Arborele interactiv: 10 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

O tradiție interesantă în ceea ce privește teza de doctorat și teza de licențiat este aceea că acestea sunt spânzurate pe un copac din biblioteca principală KTH înainte de apărarea publică / seminar. Prin urmare, ca proiect pentru cursul nostru de proiectare și realizare a interacțiunilor fizice, grupul nostru a decis să comemoreze acest obicei prin crearea unei versiuni interactive a arborelui.

Pasul 1: De ce veți avea nevoie

Materiale:

• 1x Scală digitală (cu 4 celule de încărcare)
• Cârpe de curățat din bumbac și celuloză (am folosit o cârpă pe floare, 6 în total)
• 2x bile de spumă
• Fir
• 4x scânduri de lemn (ale noastre aveau 22x170x1600 mm fiecare)
• 6x colțuri exterioare de colț (2 de 27x27x750 mm, 2 de 27x27x600 mm și 2 de 27x27x1350 mm)
• 1x scândură de lemn (nu mai groasă de 6-7 mm)
• 2x scânduri de lemn (2-3 cm grosime, 45x45 cm)
• Fire
• Solder
• Lipici fierbinte
• Tuburi termocontractabile
• Bandă adezivă pe două fețe
• 20x șuruburi universale (5x40 mm)
• 20x șuruburi universale (3,0x12 mm)
• 10x unghiuri de armare
• 1x Stripboard (placa de prototip)

Electronică:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - Amplificator de celule de încărcare
• 1x - microcontroler ESP8266 Huzzah Feather
• 1x - Cititor RFID Adafruit RC522
• 2x - Multiplexoare (registre de schimbare pe 8 biți cu registre de ieșire în 3 stări)
• 16x - LED-uri roșii
• 16x - Rezistențe
• 6x - Servo - Hitec HS-422 (dimensiune standard)

Instrumente:

• Ciocan de lipit
• Pistol de lipit fierbinte
• Fierastrau
• Ferăstrău de coping
• Șurubelniță electrică
• Lemn Rasp
• Instrument de tăiere a lemnului

Pasul 2: Conectați cântarul digital pentru greutatea corporală

Pentru acest prim pas, am folosit 4 celule de încărcare dintr-un cântar digital pentru greutatea corporală și amplificatorul de celule de încărcare HX711. Pinii sunt etichetați cu culori: RED, BLK, WHT, GRN și YLW, care corespund codării culorilor fiecărei celule de încărcare. Au fost legați într-o formațiune de pod de grâu (vezi imagini). Aplicăm o excitație pe roșu celulei de încărcare 1 și celulei de încărcare 4 și citim semnalele de pe roșii celulei de încărcare 2 și celulei de încărcare 3 (vezi link).

Pasul 3: Configurați cititorul RFID

Pentru asamblarea scanerului am folosit două piese de hardware; microcontrolerul ESP8266 Huzzah Feather și cititorul RFID Adafruit RC522.

ESP8266 și RC522 aveau 5 conexiuni între ele (vezi imaginea 1).

Scopul scanerului a fost scanarea cardurilor KTH, de 13,6 MHz, și trimiterea ID-ului unic al cardului sau, în cazul ideal, ID-ul studentului, la o bază de date Google Firebase. Toate acestea s-au făcut folosind pachete Arduino prefabricate, MFRC522 pentru RC522, ESP8266 pentru wifi și Arduino Firebase pentru comunicația Firebase. Odată ce informațiile au fost trimise în baza de date, o pagină web care conține un copac a fost actualizată folosind animația D3.js pentru a simula o floare care înflorește pe un copac virtual.

Ultima parte a configurării a fost aceea de a trimite informația că un card a fost scanat la microcontrolerul Arduino Uno. ESP8266 și Arduino Uno aveau o conexiune între ele (vezi imaginea 1).

Pinul 16 a fost utilizat în mod special pentru că are o valoare implicită LOW, în timp ce ceilalți pini au avut valorile implicite de HIGH. Când se scanează un card, am trimis un singur impuls HIGH la Arduino Uno, care apoi a executat restul codului.

