Создание окружающего дисплея на основе ветра: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Это классный проект, разработанный и созданный Трин Ле и Мэттом Арлаукасом для HCIN 720: прототипирование носимых устройств и устройств Интернета вещей в Рочестерском технологическом институте.

Цель этого проекта - абстрактно визуализировать направление и скорость ветра в местах, связанных с токенами RFID. Эти два измерения будут полезны всем, кто пилотирует лодки, летает на дронах, воздушных змеях, моделях ракет и так далее.

Дисплей будет состоять из вентилятора, дующего вверх, чтобы ленты ткани волновались и «танцевали» над столешницей. Живость лент показывала величину скорости ветра. Направление ветра будет представлено индикатором, подключенным к шаговому двигателю в основании и способным вращаться на 360 °.

Шаг 1. Материалы и инструменты

Корпус

• Акриловые (PMMA) листы 1/8”, подходящие для лазерной резки
• Акриловые стержни 1/8 дюйма (для заполнения швов)
• Бахрома

Электронные части

• Фотон частиц (https://store.particle.io/collections/photon)
• Цилиндрический разъем постоянного тока 2,1 мм (https://www.adafruit.com/product/373)
• Блок питания 12 В постоянного тока, 600 мА с вилкой 2,1 мм (https://www.adafruit.com/product/798)
• Преобразователь постоянного тока в постоянный (https://www.digikey.com/product-detail/en/murata-power-solutions-inc/OKI-78SR-12-1.0-W36-C/811-3293-ND/6817698) Схема регулятора напряжения OR 7805 (https://www.instructables.com/howto/7805/)
• Плата считывания RFID MFRC522 (https://www.amazon.com/dp/B00VFE2DO6/ref=cm_sw_su_dp)
• L293D Dual H-Bridge Motor Driver (https://www.adafruit.com/product/807)
• Шаговый двигатель 12 В (https://www.adafruit.com/product/918)
• 120-мм вентилятор 12 В постоянного тока (https://www.amazon.com/Kingwin-CF-012LB-Efficient-Excellent-Ventilation/dp/B002YFP8BK)
• Транзистор S9013 NPN (или аналогичный)
• 2 - резистор 220 Ом
• 1N4001 Диод
• 5 мм синий светодиод
• Наклейки Mifare Classic 1K RFID (https://www.amazon.com/YARONGTECH-MIFARE-Classic-Material-adhesive/)

Проводка

• Полупансион Adafruit Perma-Proto (https://www.adafruit.com/product/1609)
• Провод 22 AWG, одножильный и многожильный
• 20 AWG, двухжильный провод (для питания)
• Штекерная соединительная планка (для подключения вентилятора и двигателя)
• 2-12-контактные разъемы для штабелирования с гнездом (для Photon)
• 1 - 1x3 штекер с шагом 0,1 дюйма (для транзистора вентилятора)
• 1 - разъем 1x8 с шагом 0,1 дюйма и обжимные контакты гнезда (считыватель RFID)
• 1 - разъем 1x2 с шагом 0,1 дюйма и обжимные контакты гнезда (вентилятор)
• 4 - Разъем 1x1 с шагом 0,1 дюйма и обжимные контакты гнезда (шаговый двигатель)
• 1 - 16-контактное DIP-гнездо (для H-моста)
• Маленькие нейлоновые завязки для галстуков (по желанию)
• Термоусадочная трубка (опция)

Аппаратное обеспечение

• 2 - винты M3x6mm (для крепления шагового двигателя)
• 4 - винты M3x35 мм (для крепления вентилятора)
• 8 - Шайба плоская М3
• 4 - гайки М3

Инструменты

• Лазерный резак
• 3д принтер
• Инструменты для пайки
• Акриловый клей (https://www.amazon.com/Acrylic-Plastic-Cement-Applicator-Bottle/)
• Листы гофрированного картона плоские (для монтажного стапеля)

Шаг 2: данные для представления

Дисплей ветра будет отображать направление и скорость ветра из местоположения, связанного с токеном с RFID-меткой. Эти данные будут собираться из WeatherUnderground API. Чтобы использовать этот API, создайте учетную запись на https://www.wunderground.com/weather/api и выберите вариант плана, который лучше всего соответствует вашим потребностям.

