Складывающийся светильник Blinky Light: 15 шагов

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

Вдохновение

Несколько лет назад моему брату пришла в голову блестящая идея продукта, который он назвал Blinky Light Thing. Это был почти бесполезный гаджет, который служил только для развлечения владельца миганием огней, вибрациями и какими-то примитивными движениями (как одна нога, на которой она могла качаться). Это было бы как Pet Rock нового тысячелетия. Это так и не было сделано.

Перенесемся в настоящее время. У меня была идея для игры с мигалками, гудками и сенсорными датчиками. Это казалось более практичным, но все же «штуковиной» с «мигающими лампочками», и поэтому этому устройству присвоили название!

Что такое Blinky Light Thing?

В дальнейшем именуемый BLT, это небольшой ручной объект (в настоящее время куб), на котором вы можете играть в несколько игр. Каждая сторона куба может светиться и чувствовать прикосновение. Куб также знает, в какую сторону он ориентирован, и может ощущать движение.

Но вот что самое интересное (ну, кроме мигающих огней и всего остального..). У него есть возможность общаться с другими BLT! Он делает это через Bluetooth Low Energy или BLE. Это позволяет играть в игры с участием более чем одного куба и игры с несколькими игроками.

Эволюция

Первоначально, когда меня осенило, я вообразил кубики гораздо меньшего размера и несколько из них. Я быстро пришел к выводу, что это слишком сложно для реализации в качестве первого прототипа, и остановился на идее иметь всего 2 куба побольше, чтобы подтвердить концепцию. Первый дизайн планировалось построить в виде жесткого куба с акриловыми сторонами, со вставкой, содержащей электронику и панели, установленные на внутренней раме. Также в оригинальном дизайне встроенные светодиоды на игровой площадке Circuit будут освещать стороны куба через «световые трубки», сделанные из гнутого акрила. В целом это было очень умно, но, вероятно, также излишне спроектировано! Я дошел до создания куба, панелей и внутренней структуры, прежде чем понял, что это слишком сложно.

Введите: бумага

В какой-то момент в начале своих набросков я разместил все компоненты на плоском чертеже сторон куба, просто чтобы лучше визуализировать вещи. Много позже я вернулся к этой идее и подумал, может быть, я действительно смогу сделать ее плоской, а затем «сложить». Я подумал, что смогу сделать это с акриловыми панелями, разложив их на плоской поверхности, установив все части, а затем «сложив» все на место.

Потом, позже, я подумал, а почему бы просто не сделать прототип из бумаги / картона и буквально сложить его? Я уже играл с идеями складывающегося компьютера и складывающегося робота, так почему бы не и это тоже?

Шаг 1: Список деталей

Части, чтобы сделать одну вещь Blinky Light. NeoPixels обычно представляет собой полосу шириной 1 метр, которой достаточно, чтобы построить 2 куба с небольшим остатком.

2-дюймовая световозвращающая лента из металлической фольги - 3,38 доллара США.

Акриловый лист 8 "x 10" - 3,38 доллара.

2 листа картона, 8,5 x 11 дюймов - 3,99 доллара США. Я использовал синий, но подойдет любой темный цвет.

Circuit Playground Classic - 20 долларов

Модуль HM-10 BLE - 4 доллара

Проволока малого калибра. Я использовал переработанный ленточный кабель - 1,77 доллара от разъема старого дисковода для гибких дисков.

Полоса NeoPixel 1 метр - 6 долларов (30 светодиодов, нам нужно всего 12)

Батарейный отсек 3x AAA - 140 долларов

Tacky Glue - 1,29 доллара или другой клей для бумаги

Горячий клей

Необходимые инструменты

Инструменты для зачистки проводов или осторожное использование лезвия бритвы.

Акриловый режущий инструмент или подходящее лезвие x-acto

Инструмент для надрезания картона или хорошая шариковая ручка

Зажимы (упрощает резку акрила)

Гравер или другой инструмент, подобный дремелю.

Мелкозернистая наждачная бумага

Зажигалка BIC (если вы хотите отполировать акрил пламенем)

Дырокол

Шаг 2: Куб

Завершенный BLT представляет собой куб, квадрат 2,5 дюйма. Этот размер был получен как хороший компромисс для размещения игровой площадки Circuit (круг 2 дюйма) и акриловых панелей, держателя батареи и т. Д.

