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Tulipa mecânica sempre florescendo

Componentes e suprimentos

Arduino Nano R3
× 1
Micro servo motor SG90
× 1
Sensor de toque TTP223
× 1
fio de latão de 1 mm
× 1
Tubo de latão de 2 mm
× 1
Fio de cobre isolado de 0,3 mm
× 1
WS2812 5050 NeoPixel LED
× 7
SMD 1206 LED branco
× 30

Sobre este projeto


Flor eterna para o seu amor eterno. Um presente perfeito do dia dos namorados não só para a pessoa amada. Esta tulipa mecânica florescerá em qualquer cor possível com apenas um toque suave de sua mão. Suas seis pétalas se abrirão lentamente e se iluminarão. Quando as pétalas são fechadas, elas criam uma luz ambiente incrível com padrões de folhas.






Como funciona?


Mas antes de dizer como criar essa beleza, vamos falar rapidamente sobre como funciona. A tulipa consiste em 6 pétalas, cada uma com 5 LEDs brancos SMD. Cada pétala é conectada a um dos pinos de saída do Arduino. Blossom esconde 7 LEDs RGB NeoPixel. Do ponto de vista elétrico, toda a flor é moída e as veias das pétalas são uma voltagem positiva. As pétalas são abertas por uma haste que desce do caule até a base. O pushrod é controlado por um movimento de um pequeno servo de passatempo. Uma pequena folha na lateral da haste é conectada ao sensor de toque TTP223 dentro da base e cria um touchpad capacitivo. A base de madeira contém um servo motor, touch IC e Arduino Nano. Vamos construir um você mesmo!



O que você vai precisar?
  • haste de latão de 1 mm
  • Tubo de latão de 2 mm com orifício de 1, 2 mm
  • fio de cobre de 0,3 mm com isolamento
  • Alguma madeira para pedestal
  • Arduino Nano
  • sensor de toque TTP223
  • Pequeno servo

O que você precisa saber antes de começar
  • Como soldar latão (ótimo artigo)
  • Como construir com Arduino
  • Como usar servos
  • Como usar LEDs e NeoPixels



Não estou lhes dizendo as dimensões dos componentes e a forma exata da flor. Acho que cada flor deve ser única.





As pétalas (4h)


Vamos começar com a parte mais satisfatória primeiro - as pétalas da flor. Observe que o número entre parênteses é o tempo necessário para realizar a etapa.

A primeira coisa que você precisa é de um modelo para a flor. Eu criei o meu a partir de gesso derramado em um molde de tubo. Quando secou, ​​dei forma a uma flor de tulipa. Você também pode imprimir em 3D, mas não tenho uma impressora 3D. O gesso é ótimo porque é fácil de usinar e um lápis pode desenhar nele. Uma pétala tem 1/4 da superfície do molde, então no final, quando houver 6 delas, elas irão se sobrepor um ao outro criando a aparência exata de uma flor de tulipa. Eu desenho a forma da pétala na superfície do gesso com um lápis. Quando fiquei satisfeito com o formato da pétala, esculpi-o no gesso com uma faca para me ajudar a segurar as hastes no lugar durante a soldagem.



A pétala consiste em uma haste de latão de 1 mm em toda a volta da forma. Dentro da pétala estão 5 LEDs brancos SMD 1206 e uma estrutura em "veia" do mesmo fio. Primeiro, crie o fio circunferencial, sem pressa, dobrando-o. Corte um pequeno pedaço de tubo e passe-o na parte plana inferior do fio - esta será a pétala da dobradiça que se moverá. Solde as pontas do fio, certifique-se de não preencher o tubo com solda. Ele precisa se mover livremente. Finalize a pétala com LEDs e estrutura venosa. Observe-me fazendo uma única pétala. Que vergonha, esta é a única filmagem que tenho de fazer a flor.

Agora faça mais 5 destes. Todas as pétalas devem ser exatamente iguais. É realmente crucial. Caso contrário, eles não se pareceriam com um formato uniforme de tulipa agradável no final quando fechados e podem até mesmo ficar presos.





