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GO-GO AirBoat

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Description du modèle 3D


##___GO-GO AirBoat est une trousse d'apprentissage en physique et électronique.


  • GO-GO AirBoat est un aéroglisseur à hélice motorisé et à détection de charge utile.

  • Quand GO-GO AirBoat atteint sa pleine capacité, regardez le moteur tourner, faire tourner l'hélice, et regardez GO-GO partir ! Combien de pennies pouvez-vous charger avant que GO-GO ne parte ? Coulera-t-il ou flottera-t-il ? Chargez vos sauvetages à bord et saluez votre GO-GO AirBoat avec "Bon voyage" !

  • Chargez vos conteneurs jusqu'à 20 centimes chacun (testés en cents US). Les conteneurs sont empilables à l'infini ! La zone de la soute de GO-GO peut supporter jusqu'à 5 colonnes de conteneurs. Nombreuses combinaisons possibles de répartition de la charge et du poids. Expérimentez !

  • Les instructions fournies incluent la dérivation de l'équation "Maximum Number of Pennies" pour rester à flot avec la configuration de chargement que vous avez choisie.

  • Simple à imprimer ! Il n'y a que quatre fichiers STL nécessaires pour construire votre GO-GO AirBoat et vos conteneurs de fret, donc c'est facile à faire.

  • GO-GO AirBoat détecte le moment d'embarquer sur son long voyage à travers la mer lorsqu'il est chargé à pleine capacité avec sa précieuse cargaison. Un piston flottant à l'intérieur de la cheminée du bateau est libre de se déplacer avec le niveau de l'eau et déclenche l'entraînement du moteur lorsqu'une certaine profondeur est atteinte. Ce capteur utilise une simple DEL infrarouge, un phototransistor et un étage amplificateur à transistors à paires Darlington pour la commutation d'un petit moteur CC.

  • Le point de déclenchement du capteur de profondeur peut être modifié mécaniquement à l'aide de différentes hauteurs de piston flottantes de votre propre création.

  • Acquérir une expérience pratique avec les résistances, les condensateurs, les diodes, les DEL, les moteurs à courant continu, les transistors à jonction bipolaire (BJT), les transistors à paires Darlington, les phototransistors comme déclencheurs, la disposition et la soudure des circuits imprimés.

  • Le GO-GO AirBoat comporte une série de composants électroniques de base discrets pour aider les jeunes ingénieurs et les futurs scientifiques à mieux visualiser les composants électriques, leur câblage et leur rôle dans les circuits électroniques. Le mode d'emploi fournit des calculs pas à pas et des descriptions du fonctionnement de l'ensemble des différents circuits.

  • Utilisez ce modèle comme activité ou introduction à des sujets tels que le poids, la masse, le déplacement, la densité, la flottabilité et le centre de gravité. Les sujets abordés dans les instructions portent sur la masse, la densité et l'algèbre de base. La logique et le raisonnement sont exercés pour traduire les valeurs calculées dans le monde réel.


Conçu par David Choi

Paramètres d'impression 3D


##MY INSPIRATION:_

Je voulais créer une pièce éducative dont on puisse apprendre et développer en développant et en améliorant des expériences fondamentales et motivationnelles tout en construisant, en testant et en jouant. Les mathématiques, la physique et l'électronique n'étaient pas les choses les plus faciles à apprendre pour moi, mais je pense qu'avec passion on peut apprendre n'importe quoi, et cela peut être rapidement alimenté par des expériences réussies et amusantes dans le monde réel. Ce projet d'introduction s'adresse aux jeunes esprits, novices, étudiants, bricoleurs, bricoleurs, passionnés, différents, etc. pour l'exploration, l'expérimentation et l'itération positive.


##CONTENTS:_

  • QUE FAIT GO-GO AIRBOAT ?

  • COMMENT CELA FONCTIONNE

  • LES PARAMÈTRES DE MON IMPRIMANTE ET LA TECHNIQUE DE POST-TRAITEMENT

  • CONSEILS D'IMPRESSION ET DÉPANNAGE

  • LE PROBLÈME ET LA PHYSIQUE EN BREF

    • ASSUMPTION
    • CE QUE VOUS SAVEZ
    • CE QUE VOUS NE SAVEZ PAS
    • CE QUE VOUS MESUREZ
    • MESURE DU "VOLUME AFFICHÉ" (Vd)
    • CALCULS ET NOTRE ÉQUATION FINALE
  • OUTILS ET ARTICLES RECOMMANDÉS

  • CE DONT VOUS AVEZ BESOIN POUR LE CIRCUIT

  • OÙ TROUVER LES COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES

  • LE CIRCUIT EXPLIQUÉ

  • CONSEILS, ASTUCES ET DÉPANNAGE UTILES POUR L'ASSEMBLAGE DE CIRCUITS ET DE BATEAUX

  • VOTRE PREMIER VOYAGE

  • EXPLORATION PLUS POUSSÉE, EXERCICES DE COLLABORATION ET IDÉES D'EXPÉRIENCES

  • VOS NOUVELLES COMPÉTENCES

  • AVERTISSEMENT DE RESPONSABILITÉ


# #QUE FAIT UN AÉROGLISSEUR DE GO-GO ?

  • Le GO-GO AirBoat, tel qu'il est fourni, est un aéroglisseur à hélice motorisé à détection de charge utile. Il a un grand volume de charge utile capable d'accueillir des conteneurs pleins de pièces de un cent ou.... TOUT CE QUI FLOTTE SUR VOTRE BATEAU.

