Introduction: Lämpömittari Valaisin

Valaisin, jossa led valo on ohjelmoitu vaihtamaan väriä eri lämpötilahaarukoiden mukaan. Tuotteessa on käytetty laserkaiverrusta, niin vanerin muodon poltossa, sekä akryyliin kuvan kaiverruksessa. Tuotteen runko on tulostettu 3D tulostimella.

Supplies

Ideointi ja Suunnittelu

  1. Tinkercad circuit / https://www.tinkercad.com/circuits
  2. Micro:bit / https://microbit.org/
  3. Inkscape / https://inkscape.org/
  4. Tinkercad 3D Design / https://www.tinkercad.com/3d-design

Elektroniikka työ

  1. Micro:bit
  2. Micro:bit breakoutboard
  3. Älylednauha
  4. Juotin tina
  5. Kytkentälanka 9 kpl
  6. Koekytkentäalusta (pieni)
  7. Kutistesukka
  8. Sähköteippi
  9. Digitaalinen lämpöanturi (DS18B20)
  10. Resistori 4.7 ohm
  11. USB johto (microusb - USB) / paristokotelo micro:bit
  12. Virtalähde (Paristokotelo 3V)

Työkalut

  1. Kuorimapihdit
  2. Sivuleikkurit
  3. Juotin
  4. Kuumailmapuhallin

Laserkaiverrus

  1. Vaneri, min 4mm
  2. Opaalinvalkoinen akryylimuovi, 3-4mm

Työkalut

  1. laserkaiverrin
  2. laserkaivertimen ajuri ohjelmisto

3D tulostus

  1. 3D tulostin
  2. 3D tulostimen viipalointi ja ajuri ohjelmisto
  3. filamenttia

Kasaus

  1. Liima
  2. Puristimia
  3. Hiontatyökalu

Step 1: Ideointi Ja Suunnittelu

Elektroniikka osuuden suunnittelu

  1. Avaa Tinkercad. Jos et ole käyttänyt järjestelmää aiemmin niin kirjaudu sisään tinkercadin omien ohjeiden mukaisesti.
  2. Valitse + create ja circuits
  3. Aloita osien lisäämien. Käytä tarvittaessa search toimintoa osien etsintään. Siirrä ne ohjeen kuvan mukaisesti:
  4. Micro:bit with breakout
  5. Neopixel strip 4
  6. Breadboard Mini
  7. Resistor (Kirjoita resistance sarakkeeseen 4.7 kΩ ja tämän voit laittaa vaakasuunnassa haluamasi kohtaan kytkentäalustalla)
  8. Temperature Sensor
  9. Lisää johdot. Yläkulmasta värivalikon vierestä löytyy kuvake, jota painamalla voit muuttaa johdon tyyppiä. Kytkentä levyn johdot ovat hyppylankoja ( Hookup). Viereisestä kuvakkeesta pystyy valitsemaan johdon värin.
  10. Led nauha: Neopixel strip (Wire type: Hookup)
  11. Musta: Ground liitetään micro:bit with breakout: GND
  12. Punainen: Power liitetään micro:bit with breakout: 3.3V
  13. Keltainen: out liitetään micro:bit with breakout: P1
  14. Lämpöanturi: Temperature Sensor (Wire type: Hookup)
  15. Musta: ”GND” liitetään kytkentälevyn vapaaseen sarakkeeseen, joka on alempana rivissä kuin resistori.
  16. Keltainen: ”vout” liitetään resistorin ulommaisen jalan kanssa samalle sarakkeelle.
  17. Punainen: ”Power” liitetään resistorin sisemmän jalan kanssa samalle sarakkeelle.
  18. Kytkentälevy ”BreadBoard Mini” (Wire type: Hookup)
  19.  Ruskea: liitetään ensin samaan sarakkeeseen kuin kytkentälevyn lämpöanturi musta johto (GND) ja sitten liitä se micro:bit with breakout ”GND”
  20. Oranssi: liitetään ensin samaan sarakkeeseen (resistorin yläpuolelle), kuin kytkentälevyssä oleva punainen johto ja sitten liitä se micro:bit with breakout ”3.3V”
  21. Vihreä: liitetään ensin samaan sarakkeeseen (resistorin yläpuolelle), kuin kytkentälevyssä oleva keltainen johto ja sitten liitä se micro:bit with breakout ”P0”
  22. Tallenna kuva suunnitelmastasi elektroniikan kasausta varten
  23. Valitse oikealta yläkulmasta Send To ja valitse Picture of your design ja tallenna se haluamaasi tallennus paikkaan.
  24. Jatka Microbitin koodaukseen.

