Interaktivno drevo: 10 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Zanimiva tradicija v zvezi z doktorsko in licenčno nalogo je, da so obešeni na drevo v glavni knjižnici KTH pred javno obrambo/seminarjem. Zato se je naša skupina kot projekt za naš tečaj oblikovanja in uresničevanja fizičnih interakcij odločila, da se bo ta spomin spominjala z ustvarjanjem interaktivne različice drevesa.

Korak: Kaj boste potrebovali

Materiali:

• 1x digitalna tehtnica (s 4 merilnimi celicami)
• Čistilne krpe iz bombaža in celuloze (na cvet smo uporabili eno krpo, skupaj 6)
• 2x kroglice iz pene
• Nit
• 4x lesene deske (vsaka je imela 22x170x1600 mm)
• 6x zunanjih vogalnih letvic (2 od 27x27x750 mm, 2 od 27x27x600 mm in 2 od 27x27x1350 mm)
• 1x lesena deska (ne debelejša od 6-7 mm)
• 2x lesene deske (2-3 cm debele, 45x45 cm)
• Žice
• Spajkanje
• Vroče lepilo
• Termoskrčljive cevi
• Dvostranski lepilni trak
• 20x univerzalni vijaki (5x40 mm)
• 20x univerzalni vijaki (3,0 x 12 mm)
• 10x ojačitveni koti
• 1x trak (plošča za izdelavo prototipov)

Elektronika:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - ojačevalnik merilnih celic
• 1x - ESP8266 mikrokrmilnik Huzzah Feather
• 1x - čitalnik RFID Adafruit RC522
• 2x-Multiplekserji (8-bitni premični registri z izhodnimi registri s 3 stanji)
• 16x - rdeče LED
• 16x - upori
• 6x - Servomotorji - Hitec HS -422 (standardna velikost)

Orodja:

• Spajkalnik
• Pištola za vroče lepilo
• Ročna žaga
• Žaga za obvladovanje
• Napajalni izvijač
• Les Rasp
• Orodje za rezanje vbodne žage

2. korak: Povežite kopalniško tehtnico digitalne telesne teže

Za ta prvi korak smo uporabili 4 merilne celice iz digitalne kopalniške tehtnice za telesno težo in ojačevalnika nosilnih celic HX711. Zatiči so označeni z barvami: RDEČA, BLK, WHT, GRN in YLW, ki ustrezajo barvnemu kodiranju vsake merilne celice. Priključeni so v pšenični kamen (glej slike). Na rdečo polnilno celico 1 in obremenitveno celico 4 nanesemo vzbujanje in beremo signale rdečih celic obremenitve 2 in celice 3 (glej povezavo).

3. korak: Nastavite bralnik RFID

Za sestavljanje optičnega bralnika smo uporabili dva kosa strojne opreme; mikrokrmilnik ESP8266 Huzzah Feather in čitalnik RFID Adafruit RC522.

ESP8266 in RC522 sta imela med seboj 5 povezav (glej sliko 1).

Namen optičnega bralnika je bil skenirati kartice KTH, 13,6 MHz, in poslati edinstven ID kartice ali v idealnem primeru ID študenta v bazo podatkov Google Firebase. To je bilo storjeno z uporabo vnaprej izdelanih paketov Arduino, MFRC522 za RC522, ESP8266 za wifi in Arduino Firebase za komunikacijo firebase. Ko so bili podatki poslani v bazo podatkov, smo spletno stran, ki vsebuje drevo, posodobili z animacijo D3.js za simulacijo cvetenja rože na virtualnem drevesu.

Zadnji del nastavitve je bil pošiljanje podatkov, da je bila kartica skenirana, na mikrokrmilnik Arduino Uno. ESP8266 in Arduino Uno sta imela 1 povezavo med seboj (glej sliko 1).

Pin 16 je bil uporabljen posebej, ker ima privzeto vrednost LOW, drugi zatiči pa privzete vrednosti HIGH. Ko je kartica skenirana, smo poslali en sam HIGH impulz na Arduino Uno, ki je nato izvedel preostalo kodo.