  • GO-GO est doté d'un capteur optique et d'un composant mécanique facilement accessibles et piratables pour détecter à quel point il est près de s'enfoncer en cas de surcharge de charge utile.

  • GO-GO est livré avec des conteneurs de 20 pièces de monnaie chacun et empilés pour former la configuration que vous souhaitez.

  • Utilisez les équations incluses dérivées dans les instructions pour calculer le nombre de pièces de un cent et de conteneurs de fret que votre GO-GO peut contenir sans couler.

  • Ce qui est plus intéressant, c'est ce que vous pouvez faire faire à GO-GO pour vous. Considérez GO-GO comme une plate-forme mobile et flottante pour votre imagination.


##HOW IT WORKS:_

  • Chargez vos conteneurs de fret avec des pièces de un cent dans l'ordre ou la quantité que vous voulez et croisez les doigts....

  • Ou jouez la sécurité et utilisez les équations dérivées dans ces instructions pour calculer le nombre maximum de centimes que votre GO-GO AirBoat transportera avec votre configuration de chargement pour rester à flot, puis testez-le dans le monde réel.

  • Les conteneurs de fret s'empilent et s'emboîtent les uns dans les autres pour augmenter la capacité de charge utile. Jusqu'à 20 sous par conteneur.

  • GO-GO AirBoat restera inactif pendant que vous chargez vos conteneurs de fret.

  • Quand GO-GO atteint sa capacité, l'hélice tournera et enverra votre précieuse charge utile dans la piscine !

  • GO-GO AirBoat dispose d'un capteur de profondeur conçu dans sa cheminée. Le capteur de profondeur utilise une paire de diodes infrarouges (IR) à émetteur-photototransistor et un piston flottant pour déclencher la porte IR lorsqu'elle bloque le faisceau.

  • Le piston flotte librement avec le niveau d'eau à l'intérieur de la cheminée qui est ouverte à l'écoulement de l'eau sous la coque. Un cran d'arrêt dans la coque au fond empêche le piston de tomber à travers.

  • Des pistons de différentes hauteurs peuvent être expérimentés pour modifier les niveaux de déclenchement. Le piston contenu dans le fichier d'impression de l'hélice ("GoGoAirBoatParts.stl") mesure 1,0 cm de diamètre et 1,5 cm de hauteur.


##MES PARAMÈTRES D'IMPRIMANTE ET MA TECHNIQUE DE POST-TRAITEMENT:_

  • Réplicateur MakerBot 5ème Génération

  • 1,75mm PLA

  • Pas de radeaux

  • Aucun support

  • Temp. à 214°C* Temp. à 214°C

  • 0,20mm Résolution

  • Remplissage à 10%.

  • 3 coquilles (Le modèle a été conçu avec 3 coquilles en tête)

  • Première couche à 30mm/s (Cela aide beaucoup à obtenir un joint étanche !)

  • Embases à 80mm/s

  • Les contours à 18mm/s*.

  • Tout le reste, Réglages standard

  • Aucun post-traitement n'est nécessaire

  • Pas besoin de colle ni de résine

*_Mon extrudeuse actuelle a tendance à suinter sur les contours, alors j'ai baissé la température et diminué la vitesse autour des contours.


# #CONSEILS D'IMPRESSION ET DE DÉPANNAGE:___

  • Mettez d'abord votre plaque de construction à niveau !!!!! Assurez-vous que votre plaque de construction est aussi plane que possible. Après le nivellement, je suggère d'imprimer d'abord les conteneurs de fret pour avoir une idée du niveau de la plaque de construction avant d'imprimer le bateau. Chaque couche doit être imprimée de niveau, bien tricotée et solide. Veillez à ce que votre décalage Z soit également réglé avec précision. Si les empreintes sortent mal et que vous insistez sur le fait que votre plaque de construction est de niveau, vous voudrez peut-être nettoyer ou remplacer la buse de votre extrudeuse. D'après mon expérience, le bourrage persistant de l'extrudeuse est le signe d'une extrudeuse usée ou d'un décalage en Z incorrect._ S'il dépose un filament qui ne colle pas ou ne se déplace pas comme un serpent sur la plaque de construction, c'est trop haut. Alternativement, si vous entendez des cliquetis répétitifs de votre extrudeuse, c'est qu'elle est trop proche, ou que votre extrudeuse est bouchée ou usée. Pendant l'extrusion correcte de l'impression elle-même, vous n'entendrez aucun clic et le filament se couchera ferme et mince en hauteur.

  • Pas besoin de redimensionner les fichiers STL fournis. Je les ai dessinés à l'échelle.

  • Observez attentivement les premières couches de votre tirage, vous saurez reconnaître si un tirage va réussir ou non avec un œil vif et un peu de persistance systématique et d'expérience. Vos premières couches doivent bien adhérer à la plaque de construction et les lignes doivent s'emboîter solidement.

  • Si vos impressions ne fonctionnent pas avec vos paramètres favoris, veuillez essayer mes paramètres. J'ai utilisé du PLA.

  • J'ai toujours utilisé un médiator de guitare, en commençant par les coins et en travaillant doucement sur les bords (en particulier, des médiators jaunes Dunlop Tortex Tortex, car j'ai beaucoup de ces -0.73mm d'épaisseur). C'est mon deuxième centime. Je n'ai jamais fait de recherches sur ce que font les autres, mais ça marche pour moi. Si vous avez une excellente méthode, partagez-la !

