moteur B). L'alimentation et la masse des moteurs sont ensuite connectées aux ports du L298N.

L'Arduino sera bien sûr alimenté par notre chargeur de téléphone portable. Lorsque le circuit est sous tension, les moteurs sont réglés à la vitesse maximale dans une direction dictée par notre capteur de proximité. Ceci sera couvert dans la partie de codage. Cela déplacera le bateau.

Étape 4: Code Arduino

Passons maintenant au détail de ce qui fait fonctionner ce projet: le code ! J'ai joint un fichier zip contenant le code de ce projet, qui se trouve à la fin de cette étape. Il est entièrement commenté pour que vous puissiez le parcourir!

- Le code écrit pour Arduino est écrit dans un programme connu sous le nom d'environnement de développement intégré (IDE) Arduino. C'est quelque chose que vous devez télécharger sur le site officiel d'Arduino, qui peut être trouvé ici. L'IDE est écrit dans les langages de programmation C/C++.

Le code écrit et enregistré via l'IDE est connu sous le nom d'esquisse. Inclus dans les croquis et les fichiers de classe et les bibliothèques que vous pouvez inclure en ligne ou ceux que vous avez créés vous-même. Des explications détaillées de ceux-ci et comment programmer dans Arduino peuvent être trouvées ici.

- Comme vu au début de cette étape, j'ai une vidéo YouTube qui passe en revue l'esquisse principale du projet, vous pouvez la consulter ici ! Cela passera en revue le croquis principal et ses fonctions.

- Je vais maintenant passer brièvement en revue la bibliothèque que j'ai créée pour contrôler le capteur de proximité. La bibliothèque facilite l'obtention des données du capteur avec moins de lignes de code dans mon croquis principal.

Le fichier.h (HCSR04.h) répertorie les fonctions et variables que nous utiliserons dans cette bibliothèque et définit qui peut y accéder. Nous commençons par un constructeur, qui est une ligne de code qui définit un objet (dans notre cas, le "HCSR04ProxSensor" que nous utilisons) qui contient les valeurs que nous saisissons entre parenthèses. Ces valeurs seront les broches d'écho et de déclenchement que nous utilisons, qui seront liées à l'objet capteur que nous créons (qui peut être nommé comme nous le souhaitons en incluant "HCSR04ProxSensor NameOfOurObject"). Les choses dans la définition "publique" peuvent être accessibles par n'importe quoi, à la fois à l'intérieur de la bibliothèque et à l'extérieur (comme notre croquis principal). C'est ici que nous énumérerons nos fonctions que nous appelons dans l'esquisse principale. Dans "privé", nous stockons les variables qui font fonctionner la bibliothèque. Ces variables ne sont utilisables que par les fonctions de notre bibliothèque. C'est essentiellement un moyen pour nos fonctions de garder une trace des variables et des valeurs associées à chaque objet capteur que nous créons.

Passons maintenant au fichier "HCSR04.cpp". C'est là que nous définissons réellement nos fonctions et variables et comment elles fonctionnent. C'est comme si vous écriviez le code dans votre esquisse principale. Notez que les fonctions doivent être spécifiées pour ce qu'elles renvoient. Pour "readSensor()", il renverra un nombre (sous forme de flottant), nous définissons donc la fonction avec "float HCSR04ProxSensor::readSensor()". A noter qu'il faut inclure "HCSR04ProxSensor::", le nom de l'objet associé à cette fonction. Nous définissons nos broches à l'aide de notre constructeur, trouvons la distance d'un objet à l'aide de la fonction "readSensor()" et obtenons notre dernière valeur lue avec la fonction "getLastValue()".

Étape 5: Imprimez en 3D toutes les pièces et l'assemblage

Une fois les deux pièces de la coque imprimées, vous pouvez les coller ensemble avec du ruban de peintre. Cela devrait tenir le coup. Vous pouvez ensuite assembler toutes les autres pièces normalement en fonction de notre conception CAO.

