Sklopiva svjetlucava svjetlosna stvar: 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Inspiracija

Prije nekoliko godina, moj brat je imao sjajnu ideju za proizvod koji je nazvao Blinky Light Thing. Bio je to gotovo beskoristan gadget koji je samo zabavljao vlasnika trepćućim svjetlima, vibracijama i nekom vrstom primitivnog pokreta (poput jedne noge na kojoj se moglo njihati). Bilo bi to poput Pet Rocka za novo tisućljeće. Nikada nije napravljeno.

Bljesak naprijed do sada. Imao sam ideju za igru koja uključuje trepćuća svjetla, zvučne signale i senzore za dodir. Činilo se praktičnijim, ali ipak "stvarčicom" s "trepćućim svjetlima" pa je naziv prisvojen za ovaj uređaj!

Što je Blinky Light Thing?

U daljnjem tekstu BLT, to je mali ručni predmet (trenutno kocka) na kojem možete igrati brojne igre. Svaka strana kocke može zasvijetliti i osjetiti dodir. Kocka također zna na koji je način orijentirana i može osjetiti kretanje.

Ali evo cool dijela (pa, osim treptavih svjetala i svega ostalog..). Ima mogućnost komuniciranja s drugim BLT -ovima! To čini putem Bluetooth Low Energy ili BLE. To omogućuje igre koje uključuju više kockica i igre s više igrača.

Evolucija

Prvotno, kad me nadahnuće pogodilo, zamislio sam mnogo manje kocke i imao ih je nekoliko. Ubrzo sam zaključio da je ovo previše složeno da bi se moglo izvesti kao prvi prototip, te sam se odlučio za ideju da imamo samo 2 veće kocke za dokazivanje koncepta. Prvi dizajn će se graditi kao tvrda kocka s akrilnim stranama, s umetkom koji sadrži elektroniku i ploče montirane na unutarnji okvir. Također u izvornom dizajnu, ugrađene LED diode na igralištu za krugove osvjetljavale bi stranice kocke putem 'svjetlosnih cijevi' izrađenih od savijenog akrila. Sve u svemu, ovo je bilo vrlo pametno, ali vjerojatno i previše projektirano! Došao sam do izrade kocke, ploča i unutarnje strukture prije nego što sam shvatio da je jednostavno previše komplicirano.

Unesite: papir

U jednom trenutku na početku skica položio sam sve komponente na ravni crtež stranica kocke, samo da bih bolje vizualizirao stvari. Mnogo kasnije, vratio sam se ovoj ideji i pomislio, možda bih je zapravo mogao izravnati, a zatim je "presaviti". Mislio sam da bih to mogao učiniti s akrilnim pločama tako da ih položim ravno, montiram sve dijelove, a zatim sve "presavijem" na svoje mjesto.

Zatim sam, kasnije, pomislio, pa zašto jednostavno ne biste napravili prototip od papira/kartona i doslovno ga složili? Već sam se igrao s idejama sklopivog računala i sklopivog robota, pa zašto ne bi i ovo?

Korak 1: Popis dijelova

Dijelovi za izradu jedne Blinky Light Thing. NeoPixels općenito dolazi kao traka od 1 metar, što je dovoljno za izgradnju 2 kocke s malo viška.

2 Reflektirajuća traka od metalne folije - 3,38 USD

Akrilni lim 8 "x 10" - 3,38 USD

2 lista kartona, 8,5 "x 11" - 3,99 USD. Koristio sam plavu boju, ali svaka tamna boja bi dobro funkcionirala.

Circuit Playground Classic - 20 USD

HM -10 BLE modul - 4 USD

Žica malog kolosijeka. Koristio sam reciklirani vrpčani kabel - 1,77 USD sa starog konektora za disketnu jedinicu.

1 metar NeoPixel trake - 6 USD (30 LED -a, potrebno nam je samo 12)

3x AAA držač baterije - 140 USD

Tacky Glue - 1,29 USD ili drugo ljepilo za papir

Vruće ljepilo

Potrebni alati

Strojevi za skidanje žice ili pažljiva uporaba britvice..