Flor (1h)


Até agora tudo bem? É hora de soldar todas as pétalas. A base da flor é hexagonal - 6 pétalas. As pétalas são fixadas ao hexágono por dobradiças. O hexágono, no entanto, é ligeiramente irregular. Eu falhei com um normal. As pétalas precisam se sobrepor e, se o hexágono for regular, não é permitido. Três pétalas estão mais próximas do centro (pétalas internas) e outras 3 ligeiramente deslocadas (pétalas externas). Para isso, criei um template e imprimi em papel. A forma vermelha é o hexágono irregular final feito de dois hexágonos regulares aninhados. Solde todas as dobradiças (tubos) ao hexágono. Os raios que saem do centro do molde irão ajudá-lo a soldar as pétalas na posição correta. O centro da pétala deve seguir a linha do raio que sai do centro do hexágono. No final, ao fechar as pétalas, você terá a forma final da flor. Legal, não é?





Criação da haste e haste (1h)


Não é assim que procedo ao fazer a flor. Eu terminei primeiro o mecanismo dentro da flor e, em seguida, adicionei um caule e uma haste a ela. Adicionou muita miséria ao processo. Uma vez eu quase quis jogá-lo no lixo e nunca mais olhar para trás. Da próxima vez, começarei com o caule. Então você também deveria.

O movimento das pétalas é criado por uma haste de latão de 1 mm que se move livremente dentro de um tubo de latão. As pétalas são conectadas à haste através de um hexágono realmente minúsculo com pequenas dobradiças de 2 mm de comprimento em cada lado - cabeça da haste. O hexágono está sentado perpendicularmente na haste com a ajuda de uma pequena barra que atravessa o centro do hexágono. Este é o trabalho do relojoeiro.

Para criar a cabeça do pushrod, criei o segundo modelo. Primeiro, dobre o fio para formar o minúsculo hexágono. Em seguida, corte pequenos tubos de 2 mm de comprimento e passe-os no fio. Solde o fio para terminar a forma hexagonal. Novamente, certifique-se de não soldar a tubulação ao fio. Continue soldando o fio no centro do hexágono. E finalize a haste soldando um fio de 1 mm perpendicular ao centro da cabeça da haste. Viva! Você tem sua haste.

Construa o caule. Corte o tubo de latão no comprimento desejado. E agora a segunda parte crucial. O caule deve estar perfeitamente perpendicular à base hexagonal da flor, deve estar exatamente no centro dela e deve haver espaço suficiente para que a cabeça da haste se mova para baixo para fechar as pétalas. Primeiro, soldei dois fios em uma extremidade da haste para criar uma expansão em forma de V. Estes serão os 2 dos 6 fios que conectam a haste aos vértices da base hexagonal.

Portanto, vire a flor de cabeça para baixo e solde a expansão em forma de V aos 2 vértices opostos da base hexagonal. Verifique a forma. Se você colocar uma haste dentro do caule, ela precisa sair no centro da flor. Não tenha pressa aqui, tornando-o perfeito. É realmente uma parte crucial. Quando você estiver bem com ele, solde mais 4 fios entre o resto dos vértices do hexágono e o topo da haste. Certifique-se de não soldar o orifício dentro da tubulação!





Mecanismo de pétalas (6h)


Esta é a parte que você vai se arrepender de ter começado a fazer a flor em primeiro lugar. Quase atiro no lixo uma vez. Mas hey, eu não sou o cara mais paciente do mundo. Você vai acertar! Para esta parte, inspirei-me nos motores a vapor e suas hastes, pistões e volantes.

Faça você mesmo um teste. Fixe a flor com o caule para cima. Passe a haste através da haste com a cabeça para cima. Solde um tubo curto perpendicular à extremidade inferior da haste e crie você mesmo uma pequena haste de conexão de fio de latão de 1 mm para conectar o servo e a haste (veja a imagem acima). Você deve ser capaz de mover-se com a haste para cima e para baixo usando um servo. Experimente conectando seu Arduino. Antes de começar a soldar as bielas entre as pétalas e a cabeça da haste, você precisa ajustar o movimento do servo com o Arduino. Escreva seu código para mover a haste para cima e para baixo de forma que na posição mais alta a extremidade da cabeça da haste esteja nivelada com a base hexagonal da flor. E na posição mais baixa, fica na parte inferior da base em forma de V da flor.



