Coffre au trésor numérique : 6 étapes (avec photos)

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

J'étudie la technologie du jeu et de l'interaction à l'Université des Arts d'Utrecht. Il existe un projet appelé « Si ceci, alors cela » où l'on vous demande de créer un produit interactif. Vous devez utiliser un Arduino, concevoir un élément interactif intéressant et construire un prototype agréable et professionnel autour de celui-ci. J'avais des désirs personnels clairs pour ce projet: je voulais apprendre à souder, je voulais apprendre à programmer en C/C++ et je voulais piloter un affichage à 14 segments qui traînait chez moi depuis toujours. Il m'a fallu quelques semaines pour trouver une idée qui les liait ensemble, mais finalement cela m'est venu: j'allais faire un coffre que vous deviez ouvrir avec un code, mais pas n'importe quel code. Un capteur de pression est lu en continu et affiché sur un écran, il faut atteindre le bon chiffre et le valider trois fois pour déverrouiller le coffre.

Je voulais que le coffre ait une sorte de look industriel moderne, donc mon choix de matériaux était l'acier et le bois.

Au final, je suis assez content de la façon dont ça a tourné ! J'ai écrit les étapes ci-dessous pour que vous puissiez le recréer ou même l'améliorer ! S'amuser!

Étape 1: Rassembler les ingrédients

Avant de commencer, nous aurons besoin de quelques pièces. Voici la liste complète:

Enveloppe:

• Tube d'acier carré de 350 cm, 20x20x2mm
• 6 panneaux de contreplaqué de 26x26x0.9cm (le moyen le plus efficace est de couper une planche de plus de 52x72cm en six morceaux, mais assurez-vous d'avoir des restes de bois !)
• 1x panneau de contreplaqué 26x22x0.9cm
• 90cm bois 22x30mm (coupé en morceaux de 26cm, 2x 18cm et 2x 12cm)
• Petites charnières
• 2x boucles d'accords
• Vis: 4,0x16, 4,0x20, 4,0x25, 3,0x12 (une dizaine de chacune, dont quelques pièces de rechange)
• Boulons: M3x20, M6x12, 1x M10x30 (une dizaine de chacun, dont quelques pièces de rechange)
• Écrous: M3, M6, M10
• Manipuler
• 2 barres d'acier de 8cm 25x4mm

Électronique:

• Bouton
• LED rouge
• LED bleu
• Résistance sensible à la force
• Solénoïde de type verrou (le mien est un modèle 12V 650mA)
• Écran HDSP-A22C 14 segments
• Extension d'E/S numérique MCP23017
• 15x résistance 470
• 3x résistance 1k
• 6x résistance 10k
• 1N4007 diode
• 2x transistors BC547B
• 2x transistors BC557B
• Transistor TIP31A
• Adaptateur mural 12V 1A

Étape 2: Construire un coffre - le cadre en acier

Le coffre est un cube de 30 cm de large, composé de tubes d'acier et de panneaux de bois. Dans le garage j'ai trouvé de jolis tubes carrés de 20x20mm avec des parois de 2mm d'épaisseur. Les murs doivent être suffisamment épais pour souder et tarauder les trous filetés pour les boulons M3. 2 mm est l'épaisseur parfaite pour cela. Bien sûr, vous pouvez utiliser n'importe quel type de tube en acier pour cela si vous avez de meilleures idées.

La façon la plus élégante de construire le cadre est de faire deux carrés de 30x30cm puis de relier ces deux carrés à l'aide de tubes de 26cm (30 - 2*2). Pour faire les carrés, coupez les longs tubes d'acier en diagonale en huit morceaux. Les extrémités des pièces doivent être coupées à un angle de 45 degrés face à face. Les extrémités longues de la pièce sont de 30 cm. Lorsque vous utilisez une scie montée, il est facile de faire pivoter la lame à 45 degrés et de tourner le tube après chaque pièce. Cela gaspille le moins de matière. Une fois que vous avez les huit pièces coupées en diagonale, il est temps d'en couper quatre autres droites. Ces pièces mesurent 26 cm de long.

Ensuite, coupez enfin dix morceaux d'environ 6cm d'une barre d'acier de 20x4mm. Ce seront les points de montage pour les panneaux de bois.

