Гигантский чувствительный к давлению цветной пузырь - Spectra Bauble ™: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Друг хотел какой-нибудь забавный свет для вечеринки и почему-то это пришло ему в голову:

Гигантский мягкий шар-шар, который при нажатии меняет цвет и издает звуки

Хотелось сделать что-нибудь оригинальное и веселое. Он использует датчик давления воздуха, чтобы определить степень сжатия части воздушного шара, и он весьма чувствителен. Он программируется, поэтому он может иметь интересное поведение, например, спокойно сидеть, перебирая радугу цветов, пока кто-то не нажимает на мяч, а затем может менять цвета или даже играть в игру, например, когда пользователь пытается сопоставить (путем нажатия / давления) отображаемый цвет на одном или нескольких светодиодах. Будущие дополнения могут включать в себя чип обнаружения движения, чтобы он начинал издавать шум и цвета, когда кто-то движется поблизости, и небольшой двигатель наддува, поскольку часть воздушного шара может сдуться в течение нескольких / нескольких дней.

Я пробовал несколько вариантов, прежде чем остановился на этом дизайне, и несколько изображений будут намекать на это, но я сосредоточусь на создании окончательной версии.

Кроме того, я проделал большую часть строительства, прежде чем подумал о создании для него Instructable, так как я не видел конкурса Make It Glow позже. У меня не так много картинок, как хотелось бы, но я постараюсь охватить ключевые моменты в создании, чтобы вы могли сделать одну самостоятельно. В любом случае, лучше иметь достаточное понимание того, что вы можете «управлять этим» во время строительства, и знать, где находятся пределы, чтобы вы могли строить, не раболепно следуя рецепту.

Название просто для забавы, Spectra Bauble ™.

Шаг 1. Детали и инструменты

Инструменты

• отвертка
• ленточная пила или копировальная пила
• роутер (не обязательно)
• паяльник и припой
• ножницы
• правитель
• 3D-принтер (вы также можете сделать держатель светодиода другим способом, см. Ниже)
• дрель и набор сверл
• файл
• Биты Форстнера
• Ручка (серебряные чернила)
• компас (для рисования кругов)
• кусачки и стриптизерши
• плоскогубцы и некоторые втулки (не обязательно)
• спрей на клей
• двухсторонний скотч
• Обжимные и обжимные устройства Dupont (например, PA-09, но есть много других вариантов; ознакомьтесь с этим другим руководством)
• какой-то большой воздушный насос
• Вазелин (для воздушных швов)
• принтер полезен для распечатки некоторых шаблонов, но не важен

Запчасти

* Я включаю цены, если они есть у меня под рукой

* У меня не всегда есть ссылка на конкретный элемент, который я использовал, но я могу связать аналогичный элемент, используя «как этот» или «например»

• Кольцо из 5 адресуемых светодиодов (но на самом деле вы можете использовать любой ассортимент светодиодов WS2812) $ 8,55
• Датчик давления MS5611 (BMP280, 0,69 доллара, замена должна быть каплей, но немного менее чувствительна) 4,72 доллара
• трубка, ~ 50см
• соединитель шланга (например, этот "соединитель шланга пагоды")
• игла для введения воздушного шара (она поставляется с шариком / шариком 60 см / средний, но не с шариком 120 см)
• блок питания 5В, 6А, 30Вт $ 5.50
• макет провода
• маленькая макетная плата (вот так) $ 1
• многожильный провод, скажем 22 или 24AWG
• маленький динамик (я вытащил его из динамика, который нашел на улице утилизированным)
• Arduino Pro Mini (например, atmega328, но я, в зависимости от вашей программы, также может быть atmega168 или, что еще лучше, беспроводная плата, такая как ESP8266) ~ 2 доллара
• шнур питания с розеткой (найден в моей коллекции хлама)
• винтовой клеммный разъем (вот так)
• круглый контактный женский заголовок
• искусственный шерстяной мех (из местного магазина тканей) ~ 5 долларов
• искусственная кожа (из местного кожевенного магазина) ~ 3 доллара
• Доска МДФ ~ 5 $
• шурупы для дерева
• герметичный контейнер (я использовала старую бутылку с витаминами с герметично закрывающейся крышкой)
• герметик (наверно клей тоже подойдет но у меня герметик оказался)
• пара старых пробок от винных бутылок
• пластиковое ведро ~ 3 $
• большие мягкие шарики (я пробовал и 60см / М, и 120см) ~ 10 долларов
• эластичный шнур, диаметр ~ 3мм х 1 метр ~ $ 1
• металлические винтовые крючки
• кусок суперэластичной ткани (я только что искал в местном магазине тканей, но это может сработать даже лучше) Самая дорогая часть! 14 долларов США

