Interaktiivinen puu: 10 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Väitöskirjan ja lisensiaatintutkimuksen mielenkiintoinen perinne on, että ne ripustetaan puuhun KTH: n pääkirjastossa ennen julkista puolustusta/seminaaria. Siksi fyysisen vuorovaikutuksen suunnittelun ja toteutuksen kurssimme projektina ryhmämme päätti muistaa tätä tapaa luomalla puusta interaktiivisen version.

Vaihe 1: Mitä tarvitset

Materiaalit:

• 1x digitaalinen asteikko (4 punnituskennoa)
• Puhdistusliinat puuvillasta ja selluloosasta (käytimme yhtä kangasta kukkaa kohden, yhteensä 6)
• 2x vaahtopalloa
• Lanka
• 4x puulautaa (meidän koko oli 22x170x1600 mm)
• 6x ulkokulmalistat (2 x 27 x 27 x 750 mm, 2 x 27 x 27 x 600 mm ja 2 x 27 x 27 x 1350 mm)
• 1x puulevy (paksuus enintään 6-7 mm)
• 2x puulaudat (paksuus 2-3 cm, 45x45 cm)
• Johdot
• Juottaa
• Kuuma liima
• Kuumenna kutisteputket
• Kaksipuolinen teippi
• 20x yleisruuvia (5x40 mm)
• 20x yleisruuvia (3,0x12 mm)
• 10x vahvistuskulmat
• 1x Stripboard (prototyyppikortti)

Elektroniikka:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - Kuormakennovahvistin
• 1x - ESP8266 Huzzah Feather -mikro -ohjain
• 1x - Adafruit RC522 RFID -lukija
• 2x-multiplekserit (8-bittiset siirtorekisterit, joissa on 3 tilan lähtörekisterit)
• 16x - Punaiset LEDit
• 16x - vastukset
• 6x - Servot - Hitec HS -422 (vakiokoko)

Työkalut:

• Juotin
• Kuuma liimapistooli
• Käsisaha
• Selviytymissaha
• Virta ruuvimeisseli
• Puu Rasp
• Pistosahan puun leikkaustyökalu

Vaihe 2: Yhdistä digitaalinen ruumiinpainoinen kylpyhuonevaaka

Tässä ensimmäisessä vaiheessa käytimme 4 kuormituskennoa digitaalisesta ruumiinpainoisesta kylpyhuonevaa'asta ja HX711 Load Cell -vahvistimesta. Nastat on merkitty väreillä: RED, BLK, WHT, GRN ja YLW, jotka vastaavat kunkin punnituskennon värikoodausta. Ne on kytketty vehnäkivisillan muodostumiseen (katso kuvat). Käytämme viritystä kuormituskennon 1 ja kuormituskennon 4 punaisissa ja luemme signaalit kuormituskennon 2 ja kuormituskennon 3 punaisista (katso linkki).

Vaihe 3: Asenna RFID -lukija

Skannerin kokoamiseen käytimme kahta laitteistoa; ESP8266 Huzzah Feather -mikro -ohjain ja Adafruit RC522 RFID -lukija.

ESP8266: n ja RC522: n välillä oli 5 liitäntää (katso kuva 1).

Skannerin tarkoituksena oli skannata 13,6 MHz: n KTH -kortit ja lähettää kortin yksilöllinen tunnus tai ideaalitapauksessa opiskelijan tunnus Google Firebasen tietokantaan. Kaikki tämä tehtiin käyttämällä valmiita Arduino -paketteja, MFRC522 RC522: lle, ESP8266 wifi: lle ja Arduino Firebase Firebase -viestinnälle. Kun tiedot oli lähetetty tietokantaan, puuta sisältävä verkkosivu päivitettiin D3.js -animaation avulla simuloimaan virtuaalipuussa kukkivaa kukkaa.

Asennuksen viimeinen osa oli lähettää kortin skannatut tiedot Arduino Uno -mikro -ohjaimelle. ESP8266: n ja Arduino Unon välillä oli 1 yhteys (katso kuva 1).

Nasta 16 käytettiin erityisesti, koska sen oletusarvo on LOW, kun taas muiden nastojen oletusarvot olivat HIGH. Kun kortti skannataan, lähetimme yhden HIGH -pulssin Arduino Unolle, joka suoritti loput koodista.