Lorsque tout le métal est prêt, il est temps de souder. La partie la plus difficile ici est d'aligner les tubes que vous avez coupés. Commençons par les carrés du haut et du bas. Prenez les pièces en diagonale et alignez-les en carré sur un morceau de bois. Une astuce ici est d'utiliser une plaque à peu près carrée d'environ 30 cm afin que vous puissiez laisser tomber les coins des bords si vous les disposez à un angle de 45 degrés par rapport au bois. Fixez-les avec des pinces et assurez-vous que le métal touche dans tous les coins afin que l'électricité puisse passer de chaque pièce à l'autre pendant le soudage. Si vous n'avez jamais soudé auparavant, c'est le moment de vous entraîner un peu car si vous vous trompez, vous pouvez tout faire jusqu'à présent. Quoi qu'il en soit, soudez les pièces ensemble dans les coins (j'ai choisi de le faire à l'intérieur) et vous avez maintenant terminé la première partie ! Le deuxième carré est plus facile à aligner car vous pouvez simplement le poser sur le premier. Soudez-les également ensemble. Si tout s'est bien passé, vous devriez maintenant avoir deux carrés d'acier identiques.

À ce stade, vous allez vouloir attacher les points de montage pour le bois. J'ai utilisé deux morceaux pour chaque panneau sur les bords opposés du cube. J'ai choisi un motif spécifique pour qu'aucune pièce ne gêne le couvercle et que je n'aie pas à monter deux pièces sur le même bord. Vous pouvez le faire comme vous le souhaitez, tant que le bord où le solénoïde sera verrouillé n'en a pas.

À ce stade, j'ai également pris un outil de meulage avec une brosse en acier pour nettoyer l'acier. Les barres avaient des taches de rouille dessus et j'ai trouvé que cela leur donnait un bel aspect.

Pour terminer la construction du cadre en acier, il nous suffit de connecter les deux carrés que nous avons maintenant. Le moyen le plus simple est de les placer debout sur une surface plane et de placer deux des tubes de 26 cm entre eux. Une paire de mains supplémentaire vous sera très utile lorsque vous les serrez. Soudez-le ensemble et répétez-le pour l'autre côté.

Si tout s'est bien passé, le cadre en acier devrait être terminé maintenant !

Étape 3: Construire un coffre - les côtés et le couvercle

Pour finir le coffre, nous devons ajouter des panneaux de bois sur les côtés. gardez à l'esprit que l'électronique sera cachée dans le couvercle, vous aurez donc besoin d'un peu plus d'assiette que 6 pièces de 26x26cm. Au magasin de bricolage, ils avaient 122x61cm, ce qui était parfait. J'ai choisi un bois un peu plus fin que prévu à l'origine, mais il a fini par être plus beau que ne l'aurait été un bois plus épais. Lorsque le tube en acier mesure 2 cm de large, a des coins arrondis et que le support mesure 4 mm de large, il vous restera environ 10 mm pour le panneau tout en gardant un bon aspect. Les plaques que j'ai trouvées avaient 9 mm d'épaisseur, donc c'était parfait.

Découpez les assiettes en six panneaux de 26x26cm. Si vos soudures sont un peu grosses, vous devrez couper les coins. Lorsque vous avez les assiettes, disposez-les dans le cadre. Il est pratique d'étiqueter qui va où. Au milieu du bois, marquez l'endroit où seront les deux trous. Placez le bois dans le cadre à sa place respective et percez le trou pour le boulon. J'avais des boulons M6 qui traînaient mais n'importe quel boulon est bon. Des boulons plus gros peuvent lui donner un aspect plus audacieux, mais même un M3 peut le maintenir parfaitement ensemble. Assurez-vous que les boulons ne sont pas trop longs, car ils feront saillie dans le cadre. C'est là que vous allez mettre vos affaires, donc quand il y a de longs boulons qui dépassent, ça va être un peu gênant. Si vous avez utilisé exactement les mêmes dimensions de matériau que moi, un boulon de 20 mm devrait être ce que vous visez. Lorsque les trous sont percés, vous pouvez monter les plaques, mais assurez-vous d'attendre de fixer quoi que ce soit avant que le couvercle ne soit terminé, vous ne voudrez pas vous enfermer !

