Závažné diaľkové ovládanie ASD: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Počas 1. magisterského štúdia elektromechanického inžinierstva majú študenti za úlohu vytvoriť robota pre projekt predmetu Mechatronika od profesora Brama Vanderborghta. Ako tím troch dievčat sme sa rozhodli využiť príležitosť pracovať s mladými dospelými s ťažkým autizmom. „Vyberte si“je projekt v spolupráci s Parhélie Brussels, súkromným ústavom pre deti a dospelých, ktorí sú autistickí, psychotickí alebo silní neurotici. Cieľom je vytvoriť zariadenie, ktoré umožní mladým dospelým s ťažkou poruchou autistického spektra (ASD) vo veku od 12 do 18 rokov komunikovať s počítačmi. Keďže mladí dospelí nehovoria, zariadenie by im malo pomôcť komunikovať aj s ľuďmi. Odteraz si opatrovatelia nebudú musieť vyberať v mene mladých dospelých, ale mladí dospelí sa budú môcť rozhodovať autonómne. Hlavným cieľom je, aby si dokázali sami vybrať skladbu alebo večeru, ktoré sa zobrazujú na obrazovkách počítačov.

Pretože je zaujímavé poskytnúť možnosť opätovného použitia projektu v iných budúcich projektoch, bude sa brať do úvahy možnosť rozšírenia. Kódovanie počítačovej aplikácie sa bude vykonávať tak, aby sa možnosti výberu podľa potreby rozšírili.

Pri návrhu je dôležité vziať do úvahy, že deti sa dajú ľahko rozptýliť, nemajú veľmi dobré motorické schopnosti a pravdepodobne sa pokúsia zariadenie zničiť. Je navrhnutý box, do ktorého je možné uložiť všetku elektroniku. Aby bola batéria chránená pred nárazmi, je uložená v samostatnej krabici a elektronické súčiastky sú spájkované na doske plošných spojov.

Krok 1: Prvý návrh

Predtým, ako sa zamyslíte nad elektronickými komponentmi projektu, je dobré prísť s prvým návrhom krabice. Pretože sa elektronika musí zmestiť do škatule, ale škatuľka sa nemusí stať príliš veľká na to, aby sa dala používať ako diaľkové ovládanie, je to pokus a omyl. nájsť vhodné rozmery. Prostredníctvom programu Autodesk Inventor Professional 2018 je navrhnutá prvá myšlienka. Pri vyhľadávaní na internete je tak možné zohľadniť poskytnutý priestor pre všetky potrebné súčasti.

Krabica bude fungovať ako diaľkové ovládanie s 3 tlačidlami na výber medzi možnosťami zobrazenými na obrazovke počítača. Dve vonkajšie tlačidlá budú fungovať ako ovládacie tlačidlá na prepínanie medzi mládežou s ťažkým autizmom. Je veľmi dôležité, aby box nebol príliš zložitý a rušivý a vždy zachovával rovnakú konvenciu farieb. Akcelerometer, ľavé RGB Tlačidlo LED vždy zobrazí modrú farbu a pravé tlačidlo vždy červenú farbu bez ohľadu na to, ako je diaľkový ovládač orientovaný. Farby sú viditeľné stále a po stlačení tlačidla niekoľko sekúnd zmiznú. Súčasne s činnosťou tlačidiel vydá piezobuzzer zvuk a vibračné motory nechajú box vibrovať v rukách dieťaťa. Aby sa prepojila činnosť tlačidiel s počítačovou aplikáciou, signály sa do aplikácie odosielajú prostredníctvom pripojenia Wi-Fi.

Konečný box má jednoduchý, obdĺžnikový tvar a je vybavený 3 otvormi na tlačidlá (horný box), 2 otvormi (vpredu a vzadu) na pripojenie nabíjačky batérií a systému Redbear Duo a 4 veľmi malými otvormi rozloženými na oboch stranách, ktoré zaručujú, že zvuk piezobuzzera je znateľný. Hrany škatule sú zaoblené, aby sa zabránilo zraneniu mladých ľudí sebe alebo iným.

Krok 2: Získajte svoje komponenty

Budete potrebovať:

- 3D tlačiareň (je verejne prístupná FABlab Brussels) Použili sme tlačiarne dostupné pre študentov elektromechanického inžinierstva vo VÚB.

- Spájkovačka a spájkovačka

- Colorfabb XT - čistý materiál pre 3D tlačK dispozícii na:

- Redbear Duo Informácie: https://redbear.cc/duo Kúpiť od: https://www.antratek.com/redbear-duo Cena: 30 €, 13 Pracovné napätie Redbear Duo je 3, 3 V. Ostatné elektrické súčiastky potrebujú byť vybraní tak, aby boli schopní pracovať na 3, 3 V.

