Interaktivní strom: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Zajímavá tradice týkající se doktorských a licenčních prací spočívá v tom, že jsou před veřejnou obhajobou/seminářem pověšeni na strom v hlavní knihovně KTH. Naše skupina se proto jako projekt našeho kurzu návrhu a realizace fyzické interakce rozhodla tento zvyk připomenout vytvořením interaktivní verze stromu.

Krok 1: Co budete potřebovat

Materiály:

• 1x digitální váha (se 4 siloměry)
• Čisticí utěrky z bavlny a celulózy (na jednu květinu jsme použili jednu utěrku, celkem 6)
• 2x pěnové koule
• Vlákno
• 4x dřevěná prkna (naše měla 22 x 170 x 1600 mm)
• 6x vnější rohové lišty (2 27x27x750 mm, 2 27x27x600 mm a 2 27x27x1350 mm)
• 1x dřevěná deska (ne silnější než 6-7 mm)
• 2x dřevěná deska (tloušťka 2-3 cm, 45x45 cm)
• Dráty
• Pájka
• Horké lepidlo
• Smršťovací bužírky
• Oboustranná lepicí páska
• 20x univerzální šrouby (5x40 mm)
• 20x univerzální šrouby (3,0x12 mm)
• 10x úhly výztuže
• 1x Stripboard (prototyping board)

Elektronika:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - zesilovač zatížení buňky
• 1x - Mikroprocesor ESP8266 Huzzah Feather
• 1x - Adafruit RC522 RFID čtečka
• 2x-Multiplexery (8bitové posuvné registry se 3-stavovými výstupními registry)
• 16x - červené LED diody
• 16x - Rezistory
• 6x - serva - Hitec HS -422 (standardní velikost)

Nástroje:

• Páječka
• Horká lepicí pistole
• Ruční pila
• Coping Saw
• Elektrický šroubovák
• Dřevěná rašple
• Jigsaw Nástroj na řezání dřeva

Krok 2: Připojte digitální váhu do koupelny

Pro tento první krok jsme použili 4 siloměry z digitální koupelnové váhy s tělesnou hmotností a zesilovač siloměru HX711. Piny jsou označeny barvami: RED, BLK, WHT, GRN a YLW, které odpovídají barevnému kódování každého snímače zatížení. Byly spojeny ve formaci mostu z pšeničného kamene (viz obrázky). Aplikujeme buzení na červeně zatěžovací buňky 1 a zatěžovací buňky 4 a přečteme signály z červených zátěžových buněk 2 a zátěžových buněk 3 (viz odkaz).

Krok 3: Nastavení čtečky RFID

K sestavení skeneru jsme použili dva kusy hardwaru; mikrokontrolér ESP8266 Huzzah Feather a čtečka RFID Adafruit RC522.

ESP8266 a RC522 měly mezi sebou 5 spojení (viz obrázek 1).

Účelem skeneru bylo naskenovat karty KTH, 13,6 MHz, a odeslat jedinečné ID karty, nebo v ideálním případě ID studenta, do databáze Google Firebase. To vše bylo provedeno pomocí předem připravených balíků Arduino, MFRC522 pro RC522, ESP8266 pro wifi a Arduino Firebase pro komunikaci firebase. Jakmile byly informace odeslány do databáze, byla webová stránka obsahující strom aktualizována pomocí animace D3.js, aby simulovala kvetení květu na virtuálním stromě.

Poslední částí nastavení bylo odeslání informace o naskenované kartě do mikrokontroléru Arduino Uno. ESP8266 a Arduino Uno měly mezi sebou 1 spojení (viz obrázek 1).

Pin 16 byl použit specificky, protože má výchozí hodnotu LOW, zatímco ostatní piny měly výchozí hodnoty HIGH. Když je karta naskenována, poslali jsme jeden VYSOKÝ impuls do Arduino Uno, který poté provedl zbytek kódu.