Microbit:in koodaus


(1) Lednauhan tarkistuskoodi:

  1. Avaa micro:bit Make Code ohjelma ( https://makecode.microbit.org/ )
  2. 2. Paina kuvaketta ”Uusi projekti” ja anna projektillesi nimeksi "Led nauha tarkistus". Nimettyäsi projektin paina OK.
  3. Asenna Neopixel laajennos 
  4. Valitse sarakkeesta ”Laajennukset” kuvake ja klikkaa
  5. Kirjoita hakukenttään ”Neopixel”
  6. Valitse ensimmäinen hakutulos, joka vastaa hakusanaa ja klikkaa kuvaa.
  7. Projektisi työpöydällä on kaksi lohkoa valmiiksi "käynnistettäessä" ja "ikuisesti". Löydät nämä myös painamalla yleiset saraketta. Poista "ikuisesti" lohko klikkaamalla hiiren vasemmalla lohkoa ja painamalla näppäimistön "delete" painiketta.
  8. Klikkaa sarakkeesta ”Neopixel” kuvaketta ja valitse ”aseta strip arvoon neopixel at pin P0 with 24 led as RGB (GRB format)”. Vie se käynnistettäessä palikan sisäpuolelle ja muuta P0 arvo P1 arvoon. Ensimmäinen koodi rivi määrittää kuinka monta lediä nauhasta syttyy, joten laske LED nauhasi ledit (omassa työssäni niitä on 29) ja laita arvon ”24” kohdalle oman led nauhasi led määrät, jotta pystyt tarkistamaan kaikkien ledien toimivuuden.
  9. Klikkaa sarakkesta Neopixel ja valitse lohko “strip show rainbow from 1 to 360” ja vie se edellisen lohkon ja käynnistettäessä lohkon väliin.
  10. Tarkista vielä kuvasta, että koodi on oikein ja tallenna työsi koneelle painamalla ”lataa” kuvakkeen viereistä kolmea pistettä ”…” ja valitse ”Download as File” jolloin se tallentaa tiedoston tietokoneeseesi.

(2) Lämpöanturin tarkistuskoodi:

  1. Avaa verkossa micro:bit make code tai klikkaa hiirellä ohjelmassa oikealla ylhäällä olevaa talon kuvaa.
  2. Paina uusiprojekti ja anna nimi: ” Lämpöanturi testi”
  3. Lataa laajennuksista lisäosa ”DS temp”
  4. Aloita koodi ja valitse ”Yleiset” kohdasta ”ikuisesti” lohko.
  5. Valitse ”Muuttujat” ja sen jälkeen ”Tee muuttuja” ja kirjoita kenttään ”lämpötila”
  6. Valitse Muuttujat sarakkeesta ”aseta lämpötila arvoon 0” ja vie se ”ikuisesti” palikan sisäpuolelle.
  7. Valitse ”DS Temp” ja ota palikka ”temperature ( °C) on P0” ja vie se arvon 0 kohdalle kuvanmukaisesti.
  8. Valitse ”Logiikka” ja sieltä ehtolauseet otsakkeen alta ” jos tosi sitten” ja vie palikka edellisen palikan alle.
  9. Valitse ”Logiikka” ja Vertailu otsakkeen alta ”0=0” ja vie se arvon ”tosi” kohdalle
  10. Valitse ”Muuttujat” ja valitse ”lämpötila” ja vie se arvon ”0=0” ensimmäisen 0 kohdalle.
  11.  Muuta samalla = merkki, > merkiksi ja kirjoita ehtolauseen viimeiseen 0 arvoon, arvoksi -300.Lämpö anturi ei toimi ikuisuus tilassa, joten siihen pitää asentaa määrite, milloin se alkaa antaa informaatiota micro:bitille. Koska -300 on absoluuttisen nollan alapuolella, niin lämpöanturi pystyy näin ollen näyttämään tarvittavat lämpötilat ja se toimii toivotusti.
  12. Valitse Yleiset ja sieltä ”Näytä merkkijono ”Hello”” ja vie se ehtolausekkeen sisäpuolelle.
  13. Valitse ”Muuttujat” ja sieltä ”lämpötila” ja vedä se arvon ”Hello” päälle.
  14. Tarkista, että koodisi on kuvan mukainen ja tallenna se tietokoneellesi.