Шаг 3: построение дисплея

Лазерная резка

Следуя инструкциям по эксплуатации лазерного резака, который вы будете использовать, подготовьте отображаемые файлы Adobe Illustrator (см. Ниже) для резки. Возможно, вам придется переставить объекты в файлах, чтобы они соответствовали размеру используемого вами лазерного резака.

Пластины вырезаны лазером из листов акрила (ПММА) толщиной 1/8 дюйма.

Монтажное приспособление

Чтобы сохранить правильный внешний угол пятиугольника в 116,6 °, мы разработали приспособление для быстрой сборки (assembly_jig.ai), которое поможет при сборке пластин.

1. Откройте файл assembly_jig.ai и вырежьте несколько кусков из гофрокартона.
2. Склейте их стопкой, следя за тем, чтобы стопка оставалась квадратной.

Угловые заполнители

Поскольку углы не ортогональны друг другу, мы используем акриловые стержни 1/8 дюйма, чтобы заполнить зазор и обеспечить большую площадь поверхности для склеивания. Предварительно отрезанные отрезки стержня должны быть размещены между каждой пластиной, оставляя немного места на каждом конце, где углы сходятся.

Сборка базы

Начните с базовой детали с большим отверстием для веера и приклейте акриловый стержень на каждый из пяти краев.

Поместите этот вентилятор на один из уклонов монтажного приспособления и поместите базовую боковую деталь на противоположной наклонной стороне.

Осторожно нанесите клей на стык и дождитесь его схватывания.

Продолжайте работать вокруг других сторон основания, обязательно прикрепив кусок присадочного стержня в местах, где встречаются две пластины.

Сборка деки Приклейте два монтажных диска шагового двигателя вплотную друг к другу, убедившись, что отверстия совпадают. После установки осторожно с помощью метчика проденьте два небольших отверстия для винтов M3. Теперь приклейте это к центру пластины настила, снова убедившись, что оно совпадает с центральным отверстием.

Закрепите шаговый двигатель двумя винтами M3x6 мм.

Сборка верха

Верх собирается так же, как и низ, но только из четырех пластин. Вы оставите зазор, где может быть расположена пятая пластина. Не забудьте использовать акриловый стержень для приклеивания верхних пластин.

Шаг 4: Электроника

Этот проект можно быстро собрать, используя макетную плату и перемычки. Просто следуйте приведенной выше схеме.

Для более совершенной сборки, ну, тогда пришло время избавиться от этих безумных навыков пайки.

У тебя есть сумасшедшие навыки пайки, не так ли? Если нет, то вот несколько ссылок, которые помогут это исправить …

• Инструкции: как паять
• Руководство Adafruit по отличной пайке

Используя полупансион Adafruit Perma-proto, разложите компоненты, как показано на диаграмме Fritzing выше. Использование разъемов для интегральных схем и транзисторов позволяет быстро и легко заменить их, если вы выпустите какой-либо Magic Smoke (https://en.wikipedia.org/wiki/Magic_smoke).

Припаяйте штыри / гнезда разъема к плате, чтобы помочь соединить внешние компоненты (шаговый двигатель и вентилятор) и сделать их легко заменяемыми (см. «Magic Smoke» выше). Сначала припаяйте провод питания и заземляющий провод, стараясь сделать их как можно более короткими и прямыми. Припаяйте разъем питания постоянного тока к одному концу отрезка двухжильного провода 20AWG, а другой конец к верхним шинам питания (плата ориентирована так, чтобы разъемы Photon находились слева).

Припаяйте провода, чтобы соединить цепи. В некоторых случаях проще провести проводку снизу платы. Для считывателя RFID штабелируемые заголовки для Photon оставляют достаточно места для соединений под Photon. Завершите провода RFID разъемом 1x8 для подключения к заголовку считывателя RFID.

Шаг 5: Установите электронику

После того, как основание приклеено, установите вентилятор в основание с помощью четырех винтов M3x35, шайб и гаек.

Прикрепите основную плату к внутренней стороне задней пластины (пластина с прямоугольным вырезом для цилиндрического разъема постоянного тока) с помощью монтажной ленты на вспененной основе.

Вставьте цилиндрический домкрат постоянного тока в прямоугольное отверстие и закрепите на месте акриловым клеем.

Прикрепите плату считывателя RFID к разъему и закрепите в любом удобном месте, используя монтажную ленту с пенопластом. Ничего страшного, если задняя часть платы обращена за пределы дисплея, антенна все равно будет принимать сигнал RFID. Закрепите синий светодиод рядом.