Krok 4: Nastavení cesty LED

Abychom měli smysluplnější interakci a viditelnou zpětnou vazbu na určité akce uživatelů, rozhodli jsme se uspořádat cestu LED, které se rozsvítí směrem k určené větvi. Uživatel je proto veden tam, kde by měl práci konkrétně zavěsit.

K tomu jsme použili dva multiplexory: 8bitové posuvné registry se 3-stavovými výstupními registry a 16 červených diod. Multiplexer poskytuje ovládání více než 8 výstupů najednou, přičemž zabírá pouze 3 piny na našem mikrokontroléru. Spojení byla provedena „synchronní sériovou komunikací“(viz odkaz).

Krok 5: Skládejte květiny

K tomuto kroku jsme použili lehký a ohebný materiál - čisticí utěrky. Z tohoto materiálu byly vyříznuty kousky ve tvaru okvětních lístků. V důsledku toho jsou tyto okvětní lístky spojeny s centrální strukturou, vyrobenou z pěnové koule. Každý okvětní lístek je zajištěn nití, takže při vytažení se okvětní lístek ohne.

Krok 6: Postavte strom

Naším hlavním materiálem je dřevo. Strom se skládá ze čtyř samostatných dřevěných prken sešroubovaných do čtvercového tvaru (5 šroubů pro spojení 2 prken). Větve byly vyrobeny ze dřeva mimo rohové lišty. V kmeni stromu byly vyříznuty čtvercové otvory pro vložení větví. Každá větev má buď jednu LED na konci (spodní a horní větev), nebo dvě LED (střední větev). Každá LED je zajištěna lepidlem.

Poté, co byly LED diody řádně usazeny, jsme na každou větev připevnili jednu květinu. Každá květina má servo, které kontroluje kvetení (viz obrázky). Váha, diody LED a servo jsou připojeny k Arduinu prostřednictvím prototypové desky vyrobené v kroku 4. Každá větev je připevněna ke kufru z levé a pravé strany pomocí vyztužovacích úhlů a univerzálních šroubů 3,0 x 12 mm.

Jedna ze silnějších dřevěných desek bude použita jako základ pro strom a druhá bude řezána ve tvaru pravoúhlého trojúhelníku, který bude nejprve přišroubován ke kmeni stromu a poté zajištěn k dřevěné desce na základně.

Pro základní dřevěnou desku vytvořte čtvercový otvor pro dráty váhy, kterým projdete, a poté zajistěte váhu k dřevěné desce pomocí oboustranné lepicí pásky.

Arduino Uno bylo umístěno na základně kufru, stejně jako prototypová deska se všemi odpovídajícími připojeními.

Před zavřením stromu vytvořte v posledním dřevěném prkně na jeho základně čtvercový otvor, abyste mohli počítač připojit k Arduinu a mikrokontroléru ESP8266 Huzzah Feather.

Krok 7: Ozdobte strom

Abychom vylepšili vzhled našeho prototypu, přidali jsme několik listů na větve, které byly řezány laserem, a také sovu (symbolizující znalosti).

Krok 8: Kód

Zde máte různé kódy, pomocí kterých můžete otestovat, jak každá součástka funguje (calibration_test.ino pro váhu, scanner.ino pro čtečku RFID a servo_test.ino pro serva) a pak vše vcelku (light_test.ino jako počáteční test a main.ino jako konečná verze).

Budete také muset nainstalovat knihovnu HX711, abyste mohli pracovat s měřítkem (odkaz na knihovnu).

Krok 9: Vytvořte webovou aplikaci

Jako další interakci jsme přidali digitální zpětnou vazbu prostřednictvím webové aplikace. Aplikace obdrží naskenované ID a v důsledku pověšené práce také kvete květina na virtuálním stromě.

Krok 10: Užijte si zážitek

Nakonec jsme byli rádi, že se nám podařilo zajistit, aby všechny součásti spolupracovaly. Tento proces byl vzrušující i stresující, ale i přes všechny výzvy jsme s výsledkem spokojeni a zkušenost byla zajímavá a hlavně vzdělávací.