  • Mon bateau est loin d'être étanche, mec ! Tu dois t'assurer que ta plaque de construction est à niveau et que ton décalage en Z est optimal. Expérimentez avec des vitesses d'extrusion plus lentes et des températures différentes de quelques degrés. Après un nivellement minutieux, j'ai réussi à obtenir une empreinte étanche à l'eau. Si tout le reste échoue, scellez la coque avec de la résine ou de la superglue, ou commencez simplement par une nouvelle buse pour vous débarrasser de tout gremlins traître et imprimeur.


##LE PROBLÈME ET LA PHYSIQUE EN UN MOT:

Nous voulons calculer le nombre maximum de pièces de un cent que nous pouvons charger sur le GO-GO AirBoat avant qu'il ne commence à couler. Espérons que votre GO-GO AirBoat s'envolera avant qu'il n'atteigne cette valeur maximale. Puisque nous chargeons les pièces de un cent dans des conteneurs de fret, il serait bon de prédire si notre prochain conteneur mènera ou non à un désastre englouti.

Les bateaux flottent grâce à leur flottabilité dans l'eau. La flottabilité est fonction du volume du fluide déplacé et de la densité du fluide déplacé, ainsi que de l'accélération locale due à la gravité. L'objet le moins dense sera plus flottant (flotteur) et l'objet le plus dense sera moins flottant (puits). Dans notre cas, tant que notre bateau est moins dense que l'eau qu'il déplace, il restera à flot !

Déterminons donc le nombre maximum de pièces de un cent que nous pouvons charger en utilisant n'importe quelle configuration de conteneurs de fret....


#######__ HYPOTHÈSE:__

Tous les centimes ont une masse moyenne de 2,5 g.


#######WHAT YOU KNOW:

Densité = (Masse) / (Volume)

"Densité de l'eau" = Eau ≈ 1g/cm^3

"Masse d'un penny" = Mp = 2.5g

Notez qu'au niveau de la mer sur Terre, "poids"[kg] et masse[kg] sont interchangeables.....

→ "Weight of a Penny"[kg] = Wp[kg] ≈ Mp[kg]

C'est important car nous ferons plusieurs mesures de poids plus tard (très probablement vous utilisez une balance à ressort ou une balance numérique) mais nous aurons besoin de leurs masses pour nos équations et calculs.

Nous utiliserons cette relation masse/poids pour simplifier les calculs.

Vous pouvez déjà faire cette conversion automatiquement dans votre tête et ne jamais y penser à deux fois, mais c'est une bonne idée de comprendre pourquoi nous pouvons le faire sur Terre. Cette explication nous aide aussi à comprendre pourquoi la notation et le vrai sens de la notation est si important dans les problèmes de physique.

Les balances mesurent la masse directement en annulant la force gravitationnelle locale de chaque côté du pivot, mais vous avez besoin d'une masse connue et calibrée pour la mesurer. Vos balances à ressort domestiques et vos balances numériques, par contre, mesurent directement les forces, c'est-à-dire le poids. Vous avez probablement une balance à ressort ou une balance numérique et non une balance, alors nous allons dire que ces mesures sont de masse pour des raisons de simplicité. C'est une approximation valable pour notre GO-GO maritime.


#######WHAT YOU DON'T KNOW:

Soit, x = "Nombre maximum de pièces de un cent".

Nous voulons résoudre pour le nombre maximum de centimes que le GO-GO AirBoat peut transporter. Cela signifie donc que nous devons résoudre pour la variable x, où la densité du volume déplacé par le navire est inférieure à la densité de l'eau - c'est presque la limite où notre navire flotte ou coule.

Nous devons résoudre pour x quand :

Dgg < Dwater, où Dgg est la "densité du GO-GO chargé".

Pour ce faire, il faut d'abord découvrir ce qu'est la "Masse totale du GO-GO chargé" (Mtotal), puisqu'on peut voir que Dgg = (Mtotal) / (Vd) de l'équation de densité, où Vd est le "Volume Displaced".


#### #CE QUE VOUS MESUREZ:__

Soit, Vd = "Volume déplacé" = ( ? cm^3) ; Où, 1mL = 1cm^3.

Let, Mgg = "Masse de GO-GO avec électronique et batterie à vide" = ( ? g)

Let, Mcc = "Masse d'un conteneur de fret déchargé" = ( ? g)

Let, Mcl = "Masse d'un couvercle de chargement" = ( ? g)


#### #MESURER LE "VOLUME AFFICHÉ" (Vd):__

Une méthode pour mesurer le déplacement complet du navire à pleine capacité serait de placer un grand bol dans un grand bol vide, de remplir le bol intérieur jusqu'au bord avec de l'eau et d'immerger le bateau à la profondeur désirée (la profondeur maximale que vous pensez que le GO-GO peut gérer, ou lorsque le capteur de profondeur est activé - ceux-ci sont conçus pour être similaires en valeur). L'eau déplacée dans le bol extérieur peut maintenant être mesurée à l'aide d'une tasse à mesurer ou, mieux encore, pesée à l'aide d'une balance. Pour une raison quelconque, je n'ai pas de bols, de tasses à mesurer, de balance ou d'ustensiles de cuisine de base dans mon appartement, alors je n'ai jamais essayé ça moi-même.

Une autre méthode, moins utile, consiste à mesurer simplement le volume de l'intérieur de l'espace de chargement de la coque du bateau seulement. Cela vous donnera clairement une réponse incorrecte, indésirable ou complètement fausse, mais vous pouvez le faire rapidement avec une petite tasse à mesurer. Votre calcul sera décalé d'un nombre décent de centimes, ce qui peut entraîner le naufrage d'un navire. Garde ça à l'esprit.


