Lucru de lumină intermitentă pliabilă: 15 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Inspirație

Acum câțiva ani, fratele meu a avut o idee strălucită pentru un produs pe care l-a numit Blinky Light Thing. Era un gadget aproape inutil care servea doar pentru a amuza proprietarul cu lumini intermitente, vibrații și un fel de mișcare primitivă (ca un singur picior pe care putea să se clatine). Ar fi fost ca Pet Rock pentru noul mileniu. Nu s-a făcut niciodată.

Rapid până acum. Am avut o idee pentru un joc care implică lumini intermitente, bipuri și senzori tactili. Mi s-a părut mai practic, dar totuși un „lucru” cu „lumini intermitente” și astfel numele a fost potrivit pentru acest dispozitiv!

Ce este Blinky Light Thing?

Denumit în continuare BLT, este un mic obiect de mână (în prezent un cub) pe care puteți juca o serie de jocuri. Fiecare parte a cubului se poate aprinde și, de asemenea, poate simți atingerea. Cubul știe, de asemenea, în ce direcție este orientat și poate simți mișcarea.

Dar iată partea interesantă (bine, pe lângă luminile intermitente și orice altceva..). Are capacitatea de a comunica cu alte BLT-uri! Face acest lucru prin Bluetooth Low Energy sau BLE. Acest lucru permite jocuri care implică mai mult de un cub și jocuri cu mai mulți jucători.

Evoluţie

Inițial, când inspirația m-a lovit, mi-am imaginat cuburi mult mai mici și având un număr de ele. Am ajuns rapid la concluzia că acest lucru a fost prea complex pentru a fi realizat ca prim prototip și m-am bazat pe ideea de a avea doar 2 cuburi mai mari pentru a demonstra conceptul. Primul design urma să fie construit ca un cub dur cu laturi acrilice, cu o inserție care conține electronica și panouri montate pe un cadru interior. De asemenea, în designul original, LED-urile încorporate de pe circuitul de joacă ar lumina laturile cubului prin „țevi de lumină” realizate din acrilic îndoit. În general, acest lucru a fost foarte inteligent, dar probabil, de asemenea, a fost extrem de proiectat! Am ajuns până la realizarea cubului, a panourilor și a structurii interioare înainte de a-mi da seama că a fost prea complicat.

Introduceți: hârtie

La un moment dat la începutul schițelor mele, așezasem toate componentele pe un desen plat al laturilor cubului, doar pentru a vizualiza lucrurile mai bine. Mult mai târziu, m-am întors la această idee și m-am gândit, poate aș putea să o fac plată și apoi să o „împăturesc”. Am crezut că aș putea face acest lucru cu panourile acrilice așezându-le plat, montând toate piesele și apoi „pliant” totul în poziție.

Apoi, mai târziu, m-am gândit, de ce să nu mergem mai departe și să facem un prototip din hârtie / carton și să-l împăturim literalmente? Mă jucasem deja cu ideile unui computer pliabil și a unui robot pliabil, așa că de ce nu și asta?

Pasul 1: Lista pieselor

Piese pentru a crea un singur lucru de lumină intermitentă. NeoPixels vin, în general, ca o bandă de 1 metru, care este suficientă pentru a construi 2 cuburi cu un pic rămas.

2 Bandă reflectorizantă din folie metalică - 3,38 USD

Foaie acrilică 8 "x 10" - 3,38 USD

2 coli de carton, 8,5 "x 11" - 3,99 USD. Am folosit albastru, dar orice culoare închisă ar funcționa bine.

Circuit Playground Classic - 20 USD

Modulul HM-10 BLE - 4 USD

Sârmă de gabarit mic. Am folosit un cablu panglică reciclat - 1,77 dolari de la un vechi conector de unitate floppy.

Banda NeoPixel de 1 metru - 6 USD (30 leduri, avem nevoie doar de 12)

3x suport baterie AAA - 140 USD

Tacky Glue - 1,29 USD sau alt lipici pentru hârtie

Lipici fierbinte

Instrumente necesare

Decapanti de sârmă sau utilizarea atentă a lamei de ras..

Instrument de punctare acrilic sau lama x-acto adecvată

Instrument de notare pentru carton sau un stilou bun

Cleme (facilitează tăierea acrilului)

Gravor sau alt instrument de tip Dremel.