(3) Tuotteen virallinen koodi:

Työn koodin tavoitteena on saada lednauha vaihtamaan väriä, eri lämpötila haarukoiden mukaan ja lämpötila näkyy asteina micro:bitin näytöllä.

  1. Avaa Micro:bit Make Code ohjelma ja luo uusi projekti ja anna sille nimi ”virallinen koodi”
  2. Asenna Neopixel ja DSTemp laajennokset
  3. Poista käynnistettäessä lohko
  4. Tee ensin lämpöanturin testikoodi uudestaan
  5. Klikkaa ”Neopixel” saraketta ja valitse ”asetastriparvoonneopixelatpinP0with24ledasRGB(GRB format)”. Vie Muuttujat ja Ehtolauseke lohkon väliin. Muuta P0 arvo P1 arvoon. Aseta ”24” lukeman kohdalle lediesi luku.
  6. Valitse ”Logiikka” ja sieltä ehtolauseke otsakkeen alta ”jos tosi sitten… muuten” ja vie se merkkijonon ja ehtolausekkeen väliin.
  7. Valitse ”logiikka” ja sieltä valitse vertailu otsakkeen alta ”0=0” ja vie se ”tosi” arvon päälle.
  8. Valitse ”Muuttujat” ja sieltä ”lämpötila” ja vie se arvon ”0=0” ensimmäisen 0 päälle ja muuta = merkki, < merkiksi. Kirjoita ehtolauseen viimeiseen 0 arvo -30
  9. Valitse ”Neopixel” ja sieltä ”strip show color ”red””vie palikka ehtolausekkeen sisälle ensimmäiseen ehtolausekkeen tyhjään kohtaan heti vertailun alle. Muuta ”red” arvo haluamaksi väriksi klikkaamalla arvoa. Tässä koodissa se muutetaan arvoksi ”black”.
  10. Monista ehtolausekkeen edellinen vertailu painamalla vertailun kohdalla hiiren oikeaa näppäintä ja valitse ”monista”.
  11. Paina ehtolausekkeen muuten alapuolella olevaa + merkkiä.
  12. Vie monistettu vertailu ehtolausekkeen seuraavaan ”muuten jos … sitten” vertailu arvon kohdalle ja muuta -30 arvo -20.
  13. Monista ”strip show color ”black” ja aseta se uuden vertailun alle, sekä muuta väri toiseksi.
  14. Paina ehtolausekkeen muuten alapuolella olevaa + merkkiä.
  15. Jatka kuvan mukaisesti kohtia 6-14. kunnes olet saanut haluamasi lämpötila haarukat koodiisi. Tällä hetkellä koodisi vaihtaa väriä mustaksi, kun lämpötila on vähemmän kuin -30. Itse olen tehnyt lämpöhaarukat 10 asteen välein. Huomioi, että värejä on käytössä 10 kappaletta ja yksi väri tulee jäädä vapaaksi ”muuten” osiota varten.
  16. Kun olet saanut haluamasi värit eri lämpöhaarukoihin valitse ”Neopixel” ja valitse ”strip show color ”red”” ja muuta väriksi väri, jota et ole vielä käyttänyt.

Tarkista koodit kuvina tiedostosta, että koodi on oikein ja tallenna koodi.

Inkscape

Valaisimen muodon ja kuvan suunnittelu ja muokkaus.