#######CALCULATIONS ET NOTRE ÉQUATION FINALE:

Soit, a = "Nombre de conteneurs de marchandises".

Soit, b = "Nombre de couvercles de chargement".

"Masse totale du GO-GO chargé" = Mtotal = (Mgg) + a - (Mcc) + b - (Mcl) + x - (Mp)

Rappelons, à partir de l'équation pour la densité, nous avons....

"Densité de la charge GO-GO" = Dgg = (Mtotal) / (Vd)

→ Dgg = [ (Mgg) + a - (Mcc) + b - (Mcl) + x - (Mp) ] / (Vd)

Quelle est notre relation avec la "Densité de GO-GO chargé" (Dgg) alors ?

Rappelez-vous notre stipulation pour la résolution de x ? (Indice : "Nous devons résoudre pour la variable x, où la densité du volume déplacé par le navire est inférieure à la densité de l'eau - c'est presque la limite où notre navire flotte ou coule.")

Je sais ce que tu penses. Vous avez raison.

Nous devons trouver Dgg < Dwater, et nous connaissons Dwater ≈ 1g/cm^3.

→ Dgg < Dwater

→ [ (Mgg) + a - (Mcc) + b - (Mcl) + x - (Mp) ] / (Vd) < (Dwater)

→ x < < [ (Dwater) - (Vd) - [ (Mgg) + a - (Mcc) + b - (Mcl)] ] ] ] / (Mp)

"Maximum Number of Pennies" < < [ (1g/cm^3) - (Vd) - [ (Mgg) + a - (Mcc) + b - (Mcl)] ] ] ] / (2.5g)

∴ → Si le nombre de pièces que vous chargez sur GO-GO AirBoat est inférieur à la partie droite de l'équation ci-dessus, votre GO-GO restera à flot dans l'eau ! N'est-ce pas ?

Presque : La réponse doit être une valeur entière puisqu'il s'agit de centimes entiers et non de centimes partiels.

##∴ → Pour les valeurs non entières : "Nombre maximal de pièces de un cent dans la vraie vie " = (" Nombre maximal de pièces de un cent " arrondi à la valeur du premier nombre entier inférieur).

##∴ → For integer values : "Maximum de cents de la vie réelle " = (" Nombre maximal de cents ") - 1 cent.

(Pourquoi moins un sou ? Puisqu'une valeur entière est une indication que les valeurs sont exactement égales même avec l'arrondi du "nombre maximum de centimes", nous devons soustraire un centime entier afin de satisfaire l'inégalité).


##OUTILS ET ARTICLES RECOMMANDÉS:

  • Multimètre (Ampèremètre, Voltmètre, Ohmmètre, Contrôleur de diodes, Contrôleur de continuité)

  • Fer à souder et socle/station

  • Aider les pinces crocodiles à main

  • Souder

  • Éponge humide

  • Tresse à braser ou à dessouder

  • Pinces à dénuder

  • Petits, bec d'oiseau, couteaux latéraux

  • Petite gaine thermorétractable

  • Planche à pain

  • Fils de cavalier pour plaque à pain

  • Échelle[grammes]

  • Tasse à mesurer (en option)

  • Foret 1/8" (optionnel)


##CE DONT VOUS AVEZ BESOIN POUR LE CIRCUIT:_

  • (1) - 3.6V, 800mAh, batterie NiMH (ou similaire)

  • (1) - Paire mâle/femelleconnecteur JST pour la batterie (ou similaire)

  • (1) -taille 130, 4.5V à 6V, moteur DC (Ceci est un petit moteur de loisir)

  • (1) - 1N914 petit signal, diode de commutation (Ce petit gars survivra mais équivalent ou mieux, comme 1N4001 ou quelque chose comme ça)

  • (1) - Condensateur électrolytique 10V, 1000uF, 10V

  • (1) - Interrupteur SPST (pour au moins 1 ampère)

  • (2) - 2N2222, Transistors NPN (ou équivalent)

  • (1) - Diode émettrice infrarouge (IR) (5mm)

  • (1) - Phototransistor NPN 5V (5mm)

  • (2) - 1kΩ, 1/4W Résistances

  • (1) - 100Ω, 1/4W Résistance

  • (2) - 220Ω, 1/4W, Résistances

  • (4) - 5mm LED's (j'ai utilisé 2 blanc, 1 rouge, et 1 vert pour imiter les lumières du bateau).

  • (1) - Circuit imprimé rond (45mm de diamètre acheté chez RadioShack. Si vous n'avez pas cela, ne vous inquiétez pas, une planche rectangulaire fonctionnera mieux. Essayez 50mm x 40mm ou 40mm x 40mm).

  • Longueurs de fil, ~22AWG (toronné de préférence)


##OÙ TROUVER DES PIÈCES ÉLECTRONIQUES:_

Pour ce projet, je suis allé à RadioShack.

  • RadioShack (Essentiellement toutes les pièces peuvent être trouvées à votre magasin local si vous aimez marcher)

Le connecteur JST d'Adafruit que j'avais sous la main. Le moteur que j'avais quelque part, mais Adafruit en porte un très similaire.

Vous pouvez également utiliser ces sites géniaux ci-dessous :


##LE CIRCUIT EXPLIQUÉ :

Les principaux composants du circuit électrique sont une paire émetteur-phototransistor infrarouge (IR), la paire de transistors NPN, Darlington et le moteur CC. Ce sont les parties importantes. Le circuit peut être divisé en 5 sections plus petites pour couvrir la fonction de chaque pièce. J'ai fourni le schéma de circuit sous la forme de deux schémas distincts inclus dans les fichiers images pour GO-GO AirBoat. Le premier schéma représente le circuit de commande principal et le capteur. Le deuxième diagramme concerne les LED décoratives.