Akrilni alat za bodovanje ili odgovarajuća oštrica x-acto

Bodovni alat za karton ili dobra kemijska olovka

Stezaljke (olakšava rezanje akrila)

Graver ili drugi alat sličan Dremelu.

Brusni papir sitnog zrna

Bic upaljač (ako želite vatreno polirati akril)

Bušenje rupa

Korak 2: Kocka

Dovršeni BLT je kocka, 2,5 "kvadratna. Ova veličina je postignuta kao dobar kompromis kako bi sadržala Circuit Playground (krug od 2") i akrilne ploče, držač baterije itd.

Stranice kocke mogu se položiti ravno na list kartona. Jeste li znali da postoji 11 različitih načina za to? Nisam! Ipak, imao sam daljnjih ograničenja. Morao je stati na list standardne veličine papira/kartona (8,5 "x 11") i morao se presavijati na takav način da se minimiziraju zavoji u ožičenju. Uzorak koji sam odabrao gotovo se savršeno uklapa u izradu kocke od 2,5 ". Također omogućuje da svaka strana kocke ima vanjsku stranu i preklopi se, što čini stražnju stranu svake akrilne ploče.

Ispisao sam ovo (uključujući-p.webp

Korak 3: Sjajne ploče

Svaka strana kocke ima rubno osvijetljenu sjajnu ploču. Svaki od njih veličine je kvadrata od 2 inča, s dodatkom od 1/4 "na jednoj strani. Ovaj dodatni bit bit će mjesto gdje se ugrađuju LED diode. Koristio sam 0,08" debeli akril iz Plaskolite -a, koji sam kupio u Lowesu 8. x 10 listova. Na jednom ćete listu dobiti sve dijelove za jednu kocku. Ove ste dijelove mogli laserski izrezati u servisu poput Ponoka, ali ja sam to učinio ručno.

Za rezanje dijelova potreban vam je alat za bodovanje. Koristio sam jednu od oštrica iz svog kompleta x-acto. Stavio sam ispis dijelova ispod plastike, a zatim zabio po crtama na vrhu. Morate prvo razmisliti koje ćete linije prekinuti jer morate razbiti plastiku s jednog ruba na drugi. Na primjer, ne možete to učiniti da napravite rupu. Preporučujem da plastiku pričvrstite za rub stola s razdjelnom crtom točno na rubu stola. Tada će se brzim pritiskom prema dolje plastika slomiti. To ostavlja relativno glatki rub, no tada ćete ga htjeti brusiti što je moguće ravnije.

Zatim se svi rubovi bruse finim brusnim papirom kako bi bili što glatkiji, a također i blago zaobljeni što će pomoći da svjetlost reflektira unutar plastike. Konačno, "plameno sam polirao" rubove jednostavnim Bic upaljačem. Na jednom rubu (duga dimenzija, IE, dodatnih 1/4 inča) sam izbrusio zaobljenu kosinu koja će pomoći odbiti svjetlost prema ostatku ploče. Umjesto da LED diode pričvršćuju na rub, što bi u ovom dizajnu bilo teško izvesti, LED diode će se pričvrstiti s druge strane kosine, u ravnini s površinom ploče.

Uzorci su ugravirani u plastiku s Dremel alatom i malim okruglim brusnim nastavkom. To čini površine na kojima se svjetlo može odbiti, stvarajući tako užarene uzorke. Da biste dobili najbolji sjaj, želite uzorke na stražnjoj strani ploče. Ploče se zatim podupiru preklopom kako bi sjajne značajke imale veći kontrast. Za dodatno zadržavanje svjetlosti, upotrijebio sam dio folijske trake oko područja savijanja i oko LED diode.

Vjerojatno biste postigli bolje rezultate ako imate uslugu poput Ponoko laserskog rezanja i graviranja ploča, ali nisam bio dovoljno strpljiv za ovaj prototip pa sam to učinio ručno.