Conforme a haste se move para cima, ela empurra a haste de conexão e as pétalas para baixo. À medida que desce, arrasta hastes de conexão e as pétalas se fecham.

No momento, as pétalas estão perdendo uma parte crucial - o alfinete de pétalas. Esta dobradiça faz com que as pétalas se movam. A dobradiça fica em uma barra (veja a imagem abaixo) que é soldada a cada pétala paralela à sua base. O alfinete da pétala precisa estar acima da superfície da pétala para permitir que ela se abra totalmente, como você pode ver na animação. Faça você mesmo uma dessas barras com uma dobradiça de tubo e solde-a na primeira pétala. Isso exigirá muitos experimentos com o tamanho da barra e sua distância da base da pétala para permitir que a haste abra e feche totalmente a pétala. Use o método de tentativa e erro. Solde a barra em uma posição adequada e adicione a haste de conexão entre o pino da haste e o pino da pétala. Se você tem sua haste na posição superior e sua pétala em uma posição totalmente aberta, o espaço entre o pino da haste e o pino da pétala é o comprimento da haste de conexão.

Agora tente mover-se com a haste para cima e para baixo para ver o que está acontecendo. Se funcionar bem sem qualquer fricção e a pétala pode ser fechada e aberta, está feito (com a primeira pétala)! Caso contrário, experimente um comprimento diferente de biela ou uma posição diferente da barra. Para finalizar a floração, duplique a mesma barra e biela em cada uma das 5 pétalas restantes. As 3 pétalas externas precisam estar um pouco mais baixas quando a flor é aberta para permitir que elas se sobreponham adequadamente às pétalas internas durante o fechamento. No final, você deve conseguir fechar e abrir a flor. Não entre em pânico se você não conseguiu fazer a forma perfeita na primeira tentativa. Significa apenas que todas as pétalas não são perfeitamente iguais. Provavelmente, serão necessários muitos ajustes para criar uma forma perfeita - comprimentos ligeiramente diferentes das bielas e posições das barras. Aproveite o seu tempo aqui! Uma recompensa está próxima.





Pistilo arco-íris (1h)


Se você chegou a esta etapa, você é um rei e as partes mais difíceis ficaram para trás. Dentro da flor, coloquei 7 LEDs NeoPixels para brilhar por dentro. Esses LEDs precisam de apenas um fio de dados para serem controlados e podem ser conectados em série. Soldei 6 deles entre dois pequenos hexágonos (outro modelo, é claro). O hexágono inferior é um fio terra e o superior é uma tensão positiva. Solde os terminais apropriados de NeoPixels para esses anéis hexagonais. Esses LEDs são colocados sob um ângulo de 45 graus para brilhar nas laterais. Para torná-lo ainda melhor, coloque o sétimo LED no centro do hexágono superior. Por último, mas não menos importante, conecte os cabos DATA IN e OUT para criar uma ligação em série.

Esta estrutura vai precisar de dois fios descendo para o pedestal - VCC e DATA. O solo é retirado da moldura da flor. Solde um fio fino de cobre isolado de 0,3 ao anel superior para VCC e o segundo ao primeiro LED na ligação em cadeia para DATA. No final, esses fios irão para o pedestal. Faça-os com pelo menos 3 vezes o comprimento do caule. As pontas desses fios precisam ser liberadas de seu isolamento transparente antes da soldagem. O calor não o destruirá. Use uma faca para retirar o isolamento. Você pode testar os LEDs agora para ter certeza de que funcionam. Seja gentil com esses fios de cobre. Se você acidentalmente descascar o isolamento em qualquer lugar além das extremidades, pode ocorrer um curto-circuito!

O último trabalho de solda de latão agora vai acontecer! Coloque a estrutura do pistilo no centro da flor. Desloque-o ligeiramente da base hexagonal da flor para deixar espaço suficiente para as hastes de conexão das pétalas. Para mim, estava 1 cm acima do hexágono da flor. Conecte todos os vértices com hastes de latão para fazer uma estrutura sólida. A flor está pronta! Teste agora para ver se as pétalas ainda podem se mover livremente.