Hârtie de nisip fină

Brichetă bic (dacă doriți să lustruiți acrilul)

Pumn de gaură

Pasul 2: Cubul

BLT-ul complet este un cub de 2,5 "pătrat. La această dimensiune s-a ajuns ca un compromis bun pentru a conține circuitul terenului de joacă (un cerc de 2") și panourile acrilice, suportul bateriei etc.

Laturile unui cub pot fi așezate pe o foaie de carton. Știați că există 11 moduri diferite de a face acest lucru? Nu am făcut-o! Totuși, am avut alte constrângeri. Trebuia să se potrivească pe o foaie de hârtie / carton de dimensiuni standard (8,5 "x 11") și trebuia să se plieze astfel încât să reducă la minimum îndoirile din cabluri. Modelul pe care l-am ales se potrivește aproape perfect pentru a face cubul de 2,5 ". De asemenea, permite ca fiecare parte a cubului să aibă un exterior și o pliere, care formează partea din spate a fiecărui panou acrilic.

Am tipărit acest lucru-p.webp

Pasul 3: Panouri strălucitoare

Fiecare parte a cubului are un panou de strălucire luminat de margine. Fiecare dintre ele are dimensiuni de 2 inch pătrate, cu aproximativ 1/4 "în plus pe o parte. Acest bit suplimentar va fi locul în care sunt montate LED-urile. Am folosit acrilic gros de 0,08" de la Plaskolite, pe care l-am cumpărat la Lowes în 8 x 10 coli. O singură foaie vă va aduce toate piesele pentru un cub. Ați putea obține aceste părți tăiate cu laser de la un serviciu precum Ponoko, dar am făcut-o manual.

Pentru a tăia piesele, aveți nevoie de un instrument de notare. Am folosit una dintre lame din trusa mea x-acto. Am pus o imprimare a pieselor sub plastic și apoi am marcat de-a lungul liniilor de deasupra. Trebuie să vă gândiți la ce linii să rupeți mai întâi, deoarece trebuie să spargeți plasticul de la o margine la alta. De exemplu, nu puteți face acest lucru pentru a face o gaură. Vă recomandăm să fixați plasticul la marginea unei mese cu linia de punctare chiar pe marginea blatului. Apoi, cu o apăsare rapidă în jos, plasticul se va sparge. Acest lucru lasă o margine relativ netedă, dar veți dori apoi să o șlefuiți cât de plat puteți.

Toate marginile sunt apoi șlefuite cu hârtie de nisip fină pentru a le face cât mai netede posibil și, de asemenea, ușor rotunjite, ceea ce va ajuta la menținerea luminii reflectând în interiorul plasticului. În cele din urmă, am „lustruit cu flacără” marginile cu o brichetă simplă Bic. Pe o margine (dimensiunea lungă, IE, extra 1/4 inch) am șlefuit o teșitură rotunjită, care va ajuta la reflectarea luminii spre restul panoului. În loc să atașați LED-urile la margine, ceea ce ar fi greu de realizat în acest design, ledurile se vor atașa pe cealaltă parte a teșitului, la același nivel cu suprafața panoului.

Modelele sunt gravate în plastic cu un instrument Dremel și un mic șlefuit rotund. Acest lucru face pentru suprafețe în care lumina poate fi deviată, producând astfel modele strălucitoare. Pentru a obține cea mai bună strălucire, doriți modelele de pe partea din spate a plăcii. Plăcile sunt apoi spate cu un rabatabil pentru a oferi caracteristicilor strălucitoare mai mult contrast. Pentru o izolare suplimentară a luminii, am folosit o parte din banda de folie în jurul zonei de îndoire și în jurul LED-ului.

Probabil că veți obține rezultate mai bune având un serviciu precum Ponoko tăiat și gravat cu laser panourile, dar nu am avut suficientă răbdare pentru acest prototip, așa că am făcut-o manual.