Za svoju prvu kocku koristio sam uzorak galifrejskih riječi za svaku stranu. Ako ste ljubitelj znanstvene fantastike, odmah ćete prepoznati što je to, čak i ako ne znate što piše …:)

Korak 4: Preklopite

Sada želimo pričvrstiti ploče. Otkrio sam da se ljepljivo ljepilo zapravo ne lijepi za akril. Završio sam s dvostranom trakom. Tek nakon što sam dovršio kocku shvatio sam da i dvostrana traka također svijetli pa nije dobra ideja koristiti je na cijeloj stražnjoj strani ploče, već je trebate pričvrstiti samo na četiri ugla.

Obratite pozornost na raspored ploča tako da se mogu preklopiti i da završe ispravno. Pritisnuo sam rubove ploča kako bih ih zatvorio s kartonom. Tacky Glue ovdje odlično funkcionira jer brzo hvata papir i drži ga.

Korak 5: Senzori

Za detekciju dodira, svaka strana kocke ima kapacitivni senzor. Ovo je izrađeno od trake od folije, koju možete jednostavno kupiti u trgovini kućanskih potrepština poput Lowesa. Obično se koristi u zračnim kanalima za brtvljenje dijelova kanala. Jedna žica je skinuta s jednog kraja i postavljena blizu ruba senzora, a zatim je pričvršćena za nju drugim malim kvadratom folijske trake. Traka je široka 2 , što je savršene veličine, a koristite tri duljine za svaki po dva senzora dodira.

Svi senzori povezani su zajedno i uzemljeni s krugom izrezanim na sredini svake ploče i spojeni žicom.

Eksperimentiranje je ovdje bilo važno. Prvi put sam koristio jednostavan kvadrat folije. Ovo je radilo u redu kada ste izravno dodirivali foliju, ali nije radilo dobro ili uopće nije bilo iza akrila. Za moj sljedeći pokušaj izrezao sam krug u sredini folije s razmakom od približno 2 mm prema preostaloj vanjskoj foliji. Žica senzora povezuje se sa središtem dok je vanjska folija uzemljena. Ovo je radilo znatno bolje i bilo je osjetljivo iza čak dva sloja plastike.

5 senzora je sve isto, ali šesti senzor nalazi se na mjestu igrališta. Htio sam moći i dalje koristiti unutarnje LED diode na ovoj ploči, pa je napravljen uzorak i upotrijebljen za rezanje krugova u foliji, kao i podloge za kartice.

Korak 6: Blinky svjetlosni niz

U svom originalnom dizajnu kupio sam pojedinačne 5050 SMT LED diode i lemio im žice. Ovo je bilo neugodno i komplicirano, a rezultirajući niz nije odgovarao presavijenoj verziji papira koju sam napravio. Stoga sam kupio NeoPixele duljine 1 metar s 30 piksela po metru. Ovo je bio gotovo savršen razmak za dobivanje dva piksela po ploči. Problem je u tome što bih morao saviti žicu oko ugla bez obzira na to kako sam postavio kocku. Zavoj bi također bio složeni zavoj, a ne samo jednostavan pregib.

Možete naručiti trake u obliku slova "S" koje su namijenjene za presavijanje, ali nisam želio čekati mjesec dana da ih naručim iz Kine. Tako sam nabavio standardne trake i pažljivo izrezao tri rupe kako bih dobio fleksibilniju traku. Ovdje budite oprezni jer želite ostaviti dovoljno bakrenih tragova kako bi i dalje djelovalo. Izračunao sam koliko će snage traka koristiti, a time i koliko tragovi trebaju biti široki, pa sve dok je još široka oko 2 milimetra, trebali biste biti u redu.

Čak i s rupama, malo je teško postaviti traku na mjesto. Drže ga mrlja vrućeg ljepila na pola puta između svake LED diode. Budući da je traka sjajna, lako je možete skinuti s vrućeg ljepila, stoga budite oprezni. Teško ga je vidjeti, ali za svaki je preklop LED traci dao laganu "rupicu" prema gore, tako da će se pri presavijanju kocke preklopiti prema unutra. To je potrebno jer bi se u protivnom otežalo presavijanje jer je traka previše kruta.

Također vodite računa da traku orijentirate tako da je ulazni kraj blizu ploče na kojoj će se montirati igralište za krugove. Ovdje ćete morati lemiti tri žice do kraja trake.