- Zelené (voliteľné) arkádové tlačidlo LED Informácie: https://www.adafruit.com/product/3487Kúpiť od: https://www.sossolutions.nl/ Cena: 4, 55 EUR

- 2 RGB LED tlačidlá (odpory používané na pripojenie na DPS) Kúpiť od: https://www.aliexpress.com/item/ONPOW-22mm… Cena: 18 €

-Akcelerometer ADXL345 Informácie: https://www.sparkfun.com/products/9836 Kúpiť od: https://www.antratek.nl/tri-axis-adxl345-breakout Cena: 21, 75 EUR Jedná sa o digitálny trojosový akcelerometer, ktorý nepotrebuje veľa energie Chceme, aby batéria vydržala čo najdlhšie.

-Li-Ion batéria 1200 mAh Informácie: https://www.adafruit.com/product/258 Kúpiť od: https://www.kiwi-electronics.nl/lithium-ion-polym… Cena: 11 €, 95A Li-ion bola zvolená batéria, aj keď to nie je najbezpečnejší typ batérie, pretože diaľkové ovládanie je potrebné nabíjať pomocou portu micro-USB. V opačnom prípade musia opatrovatelia vždy otvoriť škatuľu a vymeniť batérie.

-Nabíjačka batérií Informácie: https://www.adafruit.com/product/259 Kúpiť od: https://www.kiwi-electronics.nl/usb-li-ion-lipoly… Cena: 14, 90 EUR

- PiezobuzzerInformácie: https://www.adafruit.com/product/1739 Kúpiť od: https://www.adafruit.com/product/1739 Cena: 1, 25 €

-2 vibračné motory (spojené s odporom a tranzistorom) Informácie: https://www.adafruit.com/product/1201 Kúpiť od: https://www.kiwi-electronics.nl/vibrating-mini-mo… Cena: 2, 50 EUR

- Doska s plošnými spojmi (PCB) na úpravu elektrických komponentov

- Rezistory 4 odpory 150 Ohm (2 pre každé tlačidlo RGB arkády) 2 odpory 4,7 kOhm (pre akcelerometer) 3 odpory 10 kOhm (1 pre každé tlačidlo) 1 odpor 100 Ohm (pre vibračné motory) 1 PN2222 tranzistor (pre vibračné motory)

- Skrutky 2 skrutky M2, 5x8 do dosky komponentov 5 Skrutky M3x8 do spodnej časti škatule (4) a spodnej časti skrinky na batérie (1) 4 skrutky M2, 5x8 do spodnej časti vibračných skriniek (2 za každé políčko)

V programovacej časti bola na programovanie aplikácie použitá Java v Eclipse. Redbear Duo bol naprogramovaný pomocou Arduino IDE.

Krok 3: Spájkujte elektronické súčiastky na doske plošných spojov

Na spájkovanie všetkých komponentov na doske plošných spojov je potrebné poznať spojenia s Redbear Duo. Tieto spojenia je možné vizualizovať na prvom obrázku. Všetky komponenty použité v projekte sú pripojené k vstupným/výstupným kolíkom Redbear Duo. Na pripojenie tlačidiel a vibračných motorov sú potrebné odpory a tranzistory. Tieto časti je možné vizualizovať na ďalších 3 obrázkoch. Aby ste vedeli, ktoré odpory a tranzistor sa používajú a kde sú umiestnené, na týchto obrázkoch je schéma a ďalšie poznámky.

Bočná poznámka: Porty uvedené na obrázkoch sú porty použité v projekte. Je možné zvoliť rôzne porty. Je potrebné vziať do úvahy iba niektoré obmedzenia: Porty SDA a SCL akcelerometra musia byť pripojené k pinom D0 a Pin D1 zariadenia Redbear Duo. Bzučiak a vibračné motory je potrebné pripojiť k kolíku PWM.

Sprievodcu pripojením akcelerometra nájdete na webovej stránke Sparkfun. Komunikácia, ktorá sa používa, je I2C.

Krok 4: Diaľkové ovládanie 3D tlače

Akonáhle je dizajn vylepšený, krabicu je možné vytlačiť 3D. Na konečný výrobok je potrebné vytlačiť 5 rôznych častí:- spodok škatule- tvar škatule- upevňovacia doska schránky na batérie,- upevňovacie platne vibračných skriniek (2)

Prototyp bol navrhnutý pomocou 3D tlačiarne Ultimaker 2. Materiál použitý na všetky komponenty je ColorFabb XT.

Krok 5: Naprogramujte Redbear Duo

Zatiaľ čo sa dizajn škatule vylepšuje a tlačí, je možné programovať mikroprocesor.

Väčšina vstupných/výstupných pinov použitých na pripojenie komponentov k Redbear Duo je už vysvetlená v kroku 3. Ostatné nájdete v kóde.