/////////////////////

Итак, сколько все детали стоили вместе? Может быть, порядка 75 долларов, не считая того, что я нашел в своих кучах хлама / сокровищ - пробки, силовой кабель, динамик, трубки, воздушный разъем, герметичный контейнер, провода, винты, герметик - все это может добавьте еще 15 долларов или около того, если вы купили новый.

Шаг 2: камера датчика давления

Мне нужно было как-то подключить к шару датчик давления. Я рассматривал другие варианты, такие как определение давления нижней поверхности мяча, давящего на какой-то датчик, или наличие датчика внутри шара или на поверхности мяча, но наиболее разумным вариантом, который я нашел, было прикрепить отдельный воздушный поток. герметичная камера с датчиком в ней к шару через трубку.

Камера

На самом деле я потратил довольно много времени на напечатанную на 3D-принтере конструкцию барокамеры, которая теоретически все еще работала бы, но столкнулся с ошибкой в ее герметизации, а затем просто решил пойти на манер с моей грудой мусора и использовать все, что у меня было под рукой., который представлял собой старый контейнер с витаминами с герметичной крышкой, которая издает "хлопающий" звук, когда вы ее снимаете.

Также были включены некоторые изображения выброшенной 3D-печатной камеры - часть невидимой работы по «провалу», которая присутствует в большинстве проектов.

Строительство

Два отверстия просверлены в контейнере с витаминами, одно для проводов (питания и данных), одно для соединителя трубки.

Провода и разъем были приклеены каким-то подводным герметиком, который у меня был под рукой, но вы, вероятно, могли бы использовать силикон или что-нибудь, что было бы воздухонепроницаемым и не образовывало бы трещины между стыком герметика и контейнера после длительного изгиба назад и вперед (что происходит, когда вы возиться во время строительства и тестирования).

Я отрезал витаминную трубку до минимальной длины, достаточной для того, чтобы провода и датчик могли поместиться внутри, так как я знал, что в окончательной конструкции места будет мало.

Я обжал разъемы Dupont на проводах, чтобы я мог легко подключить либо высокочувствительный датчик давления MS5611, либо более дешевый BMP280 (к сожалению, у меня не было времени протестировать BMP280).

Сделайте провода достаточно длинными, чтобы можно было легко прикрепить плату датчика за пределами контейнера, затем вставьте все это и наденьте крышку.

Трубка, показанная на рисунке, предназначалась только для первоначального тестирования и позже была заменена на более длинную, возможно, 30-40 см, чтобы вы могли удерживать часть баллона и воткнуть конец трубки с иглой в баллон, не работая в тесноте. пространство ведра-контейнера.

Шаг 3: База

Первоначально я думал просто использовать эластичную ткань, чтобы удерживать часть воздушного шара на какой-то платформе, возможно, сделанной из пенополистирола, чтобы всю конструкцию можно было закрепить на стене (это все еще возможно для другой версии). Хотя я представлял себе ткань как бы «невидимой», поскольку она растягивается, как учили повсюду, на самом деле она сгущается. Если бы основа была огромной, вы могли бы растянуть ткань в стороны, и она не собиралась бы в комок, но я хотел избежать огромной основы. У меня была идея увеличить периметр основания, чтобы уменьшить провисание ткани, сделав его зубчатым / звездчатым (см. Фото прототипа картона с 5 выступами), и это сработало, но в конце концов решил сделать тяжелую основу с ведром.

В бетонном отделе хозяйственного магазина я нашел очень дешевое ведро с ужасным запахом пластика, которое было почти идеальным (и всего ~ 3 доллара). Изначально я вылил на дно кучу старой штукатурки Paris, чтобы получилось тяжелое основание, и это был бы конец основы, но старая штукатурка так и не застыла, и у меня просто образовался большой беспорядок, похожий на глину. выкопать из ведра. Итак, очередной провал.