R1 = 1kΩ, 1/4W Résistance

R2 = 100Ω, 1/4W Résistance

R3 = 1kΩ, 1/4W Résistance

R4, R5 = 220Ω, 1/4W Résistance

LED IR = 1.2Vfwd, 100mA maxi.

C = 1 000uF, 10V Condensateur électrolytique

D = 1N914 Diode

M = 4,5V - 6,5V DC 130 Moteur, 250mA

PT = Phototransistor, 50mA maxi, 150mW maxi.

Q1, Q2 : 2N222222 ; 600mA en continu, 625mW max.

  1. L'alimentation et l'interrupteur principal d'alimentation __L'alimentation et l'interrupteur principal

C'est la section la plus simple à expliquer. Ce circuit est extrêmement basique et n'utilise pas de régulation de tension appropriée. C'est pourquoi le choix de la tension de la batterie est important. L'alimentation est assurée par une batterie à tension constante de 3,6 V avec un interrupteur branché en série. Le condensateur électrolytique polarisé en parallèle avec l'ensemble du circuit est là pour aider à lisser l'appel de courant de la batterie et empêcher les chutes de tension d'alimentation sur le reste de l'alimentation lorsque le moteur démarre. Son but principal dans ce circuit est d'éviter que les LEDs ne clignotent trop quand le moteur s'allume. Une puce dédiée à la régulation de la tension permettrait de remédier à ce problème grâce à une tension d'alimentation légèrement plus élevée.

  1. Le moteur à courant continu et la diode Flyback __Le moteur à courant continu et la diode Flyback

Le circuit est conçu autour du moteur 4.5V et de sa consommation de courant. Nous devrons nous assurer que le transistor Q2 peut supporter la dissipation de puissance, que nous calculerons plus tard. Voir la section "Bipolar Junction Transistors (BJT's) et la paire Darlington formée par Q1 et Q2" pour les calculs du moteur et des transistors.

La diode de retour protège l'alimentation et les transistors et diminue la génération de CEM par le moteur. Il est de pratique courante de mettre un moteur en marche arrière, en parallèle avec les bornes du moteur pour un moteur à courant continu unidirectionnel. Si vous essayez de faire tourner le moteur à l'envers, vous ferez sauter la diode par un courant excessif.

  1. Les LED et la diode émettrice infrarouge LEDs et la diode émettrice infrarouge.

Les LED rouges et vertes ont des résistances 220Ω en série avec elles, la diode émettrice IR a une résistance 100Ω, et les LED blanches partagent une résistance 1kΩ car elles sont très lumineuses. Les chutes de tension avant des LEDs sont différentes en fonction de la puissance de sortie des LEDs et de leurs couleurs respectives, ce qui fait de 220Ω un point de travail sûr. Cependant, elles peuvent paraître un peu plus sombres que vous ne le souhaiteriez, mais vous pouvez ajuster votre LED en conséquence en suivant les instructions données dans un instant. La diode émettrice IR fonctionne comme n'importe quelle autre LED. Si vous souhaitez calculer les valeurs de résistance de vos propres LEDs, suivez la formule suivante_ :

Mesurez d'abord la chute de tension avant de votre LED (Vfwd). Certaines diodes électroluminescentes fournissent cette information sur leur emballage ou sur leur fiche technique.

Vfwd = "Votre LED"V

Vs = "Votre tension d'alimentation"V

I = "Votre courant LED"A

Suivant la règle de Kirchhoff pour nos résistances en série et nos circuits LED, nous savons que....

→ Vs = (Vfwd) + (Vresistor)

→ Résistance = (Vs) - (Vfwd) - (Vfwd)

De la loi d'Ohm, nous avons....

V = I - R

→ R = V / I

→ R = (Résistance) / I

∴ → R = (Vs - Vfwd) / I

Exemple : Exemple : ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

R = (3,6V - 1,2V) / (0,025A) = 96Ω

Ainsi, 100Ω fonctionnera très bien pour notre diode émettrice IR - c'est la valeur de résistance la plus proche et la plus commune.

Note : Comme les LED blanches sont très lumineuses, j'ai câblé les deux LED blanches en parallèle puis en série avec une seule résistance de limitation de courant de 1kΩ. Cela divise par deux le courant fourni à chaque DEL individuellement, ce qui donne un gradateur qui correspond mieux aux sorties des DEL rouge et verte que j'ai utilisées, qui ne sont pas si grandes. Cela nous évite d'avoir besoin d'une autre résistance. Voir le schéma pour plus de précisions.

Exercice supplémentaire pour débutants:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

- Utiliser un ohmmètre pour mesurer la résistance entre l'essuie-glace (généralement la borne centrale) et l'autre borne d'un potentiomètre commun à trois bornes. Comparez ces valeurs au sens de rotation du bouton et au schéma du potentiomètre. Le diagramme a-t-il un sens maintenant ? Comment le câbler pour inverser le sens des valeurs de résistance ?  


