Всем привет!

С недавнего времени в моём электро зоопарке появилось моноколесо Kugoo Kirin U4 (оно же KingSong KS18-XL). Откатав на нем около тысячи километров, я понял что без упоров мне не обойтись. На различных маркетплейсах достаточно предложений по данному вопросу, но моя инженерная сущность (ну и немного жаба) предложила повременить с покупкой упоров и изготовить их самостоятельно. А что из этого вышло, далее под катом.

❯ Исходные данные

По материалам и оборудованию у меня имелось следующее:

• 3D принтер Flying Bear Ghost 5;

• Филамент из термопластичного полиуретана (TPU) от FDplast.

Данный принтер я использую уже довольно давно, он является «рабочей лошадкой» в моих DIY проектах. После покупки принтера, я сразу перенес податчик филамента на экструдер и оптимизировал его для гибких филаментов, добавив вставки их тефлоновой трубки в промежутки, чтобы избежать зажевывания. Ниже фото модернизированного экструдера.

TPU филамент у меня был в наличии, валялся в шкафу пару лет. Покупал для печати резиноподобных прокладок.

Характеристики TPU филамента

TPU пластик «Веном»

Диаметр, мм: 1.75
Вес нетто, г: 1000
Материал: Термопластичный полиуретан
Плотность: 1,25 г/см³
Темп. экструзии: 175-190 °С
Темп. стола: 50-70 °C
Скорость печати: 15-20 мм/с
Вес брутто: 1350 г
Производитель: Завод «ФДпласт», Россия

Дополнительные параметры:

Прилипание к столу: чистое стекло, БФ2, клей 3D
Адгезия: хорошая
Обдув: желателен
Постобработка: механическая и химическая обработка затруднена
Особенности: требуется доработка головки 3D принтера с целью устранения зазора между подающей шестерней и трубкой термобарьера. Предпочтителен директ экструдер
Твердость: очень низкая Шор А=75 ед
Морозостойкость и теплостойкость: -60+120 °С
Гигроскопичность: низкая
Контакт с пищевыми продуктами: нет
Химическая стойкость: стоек к большинству бытовых растворителей
Материал стоек к деформациям на растяжение и на сжатие

Преимущества:

Пластик flex для 3d принтера — сложный полиэфир, относящийся к пластичным полиуретанам и обладающий формой бесцветных гранул цилиндрической или линзовидной формы. Отличается высокой гибкостью, отсутствует запах в процессе печати, не поддается повторной переработке, используется при изготовлении обмотки для силового кабеля, используется в разработке дизайна подошвы обуви, для защитных аксессуаров смартфонов, в качестве декоративных накладок в салоне автомобиля. Идеально подходит для создания 3D-моделей архитектурных объектов, макетов человеческих органов. По своей структуре, он напоминает силикон, чем выгодно отличается от других, более жестких видов пластика.
Надежный, износоустойчивый, обладающий эластичностью и способный не разрушаться под воздействием низких температур, пластик может использоваться в агрессивной среде, связанной с воздействием щелочей, масла, жира или кислот.
Обладает высоким уровнем межслойной адгезии. Предельно стоек на разрыв, при деформации быстро восстанавливает первоначальную форму. Предлагаем купить пластик для 3d принтера от одного мотка, обеспечим своевременную доставку и дальнейшее сотрудничество на выгодных условиях.

Несмотря на то, что производитель рекомендует скорость печати 15-20 мм/с, в моем случае, скорость печати составляет 40 мм/с.

❯ Реверс инжиниринг

Реверс инжиниринг — какое приятное словосочетание, избавляющее тебя от моральных терзаний ). Теперь можно сказать, что не своровал, а обратно спроектировал. Давайте же и мы обратно спроектируем наши упоры с понравившейся картинки товара на Алиэкспресс, тем более, продавец нам любезно указал габаритные размеры.

Для 3D моделирования я использую FreeCAD — САПР общего назначения с открытым исходным кодом. Загрузим, в качестве эскиза, нашу картинку с Алиэкспресс во FreeCAD приведем к необходимому масштабу.

И, буквально за десять минут, создадим трехмерную обратно среверсируем нашу модель упоров.