Pentru primul meu cub, am folosit un model de cuvinte Galifreyan pentru fiecare parte. Dacă sunteți un fan SF, veți recunoaște instantaneu ce sunt acestea, chiar dacă nu știți ce scrie …:)

Pasul 4: Pliați

Acum vrem să atașăm panourile. Am descoperit că lipiciul lipicios nu se lipea cu adevărat de acrilic. Am ajuns să folosesc bandă dublă. Mi-am dat seama doar după ce am terminat cubul că și banda dublă a avut tendința să strălucească, așa că nu a fost o idee bună să o folosiți pe toată partea din spate a panoului, ar trebui să atașați doar la cele patru colțuri.

Rețineți dispunerea panourilor astfel încât să puteți plia și să ajungă așezate corect. Am apăsat în jurul marginilor panourilor pentru a le închide cu placa de carton. Tacky Glue funcționează excelent aici, deoarece apucă rapid hârtia și o ține.

Pasul 5: senzori

Pentru a detecta atingerea, fiecare parte a cubului are un senzor capacitiv. Acest lucru este realizat din bandă de folie, pe care o puteți cumpăra cu ușurință de la un magazin de produse casnice, cum ar fi Lowes. Este utilizat în mod normal în conductele de aer pentru a sigila piesele conductelor. Un singur fir este dezbrăcat la un capăt și plasat lângă marginea senzorului și apoi fixat de acesta cu un alt pătrat mic de bandă de folie. Banda are o lățime de 2 , care are dimensiunea perfectă și folosește trei lungimi pentru a obține doi senzori tactili fiecare.

Toți senzorii sunt conectați împreună și împământați cu un cerc tăiat în mijlocul fiecărui panou și conectați printr-un fir.

Experimentarea a fost importantă aici. Prima mea încercare am folosit un simplu pătrat de folie. Acest lucru a funcționat OK la atingerea directă a foliei, dar nu a funcționat bine sau deloc atunci când se află în spatele acrilului. Pentru următoarea mea încercare, am tăiat un cerc în centrul foliei cu un spațiu de aproximativ 2 mm față de folia rămasă din exterior. Firul senzorului se conectează la centru în timp ce folia exterioară este împământată. Acest lucru a funcționat considerabil mai bine și a fost sensibil în spatele chiar și a două straturi de plastic.

5 senzori sunt la fel, dar al șaselea senzor este locul unde se află Circuitul Terenului de joacă. Am vrut să pot folosi în continuare LED-urile interne de pe această placă, așa că s-a făcut un model și folosit pentru a tăia cercuri în folie, precum și suportul de carton.

Pasul 6: Șir de lumină intermitentă

În designul meu original, am cumpărat LED-uri 5050 SMT individuale și le-am lipit fire. Acest lucru a fost incomod și complicat, iar șirul rezultat nu se potrivea cu versiunea pliată pe hârtie pe care am ajuns să o fac. Așa că am achiziționat o lungime de 1 metru NeoPixels cu 30 de pixeli pe metru. Aceasta a fost aproape spațiul perfect pentru a obține doi pixeli pe panou. Problema este că ar trebui să îndoi șirul după un colț, indiferent de modul în care aș întinde cubul. Îndoirea ar fi, de asemenea, o îndoire compusă, nu doar o simplă pliere.

Puteți comanda benzi care au o formă „S” care sunt menite a fi pliate în așa fel, dar nu am vrut să aștept o lună pentru a o comanda din China. Așa că am luat benzile standard și am tăiat cu grijă trei găuri pentru a obține o bandă mai flexibilă. Aveți grijă aici, deoarece doriți să lăsați suficient din urmele de cupru, astfel încât să funcționeze în continuare. Am calculat câtă putere ar folosi banda și, astfel, cât de largi trebuiau să fie urmele, așa că atâta timp cât are o lățime de aproximativ 2 milimetri, ar trebui să fii bine.

Chiar și cu găurile, este puțin dificil să puneți banda în poziție. Este ținut apăsat de o pată de adeziv fierbinte la jumătatea distanței dintre fiecare LED. Deoarece banda este lucioasă, o puteți scoate cu ușurință de pe lipiciul fierbinte, așa că aveți grijă. Este greu de văzut, dar, pentru fiecare pli, am dat benzii led o ușoară „gropiță” în sus, astfel încât atunci când cubul să fie îndoit să se plieze spre interior. Acest lucru este necesar, deoarece altfel ar fi dificil să se plieze, deoarece banda este prea rigidă.