- Vous pouvez utiliser votre circuit LED et essayer d'ajouter un potentiomètre de faible valeur (peut-être 1kΩ) en série avec la résistance et la LED. En tournant le bouton, vous pouvez régler manuellement la luminosité de la DEL. Ce que vous faites, c'est limiter le flux de courant à travers la LED lorsque vous augmentez la résistance du potentiomètre. N'oubliez pas la résistance en série avec la LED ou vous risquez de la détruire.  
  1. Les transistors à jonction bipolaire (BJT) et la paire Darlington formée par Q1 et Q2__.

Notre objectif est de calculer le courant de base nécessaire (Ibase) à fournir à notre moteur avec un 2N2222 (dans notre cas, dans une configuration de paire Darlington).

Spécifications pertinentes2N2222 :

Q, puissance dissipée maxi = 625mW

Q, courant continu = 600mA

Q, β = 10

Q, Vce ≈ 0.1V @ (Ic / Ib) = 10

Notre moteur consommera environ 150mA donc un 2N2222 suffira.

Nous avons un deuxième transistor, Q2, câblé au transistor Q1 d'une façon appelée Darlington Pair. Une paire de Darlington agit comme multiplicateur de gain. Essentiellement, vous pouvez multiplier les deux facteurs de gain (β) de Q1 et Q2 ensemble pour créer un étage d'amplification très sensible que nous appellerons Qd (qui consiste en Q1 et Q2).

Notre nouveau gain à Darlington (β, Qd) est donc....

(β, Qd) ≈ (β1 - β2)

→ (β, Qd) ≈ 10 - 10

→ (β, Qd) ≈ 100

Les paires de Darlington, en raison de la façon dont elles sont construites, ont un transistor différent (Vce) d'un transistor unique.

Pour les paires Darlington....

(Vce, Qd) = (Vce, Q2) + (Vbe) ; où (Vbe) = 0,6V (minimum pour saturation)

→ (Vce, Qd) = 0.1V + 0.6V

→ (Vce, Qd) = 0.7V

En mettant à jour nos spécifications pour Qd dans son ensemble, nous avons....

Notre nouvelle paire de Darlington 2N2222, spécifications Qd :

Qd, puissance dissipée maxi = 625mW

Qd, courant continu = 600mA

Qd, β = 100

Qd, Vce = 0.7V

En utilisant la formule de puissance, nous pouvons calculer la dissipation de puissance du transistor Q2 lors de la consommation de 150mA pour vérifier s'il est dans la plage....

Glace = 0,150 A

P = I - V

→ Pdissipated (of Q2) = (Ice) - (Vce, Qd)

→ Pdissipated (de Q2) = 0.150A - 0.7V

→ Pdissipated (de Q2) = 0.105W = 105mW

→ [ Pdissipated (of Q2) = 105mW ] < < [ Q, max power dissipation = 625mW ]

Maintenant que nous avons vérifié que notre transistor ne surchauffe pas, nous pouvons enfin calculer la quantité de courant qui doit être fournie à la base (Ibase) de Q1 afin de piloter notre moteur avec 150mA (nous n'avons pas à évaluer la puissance dissipée dans Q1 car il est facile de voir que c'est une très petite quantité).

En utilisant la formule suivante, où (β, Qd) = 100....

Ibase = (Ice) / (β, Qd)

→ Ibase = 0,150A / 100

∴ → Ibase = 1.5mA

Cela signifie que la résistance R1 doit passer au moins 1,5 mA pour que notre paire Darlington s'allume complètement. De plus, notre phototransistor doit être capable de couler au moins autant de courant afin d'éteindre complètement les transistors.

Avant de continuer, nous devons calculer la tension à travers la base et l'émetteur pour une paire Darlington (Vbe, Qd).

(Vbe, Qd) = (Vbe, Q1) + (Vbe, Q2)

Où,

(Vbe, Q1) = 0,8V (à 150mA)

(Vbe, Q2) = 0,7V (à 15mA)

→ (Vbe, Qd) = 0.8V + 0.7V

∴ → (Vbe, Qd) = 1.5V

Nous avons besoin de savoir (Vbe, Qd) car c'est le seuil de tension nécessaire pour allumer complètement les transistors Qd.

  1. Le déclencheur du phototransistor.

Spécifications des phototransistors :

I = 50mA maxi

P = 150mW maxi

Ce que nous voulons, c'est que Qd s'allume lorsque le faisceau IR est bloqué, c'est-à-dire lorsque le phototransistor cesse de conduire. Par conséquent, le phototransistor est câblé en série sous la résistance 1kΩ. Le noeud entre le phototransistor et la résistance 1kΩ où la base de Qd se connecte est notre noeud d'intérêt (la base de Q1).

La résistance 1kΩ (R1) est notre résistance de base pour Qd. Nous avons besoin d'une résistance de base d'au moins 1,5 mA lorsque le phototransistor est à l'état marche, et d'au moins 1,5 mA à la base de Qd lorsque le phototransistor est à l'état arrêt. En d'autres termes, au moins 1,5 mA doit traverser le R1 en tout temps. Ce courant est faible comparé au débit maximum de 50mA de notre phototransistor, donc nous n'aurons aucun problème à allumer et éteindre Qd (même si nous ne pouvons pas enfoncer un 50mA complet dans le phototransistor).

Nous avons besoin de R1 pour fournir au moins 1.5V à travers la base et l'émetteur (Vbe, Qd) pour mettre Qd dans un état conducteur. De plus, tant que la tension à travers le phototransistor conducteur (Vpt, ON) est inférieure à la tension à travers la base et l'émetteur (Vbe, Qd), nous pouvons être sûrs que le transistor Qd restera dans un état hors tension. Ceci est dû au fait que le phototransistor est en parallèle avec la base et l'émetteur de Qd.