Fazendo raízes (2h)


Tanto as pétalas quanto os LEDs NeoPixel precisam de fios elétricos para brilhar. Toda a escultura da flor será um terreno, mas há 6 pétalas e 2 fios para NeoPixels que precisam ser conectados ao Arduino no pedestal. Para isso, fios de cobre finos de 0,3 mm com isolamentos transparentes serão enrolados no tubo da haste. Dois fios para Neopixels já estão prontos. Solde outro 6 ao fio de veia solto em cada pétala perto da dobradiça e passe o fio pela estrutura da flor para baixo do caule. Certifique-se de não dobrar esses fios em ângulos agudos, eles quebrariam em breve.

Agora junte todos os fios perto da extremidade superior do tubo da haste e prenda-os com fita adesiva. Não aperte muito ainda, deixe os fios passarem por ele. Agora organize bem todos os fios dentro da flor. Certifique-se de que as pétalas estão livres para se mover e que a haste não está colidindo com os fios também. Feito? Agora aperte a fita adesiva.

Os fios agora estão voando incontrolavelmente ao redor da haste. Você precisa pacientemente e lentamente envolvê-los ao longo do caule. Firme e uniformemente. Levei pelo menos uma hora para terminar esta etapa. Quando você estiver no final da haste, coloque outra fita adesiva para prender os fios lá e use supercola transparente para fixá-los no lugar. Certifique-se de não selar a tubulação com a haste!

O último fio faltando é um aterramento. Solde outro fio de cobre na extremidade inferior da haste. Você deve acabar com 9 fios saindo da flor. Seria aconselhável conectar todos os fios ao Arduino e teste se não há curto-circuito e se todos os LEDs acendem.





O vaso de flores (2h)


Eu queria que a flor crescesse do vaso de flores artificial, o que também esconderia todos os eletrônicos. Usei um pedaço de madeira e o processei em um cilindro de 4 cm de altura e 9 cm de diâmetro. Não tenho um torno, então usei uma serra circular para cortar a forma bruta e depois uma furadeira para atuar como um torno improvisado. Então esculpi uma abertura de 2,5 cm de profundidade e 7 cm de diâmetro usando uma fresa manual para encaixar o servo, Arduino Nano e o sensor de toque IC. Na parte inferior do cilindro, há também uma pequena abertura para encaixar com precisão na porta USB do Arduino Nano para poder conectar o cabo USB pela lateral.

Se você tiver seu vaso de flores, faça um orifício no diâmetro do caule da flor com arames em um local onde a flor crescerá - provavelmente no centro. Tente ajustar sua flor. Tenha cuidado com os fios. Se você dobrá-los em um ângulo agudo, eles se quebrarão. No final, também adicionei um grande orifício de dentro do pedestal para abrir mais espaço para o braço e a biela do servo.

Você pode fazer qualquer formato de vaso de flores que desejar, mas lembre-se de que você precisa colocar todos os componentes eletrônicos dentro dele.





Folha de toque (1h)


A tulipa mecânica precisa de algum tipo de elemento interativo que permita à pessoa fazê-la florescer. Escolhi o IC do sensor de toque TTP223 do meu projeto Arduinoflake. Mas onde colocar um touchpad? Decidi adicionar uma pequena folha ao lado da haste que tornaria a flor mais natural e também funcionaria como um touchpad capacitivo. Quando tocado, ele acionaria o sensor TTP223 e diria ao Arduino para abrir a flor. Será moleza para você agora, quando terminar uma escultura tão complicada. Use a mesma técnica das pétalas, apenas omita os LEDs. Também criei um modelo para mim. Faça outro pequeno orifício no pedestal próximo ao orifício da haste para segurar a folha no lugar.

If you don't want or can't use a capacitive touch sensor you can add a normal push button to the pedestal. It will do the same job.