Фотографии 5-лепесткового картона и разрушения штукатурки включены выше.

Если подумать, мне понравилась идея разборной базы, к тому же не такой уж и тяжелой. Решил попробовать МДФ.

Чтобы не работать в пределах ковша, я отрезал нижнюю часть ковша и разработал систему зажима основания снизу между двумя кусками МДФ. Круглый кусок МДФ немного больше, чем отверстие в дне ведра, привинчивается к другим частям основания внизу, так что ведро сжимается так сильно, что вы можете переносить всю конструкцию за ведро, и основание будет Подожди.

Прочие строительные примечания:

Ковш для резки:

Я посмотрел, где можно отрезать ведро и оставить достаточно места для электроники под нижним радиусом / поверхностью шара, когда он надавливает. Я нарисовал линию на внешней стороне ведра на этой высоте серебряным маркером (потому что ведро черное) и использовал нож для резки коробок / универсальный нож, чтобы разрезать (осторожно) через ведро. Пластик был очень мягким и довольно легко уходил.

Раскрой МДФ:

Я положил отрезанное ведро на МДФ и обвел внутреннюю часть дна ведра, чтобы проложить канал, в котором может находиться нижний край ведра. Это, вероятно, не является абсолютно необходимым, так как мех закроет этот край, но я подумал, что это выглядело лучше.

Основание состоит из трех дисков МДФ, два из которых находятся под нижним краем ковша и один внутри ковша, который прижимает ковш к двум другим частям. Два нижних немного больше в диаметре, чем дно ведра - это произвольно, но я сделал их на несколько см больше, исходя из того, что, как я думал, будет хорошо смотреться. Они действительно могут быть любого размера.

Я разрезал МДФ небольшой ленточной пилой (которую я купил за 20 долларов!) И обработал верхний видимый край, что опять же не является абсолютно необходимым, но я думаю, что это выглядит лучше. Вы можете разрезать МДФ копировальной пилой; хорошая тренировка рук.

Я обработал нижний край «зажимного» диска из МДФ так, чтобы он имел немного более клиновидную форму, которая соответствовала наклонным сторонам ковша при завинчивании. Это, вероятно, не критично, но я думаю, что это помогло немного легче центрировать внутренний MDF-диск.

На одном из фото видно, как нижние стенки ковша слегка выпирают, когда внутренний диск из МДФ прижимается вниз, фиксируя ковш на основании.

Шаг 4: ножки для основания

Поскольку я решил проложить кабель питания снизу, а не сбоку, я хотел добавить несколько ножек, чтобы немного приподнять всю конструкцию, чтобы освободить место для кабеля. Я использовал старую пробку и несколько винтов, чтобы сделать три фута (три точки определяют плоскость, поэтому она не будет качаться).

Здесь не было ничего слишком сложного:

- разрезать пробку канцелярским ножом на три равные части

- измерил каждую секцию и подал ее до тех пор, пока все они не стали примерно одинаковой высоты

- осторожно просверлили потайное отверстие в центре каждой пробки

- привинчивается к нижней пластине МДФ под углом 120 ° друг к другу по распечатанному на бумаге шаблону

Шаг 5: держатели светодиодов

Я немного переборщил с этой частью, так как у меня было много видений вариантов освещения, и я хотел чего-то общего. В итоге у меня получилось что-то наполовину общее, угол поворота и угол которого можно регулировать, и которое вставляется в любое 10-миллиметровое отверстие (я использовал бит Форстнера, чтобы сделать отверстие с очень ровной стороной). У меня были другие конструкции, в которых светодиоды скользили по направляющей или выполняли другие действия, но это начинало занимать слишком много времени. На самом деле, вам не обязательно иметь этот держатель, вы, вероятно, могли бы отрезать дно бумажного стаканчика и надеть светодиодное кольцо, а затем приклеить его конец.

Изображение некоторых из многих неудачных версий. У меня, должно быть, было 20-30 версий и разной геометрии, но, в конце концов, я остановился на раздельном основании, которое зажимало часть ярма. Могло быть лучше, но все работает нормально.

