JustAPendulum: Open-source Digital Pendulum: Hatua 13

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:52

JustAPendulum ni pendulum ya chanzo wazi ya Arduino ambayo hupima na kuhesabu kipindi cha kutuliza ili kupata kasi ya uvutano wa Dunia (~ 9, 81 m / s²). Inayo Arduino UNO ya nyumbani inayotumia adapta ya USB-kwa-serial kuwasiliana na kompyuta yako. JustAPendulum ni sahihi sana na ina rafiki (iliyoandikwa katika Visual Basic. NET) ambayo, kwa wakati halisi, itakuonyesha msimamo wa misa na meza na grafu iliyo na hatua zote za awali. Kukatwa kabisa kwa laser na kufanywa nyumbani, ni rahisi kutumia: bonyeza kitufe tu na uache umati uanguke na bodi itahesabu kila kitu. Bora kwa vipimo katika madarasa ya fizikia!

Ukurasa kuu wa mradi: marcocipriani01.github.io/projects/JustAPendulum

Kuifanya wewe mwenyewe kuongoza

Video ya YouTube

Hatua ya 1: Fizikia Nyuma Yake

Hizi ni kanuni zote zinazotumiwa katika JustAPendulum. Sitawaonyesha, lakini ikiwa unataka kujua, habari hii ni rahisi kupata katika kila kitabu cha fizikia. Ili kuhesabu kasi ya mvuto wa Dunia, pendulum hupima tu kipindi cha kutuliza (T), kisha hutumia fomula ifuatayo kuhesabu (g):

na hii kuhesabu kosa kamili juu ya kuongeza kasi:

l ni urefu wa waya wa pendulum. Kigezo hiki lazima kiweke kutoka kwa mpango wa Msaidizi (tazama hapa chini). 0.01m ni kosa la kipimo cha urefu (unyeti wa mtawala huchukuliwa 1 cm), wakati 0.001s ni usahihi wa saa ya Arduino.

Hatua ya 2: Galileo Galilei na Mfumo huu

Fomula hii iligunduliwa kwanza (kwa sehemu) na Galileo Galilei karibu mwaka 1602, ambaye alichunguza mwendo wa kawaida wa pendulum, na kufanya pendulums ichukuliwe kama mashine sahihi zaidi za kutunza wakati hadi 1930 wakati oscillators wa quartz waligunduliwa, ikifuatiwa na saa za atomiki baada ya Vita vya Kidunia vya pili. Kulingana na mmoja wa wanafunzi wa Galileo, Galileo alikuwa akihudhuria Misa huko Pisa alipogundua kuwa upepo ulisababisha mwendo mdogo sana wa chandelier iliyosimamishwa katika kanisa kuu. Aliendelea kuangalia mwendo wa chandelier na aligundua kuwa ingawa upepo ulisimama na umbali wa kurudi na kurudi uliosafiri na pendulum ulifupishwa, lakini wakati uliochukua chandelier kufanya kusisimua ilionekana kubaki kila wakati. Aliweka wakati wa kugeuzwa kwa chandelier kwa kupigwa kwa mapigo kwa mkono na kugundua alikuwa sawa: bila kujali umbali uliosafiri, wakati uliochukuliwa ulikuwa sawa kila wakati. Baada ya vipimo zaidi na masomo, ndipo alipogundua kuwa

Nyakati mbili π, kama ilivyo katika equation iliyopita, inabadilisha usemi sawia kuwa mlinganisho wa kweli - lakini hiyo inajumuisha stratagem ya kihesabu ambayo Galileo hakuwa nayo.