  1. Avaa Ink Scape ja valitse aloitusikkunan oikeasta alareunasta New Cocument.
  2. Tämän jälkeen aukenee tyhjä paperi, johon voit luoda haluamasi kuvion vasemman reunan työkaluja hyväksikäyttäen.
  3. Huomioi, että sinun tarvitsee piirtää kaksi kokoa kuviosta, jotta saat haluamasi kehyksen valaisimmellesi. Ota huomioon led nauhan asennus kuviossa.
  4. Kuvassa keltaisen viivan kohdalla pystyt muokkaamaan kuviosi kokoa milleinä.
  5. Kun olet saanut piirrettyä kuviosi kaksi kertaa niin, että toinen on pienempi ja toinen suurempi (polton ääriviivat tulee minimissään olla 20mm), valitse molemmat kuviot hiirellä maalaamalla.
  6. Tämän jälkeen valitse ylävalikosta Kohde ja sieltä tasaa ja jaa. Oikeaan reunaan ilmestyy tasaa ja jaa työkalut, valitse näistä kohteet maalattuna keskitä pystysuoralle akselille ja keskitä vaakasuoralle akselille, nämä on kuvassa alleviivattu keltaisella.
  7. Tämän jälkeen valitse kohteet valittuna ylävalikosta kohde ja sieltä Ryhmitä.
  8. Näin olet saanut valaisimesi ulkokehän. Tallenna SVG muodossa ja avaa uusi dokumentti.
  9. Tiedosto -> Uusi
  10. Nyt piirrämme saman kuvion niin, että kuvion ulkokehä on sama mutta sisäkehä on 10mm pienempi, jotta saamme led nauhan kulkemaan piilossa.
  11. Muista kuvion tasaaminen ja ryhmitys.
  12. Tallenna SVG muodossa.
  13. Kun molemmat valaisimen osat ovat piirretty tallennamme osien kuvat kopioina tiedostomuotoon Desktop Cutting Plotter (AutoCad DXF R14) (*.dxf)

Kaiverrettavan kuvan muokkaus

  1. Avaa kehyksien kuva inkscapessa uutena kopiona ja poista siitä pienempi kehys. Isompi kehys toimii sinun akryylimuovin pohjana, johon kaiverretaan valaisimen kuva.
  2. Valitse haluamasi kuva ja muokkaa haluamallasi kuvankäsittely ohjelmalla kuva mustavalkoiseksi. Kuvassa tulee välttää harmaa sävyjä koska laserkaiverrin kaivertaa vain mustanväriset pikselit. Suosittelen valitsemaan kuvan, joka on siluetti jo valmiiksi, jolloin voit ohittaa kuvan muokkaamisen.
  3. Jos kuitenkin haluat kokeilla kuvan muokkaamista niin tässä linkki, joka avulla itse muokkasin kuvan PhotoShopissa. Tämä vaatii aikaa paljon, joten en suosittele tätä vaihetta opetukseen käytettäväksi. https://www.youtube.com/watch?v=IPilqFFcCqs
  4. Voit myös itse piirtää kuvan Inkscapessa.
  5. Kun olet saanut pohjalle haluamasi kuvan ja se on molempien kehyksien ääriviivojen sisäpuolella, niin voit poistaa ryhmityksen kehyksestä ja poistaa sisemmän ääriviivan.
  6. Tallenna tiedosto kopioina tiedostomuotoon Desktop Cutting Plotter (AutoCad DXF R14) (*.dxf)

Tinkercad

Rungon 3D mallinnus

  1. Avaa Tinkercad ja klikkaa +New kohtaa ja valitse 3D desing
  2. Ideoi 3D alustasi muoto.
  3. Mieti alustan koko ja kirjoita alustavat mitat paperille.
  4. Tinkercadin oikeassa reunassa on erilaisia muotoja, joita voit hyödyntää alustan 3D mallinnuksessa
  5. Alustan onton sisäosan tulee olla vähintään sen kokoinen, että kytkentälevy, micro:bit, breakout board, paristokotelo ja hyppylangat mahtuvat alustan sisäpuolelle. (Itselläni mitat ovat 30 x 90 x 130 mm)
  6. Alustan seinämän ulkokuoren ja sisäosan välinen syvyys tulee mallinnuksessa olla 3-5mm väliltä, jotta tulostus todennäköisimmin onnistuisi ja se kestäisi käytössä. Saat Tinkercadissa luotua onton sisäosan niin että monistat mallintamasi muodon ja pienennät monistamaasi mallia. Vaihda pienennetystä mallista hiiren vasenta näppäintä painamalla solid vaihtoehto hole vaihtoehdoksi. Ja keskitä pienenetty muoto isomman pohjan keskelle, niin että korkeus suunnassa osat ovat tasalla pohjasta, jotta alustan pohjaan jää reikä. Kun sisäosan muoto on oikeassa kohdassa, niin ryhmitä osat painamalla näppäimistön shift nappulaa ja valitse hiiren vasenta näppäintä käyttämällä molempien muotojen ääriviivat. Tämän jälkeen valitse hiiren vasemmalla näppäimellä group.