Настройки принтера см. На рисунках.

Самая маленькая часть держателей светодиодов защелкивается, как показано на рисунке, и предохраняет светодиодное кольцо от раскачивания.

Вставить светодиод в полукруглую вилку сложно, но он идет (сначала вставьте маленькие антивибрационные детали).

Шаг 6: шуба

Поскольку это тактильная игрушка, я хотел, чтобы основа была чем-то приятным на ощупь, поэтому я выбрал искусственный мех и искусственную кожу, белого цвета, поскольку само устройство должно обеспечивать цвет.

У меня осталось немного искусственного меха из другого проекта, недостаточно большого, чтобы разрезать то, что мне нужно, в одну полоску, поэтому я разрезал его на две части, но было несложно скрыть швы, сжав края.

Основание я накрыл куском картона (из коробки из-под пиццы) и распылил клей по бокам, затем аккуратно нанес полоску искусственной белой кожи. Получилось на удивление хорошо, и кожа также неплохо соответствовала изгибу верхнего края. Я обрезал концы кожаной полоски универсальным ножом, а затем просто потянул за них, чтобы закрыть зазор, так как материал был довольно эластичным. Сустав на расстоянии едва заметен.

Шаг 7: Установка электроники

Я часто выполняю «сухую» установку деталей на протяжении всего процесса, чтобы в дальнейшем избежать неожиданностей: что-то не подходит, не будет зазора, или что-то будет выглядеть неправильно или что-то еще. Я считаю, что это хорошая привычка, когда ты делаешь что-то, так как она помогает избежать множества ошибок.

Я припаял провод калибра 24AWG (22?), Который я нашел в своей коробке с произвольными проводами, на разъемы питания светодиодов. Я припаял несколько круглых штыревых коннекторов к входным и выходным каналам данных. Я хотел иметь возможность снимать светодиоды, не подключая их к большому беспорядку проводов. Это не самое лучшее решение, но оно сработало. Каждое кольцо имеет соединение +/- питания плюс соединение ввода / вывода данных. Желто-коричневые провода (см. Рисунки) - это питание, а пурпурные (провода на макетной плате) подключаются от Arduino на макетной плате до последнего светодиодного кольца путем гирляндного соединения от одного кольца к другому с одним фиолетовым проводом макета к разъем IN от последнего светодиода и один фиолетовый провод, идущий от разъема OUT. Я использовал круглые штыревые разъемы на входах / выходах, чтобы провод макетной платы плотно входил в них. Последнее светодиодное кольцо в цепи не имеет провода, подключенного к его выводу OUT.

Светодиодные кольца не потребляют большого количества энергии, но это 5 x 16 = 80 светодиодов, и в целом я оценивал максимум до 4 А при полной мощности (очевидно, каждое из них составляет около 50 мА на полную мощность по сравнению с аналогичным продуктом. https://www.pololu.com/product/2537). Поэтому блок питания на 6А. Поскольку питание подавалось на каждое светодиодное кольцо индивидуально, я подумал, что 24AWG будет достаточно (сравните с рейтингами мощности для разных AWG https://www.powerstream.com/Wire_Size.htm). Я использовал немного более толстый провод (по-моему, 22AWG) от источника питания к блоку разъемов, который распределял питание на светодиоды, поскольку было меньше проводов, больше тока на провод. Я не проявил особой осторожности, так как не планировал запускать все светодиоды на полную мощность в течение значительного промежутка времени. Я предполагаю, что если вы хотите запустить его именно так, вы можете более внимательно проверить калибр провода, чтобы увидеть, поддерживает ли он этот ток без перегрева.

Я распечатал устройство снятия натяжения кабеля питания с Thingiverse, "rtideas"

Я прикрутил блок питания 5V 6A двумя маленькими винтами. Первый блок питания, который я использовал, взорвался из-за короткого замыкания некоторых проводов из-за того, что провода кабеля питания не были надежно прикреплены, поэтому я был более осторожен после заказа запасного блока. Я действительно прикрутил к этому источнику провода входного и выходного питания.

Я использовал соединительный блок, чтобы подать питание 5 В на светодиоды и на макетную плату, чтобы обеспечить разгрузку от натяжения между источником питания и компонентами и своего рода точку распределения питания, отличную от прямой от источника (возможно, не обязательно).