Ako už bolo spomenuté, farby vonkajších tlačidiel je potrebné prispôsobiť v závislosti od orientácie poľa. Preto sa používa akcelerometer. V kóde sa farba zmení, keď je súradnica x akcelerometra väčšia ako 50. To závisí od spôsobu umiestnenia akcelerometra v rámčeku. Nezabudnite skontrolovať hodnotu súradnice x vo svojom zariadení a v prípade potreby kód prispôsobiť. Potrebnú knižnicu na čítanie hodnôt akcelerometra nájdete na webovej stránke Sparkfun uvedenej v kroku 3.

Aby sa šetrila batéria, keď sa zariadenie nepoužíva, je možné vypnúť Wi-Fi a LED svetlá. Keď je krabica umiestnená na pravej strane a sú stlačené obidve vonkajšie tlačidlá, schránka sa vypne. Na prebudenie schránky je potrebné stlačiť vonkajšie tlačidlá (pri tejto akcii nezáleží na orientácii). Pre tento krok je najlepšie skontrolovať hodnotu súradnice y, keď je rámček umiestnený na pravej strane, a v prípade potreby sa prispôsobiť.

Krok 6: Vytvorte aplikáciu

Aby bolo ovládanie diaľkového ovládača jednoduché, bola vytvorená aplikácia v jazyku Java. Aplikácia môže komunikovať s diaľkovým ovládaním prostredníctvom pripojenia WiFi. Pomocou prijatých informácií z diaľkového ovládača bude aplikácia prechádzať možnosťami a týmto spôsobom vyberať obrázky alebo prehrávať piesne. Pretože je potrebné program rozšíriť, je možné pridať názvy a kategórie.

V prvom paneli je potrebné vybrať meno mladého dospelého, ktorý bude používať diaľkové ovládanie. Pomocou textového poľa a tlačidiel v spodnej časti panelu je možné pridávať alebo odstraňovať mená.

Po zvolení mena mladého dospelého je potrebné vybrať kategóriu. Ak je zvolená kategória „Hudba“, skladba sa prehrá po potvrdení výberu.

Posledná obrazovka je jedinou obrazovkou, ktorú uvidí mladý dospelý, a je to tiež jediný panel, ktorý je možné ovládať diaľkovým ovládačom. Obrázky môžete posúvať doľava alebo doprava. Ak je voľba potvrdená stlačením stredného tlačidla na diaľkovom ovládaní, okolo obrázku sa zobrazí zelený rámček. V tomto mieste nie je možné posúvať sa k rôznym možnostiam. Opätovným stlačením potvrdzovacieho tlačidla sa výber zruší.

Na pridávanie a odstraňovanie obrázkov je možné použiť okná „Pridať súbor“a „Odstrániť súbor“. Pri pridávaní súborov v kategórii Hudba je potrebné postupovať podľa dvoch krokov. V prvom rozbaľovacom okne môžete vybrať obrázok, ktorý sa má zobraziť na obrazovke. V druhom vyskakovacom okne je potrebné vybrať skladbu súvisiacu s týmto obrázkom. Vybraná skladba musí mať formát mp3.

Ak chcete odstrániť súbor, v zozname musíte vybrať názov obrázku, ktorý sa zobrazí po stlačení tlačidla „Odstrániť súbor“.

Krok 7: Zostavte škatuľu

V poslednom kroku je potrebné krabicu zmontovať. - Na dodanie ďalšej pevnosti krabici je na vnútornej strane medzi tlačidlami použitá pena. Majte na pamäti, že aj vodiče tlačidiel vyžadujú určitý priestor!- Batéria je vložená do skrinky na batériu a je na ňu naskrutkovaná fixácia batérie. - Vibračné motory sú vybavené tenkou vrstvou lepidla, ktorú je možné použiť na ich fixáciu vo vnútri boxov vibračných motorov. Pretože sú škatule malé, pravítko alebo malý predmet je možné použiť na trochu lepšie pritlačenie motorov k bokom škatule. Keď sú motory upevnené, skrinky je možné zatvárať aj pomocou upevnení a skrutiek. - Vodiče z tlačidiel a vibračných motorov sú pripojené k doske plošných spojov.- DPS je možné pripojiť k bočným stĺpikom s 3D tlačou pomocou skrutiek. Montáž DPS musí byť vykonaná tak, aby boli Redbear Duo a nabíjačka batérií správne umiestnené v škatuli (v blízkosti otvorov).- Nakoniec je spodok krabice zostavený k stĺpikom v rohoch pomocou prostriedky na skrutky.

Gratulujem Keď ste sa dostali na koniec tohto kroku, podarilo sa vám prerobiť diaľkový ovládač pre mladých dospelých s ťažkým autizmom. V tejto fáze projektu sa odporúča otestovať, či všetko funguje podľa predstáv. Veľa šťastia a zábavy!