Skládací Blinky Light Thing: 15 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Inspirace

Před několika lety měl můj bratr skvělý nápad na produkt, kterému říkal Blinky Light Thing. Byla to téměř zbytečná pomůcka, která sloužila pouze k pobavení majitele blikajícími světly, vibracemi a jakýmsi primitivním pohybem (jako jedna noha, na které by se mohl viklat). Bylo by to jako Pet Rock pro nové tisíciletí. Nikdy to nebylo vyrobeno.

Blesk dopředu až nyní. Měl jsem nápad na hru zahrnující blikající světla, pípání a dotykové senzory. Zdálo se to praktičtější, ale stále to byla „věc“s „blikajícími světly“, a tak se název pro toto zařízení přivlastnil!

Co je Blinky Light Thing?

Dále jen BLT, je to malý ruční předmět (v současné době kostka), na kterém můžete hrát řadu her. Každá strana kostky se může rozsvítit a také cítit dotek. Kostka také ví, jakým způsobem je orientována, a dokáže cítit pohyb.

Ale tady je skvělá část (no, kromě blikajících světel a všeho ostatního..). Má schopnost komunikovat s ostatními BLT! Dělá to prostřednictvím technologie Bluetooth Low Energy nebo BLE. To umožňuje hry zahrnující více než jednu kostku a hry s více hráči.

Vývoj

Původně, když mě inspirace zasáhla, jsem si představoval mnohem menší kostky a mít jich několik. Rychle jsem dospěl k závěru, že to bylo příliš složité na to, aby se to dalo vytáhnout jako první prototyp, a usadil jsem se na myšlence mít jen 2 větší kostky, abych koncept dokázal. První návrh byl postaven jako tvrdá kostka s akrylovými boky s vložkou obsahující elektroniku a panely namontované na vnitřním rámu. Také v původním designu by vestavěné LED diody na Circuit Playground osvětlovaly strany kostek pomocí „světelných trubek“vyrobených z ohýbaného akrylátu. Celkově to bylo velmi chytré, ale pravděpodobně také přepracované! Dostal jsem se až k výrobě krychle, panelů a vnitřní struktury, než mi došlo, že je to příliš komplikované.

Zadejte: papír

V jednu chvíli jsem ve svých skicách rozložil všechny komponenty na plochý výkres stran krychle, jen abych věci lépe zviditelnil. Mnohem později jsem se k této myšlence vrátil a říkal jsem si, možná bych to vlastně mohl zploštit a pak to „složit“. Myslel jsem, že to u akrylových panelů zvládnu tak, že je rozložím naplocho, namontuji všechny díly a pak to všechno „složím“na místo.

Potom, později, jsem si řekl, proč prostě nezkusit vyrobit prototyp z papíru/lepenky a doslova ho složit? Už jsem si hrál s myšlenkami skládacího počítače a skládacího robota, tak proč ne i tohle?

Krok 1: Seznam dílů

Díly k vytvoření jediné Blinky Light Thing. NeoPixely se obvykle dodávají jako 1 metrový pás, což stačí na stavbu 2 kostek s trochou zbytku.

2 Reflexní páska z kovové fólie - 3,38 USD

Akrylový list 8 palců x 10 palců - 3,38 USD

2 listy karet, 8,5 palců x 11 palců - 3,99 $. Použil jsem modrou barvu, ale jakákoli tmavá barva by fungovala dobře.

Circuit Playground Classic - 20 $

Modul HM -10 BLE - 4 $

Drát malého rozchodu. Použil jsem recyklovaný plochý kabel - 1,77 $ ze starého konektoru disketové jednotky.

1 metr NeoPixel pás - 6 $ (30 LED, potřebujeme pouze 12)

3x držák baterie AAA - 140 $

Tacky Glue - 1,29 $ nebo jiné lepidlo na papír

Horké lepidlo

Vyžadovány nástroje

Odstraňovače drátů nebo opatrné používání žiletky..