На макетной плате есть кусок двустороннего скотча, чтобы удерживать ее на месте. Могли бы поработать в очень жарком климате? Для меня это держится очень хорошо.

Примечания по подключению:

Схема подключения MS5611 не совсем очевидна - с используемой библиотекой ожидается, что его вывод SDA подключен к A4 на Arduino, а SCL подключен к A5 на Arduino.

Извините, схема подключения уродливая, но я хотел хотя бы вставить какую-нибудь схему.

Шаг 8: Защитный и рассеивающий тканевый экран и монтажный шар

Мне нравится, как выглядит мяч без ткани, но с этим есть некоторые проблемы:

- его можно просто оттолкнуть, что бы вырвало из него трубку

- в обстановке вечеринки / игры, когда люди могут увлечься, толкая предметы в мяч, это увеличивает риск прокола мяча.

- свет не такой рассеянный … что на самом деле не проблема, просто выбор эстетики, и в любом случае может быть хорошо

Я представил суперэластичную ткань, которая будет плавно проходить по ней, но на самом деле ткань на нижней стороне собирается вверх. Возможно, чулочная / нейлоновая ткань может больше растягиваться и меньше складываться, но у меня ее нет под рукой. Я мог бы разрезать ткань, как баскетбольный мяч, я думаю, и сшить ее по этим швам, чтобы она соответствовала форме воздушного шара, но тогда у него будут уродливые швы, хотя потенциально можно сделать это в нижней части, где ткань скомкается, может быть хорошим решением.. У меня не было времени попробовать это, и я решила стянуть ткань вниз, добавив втулки с нижней стороны и натянув их на основу с помощью металлических крючков. Визуально не очень, но сносно, если смотреть чуть сверху.

Я подумал о том, чтобы рассеять светодиоды с помощью специальной пластиковой фольги, предназначенной для рассеивания света в световых коробах (см. Фото), но решил, что воздушный шар плюс ткань делает свет достаточно рассеянным.

Добавление ткани:

- обрезать ткань примерно до квадратной формы

- размечено 8 примерно равноудаленных точек по окружности со смещением от края на несколько сантиметров (чтобы дать опорным точкам некоторый буфер от вырывания)

- вставьте втулки (после долгих проб и ошибок найти способ заставить их защемить ткань); использовала небольшое колечко из тонкого картона, чтобы лучше зажимать ткань.

- драпированная ткань по центру над ведром

- надутый баллон надеть на ведро с тканью.

- продевала эластичный шнур через отверстия и стягивала его вокруг воздушного шара (сложно сделать как одному человеку)

- шнур натянут и завязан

Затем нужно просто вставить иглу для баллона (нанесите на нее немного вазелина, чтобы герметизировать стык от протечек; то же самое для крышки контейнера с витаминами), затем наденьте баллон на ведро и потянитесь вниз, чтобы закрепить эластичный шнур на металлических крючках. которые выступают вокруг основания.

Это закрепляет воздушный шар вниз, так что пользователь не может его оттолкнуть, но оставляет достаточно эластичной нити, чтобы его можно было легко отцепить, а также он может выдерживать сильные толчки пьяных гуляк или сумасшедших детей, употребляющих много сахара.

Примечания к воздушному шару:

Мне было трудно его надуть. Прежде всего, очевидно, что отверстия не было, поэтому я очень осторожно проткнул отверстие там, где оно должно было быть, большой иглой (диаметром ~ 1 мм). Тогда вам понадобится какой-то насос большого объема, чтобы его накачать. У меня оказался воздушный компрессор. Я думаю, что с велосипедным насосом надувание займет бесконечно много времени (по крайней мере, час).

Шаг 9: Программное обеспечение

Вот об этом.

О, программное обеспечение. Сделайте это живым.

(на этом последнем рисунке сборки в ведре вы можете заметить дополнительный чип, висящий на проводах от макета. Это аудиоусилитель PAM8403, который я тестирую. Вы можете получить звук из динамика и без него, но усилитель делает его намного громче. Он работает, но с ужасным гудением (без сомнения, учитывая ситуацию с проводкой), поэтому я пока не описываю это). Видео в верхней части этого шага показывает звук без PAM8403, и вы можете видеть, что он достаточно громкий.