Putting it together (2h)


This is the final step of the assembly! Are you nervous? Insert your flower stem into its hole in the pedestal again. Now, this is an important step. Measure twice before you cut! Open the blossom into its full opening. And cut the end of the pushrod coming out of the stem flush with the stem. Now when you close the blossom again, pushrod should draw out of the stem. Solder a short tubing perpendicularly to the pushrod. This will be a hinge for the connecting rod with the servo arm. When you let go the blossom and the rod, it should stop full open because the tubing will act as a stop as well.

You can now glue the stem into the pedestal. Make sure stem tubing end is flush with the inside of the pedestal to leave as much space for servo arm as possible. I've used superglue again. Make sure you don't glue the pushrod with the stem tubing. It would ruin your work!

Next, glue in the leaf-pad. Before you do solder a copper wire to it to be able to connect the leaf-pad to TTP223 touch sensor.

Put flower upside down. Be careful around the sculpture, do not break it right now! It would be so much waste! First, put the servo into final position. Its arm should be already prepared from the test stand. Just find the sweet spot where servo arm would move freely inside the pedestal and connect connecting rod to the pushrod. To secure the servo in place I used a piece of sheet metal and two screws. I wanted to be flexible here in case of servo breakdown or a wrong placement. But if you are confident you can glue it in.

If you have TTP223 module, solder the wire to leaf-pad on the original TTP223 module's touchpad (opposite side where the components are). You will need to scratch down the protective silk mask to expose the copper layer. Glue the touch module in.

Petal leafs wires (there are 6 of them) has to be connected to Arduino via current limiting resistors. Petals are basically LEDs. I've used six 200ohm resistors soldered on a tiny piece of perf board. Glue it in.

And the last component into the pedestal is Arduino Nano itself as a brain of the mechanical tulip. Place it into the opening in pedestal so it can be connected to your computer and wire it with all other components:
  • servo data wire ⭢ D9 (required for Adafruit_TiCoServo library)
  • TTP223 touch sensor data ⭢ D2 (to make use of interrupt)
  • Neopixel data ⭢ A0 (any output pin will do)
  • Petals ⭢ D3, D4, D5, D6, D10, D11 (any output pins will do)
  • Flower ground wire ⭢ GND
  • Neopixel VCC wire ⭢ 5V
  • TTP223 touch sensor GND ⭢ GND
  • TTP223 touch sensor VCC ⭢ 5V
  • Servo GND ⭢ GND
  • Servo VCC ⭢ 5V





Coding (1h)


Programming is the easiest part of all. You already have your code for the servo. Now you only need to be able to control NeoPixels, LEDs on petals and the touch sensor. Take a look into my code attached. It will give you everything you need to make your flower work. If you used my wiring scheme, you can use it right away. But don't forget to change the servo OPEN and CLOSED values. They will be definitely different.





It's done!