Pour le couvercle, nous commençons par l'une des plaques que nous avons découpées pour les côtés. L'idée est de transformer le couvercle en boîtier pour l'électronique. Au magasin de bricolage, j'ai également trouvé un morceau de bois de 22x30 mm, ce qui ferait l'écarteur parfait. Il fournit trois centimètres où vous pouvez cacher vos appareils électriques. Avant de les coller sur le couvercle, nous devons faire des trous dans le bois. Ce sont tous des trous ronds sauf celui pour l'affichage. Pour les ronds, utilisez une perceuse. Pour référence de taille, utilisez le schéma dans les images ci-dessus. Pour l'affichage, vous pouvez utiliser une scie sauteuse électrique ou une fraiseuse si vous voulez être plus précis. Une fois tous les trous découpés et percés, vous pouvez coller les morceaux de bois sur les côtés du panneau, en position verticale ! Veillez également à ce que votre solénoïde rentre toujours dans l'espace qui reste. Quand tout est collé, prenez les mesures exactes et coupez un autre panneau de bois à ces dimensions. Vous voudrez déjà le visser au bas des entretoises en bois afin de pouvoir couper les coins au ras du coin du panneau avec lequel vous avez commencé.

Nous devons maintenant créer les boutons pour le capteur de pression et le bouton d'action. Nous voulons cacher le bouton lui-même à l'utilisateur, nous allons donc le monter sous le couvercle, à l'intérieur du compartiment électronique. J'ai simplement coupé quelques petits morceaux de bois du contreplaqué restant pour servir d'entretoises. Soudez le bouton poussoir sur un PCB et vissez-le sur les morceaux de bois qui sont collés au dessous du couvercle, en vous assurant que le bouton sort exactement au centre du trou. Le capteur de pression est un peu différent. Pour cela, utilisez également deux pièces d'espacement collées au couvercle mais prenez une troisième pièce pour faire un pont au-dessus du trou. Collez le capteur exactement au centre du trou.

Pour contrôler les boutons à travers le couvercle, il serait idéal d'imprimer quelque chose en 3D. Malheureusement, je n'ai pas eu le temps pour cela alors j'ai improvisé. Vous pouvez faire ce que vous voulez, mais un conseil ici est que vous avez besoin de quelque chose pour empêcher le bouton de tomber des deux côtés. J'ai utilisé des boulons raccourcis avec un écrou coupé en deux à une extrémité et je l'ai recouvert avec quelque chose que j'ai trouvé traînant.

La prochaine chose à monter est le solénoïde. Chaque solénoïde est légèrement différent, mais le moyen le plus simple de monter la plupart des solénoïdes est de superposer du bois entre la brique et le couvercle jusqu'à ce qu'il glisse exactement derrière le cadre, mais aussi suffisamment en arrière pour ne pas toucher le bois lorsqu'il est étendu. Pour moi, c'était 6 mm. J'ai ensuite dû meuler un peu d'acier plus tard parce qu'à la fin, ce n'était toujours pas assez loin. J'aurais probablement dû avoir environ 7 ou 8 mm.

Le couvercle est maintenant en grande partie terminé et seuls les composants électroniques doivent être ajoutés. C'est le bon moment pour attacher d'abord le couvercle au cadre. Essayez de vous procurer de petites charnières dans un magasin local, elles ne devraient pas être plus grosses que le tube en acier (~ 18 mm) ! Selon la taille et la qualité de ces charnières, vous pouvez en utiliser deux ou trois. Marquez leur position sur le cadre et sur le couvercle. Obtenez maintenant une paire de mains supplémentaire qui maintiendra le couvercle en place pendant que vous marquez où percer les trous. Les trous dans le tube en acier doivent être filetés afin que vous puissiez simplement visser un boulon sans avoir à vous soucier de la façon de le fixer. Lorsque les charnières sont fixées au cadre, récupérez ces mains supplémentaires et vissez le couvercle sur les charnières à l'aide de petites vis. Parce que vous devez à nouveau travailler sur le couvercle plus tard, vous pouvez également attendre avec cette étape jusqu'à ce que tout soit terminé.

Maintenant, nous sommes prêts à travailler sur l'électronique !

Étape 4: L'électronique

Le circuit se compose de cinq circuits distincts. La plupart d'entre eux sont assez simples: une simple led avec une résistance ou un bouton poussoir connecté à une broche Arduino. Les deux circuits les plus compliqués sont ceux qui pilotent l'affichage et le verrou électromagnétique.