Akrylový rýhovací nástroj nebo vhodná čepel x-acto

Bodovací nástroj pro lepenku nebo dobré kuličkové pero

Svorky (usnadňuje řezání akrylu)

Rytec nebo jiný nástroj podobný Dremelu.

Jemný brusný papír

Bic zapalovač (pokud chcete akrylát leštit plamenem)

Děrování

Krok 2: Kostka

Dokončený BLT je krychle, čtverec 2,5 ". Tato velikost byla přijata jako dobrý kompromis, aby obsahovala Circuit Playground (2" kruh) a akrylové panely, držák baterie atd.

Strany krychle mohou být rozloženy naplocho na list karet. Věděli jste, že existuje 11 různých způsobů, jak to udělat? Já ne! Měl jsem však další omezení. Muselo se vejít na standardní papír/kartón standardní velikosti (8,5 "x 11") a muselo se složit tak, aby se minimalizovaly ohyby kabeláže. Vzor, který jsem vybral, se téměř dokonale hodí k výrobě 2,5 "kostky. Také umožňuje, aby každá strana krychle měla vnější stranu a přeložku, která tvoří zadní stranu každého akrylového panelu.

Vytiskl jsem to (včetně-p.webp

Krok 3: Žhavicí panely

Každá strana krychle má žhavicí panel s okrajovým osvětlením. Každý z nich má velikost 2 palce, čtverečky s asi 1/4 "na jedné straně. Tento extra bit bude místo, kde jsou namontovány LED diody. Použil jsem 0,8" silný akrylát z Plaskolite, který jsem koupil v Lowes v 8 x 10 listů. Jeden list vám poskytne všechny díly pro jednu kostku. Tyto díly jste mohli nechat vyřezat laserem ze služby, jako je Ponoko, ale udělal jsem to ručně.

K řezání dílů potřebujete nástroj pro bodování. Použil jsem jeden z lopatek ze své sady x-acto. Vložil jsem potisk z dílů pod plast a poté jsem skóroval podél čar nahoře. Nejprve si musíte rozmyslet, které čáry odlomíte, protože musíte zlomit plast od jednoho okraje k druhému. Nemůžete to udělat například pro díru. Doporučuji plast upnout na hranu stolu rýhou přímo na hranu desky stolu. Pak se rychlým zatlačením dolů plast rozbije. To zanechá relativně hladký okraj, ale pak ho budete chtít obrousit tak plochě, jak můžete.

Všechny hrany jsou poté broušeny jemným brusným papírem, aby byly co nejhladší, a také mírně zaoblené, což pomůže udržet světlo odrážející se uvnitř plastu. Nakonec jsem okraje „vyleštil plamenem“jednoduchým zapalovačem Bic. Na jednom okraji (dlouhý rozměr, IE, navíc 1/4 palce) jsem zbrousil zaoblené zkosení, které pomůže odrážet světlo směrem ke zbytku panelu. Namísto připevnění LED diod k okraji, což by bylo v tomto provedení obtížné, se LED diody připevní na druhou stranu úkosu, zarovnané s povrchem panelu.

Vzory jsou vyryty do plastu pomocí nástroje Dremel a malé kulaté brusné korunky. Díky tomu jsou povrchy, kde lze světlo odklonit, a tím vytvářejí zářící vzory. Chcete -li získat nejlepší záři, chcete vzory na zadní straně talíře. Desky jsou poté přeloženy překlopením, aby zářivé prvky získaly větší kontrast. Pro lepší izolaci světla jsem použil část fóliové pásky kolem oblasti ohybu a kolem LED.

Lepších výsledků byste pravděpodobně dosáhli se službou, jako je laserové řezání a gravírování panelů Ponoko, ale na tento prototyp jsem nebyl dost trpělivý, takže jsem to udělal ručně.