Korak 7: Napajanje

Koristio sam 3 AAA baterije za napajanje od 4,5 V, što je više nego dovoljno za napajanje Circuit Playground -a (koje će to regulirati na 3,3 V za BLE modul) i taman dovoljno za LED traku (idealno, 5 V, pa možda neće biti što svjetlije, ali dovoljno dobro).

Koristeći još neke zalihe kartica u zelenoj boji (samo za zabavu) stvorio sam jednostavnu kutiju oko držača baterija. Koristio sam držač 2x AAA i još jedan držač AAA jer sam to imao pri ruci. Kutija držača baterija osigurat će sigurno pričvršćivanje baterija i također dodati još neke snage konačnoj kocki.

Korak 8: Krugovi

Za kontrolu kocke koristio sam Adafruit Circuit Playground. Oni su skuplji od Arduino Nano -a ili Pro Mini -a, no imaju puno ugrađenih dodataka poput akcelerometra i zvučnika, mikrofona i dva gumba. Također ima 10 NeoPixela na ploči. U početku sam planirao koristiti akril za stvaranje svjetlosnih cijevi koje bi se savijale unutar kocke kako bi preusmjerile svjetlo na svih šest strana. To se previše zakompliciralo i na testovima se činilo da svjetlo neće završiti dovoljno jako, pa sam se odlučio za NeoPixel traku. Ugrađeni pikseli će se koristiti za druge pokazatelje.

Modul HM-10 želi razine od 3,3 V za serijsku komunikaciju, a budući da Circuit Playground radi i na 3,3 V, nema problema s izravnim povezivanjem istih. Kad bismo koristili drugu vrstu Arduina, poput Nano-a ili Pro Mini-a koji radi na 5V, željeli bismo smanjiti taj napon na RX ulazu na HM-10 s par otpornika (razdjelnik napona).

Budući da koristimo bluetooth modul za komunikaciju između kockica, ostaje nam samo šest I/O linija, po jedna za svaki kapacitivni senzor za stranice kocke. To ne ostavlja nikakav I/O za vanjske NeoPixele. Zbog strogog vremena potrebnog za programiranje NeoPixela, možemo se izvući upotrebom jednog pina i za piksele i za senzor. Povremeno provjeravamo senzor, a zatim po potrebi pomoću iglice programiramo piksele. Pikseli zapravo ne primjećuju senzor, i naravno da senzor ne mari za programiranje impulsa. U teoriji senzor dodaje kapacitet liniji što bi moglo utjecati na piksele, ali čini se da to nije dovoljno da izazove problem.

Ono što se ipak događa je problem kodiranja. Budući da je kapacitivni senzor ulaz, kod postavlja pin na način unosa. Kada zatim pokušate kontrolirati NeoPixels, to ne funkcionira. Jednostavno ručno postavljanje pina natrag u način rada za izlaz rješava problem.

Fritzing dijagram prikazuje HC-05 bluetooth modul, ali mi zapravo koristimo HM-10 BLE modul, koji ima isti pinout. Također prikazuje 4 AAA baterije, ali trebale su nam samo 3. Konačno, kapacitivni senzori nisu montažni, već su napravljeni od trake od folije … dijagram služi uglavnom za prikaz kako se sve spaja. Žice su grupirane kako bi pokazale kako se vrpčni kabel koristio.

Korak 9: BLE modul

Moramo konfigurirati bežični modul BLE. Najlakši način za to je pomoću jednostavnog FTDI programera, koji se također obično koristi za programiranje Arduina koji nemaju ugrađeni USB (poput Pro Mini, na primjer). Možete ih nabaviti za samo nekoliko dolara. Želite spojiti Gnd i Vcc veze na BLE modul i RX i TX veze, ali one su zamijenjene. Tako RX na jednoj ploči ide na TX na drugoj ploči. To ima smisla jer jedna ploča prenosi na drugu ploču Primanje.