❯ 3D печать

В качестве слайсера для 3D печати, я использую Cura — слайсер 3D-моделей с открытым исходным кодом для 3D-принтеров. TPU филамент очень капризный материал, поэтому, ещё при первом знакомстве с ним, опытным путем подобрал параметры профиля для работы с данным материалом.

В качестве базового, я использовал профиль для HIPS пластика со следующими корректировками:

Высота слоя: 0,4 мм
Скорость печати: 40 мм/с
Температура стола: 30 ℃
Температура сопла: 200 ℃
Обдув: 100%
Диаметр сопла: 0,4 мм

Так выглядит наша модель в Cura. Так как модель упоров не входит в габариты области печати моего принтера, поэтому пришлось разделить её на две части.

Плотность заполнения при печати составляет 10%. Этот параметр влияет на упругость модели. В моем случае, предварительные тесты показали, что 10% заполнение соответствует моим критериям упругости упоров.

Было напечатано четыре части упоров, время печати каждой части составило ± 8 часов. Ниже на фото представлен результат.

Для склейки частей рекомендую использовать цианоакрилатный клей (суперклей), он отлично склеивает полиуретан. Для печати левого упора, не забудьте в Cura отзеркалить модели.

❯ Примерка и приклейка

После печати, я выполнил примерку правой части упора, чтобы проверить правильность модели и только после этого продолжил печать следующих частей.

После завершения печати всех элементов, пришло время наклеить наши упоры на моноколесо. Для начала нужно наклеить двухсторонний скотч на наши упоры, дополнительно нанеся небольшое количество суперклея на поверхность упора (это необходимо сделать из-за особенности адгезии полиуретана). Двухсторонний скотч я использовал марки New Glaxy, но рекомендую использовать 3М. Затем нам нужно удалить стоковые подушки с моноколеса и приклеить наши новые упоры. Чтобы убедиться в правильности крепления упоров, пригласим инспектора по качеству.

Ниже картинка моноколеса после полевых испытаний:

Фото из поездки:

❯ Итоги

Давайте подведем итоги. После печати и установки подушек на моноколесо, я отправился в тестовую поездку на расстояние более 50 км. С первых секунд поездки я ощутил значительное изменение комфорта в лучшую сторону и повышение отзывчивости моноколеса при управлении. Доволен ли я? Ещё как! Структура упоров имеет тактильно очень приятные ощущения, отсутствуют проскальзывания, очень хорошая фиксация ног. TPU пластик устойчив к механическим воздействиям и прочен на разрыв.

Теперь давайте поговорим о экономической целесообразности данной задумки и подсчитаем затраты:

1. Филамент: ± 694 грамма (433 руб | $4,77).

2. Электроэнергия: 32 часа печати (±0,96 кВт*ч | 4 руб | $0,044).

3. Клей, скотч: ± 300 руб | $3,30.

Итого:737 руб|$8,11

При этом, минимальная стоимость упоров на маркетплейсах 4 000 руб или $44,04. Из этого можно сделать вывод, что данная затея экономически выгодна и стоит реализации.
Пожалуй, на этом можно и завершать статью. Спасибо всем, кто уделил своё время, надеюсь мой опыт будет кому-то полезен. Если у вас возникли вопросы, пожелания или хотите поделиться подобным опытом, то добро пожаловать в комментарии.

Бонусный контент: видео изготовления

❯ Ссылки к статье

• Модель для печати

• FreeCAD

• Cura

• Филамент

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей в нашем блоге на Хабре и телеграм-каналах (статьи и новости).

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.

Просто должны выполняться сценарии без вашего участия. Все что вне сценариев должно управляться привычными, простыми органами управления типа выключателя. В том числе, удаление 'умного дома' не должно никак сказаться на основных функциях дома - свет как могли включить выключателем, так и включаем.

Умный дом - это прозрачное дополнение, которое информирует в случае проблем и выполняет элементарные действия, которые не могут быть негативны, типа выклчения всех не основных приборов после ухода всех из дома.

А иначе - весь этот рынок просто пиар бесполезных решений, с которыми интересно поиграться и не более того.