U své první kostky jsem použil vzorec galifreyských slov pro každou stranu. Pokud jste fanouškem sci-fi, okamžitě poznáte, co to je, i když nevíte, co se říká …:)

Krok 4: Přeložte

Nyní chceme panely připevnit. Zjistil jsem, že lepkavé lepidlo na akrylu opravdu nelepí. Nakonec jsem použil oboustrannou pásku. Až poté, co jsem dokončil kostku, jsem si uvědomil, že oboustranná páska má také tendenci zářit, takže nebylo dobré ji používat na celou zadní stranu panelu, měli byste ji připevňovat pouze ve čtyřech rozích.

Všimněte si uspořádání panelů, abyste je mohli sklopit a skončily správně. Zatlačil jsem dolů na okraje panelů, abych je obklopil deskou s kartami. Tacky Glue zde funguje skvěle, protože rychle uchopí papír a drží ho.

Krok 5: Senzory

K detekci dotyku má každá strana krychle kapacitní senzor. To je vyrobeno z fóliové pásky, kterou můžete snadno koupit v obchodě s domácími potřebami, jako je Lowes. Obvykle se používá ve vzduchovodech k utěsnění kusů potrubí. Jeden vodič je odizolován na jednom konci a umístěn blízko okraje senzoru a poté k němu připevněn dalším malým čtverečkem fóliové pásky. Páska je široká 2 palce, což je perfektní velikost, a pomocí tří délek získáte vždy dva dotykové senzory.

Všechny senzory jsou spojeny dohromady a uzemněny kruhem proříznutým uprostřed každého panelu a spojeny drátem.

Zde bylo důležité experimentování. Jako první jsem použil jednoduchý čtverec fólie. Při přímém dotyku fólie to fungovalo dobře, ale za akrylem to nefungovalo dobře nebo vůbec. Pro můj další pokus jsem ve středu fólie vystřihl kruh s přibližně 2mm mezerou ke zbývající vnější fólii. Senzorový vodič se připojuje ke středu, zatímco je vnější fólie uzemněna. Toto fungovalo podstatně lépe a bylo citlivé i za dvě vrstvy plastu.

5 senzorů je shodných, ale šestý senzor je tam, kde je Circuit Playground. Chtěl jsem být schopen na této desce stále používat interní LED diody, takže byl vytvořen vzor, který byl použit k řezání kruhů ve fólii a na podložce karty.

Krok 6: Blinky Light String

Ve svém původním návrhu jsem zakoupil jednotlivé 5050 SMT LED diody a k nim připájel vodiče. Bylo to nepříjemné a komplikované a výsledný řetězec neodpovídal verzi složené z papíru, kterou jsem nakonec vytvořil. Zakoupil jsem tedy 1 metr délky NeoPixelů s 30 pixely na metr. To byl téměř dokonalý rozestup pro získání dvou pixelů na panel. Problém je, že bych musel ohnout provázek za roh, bez ohledu na to, jak jsem rozložil kostku. Ohyb by byl také složený ohyb, nejen jednoduchý záhyb.

Můžete si objednat proužky, které mají tvar „S“, které jsou určeny k tomu, aby byly složeny takovým způsobem, ale nechtěl jsem čekat měsíc, než si ho objednám z Číny. Tak jsem dostal standardní pásy a opatrně vyřízl tři otvory, abych získal pružnější pás. Zde buďte opatrní, protože chcete zanechat dostatek měděných stop, aby to stále fungovalo. Vypočítal jsem, kolik energie pás využije, a tedy jak široké musí být stopy, takže pokud je stále ještě asi 2 milimetry široký, měli byste být v pořádku.

I s otvory je trochu složité dostat pás na místo. Drží ho kousek skvrny horkého lepidla v polovině cesty mezi každou LED. Vzhledem k tomu, že je pás lesklý, můžete jej snadno stáhnout z horkého lepidla, takže buďte opatrní. Je to těžké vidět, ale u každého záhybu jsem pásku vedl mírně nahoru „do důlku“, takže když se kostka složí, složí se dovnitř. Je to nutné, protože jinak by bylo obtížné je složit, protože pás je příliš tuhý.

Dbejte také na to, abyste pás orientovali tak, aby byl vstupní konec blízko panelu, kde bude namontováno Circuit Playground. Zde budete muset pájet tři vodiče na konec pásu.