Pasul 4: Configurare cale LED

Pentru a avea o interacțiune mai semnificativă, precum și un feedback vizibil asupra anumitor acțiuni ale utilizatorilor, am decis să aranjăm o cale de LED-uri care se aprind spre ramura desemnată. Prin urmare, utilizatorul este îndrumat către locul în care ar trebui să suspende în mod specific teza.

Pentru aceasta am folosit două multiplexoare: registre de schimbare pe 8 biți cu registre de ieșire în 3 stări și 16 leduri roșii. Multiplexorul oferă control asupra a 8 ieșiri simultan, ocupând doar 3 pini pe microcontrolerul nostru. Conexiunile au fost realizate prin „comunicare serială sincronă” (vezi link).

Pasul 5: Compuneți florile

Pentru acest pas, am folosit un material ușor și flexibil - cârpe de curățat. Din acest material au fost decupate bucăți în formă de petală. În consecință, aceste petale sunt conectate la o structură centrală, realizată dintr-o minge de spumă. Fiecare petală este fixată cu un fir, astfel încât atunci când este trasă, petala se îndoaie.

Pasul 6: Construiți copacul

Materialul nostru principal este lemnul. Arborele este compus din patru scânduri separate de lemn înșurubate într-o formă pătrată (5 șuruburi pentru conectarea a 2 scânduri). Ramurile au fost realizate din lemn din colțul exterior. Au fost tăiate găuri pătrate în trunchiul copacului pentru a introduce ramurile. Fiecare ramură are fie un LED la extremitate (ramura inferioară și superioară), fie două LED-uri (ramura mijlocie). Fiecare LED a fost fixat cu adeziv.

După ce LED-urile au fost puse în mod corespunzător, am atașat câte o floare pe fiecare ramură. Fiecare floare are un servo care controlează înflorirea (vezi imagini). Cântarul, LED-urile și servo-ul sunt conectate la Arduino, prin placa de prototipare realizată în timpul Pasului 4. Fiecare ramură este fixată de trunchi din partea stângă și dreaptă folosind unghiurile de armare și șuruburile universale de 3,0x12 mm.

Una dintre scândurile de lemn mai groase va fi folosită ca bază pentru copac, iar cealaltă va fi tăiată în formă de triunghi dreptunghiular, care va fi înșurubat mai întâi pe trunchiul copacului și apoi fixat pe scândura de lemn de la bază.

Pentru placa de bază de bază, faceți o gaură pătrată pentru a trece firele cântarului și apoi fixați cântarul pe placa de lemn cu banda adezivă dublă.

Arduino Uno a fost poziționat la baza portbagajului, precum și a plăcii de prototipare cu toate conexiunile corespunzătoare.

Înainte de a închide copacul, faceți o gaură pătrată în ultima scândură de lemn de la baza acestuia, pentru a conecta computerul la Arduino și la microcontrolerul ESP8266 Huzzah Feather.

Pasul 7: Decorează Arborele

Pentru a îmbunătăți aspectul prototipului nostru, am adăugat câteva frunze pe ramurile tăiate cu laser, precum și o bufniță (pentru a simboliza cunoștințele).

Pasul 8: Codul

Aici aveți diferite coduri pe care le puteți utiliza pentru a testa modul în care funcționează fiecare componentă (calibration_test.ino pentru scară, scanner.ino pentru RFID Reader și servo_test.ino pentru servos) și apoi totul în întregime (light_test.ino ca un testul inițial și main.ino ca versiune finală).

De asemenea, va trebui să instalați biblioteca HX711 pentru a putea lucra cu scara (link către bibliotecă).

Pasul 9: Creați aplicația web

Ca interacțiune suplimentară, am adăugat un feedback digital printr-o aplicație web. Aplicația primește ID-ul scanat și, ca rezultat al tezei spânzurate, înflorește și floarea de pe arborele virtual.

Pasul 10: Bucurați-vă de experiență

În cele din urmă, ne-am bucurat că am reușit să facem ca toate componentele să funcționeze împreună. Procesul a fost atât interesant, cât și stresant, dar în ciuda tuturor provocărilor, suntem mulțumiți de rezultat, iar experiența a fost interesantă și, cel mai important, educațională.