Interaktívny strom: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Zaujímavou tradíciou v súvislosti s doktorandskou a diplomovou prácou je, že sú zavesené na strome v hlavnej knižnici KTH pred verejnou obhajobou/seminárom. Preto sa ako skupina pre náš kurz navrhovania a realizácie fyzickej interakcie naša skupina rozhodla pripomenúť si tento zvyk vytvorením interaktívnej verzie stromu.

Krok 1: Čo budete potrebovať

Materiály:

• 1x digitálna váha (so 4 snímačmi zaťaženia)
• Čistiace utierky z bavlny a celulózy (na jeden kvet sme použili jednu utierku, celkom 6)
• 2x penové gule
• Závit
• 4x drevené dosky (naše mali 22 x 170 x 1600 mm)
• 6x vonkajšie rohové lišty (2 x 27 x 27 x 750 mm, 2 27 x 27 x 600 mm a 2 27 x 27 x 1350 mm)
• 1x drevená doska (nie hrubšia ako 6-7 mm)
• 2x Drevená doska (hrúbka 2-3 cm, 45x45 cm)
• Drôty
• Spájka
• Horúce lepidlo
• Teplom zmrštiteľné trubice
• Obojstranná lepiaca páska
• 20x univerzálne skrutky (5x40 mm)
• 20x univerzálne skrutky (3,0x12 mm)
• 10x uhly výstuže
• 1x Stripboard (prototypová doska)

Elektronika:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - zosilňovač zaťažovacích buniek
• 1x - Mikroprocesor ESP8266 Huzzah Feather
• 1x - Adafruit RC522 RFID čítačka
• 2x-multiplexory (8-bitové posuvné registre s 3-stavovými výstupnými registrami)
• 16x - Červené LED diódy
• 16x - Rezistory
• 6x - Servo - Hitec HS -422 (štandardná veľkosť)

Náradie:

• Spájkovačka
• Horúca lepiaca pištoľ
• Ručná píla
• Coping Saw
• Elektrický skrutkovač
• Rasp
• Jigsaw Nástroj na rezanie dreva

Krok 2: Pripojte digitálnu kúpeľňovú váhu s telesnou hmotnosťou

Na tento prvý krok sme použili 4 snímače zaťaženia z digitálnej kúpeľňovej váhy s telesnou hmotnosťou a zosilňovač zaťaženia HX711. Kolíky sú označené farbami: RED, BLK, WHT, GRN a YLW, ktoré zodpovedajú farebnému kódovaniu jednotlivých snímačov zaťaženia. Pripojili ich k zostave mosta z pšeničného kameňa (pozri obrázky). Na červené snímače zaťažovacej bunky 1 a zaťažovacej bunky 4 aplikujeme excitáciu a prečítame signály z červenej zaťažovacej bunky 2 a zaťažovacej bunky 3 (pozri odkaz).

Krok 3: Nastavte čítačku RFID

Na zostavenie skenera sme použili dva kusy hardvéru; mikrokontrolér ESP8266 Huzzah Feather a čítačka RFID Adafruit RC522.

ESP8266 a RC522 mali medzi sebou 5 spojení (pozri obrázok 1).

Účelom skenera bolo naskenovať karty KTH s frekvenciou 13,6 MHz a odoslať jedinečný identifikátor karty alebo v ideálnom prípade ID študenta do databázy Google Firebase. To všetko sa robilo pomocou vopred pripravených balíkov Arduino, MFRC522 pre RC522, ESP8266 pre wifi a Arduino Firebase pre komunikáciu firebase. Akonáhle boli informácie odoslané do databázy, webová stránka obsahujúca strom bola aktualizovaná pomocou animácie D3.js, aby simulovala kvitnutie kvetu na virtuálnom strome.

Posledná časť nastavenia spočívala v odoslaní informácie o naskenovanej karte do mikrokontroléra Arduino Uno. ESP8266 a Arduino Uno mali medzi sebou 1 spojenie (pozri obrázok 1).

Pin 16 bol použitý konkrétne preto, že má predvolenú hodnotu LOW, zatiaľ čo ostatné piny mali predvolené hodnoty HIGH. Keď je karta naskenovaná, odoslali sme jeden VYSOKÝ impulz do Arduino Uno, ktorý potom vykonal zvyšok kódu.