→ Si [ (Vpt, ON) < (Vbe, Qd) ], alors "Qd est OFF".

∴ → Si [ (Vpt, ON) < (1.5V) ], alors "Qd est OFF".

Résolution du phototransistor (PT) à l'état marche (où Qd est éteint).....

Nous le savons :

Vcc = 3.6V

(Vpt, ON) < 1.5V ; (C'est notre état de repos Qd)

Nous devons trouver un (Vpt, ON) < 1.5V où notre phototransistor reste conducteur.

On a de la chance parce que je planifiais à l'avance :

Soit, (Vpt, ON) = 0,6V

(Je l'ai mesuré pour ma LED IR en série avec 100Ω (R2) et à environ 1cm du phototransistor).

Vérifions notre travail :

Lorsque le phototransistor n'est pas conducteur (faisceau IR bloqué), le courant à la base de Qd est de 1,5mA.....

Let, Ibase = 1.5mA

Vr = (Vcc) - (Vbe, Qd)

Vr = I - R

→ R = (Vr) / (Ibase)

→ R = [ (Vcc) - (Vbe, Qd) ] / (Ibase)

→ R = (3,6V - 1,5V) / 0,0015A

∴ → → R = 1.4kΩ

Nous ne voulons pas utiliser 1.5kΩ parce que cela limitera la quantité de courant que nous recevons, donc 1.2kΩ fonctionnera. J'ai utilisé 1kΩ dans le circuit final parce que j'en ai beaucoup et ça marche aussi.

Lorsque le phototransistor est conducteur (faisceau IR non bloqué), le courant traversant le phototransistor (Ipt) est....

Vr = (Vcc) - (Vpt)

Vr = I - R

→ Ipt = Vr / R

→ Ipt = [ (Vcc) - (Vpt) ] / R

→ Ipt = [ 3.6V - 0.6V ] / 1kΩ

∴ → Ipt = 3mA

∴ → Notre résistance 1kΩ devrait être suffisante pour désactiver Qd lorsque le phototransistor est conducteur (faisceau IR non bloqué) puisque [ (Ipt = 3mA) > (Ibase = 1.5mA) ].

Donc, ce que tout cela signifie, c'est que notre phototransistor, lorsqu'il est bloqué par le piston, cessera de couler 3mA à la terre avec 0.6V à travers lui, permettant à 1.5mA de passer dans la base de la paire Darlington (base de Q1) avec 1.5V à travers la base et émetteur. Cela signifie que nos transistors sont allumés et fournissent de l'énergie au moteur.


# #CONSEILS , ASTUCES ET DÉPANNAGE UTILES POUR L'ASSEMBLAGE DE CIRCUITS ET DE BATEAUX:___.

  • Si vous ajoutez un connecteur JST ou tout autre connecteur à la batterie, NE COUPEZ PAS LES DEUX FILS ROUGE ET NOIR AU MÊME MOMENT, c'est une erreur de débutant à oublier et vous risquez de provoquer un court-circuit car la batterie est sous tension ! Alors coupez un fil à la fois !

  • Je vous recommande fortement de commencer par faire un test sur le circuit afin de tout tester Vous pouvez ajuster les valeurs de résistance si vos LED sont trop lumineuses ou trop sombres. Mes deux LED blanches étaient trop brillantes alors je les ai mises en parallèle sous une seule résistance de limitation de courant de 1kΩ. Cela m'a évité d'avoir à ajouter une autre résistance au circuit.

  • Pensez à l'avenir et donnez-vous une longueur de fil suffisante. Vous voulez faire passer les fils autour des conteneurs de fret. N'ayez pas peur de montrer vos fils ! Soyez fier de votre création.

  • Gardez à l'esprit qu'une longueur de fil excessive est généralement une mauvaise pratique pour une variété de raisons, alors coupez-les à la bonne taille une fois que vous aurez tout ajusté. Mesurer deux fois ! Coupez une fois ! Veillez à ne pas aller trop loin dans l'application de cette règle et à ne pas rendre vos fils trop courts. Tout est en équilibre.

  • Quelle borne est positive sur le moteur ? La borne positive aura soit un point rouge à côté, soit un renfoncement circulaire. Vous savez que vous avez raison lorsque le moteur tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec l'arbre tourné vers vous. Toucher les fils de la batterie _3.6V directement au moteur _4.5V pour le tester rapidement n'endommagera pas ce moteur. Soyez simplement prêt, car le corps du moteur peut se tordre dès qu'il se met en marche.

  • Mon moteur de taille 130 ne rentre pas ! Ne le forcez pas trop fort ! Je l'ai conçu avec un ajustement serré pour qu'aucune colle ne soit nécessaire. S'il y a un affaissement par le haut du support du moteur, il se peut qu'il ne s'adapte pas correctement. Ne vous inquiétez pas - pour réparer cela, faites couler la section de montage du moteur sous l'eau chaude/chaude du robinet de l'évier (non bouillante). Laisser chauffer à intervalles de 20 à 30 secondes et vérifier le montage avec le moteur. Il devrait tenir assez tôt !

  • Mon hélice ne rentre pas ! Cette pièce est destinée à être serrée. Si le trou de l'hélice n'est pas entièrement cylindrique, il peut être difficile à monter sur le moteur. Dans vos mains, utilisez une mèche de 1/8" et torsadez doucement tout matériau supplémentaire près de l'ouverture du trou. C'est là que le plastique a tendance à surplomber. Faites les choses petit à petit et vérifiez souvent le montage. Ça ne devrait pas demander beaucoup de travail.