Hatua ya 3: Matumizi

Tafadhali kumbuka kuwa kabla ya kutumia sensorer za pendulum za dijiti lazima ziwekewe na urefu wa waya urekebishwe. Weka JustAPendulum chini ya pendulum (kiwango cha chini cha urefu wa 1m inapendekezwa) na uhakikishe kuwa umati unaficha sensorer zote tatu wakati wa kusonga. Sensorer hufanya kazi vizuri katika hali ya chini ya taa, kwa hivyo zima taa. Badilisha kwenye ubao. Skrini ya "Tayari" itaonekana. Hapa kuna muundo wa menyu:

• Kitufe cha kushoto: kuanza vipimo, weka mpira kulia na bonyeza kitufe. Arduino hugundua moja kwa moja nafasi ya mpira na kuanza.

  • "Kuanzia … o.p.: x ms" inaonyeshwa

    • Kushoto: hesabu kuongeza kasi ya mvuto
    • Kulia: kurudi kwenye skrini kuu

• Kitufe cha kulia: onyesha usanidi

  • Kulia: ndio
  • Kushoto: hapana

Hatua ya 4: Mwenza

Rafiki wa JustAPendulum ni Visual Basic. NET (iliyoandikwa katika Studio ya Visual 2015) ambayo inaruhusu mtumiaji kufuatilia pendulum kwa wakati halisi kutoka kwa kompyuta. Inaonyesha maadili na makosa ya mwisho, ina meza na grafu kuonyesha hatua zilizopita na ina zana za kusawazisha sensorer na kuweka urefu wa waya. Historia inaweza pia kusafirishwa kwa Excel.

Pakua hapa

Hatua ya 5: Kupima Sensorer

Nenda kwenye kichupo cha hali ya juu, washa "ufuatiliaji wa ADC" na uone jinsi maadili yaliyoonyeshwa hubadilika kulingana na nafasi ya mpira. Jaribu kujua kizingiti kinachokubalika: chini itamaanisha hakuna misa kati ya wachunguzi, wakati hapo juu itaonyesha kuwa misa inapita kati yao. Ikiwa maadili hayabadiliki, labda kuna taa nyingi ndani ya chumba, kwa hivyo zima taa. Kisha, bonyeza kitufe cha "Mwongozo wa mwongozo". Andika kwenye kisanduku cha maandishi kizingiti ulichoamua na ubonyeze kuingia.

Hatua ya 6: Kubadilisha Urefu wa Waya

Ili kurekebisha urefu wa waya bonyeza kitufe cha "Urefu wa waya" na uweke thamani. Kisha weka kosa la kipimo: ikiwa uliipima na kipimo cha mkanda unyeti unapaswa kuwa 1 mm. Thamani zote zitahifadhiwa kwenye kumbukumbu ya mdhibiti mdogo wa ATmega328P.

Hatua ya 7: Sanduku la Kukata la Laser

Kata muundo huu kutoka kwa plywood (4 mm nene) na mashine iliyokatwa na laser, kisha uifungue, weka vifaa kwenye paneli na uzirekebishe na misumari na gundi ya vinili. Pakua faili za DXF / DWG chini ya ukurasa huu (iliyoundwa na AutoCAD 2016).

Hatua ya 8: Muundo

Ikiwa huna pendulum, unaweza kujifanya mwenyewe kuanzia mfano huu (ni nakala halisi ya ile niliyoifanya). Kipande cha plywood cha 27, 5 · 16 · 1 cm, kipande cha 5 · 27, 5 · 2 cm na fimbo zinatosha. Kisha tumia pete, waya wa uvuvi na mpira kukamilisha pendulum.

Mradi wa AutoCAD

Hatua ya 9: Misa

Sikuwa na molekuli ya chuma (ingekuwa bora, kwa kweli), kwa hivyo nilitengeneza mpira na printa ya 3D na nikaongeza pete ili kuitundika kwenye waya. Mzito na mwembamba ni (angalia saa za pendulum: misa ni gorofa ili kuepuka msuguano na hewa), itakuwa ndefu zaidi.