  1. Alustan päälle tulee tehdä myös valaisimelle istutus, jonka pohjassa on reikä ledin johdoille.
  2. Ota mitta tulevista valaisimen polttomateriaaleista, jotta saat tietää istutukseen tarvittavan syvyyden. 4 kertaa vanerin paksuus ja 1 kertaa akryylilevyn paksuus.
  3. Kun tiedät valaisimesi syvyyden voit tehdä siitä tinkercadissa mallin, jonka muutat hole muotoon ja viet sen alustan kannen päälle haluamasi kohtaan. Nosta valaisin x korkeuteen. ( X= alustan korkeus – 5mm) ja ryhmitä valaisin ja alusta yhteen.
  4. Tee vielä upotuksen pohjaan läpimitaltaan 1cm oleva reikä ja ryhmitä. Huomaa että reijän muoto tulee olla hole muodossa ja sen tulee olla hieman alustan paksuutta paksumpi, jotta tulostuksessa saadaan varmistettua reiän läpimeno.
  5. Kun edeltävät osat ovat tehtyjä lisää vielä alustaan johdoille sopivat reiät haluamaasi kohtaan
  6. virtajohto (usb), läpimitta 1-1,5 cm riipuen johdon uros- tai naaraspuolen leveydestä. Jos valitset virtalähteeksi patteri kotelon, niin tätä reikää ei tarvitse tehdä.
  7. Lämpöanturi, läpimitta 1cm
  8. Kun olet laittanut reikien muodot haluamaasi kohtaan, valitse alusta ja reikien muodot ja ryhmitä.
  9. Kun olet saanut alustan mallinnettua, niin tallenna työsi valitsemalla hiiren vasemmalla näppäimellä export. Tallenna työ muotoon, jota 3D tulostimesi tukee (.OBJ, .STL, GLTF(.glb))

Attachments

Step 2: Valaisimen Osien Tekeminen

Elektroniikka

Tarvikkeet

  1. microbit
  2. microbit breadboard
  3. älylednauha noin 1 metri
  4. juotin tinaa
  5. kytkentäjohto 3 x 20 cm
  6. musta 2 x 15 cm
  7. punainen 1 x 15 cm
  8. keltainen 1 x 15 cm
  9. Kutistesukka 20 cm
  10. Sähköteippiä
  11. Digitaalinen lämpötila-anturi (DS18B20)
  12. Resistori 4.7 ohm
  13. Kytkentälanka 10 kpl
  14. Koekytkentäalusta
  15. USB johto
  16. Usbjohto – microusb
  17. Virtalähde

Työkalut

  1. Kuorimapihdit
  2. Sivuleikkurit
  3. Juotin
  4. kuumailmapuhallin

Työjärjestys

  1. LED nauhan juottaminen
  2. kytkentäjohtojen kuorinta ja juotto
  3. Led nauhan tarkistus koodi
  4. Digitaalisen lämpötila-anturin asennus (HUOM!! Herkkä!!)
  5. Lämpöanturin tarkistus koodi
  6. Osien kasaus
  7. microbit - breadboard
  8. breadboard – lednauha
  9. breadboard – digitaalinen lämpötila-anturi
  10. microbit – virtalähde
  11. Testaus