Стороны куба можно разложить на листе картона. Знаете ли вы, что есть 11 различных способов сделать это? Я не сделал! Однако у меня были и другие ограничения. Он должен был уместиться на листе бумаги / карт стандартного размера (8,5 x 11 дюймов) и должен был складываться таким образом, чтобы свести к минимуму изгибы проводки. Рисунок, который я выбрал, почти идеально подходит для создания куба 2,5 дюйма. Он также позволяет каждой стороне куба иметь внешнюю часть и загиб, который образует заднюю сторону каждой акриловой панели.

Я распечатал это (включая-p.webp

Шаг 3: панели свечения

На каждой стороне куба есть светящаяся панель с боковой подсветкой. Каждый из них имеет размер 2-дюймовых квадрата с дополнительным размером примерно 1/4 дюйма с одной стороны. Этот дополнительный кусок будет там, где устанавливаются светодиоды. Я использовал акрил толщиной 0,08 дюйма от Plaskolite, который я купил в Lowes в 8 х 10 листов. На одном листе вы получите все детали для одного куба. Эти детали можно было вырезать лазером в таких сервисах, как Ponoko, но я делал это вручную.

Чтобы вырезать детали, понадобится надрезной инструмент. Я использовал одно из лезвий из своего набора x-acto. Распечатку деталей кладу под пластик, а потом по линиям сверху делаю надрез. Вы должны подумать о том, какие линии нужно разорвать в первую очередь, потому что вам придется ломать пластик от одного края до другого. Вы не можете сделать это, например, чтобы проделать дыру. Я рекомендую прижимать пластик к краю стола так, чтобы линия надреза находилась прямо на краю столешницы. Тогда при быстром нажатии вниз пластик сломается. Это оставляет относительно гладкую кромку, но затем вы захотите отшлифовать ее как можно более плоской.

Затем все края шлифуются мелкозернистой наждачной бумагой, чтобы сделать их как можно более гладкими, а также слегка закругленными, что поможет сохранить свет, отражающийся внутри пластика. Наконец, я отполировал края пламенем с помощью простой зажигалки Bic. На одном крае (длинный размер, IE, лишние 1/4 дюйма) я отшлифовал округлый скос, который поможет отражать свет по направлению к остальной части панели. Вместо того, чтобы прикреплять светодиоды к краю, что было бы сложно сделать в этой конструкции, светодиоды будут прикрепляться с другой стороны скоса, заподлицо с поверхностью панели.

Узоры выгравированы на пластике с помощью инструмента Dremel и небольшой круглой шлифовальной насадки. Это делает поверхности, на которых свет может отклоняться, создавая светящиеся узоры. Чтобы добиться наилучшего свечения, вам нужны узоры на обратной стороне тарелки. Затем пластины откидываются, чтобы придать светящимся деталям больше контраста. Для дополнительного сдерживания света я использовал ленту из фольги вокруг области изгиба и вокруг светодиода.

Вы, вероятно, добились бы лучших результатов, используя такую услугу, как лазерная резка и гравировка панелей Ponoko, но у меня не было достаточно терпения для этого прототипа, поэтому я сделал это вручную.

Для своего первого куба я использовал образец галифрейских слов для каждой стороны. Если вы фанат научной фантастики, вы сразу узнаете, что это такое, даже если не знаете, о чем там написано …:)

Шаг 4: сложите

Теперь мы хотим прикрепить панели. Я обнаружил, что липкий клей на самом деле не прилипает к акрилу. В итоге я использовал двусторонний скотч. Только после того, как я завершил куб, я понял, что двусторонний скотч также имеет тенденцию светиться, поэтому было не рекомендуется использовать его на всей задней стороне панели, вы должны прикреплять его только к четырем углам.

Обратите внимание на расположение панелей, чтобы вы могли сложить их, и они оказались расположены правильно. Я придавил края панелей, чтобы закрыть их картоном. Здесь отлично работает клейкий клей, так как он быстро захватывает бумагу и удерживает ее.

Шаг 5: датчики

Для обнаружения прикосновения на каждой стороне куба есть емкостный датчик. Это сделано из фольги, которую вы можете легко купить в магазине товаров для дома, таком как Lowes. Обычно используется в воздуховодах для герметизации частей воздуховодов. Одиночный провод зачищается с одного конца и помещается рядом с краем датчика, а затем прикрепляется к нему с помощью другого небольшого квадрата из фольги. Лента имеет ширину 2 дюйма, что является идеальным размером, и используйте три длины, чтобы получить по два сенсорных датчика.

Все датчики соединены между собой и заземлены с помощью круга, вырезанного в середине каждой панели и соединенного проводом.