L'affichage a 15 broches distinctes qui doivent être entraînées. Un Arduino de base peut piloter au plus 19 broches. J'avais besoin de 5 broches supplémentaires pour le reste de la conception, donc j'étais à court. J'ai trouvé la solution en utilisant un extenseur d'E/S piloté par I2C, le MCP23017. Combiné avec la bibliothèque Adafruit pour cet appareil, il est vraiment simple à utiliser. La partie du circuit connectée à la broche GPA0 est utilisée pour alterner entre les deux anodes communes de l'écran HDSP-A22C. Quand il est haut, il pilote le caractère 1 et quand il est bas, il pilote le caractère 2. L'inconvénient de l'utilisation de cette extension est qu'il écrit sur les broches de sortie dès qu'un octet est écrit. Cela a provoqué des images fantômes. Malheureusement, je n'ai pas pu résoudre ce problème avec du matériel, j'ai donc utilisé un logiciel pour contourner le problème.

Étant donné que le solénoïde que j'ai utilisé est alimenté en 12V (pour lequel vous pouvez simplement utiliser n'importe quelle alimentation 12V, le brancher sur l'Arduino et y souder un fil), j'avais besoin d'un circuit amplificateur (Darlington) pour le piloter avec une broche Arduino. N'oubliez pas non plus une diode pour amortir les pics de courant générés par les électro-aimants dans le solénoïde !

Lorsque vous soudez les circuits, gardez à l'esprit où vous les placerez. J'ai gardé une petite bordure autour de toutes mes planches pour pouvoir les visser sur des pièces d'espacement (restes des panneaux latéraux) collées au couvercle. Pour les LED, vous pouvez souder un fil avec une résistance directement à la LED et utiliser des tubes thermorétractables pour le recouvrir et vous assurer qu'il ne se casse pas. Utilisez de la colle chaude pour éviter que tous les fils soudés directement sur une carte ne se cassent.

Une fois que tout a été soudé, il est temps de tout connecter ! J'ai obtenu des embases femelles pour étendre les rails 5V et GND, donc je n'ai pas à tout souder ensemble et je peux donc facilement déconnecter ou remplacer quelque chose s'il se casse. Si vous avez utilisé un morceau de bois similaire à moi pour les côtés du couvercle, vous remarquerez qu'il n'y a plus de place pour brancher quoi que ce soit sur l'Arduino. La solution la plus simple consiste simplement à plier les broches à un angle de 90 degrés et à les brancher de cette manière.

La dernière partie est la plus simple et consiste à télécharger le code.

Étape 5: Le code

Tout le code a été créé à l'aide de PlatformIO. Si vous n'êtes pas familier avec cela, vous pouvez simplement le copier et le coller dans un croquis Arduino. Si vous l'êtes, vous pouvez simplement télécharger le programme et le télécharger sur votre Arduino. Le code est disponible sur mon Github. Jetez un œil à la section de configuration du programme et modifiez les valeurs comme bon vous semble (les broches et la combinaison sont particulièrement intéressantes). La combinaison par défaut est 43 - 50 - 99.

Étape 6: Touches finales

Une fois que tout est fait et monté et commence à fonctionner, nous sommes prêts à ajouter les derniers détails qui permettront à tout de fonctionner.

Pour éviter que le couvercle ne tombe à travers le cadre, vous pouvez monter deux plaques de blocage montées sur le côté du couvercle. J'ai utilisé une barre d'acier de 25x4mm que j'ai trouvée, je l'ai coupée en morceaux d'environ 8cm, j'y ai percé des trous et les ai vissés sur le couvercle.

Une autre chose que j'ai ajoutée au couvercle était une poignée - très utile si jamais vous voulez l'ouvrir. J'ai dû percer profondément les côtés du couvercle pour le monter, mais il s'est avéré très beau.

Une autre touche importante est d'ajouter une petite corde pour éviter que le couvercle ne tombe trop en arrière et n'endommage les charnières. Ma solution était d'utiliser des crochets à visser sur le couvercle et à l'intérieur du coffre où je pouvais attacher une corde.

Pour obtenir de l'énergie à l'intérieur du couvercle, percez un petit trou dans l'un des bords et sciez-le par le haut. Mettez une vis dans un autre bord et attachez la corde à la vis pour empêcher quelqu'un de retirer accidentellement la corde d'alimentation et de vous verrouiller à jamais hors de la poitrine.

Enfin, vous avez peut-être remarqué que vous ne pouvez pas encore fermer le couvercle. C'est parce qu'il y a des noix sur le chemin. Il suffit de couper un peu de bois ici pour faire de la place pour ces noix.

Et c'est tout! C'est ainsi que vous pouvez reproduire vous-même le coffre au trésor numérique ! Et n'oubliez pas de porter un équipement de protection approprié lorsque vous utilisez des outils électriques dangereux !