Kad priključite USB FTDI -a u računalo, trebali biste se moći povezati s njim putem serijskog monitora u Arduino IDE -u (koristim internetsku verziju na https://create.arduino.cc/editor). Morat ćete postaviti Baud na 9600 ako već nije.

Da biste bili sigurni da radi, upišite:

NA+IME?

i pritisnite gumb Pošalji. Trebali biste dobiti odgovor s trenutnim imenom uređaja (+IME = kako god). Moj se u početku zvao BT-05 koji je drugačiji modul (AT-09 *) od standardnog HM-10, ali na fotografiji možete vidjeti da sam ga već preimenovao u BLT (naziv je ograničen na 12 znakova.. pa "Blinky Light Thing" neće raditi). Da biste ga preimenovali, upišite:

NA+IME = BLT

A onda sam ga morao resetirati da bi se pojavio naziv:

AT+RESET

Budući da izrađujemo više kockica koje trebaju međusobno razgovarati, jedna od kockica mora biti "master" (ili "središnja" u BLE specifikacijama) i kontrolirati/razgovarati s ostalim kockama ("slave" ili "periferija")). Da bismo to učinili, za master moramo poslati ove naredbe (moduli su zadano slave/periferni).

AT+IMM0

NA+ULOGU1

To govori modulu da se automatski poveže (prva naredba), a zatim da bude "središnji" uređaj (druga naredba).

* Bilješka

Moji moduli su bili moduli AT-09 (veća "probojna" ploča) s HM-10 (manjom pločom) zalijepljenom za nju. Stvarni čip koji obavlja sav posao je Texas Instruments CC2541. Postoji mnogo varijacija ovih modula pa pazite što naručujete. Želite pronaći originalne module Jinan Huamao.

Moji su također sadržavali firmver koji nisam mogao identificirati pa nije reagirao na gotovo sve zanimljive AT naredbe. Morao sam ga ponovno instalirati na firmver iz Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Ako ste naišli na jedno od ovoga, evo postupka za njegovo "popravljanje" (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Korak 10: Završno ožičenje

Za završno ožičenje upotrijebio sam reciklirani vrpčani kabel iz stare konektorske jedinice za disketu. Ovdje bi radila svaka tanka žica, ali vrpčani kabel olakšao je održavanje stvari čistima i organiziranima. Vrpčasti kabel dovoljno je fleksibilan za savijanje i kopčanje gdje je potrebno.

Koristio sam točkice vrućeg ljepila za držanje stvari ili na nekim mjestima samo još više trake od folije. Kružno igralište drži se na mjestu s još jednim presavijenim komadom kartona.

Korak 11: Testiranje

Prije nego što nešto dovršite, uvijek testirajte stvari da vidite kako to funkcionira (ako radi!).

Čak i prije nego što sam uopće išta sastavio, htio sam testirati senzore i LED niz. Budući da se jedan pin mora dijeliti između LED niza i jednog senzora, ovo je bilo prvo što sam testirao. Ovdje sam otkrio da ne radi, ali da je razlog bio samo to što se zajednički pin morao vratiti na izlazni pin nakon korištenja senzora.

Prvi senzor koji sam testirao bio je običan kvadrat folije. Ovo je uspjelo, ali nije baš osjetljivo. Kružno igralište konfigurirano je tako da dopušta kapacitivni dodir izravno na svoje jastučiće (putem manjeg otpornika). Nažalost, za veću osjetljivost potreban vam je veći otpornik, ali ne možemo promijeniti ono što je već na ploči. U svom drugom testu koristio sam kružni senzor na sredini kvadrata folije s otprilike 2 mm uklonjene folije, dok je ostatak folije uzemljen. Time je napravljen mnogo osjetljiviji senzor koji je radio čak i iza akrilnih ploča.

Nažalost, nakon što sam sve sastavio, ali još uvijek u "plosnatom" obliku, ponovno sam testirao senzore i oni nisu radili dobro, zahtijevajući izravan dodir s folijom. Vjerujem da je to rezultat parazitskog kapacitivnosti u vrpčanom kabelu, nešto što nisam razmatrao.