Upakuaji wa mpira wa 3D

Hatua ya 10: PCB

Hii ndiyo njia isiyo na gharama kubwa ya kuunda PCB inayotengenezwa nyumbani kwa kutumia vitu vya bei ya chini tu:

• Printa ya Laser (600 dpi au bora)
• Karatasi ya picha
• Bodi ya mzunguko tupu
• Asidi ya Muriatic (> 10% HCl)
• Peroxide ya hidrojeni (suluhisho la 10%)
• Nguo chuma
• Asetoni
• Pamba ya chuma
• Miwanivuli ya usalama na kinga
• Bicarbonate ya sodiamu
• Siki
• Karatasi kitambaa

Hatua ya kwanza ni kusafisha PCB tupu na pamba ya chuma na maji. Ikiwa shaba inaonekana iliyooksidishwa kidogo, unapaswa kuiosha na siki hapo awali. Kisha, suuza upande wa shaba na kitambaa cha karatasi kilichowekwa kwenye asetoni ili kuondoa uchafu wowote uliobaki. Kusugua kwa usahihi kila sehemu ya bodi. Usiguse shaba kwa mikono!

Chapisha faili ya PCB.pdf chini ya ukurasa huu kwa kutumia printa ya laser na usiguse kwa vidole. Kata, linganisha picha kwenye upande wa shaba na ubonyeze na chuma nguo (lazima iwe moto lakini bila mvuke) kwa muda wa dakika tano. Iache ipoe na karatasi yote, kisha ondoa karatasi pole pole sana na kwa uangalifu chini ya maji. Ikiwa hakuna toner kwenye shaba, kurudia utaratibu; Tumia alama ndogo ya kudumu kurekebisha miunganisho inayokosekana.

Sasa ni wakati wa kutumia asidi kuongeza PCB. Katika sanduku la plastiki weka glasi tatu za asidi ya muriatic na moja ya peroksidi ya hidrojeni; unaweza kujaribu pia kwa kiasi sawa kwa kuchimba nguvu zaidi. Weka PCB katika suluhisho (zingatia mikono na macho yako) na subiri kama dakika kumi. Wakati kuchoma kumalizika ondoa bodi kutoka kwenye suluhisho na safisha chini ya maji. Weka vijiko viwili vya bicarbonate ya sodiamu kwenye asidi ili kupunguza suluhisho na kuitupa WC (au kuipeleka kwenye kituo cha kukusanya taka).

Hatua ya 11: Elektroniki

Sehemu zinahitajika:

• ATMEGA328P MCU
• 2x 22 pF capacitors
• 3x 100 capacitors
• 2x 1N4148 diode
• Mdhibiti wa voltage ya 7805TV
• Vipinga 6x 10K
• Vipinga vya 2x 220R
• 16 MHz oscillator ya kioo
• Vichwa vya kichwa
• USB-to-serial adapta
• Vipengee vya infrared vinavyoonekana upande wa 940nm na vitambuzi vya IR (nilinunua hizi kutoka kwa Sparkfun)
• 9V betri na mmiliki wa betri
• Skrini ya 16x2 LCD
• Vifungo 2
• Potentiometer na trimmer
• Waya, waya na waya

Sasa kwa kuwa umenunua na kukusanya vifaa, chagua muuzaji na uuze vyote! Kisha rekebisha PCB kwenye sanduku, unganisha nyaya zote kwenye LCD, adapta ya USB-to-serial, potentiometer na trimmer (kwa mwangaza wa kuonyesha na kulinganisha). Rejea muundo, muundo wa PCB katika hatua ya awali na faili za Eagle CAD chini ya ukurasa huu kuweka sehemu na waya kwa usahihi.

Mradi wa Eagle CAD

Hatua ya 12: Sensorer

Ongeza sensorer kama inavyoonyeshwa kwenye picha, kisha utengeneze kofia kadhaa (nilitumia zana ya kuzungusha kuchonga kutoka kwenye banzi la kuni) kuzifunika na kuzilinda. Kisha uwaunganishe na bodi kuu.

Hatua ya 13: Uko Tayari

Anza kuitumia! Furahiya!