De asemenea, asigurați-vă că orientați banda, astfel încât capătul de intrare să fie aproape de panoul unde va fi montat Circuitul de joacă. Va trebui să lipiți trei fire până la capătul benzii aici.

Pasul 7: Putere

Am folosit 3 baterii AAA pentru a obține 4,5V, ceea ce este mai mult decât suficient pentru alimentarea circuitului de joacă (care va regla asta la 3,3v pentru modulul BLE) și suficient pentru banda LED (în mod ideal, 5V, deci s-ar putea să nu să fie cât se poate de strălucitori, dar este suficient de bun).

Folosind ceva mai mult carton verde (doar pentru distracție) am creat o cutie simplă în jurul suporturilor bateriei. Am folosit un suport de 2 x AAA și un alt suport AAA unic, pentru că asta aveam la îndemână. Cutia suportului bateriei va face o montare sigură a bateriilor și va adăuga, de asemenea, o rezistență mai mare cubului final.

Pasul 8: Circuite

Pentru a controla cubul, am folosit un Adafruit Circuit Playground. Acestea sunt mai scumpe decât un Arduino Nano sau Pro Mini, cu toate acestea au o mulțime de bunuri încorporate, cum ar fi accelerometrul și difuzorul, microfonul și două butoane. De asemenea, are 10 NeoPixels la bord. Inițial plănuisem să folosesc acrilul pentru a crea țevi de lumină care să se îndoaie în interiorul cubului pentru a redirecționa lumina către toate cele șase părți. Acest lucru s-a complicat prea mult și la teste mi s-a părut că lumina nu va ajunge suficient de strălucitoare, așa că am mers cu banda NeoPixel. Pixelii încorporați vor fi folosiți pentru alți indicatori.

Modulul HM-10 dorește niveluri de 3.3v pentru comunicația serială și, deoarece Circuitul de joacă rulează și la 3.3v, nu există nicio problemă care să le conecteze direct. Dacă ar fi să folosim un alt tip de Arduino, cum ar fi un Nano sau un Pro Mini care rulează la 5V, am vrea să reducem tensiunea pe intrarea RX de pe HM-10 cu câteva rezistențe (un divizor de tensiune).

Deoarece folosim un modul bluetooth pentru a comunica între cuburi, rămân cu doar șase linii I / O, câte una pentru fiecare senzor capacitiv pentru părțile laterale ale cubului. Asta nu lasă I / O pentru NeoPixels externi. Datorită sincronizării stricte necesare pentru programarea NeoPixels, putem scăpa de a folosi un pin atât pentru pixeli, cât și pentru senzor. Verificăm periodic senzorul și apoi, atunci când este necesar, folosim pinul pentru a programa pixelii. Pixelii nu prea observă senzorul și, desigur, senzorului nu îi pasă de impulsurile de programare. În teorie, senzorul adaugă capacitate liniei care ar putea afecta pixelii, dar nu pare să fie suficient pentru a provoca o problemă.

Totuși, ceea ce se întâmplă este o problemă de codare. Deoarece senzorul capacitiv este o intrare, codul setează pinul în modul de intrare. Atunci când încercați să controlați NeoPixels, nu funcționează. Simpla setare manuală a pinului în modul de ieșire rezolvă problema.

Diagrama Fritzing arată un modul bluetooth HC-05, dar folosim cu adevărat un modul HM-10 BLE, care are același pinout. Arată, de asemenea, 4 baterii AAA, dar am avut nevoie doar de 3. În sfârșit, senzorii capacitivi nu sunt prefabricați, ci sunt realizați din bandă de folie … diagrama servește în principal pentru a arăta cum se leagă totul. Firele sunt grupate pentru a arăta cum a fost utilizat cablul cu bandă.

Pasul 9: Modulul BLE

Trebuie să configurăm modulul fără fir BLE. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este cu un programator FTDI simplu, care este, de asemenea, utilizat în mod obișnuit pentru a programa Arduino care nu au un USB încorporat (cum ar fi un Pro Mini, de exemplu). Le puteți obține pentru doar câțiva dolari. Veți dori să conectați conexiunile Gnd și Vcc la modulul BLE și conexiunile RX și TX, dar acestea sunt schimbate. Deci, RX-ul de pe o placă merge la TX pe cealaltă placă. Acest lucru are sens deoarece o placă Transmite către cealaltă placă Primind.