Korak 12: Redizajn senzora

Prvo što sam pokušao bilo je ublažiti učinke parazitskog kapaciteta. Pomoću vrpčnog kabela shvatio sam da su sve žice senzora jedna do druge, stvarajući veći kapacitet. To je rezultiralo time da su dva najudaljenija senzora djelovala zajedno, tj. Mogao sam pritisnuti bilo koji od njih i dobiti isto očitanje na bilo kojem ulaznom pinu. U retrospektivi mogao sam upotrijebiti više žica u vrpčanom kabelu, s žicom za uzemljenje između svake žice senzora. U ovom trenutku nisam htio sve ponovno spojiti, pa sam smislio pametno rješenje.

Umjesto namjenske žice za uzemljenje, mogao bih promijeniti sve pinove senzora na izlaze s logičkom vrijednošću 0, što znači da bi bili uzemljeni. Tada bi jedan senzor koji sam htio pročitati bio jedini ulaz. To bi se ponovilo za očitavanje svakog senzora. To je puno pomoglo samo s malo dodatnog programiranja!

Osim toga, odvojio sam žice od BLE modula dalje od žica senzora kako ne bi smetale.

Ipak, senzor ne bi otkrio dodir iza akrilnog zaslona. Konačno sam odlučio da Circuit Playground s ugrađenim senzorom kapacitivnosti jednostavno neće raditi. Dizajniran je za izravan dodir, pa na svakom ulazu ima otpornik od 1 megohm. Budući da to ne mogu promijeniti, a više nije bilo dostupnih pinova, morao sam otkriti kapacitet samo s jednim pinom i vanjskim otpornikom.

Svakom ulazu sam dodao otpornik od 10 megahm, spojen na pin 3.3V i prešao na biblioteku kapacitivnih senzora koja radi na jednom pinu. Razlog zbog kojeg je senzor osjetljiviji je taj što se zbog većeg otpornika sporije puni, što omogućuje preciznije mjerenje.

Korak 13: Kodirajte

Naravno, kôd čini da sve ovo funkcionira. Imam na umu više igara za ovu kocku, kao i za više kockica. Trenutno imam implementiranu igru sličnu Simonu. Kôd možete pronaći ovdje:

Korak 14: Posljednji preklop

Sada kada smo sve priložili i testirali, možemo napraviti posljednje preklope koji ovu 2D kreaciju pretvaraju u 3D kocku. Počevši od duge dimenzije sklopa, preklopite tri unutarnja nabora, a zatim umetnite jezičak u utor, tvoreći glavno tijelo kocke. Zalijepite ovo ljepilom. Zatim preklopite gornju ploču (onu s Circuit Playground -om) na kocku, stavljajući jezičke u utore. Ovo biste trebali zalijepiti na mjesto jer ćete ga vjerojatno morati otvoriti radi ponovnog programiranja.

Posljednja strana, koja služi kao poklopac za baterije, ne bi trebala biti zalijepljena, ali joj je potrebna neka traka ili nešto drugo da je drži na mjestu. U kasnijem dizajnu mogao bi imati jezičak za zaključavanje koji bi se ubacio u glavni jezičak kako bi ga držao na mjestu, poput mnogih paketa proizvoda koji se koriste.

Sada biste trebali imati potpuno funkcionalnu Blinky Light Thing!

Korak 15: Budućnost

Ovo je bio prototip Blinky Light Thinga. Cilj je napraviti još nekoliko kockica. Kocke će moći međusobno komunicirati i omogućiti igre koje se igraju s više kockica i / ili s više igrača. Konačni dizajn trebao bi biti lijepa laserski izrezana akrilna kocka ili eventualno 3D tiskano tijelo s akrilnim pločama. Htio bih ovo napraviti kao komplet i učiniti ga dovoljno jednostavnim za izgradnju za dijete. Krugovi LED -a i senzora mogli bi se ugraditi na fleksibilnu tiskanu ploču kako bi se znatno olakšala izgradnja.

Ili tko zna, možda bi se mogla proizvesti kao igračka? Moram igrati s ljudima da vidim što misle. Već kao prototip imam nekoliko djece i odraslih koji se žele igrati s tim i pitati što je to.