Я еще не говорю о вопросах безопасности, надежности и прочего устройств на базе WIFI и других безпроводных решений, особенно которые завязаны на заруюежные сервисы(в том числе на сервисы не дружественных стран).

Радиолампы, словно артефакты из прошлого, олицетворяют нечто большее, чем просто технологию. Они несут в себе определенную магию, отражающую уникальное сочетание технического мастерства и эстетики. Не удивительно, что часы на неоновых индикаторах занимают довольно уникальную нишу в мире дизайна и интерьера. Они представляют собой не просто инструмент для отображения времени, но и элемент декора, который может значительно изменить атмосферу помещения. Этой статье я расскажу о своем опыте создания Nixie Clock на базе драйвера собственной разработки.

❯ С чего всё началось

Однажды, на предприятии где я работал, на складе обнаружилось много неликвидного материала, который хранился там ещё с советских времен.

Неликвид состоял из электронных компонентов, которые нам отдали безвозмездно для использования в личных целях, чтобы не тратить средства на утилизацию. На самом деле, там было очень много ценных компонентов, среди которых оказались неоновые индикаторные лампы марки ИН-12. В итоге я их забрал себе. С радиолампами знаком еще с детства, увлекаясь радиоконструированием, я часто собирал различные схемы, в том числе и на лампах. А тут такой флешбэк.

❯ Разработка часов

По состоянию на 2016 год, было много различных схем часов на лампах, но мне не нравилась их схемотехника, она казалась мне избыточной и не эффективной. Хотелось реализовать что-то простое, питающееся от стандартного USB порта, без использования модуля RTC и светодиодной подсветки, которая, по моему мнению, только портит всю эстетику ламп. На тот момент большинство схем работало на Arduino и микроконтроллерах от компании Atmel. Годом ранее, компания Espressif Systems выпустила на рынок свой микроконтроллер ESP8266, который произвел революцию. Так как на тот момент, широкополосный интернет уже был достаточно распространен, в том числе и домашние сети Wi-Fi, я решил отказаться от применения RTC модуля в своей схеме часов и использовать NTP серверы для синхронизации времени. Как вы могли догадаться, в своей схеме я применил модуль ESP8266. Далее я поделился в Twitter своим опытом применения нового модуля ESP8266 в своем проекте. Мой твит вызвал интерес, и мне предложили написать статью на Hackaday.io. Я последовал совету и опубликовал свою статью там.

Но в этой статье я хочу описать реализацию часов с применением шести индикаторов ИН-14 с использованием улучшенного драйвера. Как выглядят эти лампы, вы можете увидеть ниже.

Давайте приступим

Ниже изображена схема драйвера часов:

Схема подключения ламп:

Согласно документации, индикаторная лампа работает от напряжения в 170В (напряжение возникновения разряда), для стабильной работы нам потребуется напряжение в 200В. Как вы можете видеть из схемы, для повышения напряжения до 200В применен set-up преобразователь на базе ШИМ контроллера МАХ1771 в связке с L2, D1 и Q1. Так как нам недостаточно выводов ESP8266 для управления лампами, то будем «размножать» пины управления с помощью дешифраторов CD4028BM96. Данный модифицированный драйвер позволяет управлять десятью газоразрядными индикаторными лампами. Выше описанный драйвер имеет динамический метод управления индикацией, то есть в определенный момент времени загорается только одна лампа, но переключение выполняется настолько быстро, что человеческий глаз практически не воспринимает переключение ламп и кажется что все лампы горят одновременно. Данный режим переводит работу ламп в импульсный режим, что положительно сказывается на их срок службы.

Разработка платы

Разработка платы велась в Sprint-Layout 5.0, так как мне это было удобнее для изготовления платы в домашних условиях.

Плата драйвера:

Плата для установки ламп:

Изготовление печатной платы выполнялось с применение фотошаблона и фоторезиста:

Засветка фоторезиста платы драйвера:

Засветка фоторезиста платы крепления ламп:

Травление платы драйвера:

Пайка компонентов:

Плата драйвера в собранном виде:

Монтаж ламп на плату управления:

Тест работы схемы часов с небольшой отладкой:

Для управления высоким напряжением используются оптроны TLP627 от компании TOSHIBA.