Koodin ajo microbittiin

Valaisin

Tarvikkeet

  1. Vaneri (ohut) (minimi levyn syvyys 4mm)
  2. Opaalinvalkoinen akryylimuovi (levyn syvyys 3-4mm)

Työkalut

  1. laserkaiverrin ja sen ajuri ohjelma

Työjärjestys

  1. Polta laserkaivertimella vanerin muoto
  2. Suunnittelu vaiheessa suunnittelemasi valaisin tiedosto viedään laserkaivertimen omaan poltto ohjelmaan. Tutustu laserkaivertimeesi ennen polttoa ja tee pieniä koevedoksia tarvittaessa, jos sinulla ei ole tiedossa materiaalille sopivia poltto asetuksia.
  3. Kaiverra ja polta maitolasi muovi
  4. Tutustu laserkaivertimeesi ennen polttoa ja tee pieniä koevedoksia tarvittaessa, jos sinulla ei ole tiedossa materiaalille sopivia poltto asetuksia.
  5. Ohjelmoi laserkaiverrin ensin kaivertamaan haluttu kuva ja sen jälkeen polttamaan valaisimen muoto.


Runko

Tarvikkeet

  1. TinkerCad mallinnus tiedosto
  2. 3D tulostimeen sopiva viipalointi ohjelma.
  3. 3D tulostimen filamenttia

Työkalut

  1. 3D tulostin

Työjärjestys

  1. Vie TinkerCadin runko mallinnus viipalointi ohjelmaan ja käännä työ ylösalaisin, jotta 3D tulostimen ei tarvitse tehdä tuki kennoja rungon onttoon kohtaan.
  2. Asenna 3D tulostimeesi haluamasi filamentti, joka on runkoon haluttu väri.
  3. Viipaloinnin jälkeen, lataa viipaloitu tiedosto muistitikulle tai siirrä viipalointi tiedosto jollain muulla tiedonsiirto välineellä tulostimelle.
  4. Toimi 3D tulostimen käyttöohjeiden mukaisesti ja aloita tulostus.
  5. Tulostuksen jälkeen tarkista tulostus ja voit halutessasi hioa tai siistiä pintaa kulmista ja johtojen reikien kohdalta.

Step 3: Kasaus Valmiiksi Tuotteeksi

Valaisin

  1. Liimaa valaisimen sisäosat ja ulkokehykset yhteen järjestyksessä:
  2. Etuosan ulkokehys
  3. Opaali akryyli kuva
  4. Vaneriset sisäosat Led valoa varten (2kpl)
  5. Takaosan ulkokehys
  6. Kun olet liimannut kehykset. Laita ne puristimien väliin kuivumaan.
  7. Kun liima on kuivunut, voit hioa reunat tasaiseksi ja poraa valaisimen asaosaan vaneristen sisäosien kohdalle 3mm poranterällä reikä Lednauhan johtoja varten.
  8. Asenna lednauha:
  9. Laita johdot niille poratusta reiästä kehyksen ulkopuolelle ja poista Led nauhasta tarra ja asenna led vanerisen sisäosan sisäreunaan.
  10. Jos Led nauhassa ei ole tarraa niin voit myös liimata led nauhan pikaliimalla.

Runko

  1. Asenna kytkentälevy rungon sisäpuolelle haluamaasi reunaan joko liimaamalla tai kytkentälevyssä olevalla tarralla.
  2. Asenna microbit ja sen breakoutboard toiseen reunaan. Breakout porrastaa microbittiä hieman, joten itse asensin microbitin ensin pieneen vaneri levyyn, jonka kiinnitin rungon pohjaan.
  3. Asenna paristokotelo. Itselläni työssä on virtalähteenä ubs-johto jonka toisessa päässä on verkkovirran virtalähde. Tätä en kuitenkaan suosittele opetuskäyttöön.
  4. Pujota lämpömittari rungon seinämän reiästä, joka on suunniteltu anturia varten.
  5. Kiinnitä valaisin runkoon niin, että pujotat valaisimen johdot rungon sisäpuolelle valaisimen upotuksen pohjasta olevasta reiästä. Asenna valaisimen johdot kytkentälevyyn. Valaisinta ei tarvitse kiinnittää vaan rungon seinämät tukevat upotuksen vuoksi riittävästi valaisinta.

Asenna patterikoteloon patterit ja testaa tuote. Jos tuote toimii toivotusti niin se on VALMIS!

PDF liitteenä on tuotteen tuntirakenne, joka on suunniteltu 8-9 luokka-asteen valinnaiskurssille.

Attachments