Krok 4: Nastavenie cesty LED

Aby sme dosiahli zmysluplnejšiu interakciu a viditeľnú spätnú väzbu na určité akcie používateľov, rozhodli sme sa zariadiť cestu LED diód, ktoré sa rozsvietia smerom k určenej vetve. Preto je užívateľ vedený k tomu, kde by mal prácu konkrétne zavesiť.

Na tento účel sme použili dva multiplexory: 8-bitové posuvné registre s 3-stavovými výstupnými registrami a 16 červenými diódami. Multiplexor poskytuje kontrolu nad 8 výstupmi súčasne, pričom na našom mikrokontroléri zaberá iba 3 piny. Pripojenia boli vytvorené „synchrónnou sériovou komunikáciou“(pozri odkaz).

Krok 5: Zložte kvety

Na tento krok sme použili ľahký a ohybný materiál - čistiace utierky. Z tohto materiálu boli vyrezané kúsky v tvare okvetného lístka. V dôsledku toho sú tieto okvetné lístky spojené s centrálnou štruktúrou vyrobenou z penovej gule. Každý okvetný lístok je zaistený niťou, takže pri vytiahnutí sa okvetné lístok ohýba.

Krok 6: Postavte strom

Našim hlavným materiálom je drevo. Strom sa skladá zo štyroch samostatných drevených dosiek zoskrutkovaných do štvorcového tvaru (5 skrutiek na spojenie 2 dosiek). Konáre sú vyrobené z dreva mimo rohovej lišty. Na vloženie konárov boli do kmeňa stromu vyrezané štvorcové otvory. Každá vetva má buď jednu diódu LED na konci (dolná a horná vetva) alebo dve diódy LED (stredná vetva). Každá LED dióda je zaistená lepidlom.

Po správnom nasadení LED diód sme na každú vetvu pripevnili jeden kvet. Každá kvetina má servo, ktoré riadi kvitnutie (pozri obrázky). Váha, LED a servo sú k Arduinu pripojené prostredníctvom prototypovej dosky vyrobenej v kroku 4. Každá vetva je pripevnená k kufru z ľavej a pravej strany pomocou výstužných uhlov a univerzálnych skrutiek 3,0 x 12 mm.

Jedna z hrubších drevených dosiek bude použitá ako základ pre strom a druhá bude vyrezaná do tvarov pravouhlého trojuholníka, ktoré budú najskôr priskrutkované ku kmeňu stromu a potom zaistené k drevenej doske v základni.

Pre základnú drevenú dosku urobte štvorcový otvor pre drôty váhy, cez ktorý prejdete, a potom váhu pripevnite k drevenej doske obojstrannou lepiacou páskou.

Arduino Uno bolo umiestnené v spodnej časti kufra, rovnako ako prototypová doska so všetkými zodpovedajúcimi spojeniami.

Pred zatvorením stromu urobte v poslednej drevenej doske na jeho základni štvorcový otvor, aby sa počítač pripojil k Arduinu a mikrokontroléru ESP8266 Huzzah Feather.

Krok 7: Ozdobte strom

Na zlepšenie vzhľadu nášho prototypu sme pridali niekoľko listov na konáre, ktoré boli rezané laserom, a tiež sovu (na symbolizovanie znalostí).

Krok 8: Kód

Tu máte rôzne kódy, ktoré môžete použiť na testovanie fungovania každého komponentu (calibration_test.ino pre váhu, scanner.ino pre čítačku RFID a servo_test.ino pre serva) a potom všetko ako celok (light_test.ino ako počiatočný test a main.ino ako konečná verzia).

Budete tiež musieť nainštalovať knižnicu HX711, aby ste mohli pracovať s váhou (odkaz na knižnicu).

Krok 9: Vytvorte webovú aplikáciu

Ako ďalšiu interakciu sme pridali digitálnu spätnú väzbu prostredníctvom webovej aplikácie. Aplikácia dostane naskenovaný identifikátor a v dôsledku obesenej tézy kvitne aj kvet na virtuálnom strome.

Krok 10: Užite si zážitok

Nakoniec sme boli radi, že sa nám podarilo prepojiť všetky komponenty. Tento proces bol vzrušujúci aj stresujúci, ale napriek všetkým výzvam sme s výsledkom spokojní a skúsenosti boli zaujímavé a čo je najdôležitejšie, vzdelávacie.