Vaihe 4: LED -reitin asennus

Jotta voisimme olla mielekkäämmän vuorovaikutuksen ja saadaksemme näkyvän palautteen tietyistä käyttäjien toimista, päätimme järjestää polun LED -valoista, jotka syttyvät kohti osoitettua haaraa. Siksi käyttäjää ohjataan siihen kohtaan, johon hänen tulisi ripustaa opinnäytetyö.

Tätä varten käytimme kahta multiplekseriä: 8-bittisiä siirtorekistereitä, joissa on 3 tilan lähtörekisterit ja 16 punaista lediä. Multiplekseri ohjaa 8 lähtöä kerrallaan samalla kun se ottaa vain 3 nastaa mikrokontrollerissamme. Yhteydet on tehty "synkronisella sarjaliikenteellä" (katso linkki).

Vaihe 5: Sommittele kukat

Tässä vaiheessa käytimme kevyttä ja taivutettavaa materiaalia - puhdistusliinoja. Tästä materiaalista leikattiin terälehden muotoisia paloja. Näin ollen nämä terälehdet on yhdistetty vaahtopallosta valmistettuun keskitettyyn rakenteeseen. Jokainen terälehti on kiinnitetty langalla, joten terälehti taipuu, kun sitä vedetään.

Vaihe 6: Rakenna puu

Päämateriaalimme on puu. Puu koostuu neljästä erillisestä puulaudasta, jotka on ruuvattu yhteen neliön muotoisina (5 ruuvia 2 lankun yhdistämiseksi). Oksat on valmistettu puusta kulman ulkopinnalla. Puunrunkoon on leikattu neliömäisiä reikiä oksien asettamiseksi. Jokaisessa haarassa on joko yksi LED ääripäässä (ala- ja ylähaara) tai kaksi LEDiä (keskimmäinen haara). Jokainen LED on kiinnitetty liimalla.

Kun LED -valot on asetettu oikein, olemme kiinnittäneet yhden kukan haaraan. Jokaisessa kukassa on servo, joka ohjaa kukintaa (katso kuvat). Vaaka, LEDit ja servo on kytketty Arduinoon vaiheessa 4 tehdyn prototyyppikortin kautta. Jokainen haara on kiinnitetty runkoon vasemmalta ja oikealta puolelta vahvistuskulmilla ja 3,0x12 mm: n yleisruuveilla.

Yksi paksumpista puulevyistä käytetään puun pohjana ja toinen leikataan kolmion muotoisiksi, jotka ruuvataan ensin puun runkoon ja kiinnitetään sitten pohjalevyyn.

Tee peruspuulevyä varten neliömäinen reikä vaa'an johtojen läpi ja kiinnitä vaaka puulevyyn kaksipuolisella teipillä.

Arduino Uno sijoitettiin rungon pohjaan sekä prototyyppikortti ja kaikki vastaavat liitännät.

Ennen kuin suljet puun, tee neliömäinen reikä viimeiseen puulevyyn sen pohjassa, jotta voit liittää tietokoneen Arduinoon ja ESP8266 Huzzah Feather -mikro -ohjaimeen.

Vaihe 7: Koristele puu

Parantaaksemme prototyyppimme ulkonäköä lisäsimme joitain lehtiä oksille, jotka on leikattu laserleikkauksella, sekä pöllö (symboloimaan tietoa).

Vaihe 8: Koodi

Täällä on erilaisia koodeja, joiden avulla voit testata kunkin komponentin toimintaa (calibration_test.ino asteikolle, scanner.ino RFID -lukijalle ja servo_test.ino servoille) ja sitten kaikki kokonaisuudessaan (light_test.ino alkutesti ja main.ino lopullisena versiona).

Sinun on myös asennettava HX711 -kirjasto voidaksesi työskennellä vaa'an kanssa (linkki kirjastoon).

Vaihe 9: Luo verkkosovellus

Lisävuorovaikutuksena lisäsimme digitaalisen palautteen verkkosovelluksen kautta. Sovellus vastaanottaa skannatun henkilöllisyystodistuksen ja ripustetun tutkielman seurauksena myös virtuaalisen puun kukka kukkii.

Vaihe 10: Nauti kokemuksesta

Lopulta olimme iloisia siitä, että onnistuimme saamaan kaikki komponentit toimimaan yhdessä. Prosessi on ollut jännittävä ja stressaava, mutta kaikista haasteista huolimatta olemme tyytyväisiä tulokseen ja kokemus on ollut mielenkiintoinen ja ennen kaikkea opettavainen.