Krok 7: Napájení

Použil jsem 3 baterie AAA k získání 4,5 V, což je více než dost na napájení Circuit Playground (které to bude regulovat na 3,3 V pro modul BLE) a jen tolik pro LED pás (ideálně 5 V, takže nemusí být tak jasné, jak by mohly být, ale je to dost dobré).

Použitím další karty v zelené barvě (jen pro zajímavost) jsem vytvořil jednoduchou krabičku kolem držáků baterie. Použil jsem 2 x držák AAA a další jeden držák AAA, protože to jsem měl po ruce. Krabice držáku baterie zajistí bezpečné uchycení baterií a také dodá konečné kostce větší sílu.

Krok 8: Obvody

K ovládání kostky jsem použil hřiště Adafruit Circuit Playground. Jsou dražší než Arduino Nano nebo Pro Mini, ale mají spoustu vestavěných funkcí, jako je akcelerometr a reproduktor, mikrofon a dvě tlačítka. Má také 10 NeoPixelů na palubě. Původně jsem plánoval použít akryl na vytvoření světelných trubek, které by se ohýbaly uvnitř krychle a přesměrovávaly světlo na všech šest stran. To se příliš zkomplikovalo a v testech to vypadalo, že světlo neskončí dostatečně jasně, a tak jsem šel s páskem NeoPixel. Vestavěné pixely budou použity pro další indikátory.

Modul HM-10 chce pro sériovou komunikaci úrovně 3,3 V, a protože Circuit Playground běží také na 3,3 V, není problém je přímo připojit. Pokud bychom použili jiný druh Arduina jako Nano nebo Pro Mini běžící na 5V, chtěli bychom toto napětí na vstupu RX na HM-10 snížit pomocí několika odporů (dělič napětí).

Protože ke komunikaci mezi kostkami používáme modul bluetooth, zbývá nám jen šest linek I/O, jeden pro každý kapacitní senzor pro strany krychle. To nezanechává žádné I/O pro externí NeoPixely. Vzhledem k přísnému načasování, které je nutné pro programování NeoPixelů, se můžeme dostat pryč s použitím jednoho pinu pro pixely i senzor. Senzor pravidelně kontrolujeme a poté v případě potřeby pomocí špendlíku programujte pixely. Pixely senzoru opravdu nevnímají a senzor se samozřejmě nestará o programovací impulsy. Senzor teoreticky přidává kapacitní linii, která by mohla ovlivnit pixely, ale nezdá se, že by to způsobilo problém.

Co se však stane, je problém s kódováním. Protože kapacitní senzor je vstup, kód nastaví pin do vstupního režimu. Když se pak pokusíte ovládat NeoPixels, nefunguje to. Problém vyřeší jednoduše ruční nastavení kolíku zpět do výstupního režimu.

Fritzingův diagram ukazuje modul Bluetooth HC-05, ale ve skutečnosti používáme modul HM-10 BLE, který má stejný vývod. Ukazuje také 4 baterie AAA, ale potřebovali jsme pouze 3. Konečně, kapacitní senzory nejsou prefabrikované, ale jsou vyrobeny z fóliového pásku … diagram slouží hlavně k tomu, aby se ukázalo, jak se vše spojuje. Dráty jsou seskupeny a ukazují, jak byl použit plochý kabel.

Krok 9: Modul BLE

Musíme nakonfigurovat bezdrátový modul BLE. Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je pomocí jednoduchého programátoru FTDI, který se také běžně používá k programování zařízení Arduino, která nemají vestavěné USB (například jako Pro Mini). Můžete je získat za pár dolarů. Budete chtít propojit připojení Gnd a Vcc k modulu BLE a připojení RX a TX, ale tato jsou zaměněna. Takže RX na jedné desce jde na TX na druhé desce. To dává smysl, protože jedna deska přenáší na druhou desku příjem.

Když připojíte USB FTDI k počítači, měli byste se k němu připojit přes sériový monitor v Arduino IDE (používám online verzi na https://create.arduino.cc/editor). Pokud ještě není, budete muset nastavit Baud na 9600.