Здесь были важны эксперименты. Вначале я использовал простой квадрат из фольги. Это работало нормально при прямом прикосновении к фольге, но не работало или совсем не работало, когда находилось за акрилом. Для моей следующей попытки я вырезал круг в центре фольги с зазором примерно 2 мм до оставшейся внешней фольги. Провод датчика подключается к центру, а внешняя фольга заземляется. Это работало значительно лучше и было чувствительным даже за двумя слоями пластика.

5 датчиков одинаковы, но шестой датчик находится там, где находится игровая площадка. Я хотел по-прежнему использовать внутренние светодиоды на этой плате, поэтому был создан узор, который использовался для вырезания кругов в фольге, а также на основе картона.

Шаг 6: мигающая световая строка

В своем первоначальном дизайне я купил отдельные светодиоды 5050 SMT и припаял к ним провода. Это было неудобно и сложно, и получившаяся нить не подходила для той версии, которую я в итоге сделал. Поэтому я купил NeoPixels длиной 1 метр с разрешением 30 пикселей на метр. Это был почти идеальный интервал для получения двух пикселей на панель. Проблема в том, что мне пришлось бы сгибать веревку за угол, как бы я ни раскладывал куб. Сгиб также будет составным сгибом, а не просто сгибом.

Вы можете заказать полоски S-образной формы, которые можно сложить таким образом, но я не хотел ждать месяц, чтобы заказать их из Китая. Я взял стандартные полоски и аккуратно вырезал три отверстия, чтобы получилась более гибкая полоска. Будьте осторожны, потому что вы хотите оставить достаточно медных следов, чтобы он все еще работал. Я подсчитал, сколько энергии будет потреблять полоска и, следовательно, насколько широкими должны быть дорожки, так что до тех пор, пока ее ширина составляет около 2 миллиметров, все будет в порядке.

Даже с отверстиями немного сложно установить полосу на место. Он удерживается каплей горячего клея на полпути между каждым светодиодом. Так как полоска глянцевая, вы легко можете снять ее с горячего клея, так что будьте осторожны. Его трудно увидеть, но для каждого сгиба я сделал полосу светодиода небольшой «ямочкой», направленной вверх, чтобы при складывании куба он складывался внутрь. Это необходимо, потому что в противном случае их будет сложно сложить, так как полоса будет слишком жесткой.

Также убедитесь, что вы сориентировали полосу так, чтобы входной конец находился рядом с панелью, на которой будет установлена площадка Circuit Playground. Здесь вам нужно припаять три провода к концу полосы.

Шаг 7: Мощность

Я использовал 3 батареи AAA, чтобы получить 4,5 В, чего более чем достаточно для питания Circuit Playground (который будет регулировать это до 3,3 В для модуля BLE) и ровно достаточно для светодиодной ленты (в идеале 5 В, поэтому они могут не работать). быть максимально яркими, но достаточно хорошими).

Используя еще несколько карточек зеленого цвета (просто для удовольствия), я создал простую рамку вокруг держателей батарей. Я использовал 2 держателя AAA и еще один держатель AAA, потому что это то, что у меня было под рукой. Коробка держателя батарейного отсека обеспечит надежную установку батарей, а также добавит прочности окончательному кубу.

Шаг 8: схемы

Для управления кубом я использовал игровую площадку Adafruit Circuit. Они дороже, чем Arduino Nano или Pro Mini, однако в них есть множество встроенных функций, таких как акселерометр и динамик, микрофон и две кнопки. Он также имеет на борту 10 NeoPixels. Первоначально я планировал использовать акрил для создания световых труб, которые будут изгибаться внутри куба, перенаправляя свет на все шесть сторон. Это стало слишком сложным, и в тестах казалось, что свет не будет достаточно ярким, поэтому я выбрал полосу NeoPixel. Встроенные пиксели будут использоваться для других индикаторов.

Модулю HM-10 требуются уровни 3,3 В для последовательной связи, а поскольку Circuit Playground также работает при 3,3 В, нет проблем с их прямым подключением. Если бы мы использовали другой тип Arduino, такой как Nano или Pro Mini, работающий при 5 В, мы бы хотели уменьшить это напряжение на входе RX на HM-10 с помощью пары резисторов (делителя напряжения).

Поскольку мы используем модуль Bluetooth для связи между кубами, у нас остается всего шесть линий ввода-вывода, по одной для каждого емкостного датчика на сторонах куба. Это не оставляет никаких операций ввода-вывода для внешних NeoPixels. Из-за строгой синхронизации, необходимой для программирования NeoPixels, мы можем обойтись без использования одного контакта для пикселей и датчика. Мы периодически проверяем датчик, а затем при необходимости используем штифт для программирования пикселей. Пиксели на самом деле не замечают сенсор, и, конечно же, сенсор не заботится о программирующих импульсах. Теоретически датчик добавляет к линии емкость, которая может повлиять на пиксели, но этого недостаточно, чтобы вызвать проблему.

