Iris Ashtray 光圈烟灰缸

2016/08/31维护中，以下只是大纲和口语化记录，稍后整理详细步骤和不会卡的gif

总览

光圈机械结构

光圈是很经典的机械结构，在Instructables上搜索Iris（光圈）就能找到很多手动的光圈制作教程，叶片数也不限于12片。

如上图中的6片结构，相比12叶片的结构更容易实现，因为叶片之间并无相互重叠都在同一平面上。缺点是开合的过程中开口不是圆形的而是星形。

而我们用到的12叶片结构在视觉上效果更好，不过在建模时由于仿真软件无法模拟弹性材料，因此只能把交错重叠的叶片放在同一平面。

以上是俯视的透视线图，可以看到每个叶片其实只旋转了约90°，开口就能完全闭合（但现实情况中由于重叠交错的叶片有摩擦力，不可能做到完全闭合）。

单个叶片的结构就是在120°圆弧的两端分别有两个旋转轴，朝向相反。上端的轴在上部环形结构旋转时发生角度偏移，形成相对旋转的运动；下端的轴则固定在基座的凹糟中，除了旋转还能沿基座轴向运动，形成销槽。

可以看到光圈的内径外径需满足一定的数学关系，且需确定好两个轴的位置，才能让开口接近闭合，同时转轴的运动轨迹不会超过基座销槽的长度。

理解了光圈的结构就能很容易看懂上面的透视图了。而实际工作的烟灰缸只需让上部的环形结构由电机带动旋转即可。也就有了下方的结构图。

电机控制

这里我们使用了步进电机作为动力，特点是能精确控制旋转的角度，在这里我们需要让环形结构从0°精确旋转至90°。

确定好电机的尺寸图

然后在Auto Fusion中建模。
为了让电机正常工作，需要单独使用电机驱动板来获取Arduino发送的控制信号，并获取需要较高工作电流的电源。这里选取的工作电压是9V，步进电机单相工作电流是2A。
齿轮是另一个奇特的东西，当我们放大齿轮的细节，发现它们不是想象中简单的锯齿，而是有特别的形状，其实这些弧线都是经过计算得来的，更详细的说明参考关于齿轮

红外感应、点火模块与电路逻辑

红外开关是常见的传感器，这里使用到的红外传感器感应范围在3-40CM可调，工作电压3.3V。实际测试中发现在日光下无法正常工作，得转移至室内。或者考虑到需要像常见的遥控器一样加上一层滤光挡板。

点火模块和常见的自动防风打火机使用的模块相同，工作电压在3-5V，只是工作电流能到3-4A，因此对电源匹配要求较高。点火时间最好不超过10秒，一方面钨丝本身发热时间过长会有损耗，另一方面考虑到点火模块本身发热会导致和模块接触的外壳会熔化，因此在点火模块周围考虑选用耐热材料。

控制的部分用到了Arduino，控制逻辑也很简单，循环扫描红外开关，当检测到一次挥手，则开关烟灰缸，中间停顿2s。如果检测到两次挥手，则激活点火模块。检测挥手的灵敏度可调，这里的挥手算法考虑之后参考其他开源程序。

加工的细节

基座和齿轮

叶片和底座

齿轮顶盖

齿轮上漆

上漆

外壳采用SLA光固化3D打印，实际打印效果表面质地非常好，已经接近普通的量产产品了。只是价格非常贵，接近2元/克，因此在设计中需要注意把得实心的部分挖空，壁厚只留2mm，对于普通使用2mm足够承重了。
喷漆是门手艺活，还需要多练习。

叶片

叶片用的1mm锰钢带，线切割加工。实际测试发现叶片还是太厚了以至于可以闭合的口不够小，且表面质地不如磨砂的，不平整。如果有0.05mm会更理想，但加工难度更高，且过于薄的钢片本身会松弛，导致开口闭合时中间塌陷。考虑更改叶片结构，不使用交错重叠的方式。

源程序

#include 
#define STEPS 200

const int left_infrared=8;
const int right_infrared=9;
const int standby_pin=3;
const int fire_relay=2;
const int swap_threshold=800;
// const int STEPS=200;
const int open_speed=100;

Stepper stepper(STEPS,4,5,6,7);


void setup()
{
    pinMode(left_infrared,INPUT_PULLUP);
    pinMode(right_infrared,INPUT_PULLUP);
    stepper.setSpeed(open_speed);
    pinMode(standby_pin,OUTPUT);
    pinMode(fire_relay,OUTPUT);
    digitalWrite(fire_relay,LOW);
    digitalWrite(standby_pin,LOW);
    // step(200);
    // step(-200);
    // Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
        // debug_mode();
        // initial_position();
    normal_work();

}

/////////////////////////
/////////////////////////
/////////////////////////

void step(int steps)
{
    digitalWrite(standby_pin,HIGH);
    stepper.step(steps);
    digitalWrite(standby_pin,LOW);

}

void debug_mode(){
    if(!digitalRead(right_infrared)){
        stepper.step(10);
    }
    if(!digitalRead(left_infrared)){
        stepper.step(-10);
    }
}

void normal_work(){
    int detect_count=0;
    unsigned long time_stack=0;
    while(digitalRead(left_infrared) && digitalRead(right_infrared)){
       ;
}
    delay(50);
    while(!digitalRead(left_infrared) || !digitalRead(right_infrared)){
        ;
    }

    time_stack=millis();
    detect_count=1;
    while((millis()-time_stack)<=swap_threshold){
        if(!digitalRead(left_infrared) || !digitalRead(right_infrared)){
            detect_count=2;
        }
    }
    if(detect_count==1){open_and_close();}
    else if(detect_count==2){fire();}
    delay(2000);
}

void fire(){
    digitalWrite(fire_relay,HIGH);
    delay(7000);
    digitalWrite(fire_relay,LOW);
}

void open_and_close(){
    step(-780);
    delay(2000);
    step(780);
    delay(2000);
}

void initial_position(){
    delay(1000);
    step(780);
    delay(5000);
}