Интерактивное дерево: 10 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Интересная традиция, касающаяся докторских и лицензионных диссертаций, заключается в том, что их вешают на дереве в главной библиотеке KTH перед публичной защитой / семинаром. Поэтому в рамках проекта нашего курса «Проектирование и реализация физического взаимодействия» наша группа решила отметить этот обычай, создав интерактивную версию дерева.

Шаг 1. Что вам понадобится

Материалы:

• 1x цифровые весы (с 4 датчиками веса)
• Салфетки для чистки из хлопка и целлюлозы (мы использовали одну ткань на цветок, всего 6).
• 2x пенопласта
• Нить
• 4x деревянные доски (у нас 22x170x1600 мм каждая)
• 6x внешних угловых молдингов (2 из 27x27x750 мм, 2 из 27x27x600 мм и 2 из 27x27x1350 мм)
• 1x деревянная доска (не толще 6-7 мм)
• 2x деревянные доски (толщиной 2-3 см, 45x45 см)
• Провода
• Припой
• Горячий клей
• Термоусадочные трубки
• Двусторонняя клейкая лента
• 20x универсальных винтов (5x40 мм)
• 20 универсальных винтов (3,0 x 12 мм)
• 10x арматурных углов
• 1x Stripboard (макетная плата)

Электроника:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - усилитель тензодатчика
• 1x - микроконтроллер ESP8266 Huzzah Feather
• 1x - RFID-считыватель Adafruit RC522
• 2x - мультиплексоры (8-битные регистры сдвига с 3-х состояниями выходных регистров)
• 16x - красные светодиоды
• 16x - резисторы
• 6x - сервоприводы - Hitec HS-422 (стандартный размер)

Инструменты:

• Паяльник
• Пистолет для горячего клея
• Ручная пила
• Копирующая пила
• Отвертка
• Деревянный рашпиль
• Лобзик для резки дерева

Шаг 2. Подключите цифровые весы для ванной комнаты

Для этого первого шага мы использовали 4 тензодатчика от цифровых весов для ванной комнаты и усилитель тензодатчика HX711. Штыри обозначены цветами: RED, BLK, WHT, GRN и YLW, которые соответствуют цветовой кодировке каждого датчика веса. Они были подключены к образованию мостов из пшеничного камня (см. Рисунки). Мы применяем возбуждение к красным тензодатчикам 1 и 4 и считываем сигналы от тензодатчиков 2 и 3 красных (см. Ссылку).

Шаг 3. Настройте считыватель RFID

Для сборки сканера мы использовали два аппаратных средства; микроконтроллер ESP8266 Huzzah Feather и считыватель RFID Adafruit RC522.

Между ESP8266 и RC522 было 5 соединений (см. Рисунок 1).

Сканер предназначался для сканирования карт KTH, 13,6 МГц, и отправки уникального идентификатора карты или, в идеальном случае, идентификатора студента в базу данных Google Firebase. Все это было сделано с использованием готовых пакетов Arduino, MFRC522 для RC522, ESP8266 для Wi-Fi и Arduino Firebase для обмена данными между Firebase. После того, как информация была отправлена в базу данных, веб-страница, содержащая дерево, была обновлена с использованием анимации D3.js для имитации цветения цветка на виртуальном дереве.

Последней частью настройки была отправка информации о том, что карта была отсканирована, на микроконтроллер Arduino Uno. Между ESP8266 и Arduino Uno было 1 соединение (см. Рисунок 1).

Контакт 16 использовался специально, потому что он имеет значение по умолчанию LOW, в то время как другие контакты имеют значения по умолчанию HIGH. Когда карта сканируется, мы отправляем один ВЫСОКИЙ импульс на Arduino Uno, который затем выполнял остальную часть кода.

Шаг 4: Настройка пути светодиода

Чтобы обеспечить более значимое взаимодействие, а также видимую обратную связь об определенных действиях пользователя, мы решили организовать путь светодиодов, которые загораются, в направлении обозначенной ветви. Таким образом, пользователя направляют туда, где он / она должен конкретно повесить диссертацию.

Для этого мы использовали два мультиплексора: 8-битные регистры сдвига с 3-х состояниями выходных регистров и 16 красных светодиодов. Мультиплексор обеспечивает управление 8 выходами одновременно, занимая всего 3 контакта на нашем микроконтроллере. Соединения были выполнены с помощью «синхронной последовательной связи» (см. Ссылку).

Шаг 5: составьте цветы

Для этого шага мы использовали легкий и гибкий материал - тряпки для чистки. Из этого материала были вырезаны детали в форме лепестков. Следовательно, эти лепестки соединены с центральной конструкцией, сделанной из шарика из пенопласта. Каждый лепесток закреплен ниткой, так что при натяжении лепесток изгибается.

Шаг 6: Постройте дерево

Наш основной материал - дерево. Дерево состоит из четырех отдельных деревянных досок, скрепленных вместе в форме квадрата (5 шурупов для соединения двух досок). Ветки были сделаны из дерева за пределами углового карниза. В стволе дерева проделаны квадратные отверстия, чтобы вставить ветви. Каждая ветвь имеет либо один светодиод на конце (нижняя и верхняя ветвь), либо два светодиода (средняя ветвь). Каждый светодиод закреплен клеем.

После того, как светодиоды были правильно установлены, мы прикрепили по одному цветку на каждую ветку. У каждого цветка есть сервопривод, который контролирует цветение (см. Рисунки). Шкала, светодиоды и сервопривод подключаются к Arduino через макетную плату, изготовленную на этапе 4. Каждая ветвь крепится к стволу с левой и правой стороны с помощью усилительных уголков и универсальных винтов 3,0x12 мм.

Одна из более толстых деревянных досок будет использоваться в качестве основы для дерева, а другая будет вырезана в форме прямоугольного треугольника, который сначала будет прикручен к стволу дерева, а затем прикреплен к деревянной доске у основания.

Для базовой деревянной доски сделайте квадратное отверстие для проводов весов, чтобы они проходили через него, а затем прикрепите весы к деревянной доске с помощью двусторонней липкой ленты.

Arduino Uno разместили в основании ствола, а также макетную плату со всеми соответствующими подключениями.

Прежде чем закрыть дерево, сделайте квадратное отверстие в последней деревянной доске у его основания, чтобы подключить компьютер к Arduino и микроконтроллеру ESP8266 Huzzah Feather.

Шаг 7: Украсьте елку

Чтобы улучшить внешний вид нашего прототипа, мы добавили несколько листьев на ветки, которые были вырезаны лазером, а также сову (чтобы символизировать знания).

Шаг 8: Код

Здесь у вас есть разные коды, которые вы можете использовать для проверки работы каждого компонента (калибровка_test.ino для шкалы, scanner.ino для считывателя RFID и servo_test.ino для сервоприводов), а затем все целиком (light_test.ino как начальный тест и main.ino в качестве финальной версии).

Вам также потребуется установить библиотеку HX711, чтобы иметь возможность работать с весами (ссылка на библиотеку).

Шаг 9. Создайте веб-приложение

В качестве дополнительного взаимодействия мы добавили цифровую обратную связь через веб-приложение. Приложение получает отсканированный идентификатор, и в результате повешенной диссертации цветок на виртуальном дереве тоже расцветает.

Шаг 10: наслаждайтесь опытом

В конце концов, мы были счастливы, что нам удалось заставить все компоненты работать вместе. Процесс был одновременно захватывающим и напряженным, но, несмотря на все трудности, мы довольны результатом, а опыт был интересным и, что самое главное, познавательным.