Abyste se ujistili, že funguje, zadejte:

AT+JMÉNO?

a stiskněte tlačítko Odeslat. Měli byste dostat odpověď s aktuálním názvem zařízení (+NAME = cokoli). Můj byl původně pojmenován BT-05, což je jiný modul (AT-09 *) než standardní HM-10, ale na fotografii vidíte, že jsem jej již přejmenoval na BLT (název je omezen na 12 znaků.. takže „Blinky Light Thing“nefungovalo). Chcete -li jej přejmenovat, zadejte:

AT+NÁZEV = BLT

A pak jsem to musel resetovat, aby se zobrazil název:

AT+RESET

Protože vytváříme více kostek, které si musí navzájem povídat, jedna z kostek musí být „hlavní“(nebo „centrální“ve specifikacích BLE) a ovládat/mluvit s ostatními kostkami („podřízenými“nebo „periferiemi“). Abychom to mohli udělat, musíme pro master odeslat tyto příkazy (moduly jsou standardně slave/periferní).

AT+IMM0

AT+ROLE1

To říká modulu, aby se automaticky připojil (první příkaz) a poté byl „centrálním“zařízením (druhý příkaz).

* Poznámka

Moje moduly byly moduly AT-09 (větší „odpočinková“deska) s nalepeným HM-10 (menší deska). Skutečný čip, který vykonává veškerou práci, je Texas Instruments CC2541. Existuje mnoho variací těchto modulů, takže buďte opatrní, co objednáváte. Chcete najít originální moduly od Jinan Huamao.

Moje také obsahovaly firmware, který jsem nemohl identifikovat, a tak nereagoval na téměř všechny zajímavé AT příkazy. Musel jsem to přeflashovat na firmware od Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Pokud skončíte s jedním z nich, zde je postup, jak jej „opravit“, (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Krok 10: Konečné zapojení

Pro konečné zapojení jsem použil recyklovaný plochý kabel ze starého konektoru disketové jednotky. Zde by fungoval jakýkoli tenký drát, ale plochý kabel usnadnil udržování věcí čistých a organizovaných. Plochý kabel je dostatečně flexibilní, aby se v případě potřeby mohl ohnout a zapnout.

Použil jsem tečky horkého lepidla k uchycení věcí nebo na některých místech jen více fóliové pásky. Circuit Playground je držen na místě s dalším složeným kouskem karet.

Krok 11: Testování

Než něco dokončíte, vždy si vše vyzkoušejte, abyste zjistili, jak to funguje (pokud to funguje!).

Ještě před montáží čehokoli jsem chtěl vyzkoušet senzory a také řetězec LED. Protože jeden pin musí být sdílen mezi řetězcem LED a jedním senzorem, byla to první věc, kterou jsem testoval. Zde jsem zjistil, že to nefunguje, ale důvodem bylo pouze to, že sdílený pin musel být po použití senzoru nastaven zpět na výstupní pin.

První senzor, který jsem testoval, byl jen jednoduchý čtverec fólie. To fungovalo, ale ne opravdu citlivé. Circuit Playground je nakonfigurován tak, aby umožňoval kapacitní dotyk přímo na jeho pady (prostřednictvím menšího resistera). Bohužel, abyste získali větší citlivost, potřebujete větší odpor, ale nemůžeme změnit to, co již je na desce. Můj druhý test jsem použil kruhový snímač uprostřed čtverce fólie s asi 2 mm odstraněné fólie, přičemž zbytek fólie byl uzemněn. Díky tomu byl mnohem citlivější senzor, který fungoval i za akrylovými panely.

Bohužel poté, co jsem to celé sestavil, ale stále v „ploché“podobě, jsem senzory znovu otestoval a nefungovaly dobře, což vyžadovalo přímý kontakt s fólií. Věřím, že je to důsledek parazitní kapacity v plochém kabelu, něco, co jsem neuvažoval.