Les imprimantes 3D fonctionnent sur g-code, que vous pouvez obtenir en utilisant un logiciel de découpage fourni avec l'imprimante. Ce logiciel prendra un fichier.stl (d'une pièce que vous avez créée en CAO) et le convertira en code que l'imprimante pourra lire (l'extension de ce fichier varie selon les imprimantes). Les trancheuses d'impression 3D populaires incluent Cura, FlashPrint et plus encore !

Lors de l'impression 3D, il est important de savoir que cela prend beaucoup de temps, alors assurez-vous de planifier en conséquence. Pour éviter des temps d'impression longs et des pièces plus lourdes, vous pouvez imprimer avec un remplissage d'environ 10 %. Notez qu'un remplissage plus élevé empêchera l'eau de pénétrer dans l'impression, car il y aura moins de pores, mais cela alourdira également les pièces et prendra plus de temps.

À peu près toutes les impressions 3D ne sont pas bien adaptées à l'eau, nous devons donc les imperméabiliser. Dans ce projet, j'ai choisi d'appliquer Flex Seal, car il est assez simple et fonctionne extrêmement bien pour empêcher l'eau de pénétrer dans l'impression.

Étape 6: imperméabilisation de l'impression

L'imperméabilisation de cette impression est importante, car vous ne voulez pas que vos appareils électroniques coûteux soient endommagés !

Pour commencer, nous allons poncer l'extérieur et le bas de la coque. Cela permet de créer des rainures dans lesquelles le joint flexible s'infiltre, offrant une meilleure protection. Vous pouvez utiliser du papier de verre à grain élevé/fin. Attention à ne pas trop poncer, quelques coups devraient suffire.

Étape 7: ponçage de la coque

Vous saurez quand vous arrêter lorsque vous verrez les lignes blanches commencer à apparaître.

Étape 8: Appliquer Flex Seal

Vous pouvez utiliser un bâtonnet de popsicle ou un pinceau pour appliquer le joint flexible. Assurez-vous de ne manquer aucun endroit et soyez minutieux. Vous pouvez simplement tremper votre outil dans la boîte ouverte et le frotter sur la coque.

Étape 9: laissez reposer le Flex Seal

Maintenant nous attendons! Normalement, il faut environ 3 heures pour que le joint flexible sèche un peu, mais je le laisserais reposer pendant 24 heures juste pour être sûr. Vous pouvez appliquer une autre couche de flex seal une fois le séchage terminé pour protéger encore plus la coque, mais c'est un peu exagéré (1 couche a très bien fonctionné pour moi).

Étape 10: Assemblage et test

Maintenant que le joint flexible a fini de sécher, je vous recommande de tester la coque dans l'eau avant d'ajouter les composants électriques (si la coque N'EST PAS étanche, cela pourrait causer des problèmes à votre Arduino !). Apportez-le simplement à votre évier ou à votre piscine et voyez si le bateau peut flotter pendant plus de 5 minutes sans aucune fuite.

Une fois que nous nous sommes assurés que notre coque est étanche, nous pouvons commencer à ajouter toutes nos pièces ! Assurez-vous de câbler correctement l'Arduino, le L298N et le reste des composants à leurs broches appropriées.

Afin d'adapter les fils aux moteurs à courant continu, j'ai soudé les fils mâles aux fils du moteur pour m'assurer qu'ils restent allumés. La soudure est également utile pour s'assurer que toutes vos connexions sont sécurisées ou si vous devez faire un fil plus long. Si vous n'avez jamais soudé auparavant, vous pouvez en savoir plus ici !

Une fois que tout est en place, placez tous les composants dans la coque et faites quelques tests ! Vous voudrez vérifier que le capteur fonctionne comme prévu en lisant les valeurs de distance sur le moniteur série, vérifiez que les moteurs tournent correctement, des choses comme ça.

Étape 11: Produit final

Et maintenant vous avez terminé ! Vérifiez s'il y a des erreurs dans un essai routier (testez le flottement du bateau et de la coque avant d'appliquer l'électronique) et vous êtes prêt !