4. korak: Nastavitev poti LED

Za bolj smiselno interakcijo in vidne povratne informacije o določenih dejanjih uporabnikov smo se odločili urediti pot LED, ki svetijo proti določeni veji. Zato je uporabnik usmerjen tja, kamor naj disertacijo posebej obesi.

Za to smo uporabili dva multiplekserja: 8-bitne registre premikov z izhodnimi registri s 3 stanji in 16 rdečimi svetlečimi diodami. Multiplekser omogoča nadzor nad 8 izhodi hkrati, pri tem pa zajema le 3 zatiče na našem mikrokrmilniku. Povezave so bile vzpostavljene s "sinhrono serijsko komunikacijo" (glej povezavo).

5. korak: Sestavite rože

Za ta korak smo uporabili lahek in upogljiv material - krpe za čiščenje. Iz tega materiala so izrezani kosi v obliki cvetnih listov. Zato so ti cvetni listi povezani s osrednjo strukturo, narejeno iz penaste kroglice. Vsak cvetni list je pritrjen z navojem, tako da se ob vlečenju cvetni list upogne.

6. korak: Zgradite drevo

Naš glavni material je les. Drevo je sestavljeno iz štirih ločenih lesenih desk, pritrjenih skupaj v kvadratni obliki (5 vijakov za povezavo dveh desk). Veje so narejene iz lesa zunaj vogala. V deblu drevesa so izrezane kvadratne luknje za vstavljanje vej. Vsaka veja ima bodisi eno LED na koncu (spodnja in zgornja veja) ali dve LED (srednja veja). Vsaka LED je pritrjena z lepilom.

Ko so LED diode pravilno nameščene, smo na vsako vejo pritrdili en cvet. Vsaka roža ima servo, ki nadzoruje cvetenje (glej slike). Lestvica, LED diode in servo so povezani z Arduinom preko prototipne plošče, izdelane v 4. koraku. Vsaka veja je pritrjena na deblo z leve in desne strani z uporabo ojačitvenih kotov in univerzalnih vijakov 3,0 x 12 mm.

Ena od debelejših lesenih plošč bo uporabljena kot podlaga za drevo, druga pa bo razrezana v pravokotne trikotne oblike, ki jih najprej privijemo na deblo drevesa in nato pritrdimo na leseno ploščo na dnu.

Za osnovno leseno ploščo naredite kvadratno luknjo za žice tehtnice, ki jo želite preiti, nato pa lestvico pritrdite na leseno ploščo z dvostranskim lepilnim trakom.

Arduino Uno je bil nameščen na dnu prtljažnika in prototipne plošče z vsemi ustreznimi povezavami.

Preden zaprete drevo, naredite kvadratno luknjo v zadnji leseni deski na njegovem dnu, da računalnik povežete z Arduinom in mikrokrmilnikom ESP8266 Huzzah Feather.

7. korak: Okrasite drevo

Da bi izboljšali videz našega prototipa, smo na veje, ki smo jih lasersko odrezali, dodali nekaj listov, pa tudi sovo (ki simbolizira znanje).

8. korak: Koda

Tukaj imate različne kode, s katerimi lahko preizkusite, kako deluje vsaka komponenta (calibration_test.ino za tehtnico, scanner.ino za bralnik RFID in servo_test.ino za servomotorje) in nato vse v celoti (light_test.ino kot začetni test in main.ino kot končno različico).

Če želite delati z lestvico (povezava do knjižnice), boste morali namestiti tudi knjižnico HX711.

9. korak: Ustvarite spletno aplikacijo

Kot dodatno interakcijo smo dodali digitalne povratne informacije prek spletne aplikacije. Aplikacija prejme skeniran ID in kot posledica obešene teze zacveti tudi cvet na virtualnem drevesu.

10. korak: Uživajte v izkušnjah

Na koncu smo bili veseli, da smo uspeli združiti vse komponente. Proces je bil hkrati vznemirljiv in stresen, vendar smo kljub vsem izzivom zadovoljni z rezultatom in izkušnja je bila zanimiva in najpomembneje izobraževalna.