TLP627 — высоковольтный транзисторный оптрон со схемой Дарлингтона на выходе.

Корпус часов

Корпус часов не предполагает какой либо сложной конструкции, разработка выполнялась во FreeCAD:

Далее корпус был распечатан на 3D принтере, с использованием HIPS пластика. Данный пластик при печати создает структуру стенки, которая чем-то похоже на дерево и не обладает глянцевым эффектом как другие виды пластика типа PLA, ABS и т. п.

Монтаж электроники

После изготовления корпуса, необходимо смонтировать все компоненты. Ниже показан монтаж платы драйвера с применением, всеми любимого, термоклея. :)

В итоге мы получаем следующее:

Часы в работе:

Часы в данный момент находятся на моём на рабочем столе, естественно, в живую они выглядят гораздо красивее:

❯ Давайте поговорим о прошивке часов

Для разработки прошивки часов, я использовал среду разработки Arduino IDE. Ниже представлен код прошивки:

• Код прошивки в источнике материала.

После удачной прошивки и первом включении, часы создадут Wi-Fi точку доступа. Для конфигурации часов необходимо подключиться к созданной точке доступа (пароль сети указан в прошивке) и перейдя по IP адресу 192.168.4.1 в браузере вашего устройства, выполнить не сложную настройку часов. Ниже представлен скриншот интерфейса устройства:

Для настройки часов, вам необходимо будет подключиться к вашей Wi-Fi сети, указать NTP сервер и ваш часовой пояс. Затем перезагрузить часы. Всё, часы готовы к использованию.

❯ Что в итоге?

В итоге у нас получились простые в реализации часы на ламповых индикаторах, где не требуется применять антикварные микросхемы типа К155ИД1, вся схема выполнена на современной элементарной базе. Часы не нуждаются в ручной настройке времени, синхронизация времени выполняется автоматически с удаленного NTP сервера, что гарантирует постоянную точность времени. Разработанный драйвер показал хорошие результаты надежности, работая уже более пяти лет.

Есть желание собрать часы на базе этого драйвера с применением ламп ИН-18, но пока стоимость ламп меня пугает).

Спасибо, что дочитали до конца! Если статья понравилась, то вы знаете что делать. И как всегда, вопросы, пожелания, осуждение? :) — добро пожаловать в комментарии. До встречи в новых статьях!

Небольшой бонус, фото из архива:

Ссылки к статье:

• Модель корпуса часов

• Исходники проекта на GitHub (прошивка и проект платы)

Моё мобильное приложение для быстрого поиска и доступа к моим(и не только) самодельным устройствам.

❯ Небольшая предыстория

Больше года назад я нашел в своих закромах одноплатный компьютер Raspberry Pi 4 Model B 8 ГБ. Устройство было куплено за небольшую цену в то время, когда человечество ещё не сошло с ума. Без долгих размышлений, я принял решение создать голосового ассистента на базе этого одноплатного компьютера, чтобы управлять своей системой домашней автоматизации. Бонусом к этой идее шли приватность и автономность. В итоге у меня «родилось» устройство под кодовым именем «Мария».

Но в этой статье не пойдет речь об использовании Raspberry Pi 4 Model B, так как в современных реалиях использование данного одноплатного компьютера стоимостью более $190, трудно назвать бюджетным решением.

❯ Давайте изобретать

Недавно компания Xunlong Software, которая занимается выпуском одноплатных компьютеров под маркой Orange Pi, представила интересное решение — плату Orange Pi Zero 2W с 4 ГБ оперативной памяти, стоимостью $27.

Данное решение вполне подходит для нашего проекта, как в техническом, так и в экономическом плане.

Итак, определимся с конструкцией устройства. Изучив спецификацию Orange Pi Zero 2W, у нас формируется следующий список дополнительных компонентов:

1. Динамик 52мм (просто он у меня уже был $1,3)

2. Усилитель низкой частоты (буду использовать PAM8403 $0,9 за 10 шт)

3. USB микрофон (xingzhaotong $1,5)

4. Шлейф FFC FPC 24pin тип B ($1)

5. RGB светодиод

❯ Разработка звуковой платы

Согласно документации, аудиовыходы реализованы на боковом разъеме FPC, а интерфейс I2S отсутствует. По крайней мере, мне не удалось его реализовать на этой плате. Таким образом, в качестве аудиовхода мы будем использовать USB-микрофон. В версии «Мария» я использовал I2S-микрофон, который продемонстрировал отличные результаты. Ниже предоставлена распиновка бокового разъёма.