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Código

  • flower.ino
flower.inoArduino
Tulip source code
#include #include #include "SoftPWM.h"#define NEOPIXEL_PIN A0#define TOUCH_SENSOR_PIN 2#define SERVO_PIN 9//#define SERVO_OPEN 1750#define SERVO_OPEN 1650#define SERVO_SAFE_MIDDLE 1000#define SERVO_CLOSED 775#define RED 0#define GREEN 1#define BLUE 2float currentRGB[] ={0, 0, 0};float changeRGB[] ={0, 0, 0};byte newRGB[] ={0, 0, 0};#define MODE_SLEEPING 0#define MODE_BLOOM 3#define MODE_BLOOMING 4#define MODE_BLOOMED 5#define MODE_FADE 6#define MODE_FADING 7#define MODE_FADED 8#define MODE_FALLINGASLEEP 9#define MODE_RAINBOW 90byte mode =MODE_FADED;byte petalPins[] ={3, 4, 5, 6, 10, 11};Adafruit_NeoPixel pixels =Adafruit_NeoPixel(7, NEOPIXEL_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ400);Adafruit_TiCoServo servo;int servoChange =1; // openint servoPosition =SERVO_SAFE_MIDDLE;void setup() { Serial.begin(115200); pixels.begin(); servo.attach(SERVO_PIN, SERVO_CLOSED, SERVO_OPEN); pinMode(TOUCH_SENSOR_PIN, INPUT); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(TOUCH_SENSOR_PIN), _touchISR, RISING); randomSeed(analogRead(A7)); SoftPWMBegin(); pixelsUnifiedColor(pixels.Color(0, 0, 0)); //pixelsUnifiedColor(pixels.Color(255, 70, 0)); prepareCrossFade(140, 70, 0, 140); servo.write(servoPosition);}int counter =0;byte speed =15;void loop() { boolean done =true; switch (mode) { case MODE_BLOOM:prepareCrossFadeBloom(500); changeMode(MODE_BLOOMING); pausa; case MODE_BLOOMING:done =crossFade() &&done; done =openPetals() &&done; done =petalsBloom(counter) &&done; if (done) { changeMode(MODE_BLOOMED); } pausa; case MODE_FADE://prepareCrossFade(0, 0, 0, 800); changeMode(MODE_FADING); pausa; case MODE_FADING:done =crossFade() &&done; done =closePetals() &&done; done =petalsFade(counter) &&done; if (done) { changeMode(MODE_FADED); } pausa; case MODE_FADED://prepareCrossFade(140, 70, 0, 140); changeMode(MODE_FALLINGASLEEP); pausa; case MODE_FALLINGASLEEP:done =crossFade() &&done; done =closePetals() &&done; if (done) { changeMode(MODE_SLEEPING); } pausa; case MODE_RAINBOW:rainbow(counter); pausa; } counter++; delay(speed);}void changeMode(byte newMode) { if (mode !=newMode) { mode =newMode; counter =0; }}void _touchISR() { if (mode ==MODE_SLEEPING) { changeMode(MODE_BLOOM); } else if (mode ==MODE_BLOOMED) { changeMode(MODE_FADE); }}// petals animationsboolean petalsBloom(int j) { if (j <250) { return false; // delay } if (j> 750) { return true; } int val =(j - 250) / 2; for (int i =0; i <6; i++) { SoftPWMSet(petalPins[i], val); } return false;}boolean petalsFade(int j) { if (j> 510) { return true; } for (int i =0; i <6; i++) { SoftPWMSet(petalPins[i], (510 - j) / 2); } return false;}// animationsvoid prepareCrossFadeBloom(unsigned int duration) { byte color =random(0, 5); switch (color) { case 0:// white prepareCrossFade(140, 140, 140, duration); pausa; case 1:// red prepareCrossFade(140, 5, 0, duration); pausa; case 2:// blue prepareCrossFade(30, 70, 170, duration); pausa; case 3:// pink prepareCrossFade(140, 0, 70, duration); pausa; case 4:// orange prepareCrossFade(255, 70, 0, duration); pausa; }}void rainbow(int j) { uint16_t i; byte num =pixels.numPixels() - 1; pixels.setPixelColor(pixels.numPixels() - 1, 100, 100, 100); for (i =0; i =SERVO_OPEN) { return true; } servoPosition ++; servo.write(servoPosition); return false;}boolean closePetals() { if (servoPosition <=SERVO_CLOSED) { return true; } servoPosition --; servo.write(servoPosition); return false;}// utility functionvoid pixelsUnifiedColor(uint32_t color) { for (unsigned int i =0; i  0 &¤tRGB[i]  newRGB[i]) { currentRGB[i] =currentRGB[i] + changeRGB[i]; } else { currentRGB[i] =newRGB[i]; } } pixelsUnifiedColor(pixels.Color(currentRGB[RED], currentRGB[GREEN], currentRGB[BLUE])); /* Serial.print(currentRGB[RED]); Serial.print (""); Serial.print(currentRGB[GREEN]); Serial.print (""); Serial.print(currentRGB[BLUE]); Serial.println (); */ return false;}uint32_t colorWheel(byte wheelPos) { // Input a value 0 to 255 to get a color value. // The colours are a transition r - g - b - back to r. wheelPos =255 - wheelPos; if (wheelPos <85) { return pixels.Color(255 - wheelPos * 3, 0, wheelPos * 3); } if (wheelPos <170) { wheelPos -=85; return pixels.Color(0, wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3); } wheelPos -=170; return pixels.Color(wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3, 0);}

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