Однако происходит проблема с кодированием. Поскольку емкостный датчик является входом, код устанавливает контакт в режим входа. Когда вы затем пытаетесь управлять NeoPixels, это не работает. Простая ручная установка вывода обратно в режим вывода решает проблему.

На диаграмме Фритцинга показан модуль Bluetooth HC-05, но на самом деле мы используем BLE-модуль HM-10 с такой же распиновкой. На нем также показаны 4 батарейки AAA, но нам нужно было только 3. Наконец, емкостные датчики не сборные, а из фольги … диаграмма служит в основном для того, чтобы показать, как все это соединяется. Провода сгруппированы, чтобы показать, как использовался ленточный кабель.

Шаг 9: модуль BLE

Нам нужно настроить беспроводной модуль BLE. Самый простой способ сделать это - с помощью простого программатора FTDI, который также обычно используется для программирования Arduino, у которого нет встроенного USB (например, Pro Mini). Вы можете получить их всего за несколько долларов. Вы захотите подключить соединения Gnd и Vcc к модулю BLE, а также соединения RX и TX, но они поменяны местами. Таким образом, RX на одной плате переходит в TX на другой плате. Это имеет смысл, потому что одна плата передает на другую доску Прием.

Когда вы подключаете USB-порт FTDI к своему компьютеру, вы сможете подключиться к нему через последовательный монитор в Arduino IDE (я использую онлайн-версию по адресу https://create.arduino.cc/editor). Вам нужно будет установить скорость 9600 бод, если это еще не сделано.

Чтобы убедиться, что он работает, введите:

AT + NAME?

и нажмите кнопку "Отправить". Вы должны получить ответ с текущим именем устройства (+ NAME = любое). Мой изначально назывался BT-05, который представляет собой другой модуль (AT-09 *), чем стандартный HM-10, но на фотографии вы можете видеть, что я уже переименовал его в BLT (имя ограничено 12 символами.. так что "Blinky Light Thing" не сработает). Чтобы переименовать его, введите:

AT + NAME = BLT

И затем мне пришлось сбросить его, чтобы имя появилось:

ПРИ + СБРОС

Поскольку мы создаем несколько кубов, которые должны взаимодействовать друг с другом, один из кубов должен быть «главным» (или «центральным» в спецификациях BLE) и управлять / разговаривать с другими кубами («подчиненными» или «периферийными устройствами».). Для этого для мастера нам нужно отправить эти команды (модули по умолчанию являются подчиненными / периферийными).

AT + IMM0

AT + ROLE1

Это указывает модулю автоматически подключиться (первая команда), а затем стать «центральным» устройством (вторая команда).

* Примечание

Моими модулями были модули AT-09 (большая «промежуточная» плата) с наклеенной на нее HM-10 (меньшая плата). Фактический чип, который выполняет всю работу, - это Texas Instruments CC2541. Есть много вариантов этих модулей, поэтому будьте осторожны при заказе. Вы хотите найти оригинальные модули от Цзинань Хуамао.

Мои также содержали прошивку, которую я не мог идентифицировать, и поэтому она не отвечала почти на все интересные AT-команды. Пришлось перепрошить на прошивку от Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Если в конечном итоге вы получите один из них, вот способ "исправить" его (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Шаг 10: Окончательная разводка

Для окончательной разводки я использовал переработанный ленточный кабель от старого разъема дисковода гибких дисков. Здесь подойдет любой тонкий провод, но ленточный кабель помогает содержать вещи в чистоте и порядке. Ленточный кабель достаточно гибкий, чтобы его можно было сгибать и перегибать в случае необходимости.

Я использовал точки горячего клея, чтобы удерживать вещи, а в некоторых местах просто ленту из фольги. Circuit Playground удерживается на месте с помощью еще одного сложенного кусочка картона.

Шаг 11: Тестирование

Прежде чем что-либо доработать, всегда проверяйте, как это работает (работает ли!).

Еще до того, как что-то собирать, я хотел протестировать датчики, а также светодиодную цепочку. Поскольку один вывод должен использоваться совместно светодиодной цепочкой и одним датчиком, это было первое, что я тестировал. Здесь я обнаружил, что это не сработало, но причина заключалась только в том, что общий контакт должен был быть снова установлен на выходной контакт после использования датчика.