Исходя из вышесказанного, в процессе разработки у нас получается следующая схема «звуковой платы»:

Так могла бы выглядеть плата при производстве на китайской фабрике:

❯ Изготовление звуковой платы

На тот момент, я разрабатывал прототип, и не было известно, как поведет себя схема звуковой платы. Поэтому пришлось выполнять изготовление прототипа платы в домашних условиях, для меня это дело привычное. Плата изготавливалась с помощью фоторезиста и вытравливалась в растворе перекиси водорода, лимонной кислоты и соли.

Немного были переживания относительно качества вытравливания мелких дорожек, но фоторезист не подвёл, всё получилось хорошо.

Ниже показано тестовое подключение звуковой платы к одноплатному компьютеру с помощью шлейфа FFC FPC:

❯ Настало время творчества! Проектируем корпус

Обычно в своих разработках я использую естественный интеллект. Поэтому пришлось придумывать дизайн корпуса самостоятельно, учитывая особенности печати 3D принтера. Разработку модели корпуса выполнял с помощью FreeCAD, результат моделирования вы можете видеть ниже.

Элементы корпуса были спроектированы с учетом оптимизации процесса печати, при этом качество не пострадало. В процессе печати не используются структуры поддержки. Ножки корпуса выполнены из TPU-пластика, использование флекс пластика предотвращает скольжение умной колонки по поверхности стола.

❯ Сборка умной колонки

Подключение элементов устройства выполняется по следующей схеме:

Как видно из схемы, для управления усилителем используется выход 28 (wPi 18) RPI разъёма, данный выход подключается к контакту звуковой платы с обозначением «SOUND EN». К выходам 26, 24, 22 подключается управление RGB светодиода, который выполняет функцию индикатора при выполнения запросов.

Как я упоминал ранее, в качестве микрофона используется USB микрофон марки xingzhaotong, который выглядит так:

Для установки в корпус колонки, нам необходимо его полностью разобрать и оставить только плату. Данная плата подключается согласно распиновки к соответствующим контактам на звуковой плате GND, DP, DM, VCC.

Давайте приступим к сборке устройства. Предварительная примерка платы Orange Pi Zero 2W:

Вид сверху без верхней крышки, на верхней поверхности резонатора виден прикрепленный USB микрофон в центре будет размещен RGB светодиод.

❯ Немного программной части

В этой статье я не планировал описывать программную часть устройства, так как это занимает большой объем информации, лучше это сделать в отдельной статье. Но ниже будут предоставлены некоторые моменты по программной настройки устройства.

Операционная система:

В качестве операционной системы я использовал Debian Bullseye c версией ядра 6.1.31, скачать можно на официальном сайте Orange Pi.

Управление GPIO:

Для управления GPIO используется официальная библиотека Orange Pi wiringPi.

Установка wiringPi:

apt-get update
apt-get install -y git
git clone https://github.com/orangepi-xunlong/wiringOP.git
cd wiringOP
sudo ./build clean
sudo ./build

После успешной установки Orange Pi wiringPi, мы можем вывести таблицу GPIO:

gpio readall

В итоге мы увидим следующее:

Обратите внимание, что в колонке «V» указано текущее состояние пина RPI.
Чтобы изменить состояние, мы можем воспользоваться следующими командами:

gpio mode 18 out # Изменение типа пина вход/выход (in/out)
gpio write 18 0 # Изменение уровня пина низкий/высокий (0/1)
gpio read 18 # Чтение состояние пина

Пример одного из вариантов управления GPIO из Python скрипта:

import os
os.system("gpio mode 18 out") # Изменение типа пина вход/выход (in/out)
os.system("gpio write 18 0") # Изменение уровня пина низкий уровень
os.system("gpio write 18 1") # Изменение уровня пина высокий уровень
os.system("gpio read 18") # Чтение состояние пина