Krok 12: Redesign senzoru

První věc, kterou jsem zkoušel, bylo zmírnění účinků parazitní kapacity. Pomocí plochého kabelu jsem si uvědomil, že všechny vodiče senzoru byly těsně vedle sebe, čímž se vytvořila větší kapacita. Výsledkem bylo, že dva nejvzdálenější senzory působily společně, IE, mohl jsem stisknout jeden z nich a získat stejné hodnoty na obou vstupních pinech. Zpětně jsem mohl použít více vodičů na plochém kabelu s uzemňovacím vodičem mezi každým vodičem senzoru. V tuto chvíli jsem nechtěl celou věc přepojit, a tak jsem přišel s chytrým řešením.

Místo vyhrazeného zemnicího vodiče jsem mohl změnit všechny kolíky senzorů na výstupy s logickou hodnotou 0, což znamená, že budou uzemněny. Pak by byl jediným vstupem ten senzor, který jsem chtěl přečíst. To by se opakovalo pro čtení každého senzoru. To pomohlo hodně jen s trochou dalšího programování!

Navíc jsem oddělil vodiče z modulu BLE od vodičů senzoru, aby nepřekážely.

Senzor přesto nerozpozná dotek za akrylovou obrazovkou. Nakonec jsem se rozhodl, že integrované kapacitní snímání na Circuit Playground prostě nebude fungovat. Byl navržen pro přímý dotek, a proto má na každém vstupu odpor 1 megohm. Protože to nemohu změnit a nebyly k dispozici žádné další piny, musel jsem detekovat kapacitu pouze jedním pinem a externím odporem.

Ke každému vstupu jsem přidal 10 megohmový rezistor, připojený na pin 3,3 V a přešel na kapacitní knihovnu senzorů, která pracuje na jednom pinu. Důvodem, proč je senzor citlivější, je ten, že vyšší odpor způsobuje, že se nabíjí pomaleji, což umožňuje přesnější měření.

Krok 13: Kód

Kód je to, co to všechno dělá, samozřejmě. Mám na mysli více her pro tuto kostku i pro více kostek. V současné době mám implementovanou hru podobnou simonu. Kód najdete zde:

Krok 14: The Final Fold

Nyní, když máme vše připojeno a testováno, můžeme udělat poslední záhyby, které z této 2D tvorby vytvoří 3D kostku. Počínaje dlouhým rozměrem sestavy složte tři vnitřní záhyby a poté vložte jazýček do slotu, čímž vytvoříte hlavní tělo krychle. Přilepte to lepivým lepidlem. Poté složte horní panel (ten s Circuit Playground) na kostku a vložte jazýčky do slotů. Měli byste to zalepit, protože to pravděpodobně budete muset otevřít pro účely přeprogramování.

Poslední strana, která funguje jako kryt baterií, by neměla být přilepená, ale potřebuje nějakou pásku nebo něco, aby držela na svém místě. V pozdějším provedení by to mohlo mít uzamykací poutko, které by se zasunulo do hlavního poutka, aby ho drželo na místě, jako používá mnoho balíčků produktů.

Nyní byste měli mít plně funkční Blinky Light Thing!

Krok 15: Budoucnost

Toto byl prototyp Blinky Light Thing. Cílem je vyrobit několik dalších kostek. Kostky budou moci navzájem komunikovat a povolit hry hrané s více kostkami a / nebo více hráči. Konečným designem by měla být pěkná laserem řezaná akrylová kostka, případně tělo s 3D potiskem s akrylovými panely. Chtěl bych to udělat jako stavebnici a nechat to dostatečně snadno postavit pro dítě. Obvody senzorů LED mohou být zabudovány na flexibilní desku plošných spojů, aby bylo stavění mnohem jednodušší.

Nebo kdo ví, možná by to mohlo být vyrobeno jako hračka? Potřebuji si to vyzkoušet a vyzkoušet s lidmi, abych viděl, co si myslí. Už jako prototyp mám několik dětí a dospělých, kteří si s tím chtějí hrát a ptají se, co to je..