Первый датчик, который я тестировал, представлял собой простой квадрат из фольги. Это сработало, но не особо чувствительно. Игровая площадка Circuit Playground сконфигурирована так, чтобы позволять емкостное прикосновение непосредственно к его пэдам (посредством меньшего резистора). К сожалению, для большей чувствительности вам понадобится резистор большего размера, но мы не можем изменить то, что уже есть на плате. Во втором тесте я использовал круглый датчик в середине квадрата фольги с удаленной фольгой примерно на 2 мм, а остальная часть фольги заземлена. Это сделало датчик гораздо более чувствительным, который работал даже за акриловыми панелями.

К сожалению, после того, как все это было собрано, но все еще в «плоском» виде, я снова протестировал датчики, и они не работали должным образом, требуя прямого прикосновения к фольге. Я считаю, что это результат паразитной емкости ленточного кабеля, которую я не учел.

Шаг 12: Модернизация сенсора

Первым делом я попытался уменьшить влияние паразитной емкости. С помощью ленточного кабеля я понял, что все провода датчиков расположены рядом друг с другом, создавая большую емкость. Это привело к тому, что два самых дальних датчика работали вместе, то есть я мог нажать любой из них и получить одинаковые показания на любом входном контакте. Оглядываясь назад, я мог бы использовать больше проводов в ленточном кабеле с заземляющим проводом между каждым проводом датчика. Я не хотел все переделывать на этом этапе, поэтому я придумал умное решение.

Вместо выделенного провода заземления я мог бы изменить все контакты датчика на выходы с логическим значением 0, что означает, что они будут заземлены. Тогда единственный датчик, который я хотел прочитать, будет единственным входом. Это будет повторяться для чтения каждого датчика. Это очень помогло, просто добавив немного дополнительного программирования!

Кроме того, я отделил провода от модуля BLE от проводов датчика, чтобы они не мешали.

Тем не менее, сенсор за акриловым экраном не распознает прикосновения. В конце концов, я решил, что встроенная в Circuit Playground функция измерения емкости просто не будет работать. Он был разработан для прямого касания, поэтому на каждом входе имеется резистор 1 МОм. Поскольку я не могу это изменить, а контактов больше не было, мне пришлось определять емкость только с одним контактом и внешним резистором.

Я добавил резистор 10 МОм к каждому входу, подключенный к выводу 3,3 В, и переключился на библиотеку емкостных датчиков, которая работает на одном выводе. Причина, по которой это делает датчик более чувствительным, заключается в том, что более высокий резистор заставляет его заряжаться медленнее, что позволяет проводить более точные измерения.

Шаг 13: Код

Код, конечно же, заставляет все это работать. У меня есть несколько игр для этого куба, а также для нескольких кубиков. В настоящее время у меня реализована просто игра, похожая на Simon. Вы можете найти код здесь:

Шаг 14: заключительная складка

Теперь, когда у нас все прикреплено и протестировано, мы можем сделать последние складки, которые превратят это двухмерное творение в трехмерный куб. Начиная с длинного размера сборки, сложите три внутренних сгиба и затем вставьте язычок в прорезь, образуя основную часть куба. Приклейте это липким клеем. Затем сложите верхнюю панель (ту, что с игровой площадкой) на куб, вставив выступы в прорези. Вы должны прикрепить его на место, потому что вам, вероятно, потребуется открыть его для перепрограммирования.

Последняя сторона, которая служит крышкой для батарей, не должна быть приклеена, но для ее удержания на месте требуется скотч или что-то еще. В последующем дизайне он мог бы иметь фиксирующий язычок, который вставлялся бы в основную вкладку, чтобы удерживать его на месте, как это делают многие пакеты продуктов.

Теперь у вас должен быть полностью функциональный Blinky Light Thing!

Шаг 15: будущее

Это был прототип Blinky Light Thing. Цель состоит в том, чтобы сделать еще несколько кубиков. Кубики смогут общаться друг с другом и обеспечивать возможность игр с несколькими кубиками и / или несколькими игроками. Окончательный дизайн должен быть красивым, вырезанным лазером акриловым кубом или, возможно, 3D-печатным корпусом с акриловыми панелями. Я бы хотел сделать его в виде набора, чтобы он был достаточно простым в сборке для ребенка. Схемы светодиодов и датчиков могут быть встроены на гибкую печатную плату, чтобы упростить сборку.

Или кто знает, может быть, его можно будет изготовить как игрушку? Мне нужно поиграть с людьми, чтобы узнать, что они думают. Уже в качестве прототипа у меня есть несколько детей и взрослых, которые хотят поиграть с ним и спрашивают, что это такое.