Проверка наличия микрофона в системе:

Чтобы убедиться в правильности подключения микрофона, в консоли необходимо выполнить следующую команду:

arecord -l

Вывод команды должен быть следующим:

**** List of CAPTURE Hardware Devices ****
card 2: ahubhdmi [ahubhdmi], device 0: ahub_plat-i2s-hifi i2s-hifi-0 [ahub_plat-i2s-hifi i2s-hifi-0]
Subdevices: 1/1
Subdevice #0: subdevice #0
card 3: Device [USB PnP Sound Device], device 0: USB Audio [USB Audio]
Subdevices: 0/1
Subdevice #0: subdevice #0

Как видим из вывода, устройство USB PnP Sound Device успешно определилось в системе, если устройство отсутствует, то необходимо убедиться в его корректном подключении.

Настройка аудиовыхода:

Чтобы сконфигурировать аудиовыход под наши задачи, в терминале необходимо выполнить следующую команду:

alsamixer

В консоли появится окно с аудио устройствами, нажав F6 необходимо выбрать наше устройство с именем audiocodec и выполнить настройку как отображено ниже на картинке:

После этого можно выполнить алгоритм теста аудиосистемы.

Вывод списка доступных устройств воспроизведения звука:

aplay -l

Вывод команды:

**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
card 0: audiocodec [audiocodec], device 0: CDC PCM Codec-0 [CDC PCM Codec-0]
Subdevices: 1/1
Subdevice #0: subdevice #0
card 2: ahubhdmi [ahubhdmi], device 0: ahub_plat-i2s-hifi i2s-hifi-0 [ahub_plat-i2s-hifi i2s-hifi-0]
Subdevices: 1/1
Subdevice #0: subdevice #0

Мы используем линейный выход, поэтому наше устройство имеет имя CDC PCM Codec-0 [CDC PCM Codec-0]. Давайте протестируем вывод звука через наше устройство.

Первое что нужно сделать — это включить наш усилитель с помощью команд:

gpio mode 18 out
gpio write 18 1

Далее нам необходимо запустить тест с помощью генератора шума, командой в терминале:

speaker-test -c2 -Dplughw:0,0 # plughw:0,0 - это адрес нашего звукового устройства

Вывод команды:

speaker-test 1.2.4

Playback device is plughw:0,0
Stream parameters are 48000Hz, S16_LE, 2 channels
Using 16 octaves of pink noise
Rate set to 48000Hz (requested 48000Hz)
Buffer size range from 32 to 131072
Period size range from 16 to 16384
Using max buffer size 131072
Periods = 4
was set period_size = 16384
was set buffer_size = 131072
0 - Front Left
1 - Front Right
Time per period = 2.742858
0 - Front Left
1 - Front Right
Time per period = 5.461073
0 - Front Left
1 - Front Right
Time per period = 0.580064

Во время теста должен наблюдаться «белый» шум из динамика, если это произошло, то подключение и настройка аудиосистемы была выполнена корректно.

❯ Итог

В этой статье я попытался описать реализацию аппаратной части своего DIY проекта голосового ассистента для умного дома. Написание статьи отнимает большое количество времени, поэтому программную часть проекта постараюсь описать в следующем материале, если вам будет интересно.

Предугадывая ваш вопрос — «Почему бы не использовать Yandex Алису и подобные коммерческие решения?», сразу же изложу свою мысль:

Я сторонник автономных решений в плане их использования в критической инфраструктуре. А системы умного дома я отношу к этим категориям, поэтому, с моей точки зрения, использование устройств, зависящих от внешних систем, недопустимо. Описанное в статье решение не использует внешних сервисов для распознавания речи, векторизации запросов, синтеза речи и управления устройствами. И, конечно, я имею полный контроль над алгоритмами моего устройства, включая приватность.

Спасибо за ваше внимание! Ниже под спойлером несколько видео работы собранного устройства.

Файлы проекта:

• Файлы модели корпуса.

• Печатная плата проекта.

Так же рекомендуем почитать:

• Как проклятие невидимой стены ждало меня 20 лет

• DECstation 5000/260 — когда интернет был еще молодым

• Простая гравировка для дома: электрический карандаш