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完美重現鋼鐵人的方舟反應爐

編譯:江宗喻

前言:

好萊塢影星小勞勃道尼,最近又復出曼威宇宙,扮演大反派「末日博士」。雖然不是以鋼鐵人角色復活,但還是引發曼威影迷的熱烈回應!是否懷念小勞勃道尼所扮演的「鋼鐵人」呢?現在,就讓我們透過這個專案,重現鋼鐵人的方舟反應爐!

步驟一:3D 列印

請使用以下設定,3D 列印所有部件,且 STL 檔案名稱以使用的 PLA 顏色開頭。(編按:請讀者至原文 Step 1: Printing 下方,下載所有 STL 檔案。)

  • 層高:2 毫米
  • 填充: 20%

除以下部件,不需要針對「支撐」進行設定:

  • 黑色 – OLED支撐底部
  • 黑色 – 基座(可能可以不需支撐)

部件「黑色 – 銅線圈支撐」需列印10次

步驟二:透明環及線圈支撐

在這步驟中,您將需要一些 0.8 毫米的銅線:

  • 1根 33公分
  • 1根 24 公分

1.請拿出10個銅線圈支撐部件,將它們對齊(最粗的部件腳靠近您,請參見圖片一)。

圖片一

2.請將33 公分的銅線,穿過最粗的部件腳上的孔洞。

3.請將24 公分的銅線,穿過最細的部件腳上的孔洞。

4.請將所有線圈支撐部件,在透明環上對齊(最粗的部件腳在外,若有需要,請剪掉多餘的銅線)。

5.由上方推入。

6.若有需要,請使用銼刀,去除 LED 環PCB上的髒污。

7.請取出LED環(若有需要,請先拆除已有的電線),將其放入透明環內,LED朝下。檢查焊接墊是否靠近透明環的開口(參見圖片二)。

圖片二

8.在LED環上方添加LED環間隔部件。

步驟三:銅線圈佈線

您將需要10根 0.5 毫米的銅線,每根長1.85公尺。

步驟:

1.首先,請先用一些膠帶將所有部件固定,避免它們移動。

2.請針對每個線圈重複以下步驟:

  1. 請拿出一根銅線,並將其置入專用的孔洞內(參見圖片三)。若需要,您可使用小鑽頭清理孔洞。

    圖片三

  2. 請開始繞製線圈(為確保方式正確,請參見圖片四)。若有空隙,您可用刀將銅線向下推壓,使它們緊密排列。

    圖片四

  3. 最後,將銅線穿過線圈底部,並繞線圈兩圈以固定所有部件。
  4. 剪掉多餘銅線

步驟四:選項 A – 藍色二極體/LED 中心

在這步驟中,你將需要:

  • 2個藍色二極管
  • 2個47歐姆電阻
  • ESP32
  • 小型熱縮管

1.請將 47 歐姆電阻,焊接至每個二極管的負極引腳(較短那一端)。

2.請用熱縮管保護焊接點。

3.將兩個二極管焊接至 ESP32 上,分別焊接在兩側,如圖片五所示。

圖片五

請注意:必須確保二極管/ LED 不要超過 ESP32 的「頂部」,否則您在擰緊中心蓋時,它們可能會被壓壞。

步驟五:選項 B – WS2812B RGB LED 中心

在這步驟中,您將需要:

  • 3毫米漆包銅線
  • 2個WS2812B LED
  • ESP32

請注意:您可用一些焊錫膏,以幫助將線焊接至 WS2812B LED 上。

1.根據圖片六所示,請剪裁並彎曲導線以便焊接。

圖片六

2.為方便焊接,請於適當位置,使用雙面膠帶固定 WS2812B LED。請特別注意 LED 的方向,參考圖片七中的引腳圖示。

圖片七

3.去除銅線的保護層(用刀刮掉),在需要焊接的地方進行處理。

4.將銅線焊接至 LED 上

5.請剪兩塊5毫米 x 5毫米的厚雙面膠帶,並將其放置在 LED支架中。

6.請將 LED 放置在支架中,並依照圖片七所示彎曲導線。

7.支架下方有個小槽,可讓您將導線放入。您可用烙鐵稍微加熱支架,以固定導線,使其不會移動。

8.請將 LED 支架安裝至 ESP32 上,並按照圖片八和佈線圖焊接導線。

圖片八

佈線圖一

步驟六:在 ESP32 上焊接電路線

請注意:圖片九顯示的是 WS2812B 版本。

圖片九

您需要以下長度的導線(大約尺寸):

  • LED環:
  • 紅色: 15 公分
  • 黑色: 15 公分
  • 白色: 15 公分
  • 觸摸感應器:
  • 紅色:6公分
  • 黑色:6公分
  • 綠色:6公分
  • OLED屏幕:
  • 紅色:11公分
  • 黑色:11 公分
  • 黃色: 13 公分
  • 藍色: 13 公分

現在,讓我們將先將每個元件的導線分組,然後焊接至 ESP32 上(你可使用膠帶或熱縮管將它們進行分組)。至於如何焊接,請查看佈線圖和圖片九。

佈線圖二

步驟七:焊接觸控感應器

在這步驟中,您將需要:

  • 12 公分的綠色導線(在圖片十中可見,我在組裝時使用了白色導線,但因 LED 環的信號線也是白色的,容易混淆,所以這裡請使用綠色導線)。
  • 觸控感應器

圖片十

注意事項:

  • 觸控感應器將會以遠端方式使用,所以,我們需將一根導線焊接至它上面,並且這根導線還需要焊接至最開始製作的其中一個銅線圈上。
  • 觸控感應器可能會非常靈敏,有時候即使您並未啟動觸控感應器,字體切換也會被觸發。為避免這樣的情況,您可在將焊接的白色導線的焊墊與最靠近它的另一個焊墊間,焊接一個 50 uF 的電容器,這應該會減少觸控感應器的靈敏度。
  • 請按照圖片十一和相應的佈線圖焊接所有元件。

圖片十一

佈線圖二

您可使用透明熱縮管或電工膠帶,以隔離觸控感應器。

步驟八:將 ESP32 放入主要部件內

現在,您需要將 ESP32 和觸控感應器放入主部件內。我建議您,使用一些電工膠帶將導線重新整理,這樣可以幫助您將它們通過專用孔洞。

主部件上有 2 個孔,每個孔是為特定的導線而設計:

  • 上方的孔:
  • 3 根 LED 環的導線
  • 1 根觸控感應器的導線
  • 左側的孔:
  • 4 根 OLED 螢幕的導線

當 ESP32 就位後,你可擰上透明蓋子,但不要太緊,只需足夠保持它的位置即可。

接著,我們將準備安裝透明環的部件上的孔。使用螺絲起子和其中一顆 M3 螺絲來準備這 3 個孔。

步驟九:連接 OLED 螢幕

現在,我們要將 OLED 螢幕裝進它的外殼。

請注意:我決定使用細砂紙,讓 OLED 屏幕外殼的部件更為乾淨(可見部分在頂部與底部)。

在步驟九,您將需要:

  • OLED 螢幕
  • OLED 螢幕的頂部外殼
  • OLED 螢幕的底部外殼
  • 4 顆 M2 螺絲
  • 小型熱縮管

1.首先,請仔細清除 OLED 屏幕 PCB 周圍可能存在的雜物。若您不這樣做,它可能無法安裝至外殼內。

2.接著,請小心將 OLED 螢幕的 4 根引腳,稍微彎曲約 30 度。為什麼我們必須這樣做?以避免它們接觸到後面的部件(參見圖片十二)。

圖片十二

3.使用剪鉗剪短 OLED 螢幕頂部的引腳,並再次確保它能裝進外殼。

4.使用一顆 M2 螺絲準備外殼底部件的孔

5.同樣,使用 2 毫米鑽頭來準備外殼頂部件的孔。

6.將 OLED 螢幕放入外殼,並使用 4 顆 M2 螺絲,將所有部件固定。

7.剪下 4 段 5毫米熱縮管

8.將 OLED 螢幕的導線焊接至相應引腳上

佈線圖三

步驟十:安裝 OLED 螢幕

在這一步驟中,您將需要:

  • 透明環支架 3D 零件
  • 多環 3D 零件
  • 多孔環 3D 零件
  • 3顆 M3 螺絲

請注意:就像我為 OLED 螢幕外殼頂部所做的,在這裡,我也使用一些細砂紙,使多孔環更加美觀。

1.請將透明環支架放至於底座上。小心對齊零件上的箭頭,使其位於 LED 環線穿過的孔上方。

2.請拿起多環並將其放至在透明環支架上。如果您想要,可將它對齊支架。

3.添加多孔環並使 OLED 螢幕外殼穿過它。請注意,要正確對齊多孔環中的孔與 OLED 螢幕外殼的孔(多孔環中有 3 個較大的 3 毫米孔)。

4.請使用 3 顆 M3 螺絲固定所有部件。

步驟十一:最終組裝

現在,讓我們進行最終組裝。

請注意:根據您的 3D 列印品質,您可能需要使用砂紙在小環和支架上打磨,使它們適合組裝;或者使用少量膠水確保小環和支架不會脫落。

1.請將適當的 3 條線焊接至 LED 環上(請注意使用 DI 焊盤焊接信號白線)。

2.如圖 14 所示,將綠線(在我的組裝中是白色的,原因如前所述)焊接至線圈上。

3.小心將 LED 環放至在其支架上。一切應該對齊並完美適配,剛好有足夠阻力來固定所有部件。

4.將整個組件翻轉過來,然後將小環放置到位。

5.然後,將支架放置到位,並注意正確對齊,以便 OLED 螢幕放置在支架上時保持水平。

步驟十二:程式碼上傳與佈署

程式碼在 GitHub 上,網址:https://github.com/LuluTchab/IronManArc

在那裡,您將可找到所有關於上傳程式碼所需要的資訊。

請注意:根據您為方舟反應爐中心,所選擇的選項(A:藍色二極管/ LED 與B: WS2812B),您需在將程式碼上傳至 ESP32 之前注釋或取消注釋程式碼中的一行。

一旦程式碼上傳至您的鋼鐵人方舟反應爐,它會顯示出錯誤( error )。而這是正常現象,請您按照以下步驟操作:

1.保持 Arduino 程程式開啟,並以 115200 bps 打開序列監視器。

2.若選單尚未顯示,請輸入 「 ? 」 字符,並按下 ENTER 鍵。

3.現在,請通過輸入選單上的數字(並按下 ENTER 鍵)來瀏覽選單,以佈署所需內容。

在下方的縮時攝影影片的結尾,展示了如何佈署所有程式碼,以及鋼鐵人方舟反應爐的工作原理。

 

(這篇文章是原文作者 LuluTchab ,針對另一位作者 jerome95 在 AUTODESK INSTRCTABLES 網站上的專案,所進行的改版。特別感謝 LuluTchab 開放授權,讓我們得以進行翻譯,特此致謝!若讀者有興趣閱讀原文,請點擊:閱讀原文。)

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