Când conectați USB-ul FTDI la computer, ar trebui să vă puteți conecta la acesta prin monitorul serial din Arduino IDE (folosesc versiunea online la https://create.arduino.cc/editor). Va trebui să setați Baud la 9600 dacă nu este deja.

Pentru a vă asigura că funcționează, tastați:

AT + NUME?

și apăsați butonul Trimiteți. Ar trebui să primiți un răspuns cu numele curent al dispozitivului (+ NAME = orice). Al meu a fost numit inițial BT-05, care este un alt modul (AT-09 *) decât standardul HM-10, dar în fotografie puteți vedea că l-am redenumit deja BLT (numele este limitat la 12 caractere.. deci „Blinky Light Thing” nu avea să funcționeze). Pentru a-l redenumi, tastați:

AT + NUME = BLT

Și apoi a trebuit să-l resetez pentru ca numele să apară:

AT + RESET

Deoarece realizăm mai multe cuburi care trebuie să vorbească între ele, unul dintre cuburi trebuie să fie „maestru” (sau „central” în specificațiile BLE) și să controleze / discute cu celelalte cuburi („sclavi” sau „periferice”). Pentru a face acest lucru, pentru master trebuie să trimitem aceste comenzi (modulele sunt implicit slave / periferice).

AT + IMM0

AT + ROLE1

Aceasta îi spune modulului să se conecteze automat (prima comandă) și apoi să fie un dispozitiv „central” (a doua comandă).

* Notă

Modulele mele erau module AT-09 (placa „breakout” mai mare) cu un HM-10 (placa mai mică) lipită pe ea. Cipul real care face toată munca este un Texas Instruments CC2541. Există o mulțime de variante ale acestor module, așa că aveți grijă la ce comandați. Doriți să găsiți module autentice de la Jinan Huamao.

Al meu conținea și un firmware pe care nu l-am putut identifica și, prin urmare, nu răspundea la aproape toate comenzile AT interesante. A trebuit să îl refac la firmware-ul de la Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Dacă ajungeți la unul dintre acestea, iată procesul de „remediere” a acestuia (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Pasul 10: Cablarea finală

Pentru cablarea finală am folosit un cablu panglică reciclat de la un vechi conector de unitate floppy. Orice fir subțire ar funcționa aici, dar cablul cu bandă a facilitat păstrarea lucrurilor curate și organizate. Cablul cu bandă este suficient de flexibil pentru a se îndoaie și a se încleia acolo unde este necesar.

Am folosit puncte de adeziv fierbinte pentru a ține lucrurile jos sau, în unele locuri, mai multă bandă de folie. Terenul de joacă al circuitului este ținut în loc cu un alt bit de carton pliat.

Pasul 11: Testarea

Înainte de a finaliza ceva, testați întotdeauna lucrurile pentru a vedea cum funcționează (dacă funcționează!).

Chiar înainte de a asambla nimic, am vrut să testez senzorii și, de asemenea, șirul de LED-uri. Deoarece un pin trebuie împărțit între șirul de LED-uri și un senzor, acesta a fost primul lucru pe care l-am testat. Aici am descoperit că nu funcționează, dar că motivul a fost doar faptul că pinul partajat trebuia să fie setat înapoi la un pin de ieșire după utilizarea senzorului.

Primul senzor pe care l-am testat a fost doar un simplu pătrat de folie. Acest lucru a funcționat, dar nu chiar sensibil. Circuitul de joacă este configurat pentru a permite atingerea capacitivă direct pe tampoanele sale (printr-un rezistor mai mic). Din păcate, pentru a obține mai multă sensibilitate, aveți nevoie de o rezistență mai mare, dar nu putem schimba ce se află deja pe tablă. Al doilea test am folosit un senzor circular în mijlocul pătratului foliei cu aproximativ 2 mm de folie îndepărtată, cu restul foliei la pământ. Acest lucru a făcut ca un senzor mult mai sensibil să funcționeze chiar și în spatele panourilor acrilice.

Din păcate, după ce am asamblat totul, dar încă în formă „plată”, am testat din nou senzorii și nu au funcționat bine, necesitând o atingere directă a foliei. Cred că acesta este rezultatul capacității parazitare a cablului cu bandă, lucru pe care nu l-am luat în considerare.