##VOTRE VOYAGE INAUGURAL:_

  • Utilisez une source d'eau douce calme et lisse, comme une piscine ou une baignoire.

  • Évitez à tout prix l'eau salée, le mercure, la lave ou les rivières polluées.

  • Pensez à l'avenir. Planifiez le nombre de pièces à charger et où.

  • Ne fais pas de vagues, bébé ! Ne renverse pas le bateau.

  • Essayez d'attacher une ficelle ou de la soie dentaire au bateau si vous voulez la récupérer facilement ou simplement aller vous baigner.

  • Si votre GO-GO prend de l'eau et que le moteur n'arrête pas de tourner, soufflez un peu d'air dans la cheminée pour l'éliminer des gouttelettes d'eau. Un excès d'eau déclenchera le capteur.


# #EXPLORATION PLUS POUSSÉE, EXERCICES DE COLLABORATION ET IDÉES D'EXPÉRIENCES:___

MÉCANICIENS ET CONCEPTEURS _INGÉNIEURS EN MÉCANIQUE

  • Expérimenter avec différentes dimensions et constructions de pistons. Quels aspects du changement de déclenchement avec des pistons de tailles différentes ? Quelle taille semble fonctionner le mieux ? Que se passe-t-il si vous modifiez la répartition du poids du piston ?

  • Le GO-GO AirBoat pourrait grandement bénéficier d'une conception légèrement modifiée. Ce serait bien s'il dirigeait et il y a beaucoup de façons de le faire. Réalisez votre idée préférée en utilisant des micro servos de 9g.

  • Et si vous pouviez contrôler le moteur avec un servo à travers la cheminée ? Comment cela pourrait-il être conçu ?

  • Pouvez-vous concevoir un boîtier étanche pour nos appareils électroniques ? Prévoir de l'espace pour l'inclusion d'un microcontrôleur et d'un servo-moteur. Voyez si vous pouvez incorporer NinjaFlex dans votre conception comme joint d'étanchéité si nécessaire.

  • Y a-t-il un moyen de rendre GO-GO insubmersible ? Une mini pompe à eau ? Un airbag déployable ? Intégrez votre idée dans la coque de votre propre conception. N'oubliez pas la place pour la charge utile !

PHYSICIENS ET MATHÉMATICIENS

  • Rédiger une solution générale pour la flottabilité de GO-GO AirBoat, tout en incluant les variables des paramètres de charge utile définis précédemment.

  • Ecrire une équation décrivant la position y du piston flottant dans l'eau par rapport à la base du GO-GO avec la dimension en hauteur du piston cylindrique comme paramètre. Construisez ensuite un graphique illustrant les niveaux d'eau qui déclenchent le moteur en fonction de la taille (hauteur) du piston utilisé.

  • Si un objet flottant est enfoncé dans un liquide et libéré, il aura tendance à osciller sous l'effet d'une force de rappel. Ecrire une équation qui décrit le mouvement périodique du GO-GO AirBoat dans un liquide. Supposons que les côtés du bateau sont verticaux et que le fond est plat.

DES INFORMATICIENS

  • En utilisant les équations "Real-Life Penny Maximum", écrivez un code qui nous indique si notre bateau est sur le point de couler en fonction de paramètres de charge utile sélectionnables (nombre de centimes, conteneurs, couvercles de cargaison).

  • Rédigez un croquis de traitement qui visualise le chargement des conteneurs de fret sur le bateau. Pouvez-vous incorporer un code qui indique le centre de gravité de la charge utile par rapport au navire ? Pouvez-vous l'étendre avec les conteneurs de fret et les pièces de un cent et créer une interface cool pour tout cela ?

INGÉNIEURS ÉLECTRICIENS

  • Pouvez-vous trouver un moyen de réduire le nombre de composants ? Quelles pièces doivent être remplacées ?

  • Pouvez-vous trouver un moyen d'améliorer le circuit ? Quelles parties changeriez-vous ou ajouteriez-vous ?

  • Pouvez-vous le faire fonctionner à l'énergie solaire ?

  • Dans votre style, comment incorporeriez-vous un microcontrôleur dans le GO-GO AirBoat ? Pouvez-vous ajouter un gouvernail servo-commandé avec commande vocale ? Qu'en est-il d'une application smartphone qui contrôle le bateau avec BlueTooth Low Energy ?

  • Inventez une façon brillante de faire revenir GO-GO AirBoat de son voyage.


##VOS NOUVELLES COMPÉTENCES

J'espère que cette visite a été assez complète pour vous permettre de comprendre le fonctionnement interne de votre GO-GO AirBoat. Dans ce projet, vous avez renforcé votre expertise en :

  • Impression 3D de bureau et dépannage

  • Algèbre

  • Formulation de l'équation

  • Logique et raisonnement

  • Résolution d'équations en plusieurs parties

  • Processus de pensée en physique (Math for the Real World)

  • Soudage

  • Construction du circuit

  • Travailler avec des résistances et des LEDs

  • Utilisation de transistors à jonction bipolaires comme commutateurs

  • Phototransistors comme capteurs

  • Entraînement de charges CC (moteurs)

Intégrez ce que vous avez appris dans votre prochain projet imprimé en 3D ou votre prochaine expérience et partagez vos résultats !


##DISCLAIMER:

Si j'ai fait une erreur qui vous a mené sur un chemin sombre, très sombre... soit en fumée, soit sous les vagues, faites-moi savoir où et je la réparerai.


  • Format du fichier 3D : STL

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