Подключите вентилятор и шаговый двигатель к основной плате.

Шаг 6: программирование

Впервые в Particle Photon?

В этом проекте будут использоваться веб-перехватчики частиц для сбора данных о ветре. Вот вкратце процесс.

1. Устройство ожидает сканирования токена.
2. При сканировании токена сохраняется уникальный идентификатор токена.
3. Затем устройство публикует этот идентификатор токена в Particle.io.
4. Получив эти данные, Particle.io отправляет данные на нашу страницу API через интеграцию с веб-перехватчиком.
5. Страница API получает идентификатор токена и ищет город и штат, связанные с ним, в массиве Locations.
6. Затем страница API вызывает AP-вызов WeatherUnderground (WU), используя информацию о местоположении.
7. WU API возвращает объект JSON с полными текущими погодными условиями для этого местоположения на страницу API.
8. Страница API анализирует эту информацию, извлекает и преобразует направление и скорость ветра и возвращает их на устройство в виде объекта JSON.
9. Устройство анализирует объект JSON, сохраняя направление и скорость ветра, которые будут использоваться для управления шаговым двигателем и вентилятором.

Прошивка

Создайте новый проект Photon под названием wind_display и перезапишите основной файл кодом wind_display.ino (см. Ниже).

Затем найдите и установите в свой проект следующие библиотеки:

• MFRC522 - v0.1.4 библиотека RFID для устройств измерения частиц
• SparkJSON - библиотека JSON v0.0.2, перенесенная из @bblanchon
• Stepper - библиотека шаговых двигателей v1.1.3 для Arduino

Скомпилируйте проект и загрузите в свой Photon.

Страница API

Чтобы использовать страницу API, вам необходимо загрузить ее на веб-сервер с поддержкой PHP. Доступно множество бесплатных вариантов веб-хостинга PHP.

Загрузите getWindData.txt и измените расширение файла на.php. Откройте в предпочитаемом вами редакторе и внесите следующие изменения:

Добавьте свой Photon Core ID:

// Добавьте core_id для Photon'ов, которым вы хотите разрешить использовать этот API $ allowedCores = array ('Здесь указывается ваш CoreID');

Добавьте свой ключ API WeatherUnderground:

// API-ключ WeatherUnderground $ wu_apikey = "Ваш ключ API-интерфейса WU";

В настоящее время не беспокойтесь об установке токенов / местоположений. Мы позаботимся об этом после того, как все будет настроено.

Сохраните и загрузите файл на веб-сервер. Запишите действующий URL-адрес для страницы API.

Перехватчик частиц

Войдите в свою консоль частиц и щелкните значок интеграции слева.

1. Щелкните «Новая интеграция», затем выберите «Веб-перехватчик».
2. Установите для имени события значение wind_display.
3. Установите URL-адрес на действующий URL-адрес страницы API.
4. Щелкните "Создать веб-перехватчик".

Получите идентификаторы токенов RFID и измените страницу API

Подключив Photon к компьютеру через USB и отсоединив его от внешнего источника питания, откройте окно терминала и запустите монитор последовательного соединения частиц.

1. Отсканируйте RFID-метку и запишите 8-значный идентификатор токена, отображаемый на мониторе последовательного порта.
2. Повторите эти действия для любых дополнительных тегов, которые хотите использовать.

Теперь вернитесь к getWindData.php и найдите раздел массива Locations:

// Массив местоположений // Замените «TokenID n» идентификатором отсканированного маркера // Замените «Cityn» на город, связанный с идентификатором маркера // Замените «Sn» на состояние с двумя символами, связанное с городом $ location = array («TokenID 1» => массив ("city" => "City1", "state" => "S1"), "TokenID 2" => массив ("city" => "City2", "state" => "S2"), "TokenID 3" => массив ("city" => "City3", "state" => "S3"));

Замените каждый идентификатор токена на идентификаторы ваших тегов и свяжите каждый с городом и штатом, из которого вы хотите получить информацию о ветре.

Сохраните файл и загрузите на свой веб-сервер.

Шаг 7: Используйте это

1. Покажите его, где хотите.
2. Установите флюгер на север.
3. Подключите блок питания.
4. Поместите жетон рядом с считывателем RFID и дождитесь, пока синий светодиод не начнет мигать.

Шаг 8: Дальнейшие идеи

Вот несколько идей по расширению проекта!