Мозг Spectra Bauble - это Arduino Pro Mini 368.

Код находится в стадии разработки. Пока у меня было только время закодировать такое поведение:

При включении питания он издает что-то вроде звукового сигнала R2D2. Когда вы нажимаете на мяч, и давление увеличивается, он издает звуковой сигнал, высота которого увеличивается вместе с давлением мяча. Когда вы достигаете определенного максимального давления, свет начинает берсерком, произвольно вспыхивая яркими вспышками и, наконец, издавая волчий свист. Идея макс. Пусковой механизм давления должен был удерживать людей от вдавливания в воздушный шар настолько, чтобы он мог быть проколот. Итак, немного отрицательных отзывов.

Спасибо Коннору Нишиджиме за звуковую библиотеку Arduino (и звуковые эффекты), которая позволяет выводить звук на динамик без какого-либо дополнительного оборудования. Светодиоды управляются с помощью библиотеки Adafruit_NeoPixel.h, но я считаю, что есть и другие библиотеки, которые также будут работать (библиотеки для светодиодов WS2812). Чип давления контролируется с помощью библиотеки MS5611.h.

Код, показанный на видео, прилагается.

Есть масса вариантов поведения, которые можно запрограммировать, некоторые из моих идей «todo»:

- нажмите шаблон нажатия, чтобы разблокировать секретные цветные дисплеи, или используйте шаблон нажатия пользователя для переключения поведения

- со временем менять поведение / реакцию, чтобы пользователю не было скучно и не «разбираться в этом»

- вращение / завихрение: огни кружат на отдельных кольцах одно за другим и `` передают '' свет на следующее кольцо

- повысить сверхчувствительность только к атмосферным изменениям (поэтому будет мерцать; возможно, расширьте цветовую гамму)

- отклик с задержкой (больше путаницы / неожиданного поведения, чтобы взаимодействие оставалось свежим)

- игровой режим:

- мигает цвет, и пользователь должен нажимать с правильным давлением, чтобы соответствовать цвету

- пользователь должен следить за цветом (некоторые кольца показывают целевой цвет, другие показывают текущий цвет давления пользователя)

- выберите любимый цвет из цветовой развертки, тогда последующее световое шоу будет в этом цвете

- цвет колеблется между противоположными кольцами, и если пользователь «попадает» в середину (время), то выполняет новое поведение

- повторяет ввод пользователя, соблазняет пользователя поиграть с разными шаблонами ввода

- может датчик давления улавливать крики?

- по умолчанию светится «дышащий» свет, время от времени мигает, чтобы привлечь внимание; если добавлен радиолокационный чип, реагируйте при приближении людей

Шаг 10: это все, что она написала

Итак, это все. Это не так, как хотелось бы, но у меня закончилось время.

Я бы хотел добавить усилитель, чтобы сделать звук громче (хотя звук с использованием меньшего шара, надутого до того же размера, был намного громче… я думаю, что дополнительная резина в большом шаре значительно заглушила звук).

У меня есть доска для mp3, и я бы добавил звуковые эффекты или музыку.

Я хотел добавить радиолокационный чип (RCWL-0516), чтобы он знал, когда кто-то находится поблизости, и начинал действовать.

У меня есть небольшой насос для измерения артериального давления, и я хотел добавить его в контур трубопровода баллона, чтобы Arduino могла включить его, чтобы надуть баллон, если он измеряет слишком большой перепад давления (сдувание баллона).

Я подумал о том, чтобы использовать его в качестве контроллера для других вещей, таких как небольшой огнемет, сделанный из распылителя для полива растений, размер пламени связан со значением давления, или предметы домашнего обихода, такие как регулятор громкости света или стереосистемы.

Вывод звука также может быть направлен через Bluetooth на внешние динамики.

Мяч должен надуть более чем на 1,2 метра, но я этого еще не пробовал. Может быть, интересный опыт.

Так много идей и так мало времени …

Ну вот хоть что-то. Дать ему шанс.

Особая благодарность Тому за то, что он протестировал безделушку и показал, насколько она может быть интересной.:)