Pasul 12: reproiectarea senzorului

Primul lucru pe care l-am încercat a fost să atenuez efectele capacității parazitare. Mi-am dat seama folosind cablul cu panglică că toate firele senzorului erau una lângă alta, creând mai multă capacitate. Acest lucru a dus la cei mai îndepărtați doi senzori care acționează împreună, adică aș putea apăsa pe unul și obține aceeași citire pe oricare dintre pinii de intrare. Retrospectiv, aș fi putut folosi mai multe fire în cablul panglică, cu un fir de împământare între fiecare fir al senzorului. Nu am vrut să reconectez totul în acest moment, așa că am venit cu o soluție inteligentă.

În loc de un fir de împământare dedicat, aș putea schimba toți pinii senzorului pentru a fi ieșiri cu o valoare logică 0, ceea ce înseamnă că ar fi conectați la pământ. Apoi singurul senzor pe care am vrut să-l citesc va fi singura intrare. Acest lucru s-ar repeta pentru a citi fiecare senzor. Acest lucru a ajutat foarte mult doar cu puțină programare suplimentară!

În plus, am separat firele de modulul BLE departe de firele senzorului, astfel încât acestea să nu interfereze.

Totuși, senzorul nu ar detecta atingerea în spatele ecranului acrilic. În cele din urmă, am decis că Circuitul de joacă este încorporat în detectarea capacității, nu va funcționa. A fost proiectat pentru atingere directă și, prin urmare, are un rezistor de 1 megohm pe fiecare intrare. Deoarece nu pot schimba acest lucru și nu mai existau pini disponibili, a trebuit să detectez capacitatea cu un singur pin și un rezistor extern.

Am adăugat un rezistor de 10 megohm la fiecare intrare, conectat la pinul de 3,3 V și am trecut la o bibliotecă de senzori capacitivi care funcționează pe un singur pin. Motivul pentru care senzorul este mai sensibil este că rezistența superioară îl face să se încarce mai lent, permițând o măsurare mai precisă.

Pasul 13: Cod

Codul este ceea ce face ca totul să funcționeze, desigur. Am mai multe jocuri în minte pentru acest cub, precum și pentru mai multe cuburi. În prezent, am implementat doar jocul de tip simon. Puteți găsi codul aici:

Pasul 14: Foldul final

Acum, că avem totul atașat și testat, putem face ultimele pliuri care transformă această creație 2D într-un cub 3D. Începând cu dimensiunea lungă a ansamblului, pliați cele trei pliuri interioare și apoi puneți fila în fantă, formând corpul principal al cubului. Lipiți acest lucru cu Tacky Glue. Apoi, pliați panoul superior (cel cu circuitul de joacă) pe cub, punând filele în sloturi. Ar trebui să înregistrați acest lucru în loc, deoarece va trebui probabil să îl deschideți în scopuri de reprogramare.

Partea finală, care acționează ca capacul bateriilor, nu ar trebui lipită, dar are nevoie de niște bandă adezivă sau ceva pentru a o ține la loc. Într-un design ulterior, ar putea avea o filă de blocare care să fie introdusă în filă principală pentru ao menține în poziție, așa cum o folosește o mulțime de pachete de produse.

Acum ar trebui să aveți un Blinky Light Thing complet funcțional!

Pasul 15: Viitorul

Acesta a fost prototipul Lucrului Blinky Light. Scopul este de a face mai multe cuburi. Cuburile vor putea comunica între ele și vor permite jocurile jucate cu mai multe cuburi și / sau mai mulți jucători. Designul final ar trebui să fie un cub acrilic frumos tăiat cu laser sau, eventual, un corp imprimat 3D cu panouri acrilice. Aș dori să fac acest lucru ca un kit și să fie suficient de simplu pentru a construi pentru un copil. Circuitele senzorilor cu LED-uri ar putea fi construite pe un PCB flexibil pentru a face mult mai simplu de construit.

Sau cine știe, poate ar putea fi fabricat ca o jucărie? Trebuie să mă testez cu oamenii pentru a vedea ce cred. Deja ca prototip am mai mulți copii și adulți care doresc să se joace cu el și să întrebe ce este..