Cây tương tác: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Một truyền thống thú vị liên quan đến luận án tiến sĩ và luận án phân vị là chúng được treo trên cây trong thư viện chính của KTH trước khi diễn ra buổi bảo vệ / hội thảo công khai. Do đó, là một dự án cho khóa học Thiết kế và Hiện thực hóa Tương tác Vật lý của chúng tôi, nhóm chúng tôi đã quyết định kỷ niệm phong tục này bằng cách tạo ra một phiên bản tương tác của cây.

Bước 1: Những gì bạn sẽ cần

Vật liệu:

• 1x Quy mô kỹ thuật số (với 4 cảm biến lực)
• Vải lau bằng bông và xenlulo (chúng tôi sử dụng một miếng vải cho mỗi bông hoa, tổng cộng là 6 miếng)
• 2x quả bóng bọt
• Chủ đề
• Ván gỗ 4x (của chúng tôi là 22x170x1600 mm mỗi tấm)
• Khuôn góc bên ngoài 6x (2 trên 27x27x750 mm, 2 trên 27x27x600 mm và 2 trên 27x27x1350 mm)
• 1x Bảng gỗ (không dày hơn 6-7 mm)
• 2 tấm gỗ (dày 2-3 cm, 45x45 cm)
• Dây điện
• Hàn
• Keo nóng
• Ống co nhiệt
• Băng dính hai mặt
• 20x Vít đa năng (5x40 mm)
• 20x Vít đa năng (3.0x12 mm)
• 10x góc gia cố
• 1x Stripboard (bảng tạo mẫu)

Thiết bị điện tử:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - Bộ khuếch đại cảm biến lực
• 1x - Bộ vi điều khiển ESP8266 Huzzah Feather
• 1x - Đầu đọc RFID Adafruit RC522
• 2x - Bộ ghép kênh (thanh ghi dịch chuyển 8 bit với thanh ghi đầu ra 3 trạng thái)
• 16x - Đèn LED đỏ
• 16x - Điện trở
• 6x - Servos - Hitec HS-422 (kích thước tiêu chuẩn)

Công cụ:

• Hàn sắt
• Súng bắn keo nóng
• Cưa tay
• Coping Saw
• Tuốc nơ vít điện
• Mâm gỗ
• Dụng cụ cắt gỗ ghép hình

Bước 2: Kết nối Cân phòng tắm trọng lượng cơ thể kỹ thuật số

Đối với bước đầu tiên này, chúng tôi sử dụng 4 cảm biến lực từ cân phòng tắm kỹ thuật số trọng lượng cơ thể và Bộ khuếch đại cảm biến lực HX711. Các chân được gắn nhãn với các màu: RED, BLK, WHT, GRN và YLW, tương ứng với mã màu của mỗi cảm biến lực. Chúng đã được nối với nhau trong một hình cầu bằng đá mì (xem hình ảnh). Chúng tôi áp dụng một kích thích trên Load Cell 1 và Load Cell 4 màu đỏ và chúng tôi đọc các tín hiệu từ màu đỏ của Load Cell 2 và Load Cell 3 (xem liên kết).

Bước 3: Thiết lập đầu đọc RFID

Để lắp ráp máy quét, chúng tôi đã sử dụng hai phần cứng; bộ vi điều khiển ESP8266 Huzzah Feather và đầu đọc RFID Adafruit RC522.

ESP8266 và RC522 có 5 kết nối giữa chúng (xem hình 1).

Mục đích của máy quét là quét thẻ KTH, 13,6MHz và gửi ID duy nhất của thẻ, hoặc trong trường hợp lý tưởng là ID của sinh viên, đến cơ sở dữ liệu Google Firebase. Tất cả điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các gói Arduino dựng sẵn, MFRC522 cho RC522, ESP8266 cho wifi và Arduino Firebase cho giao tiếp firebase. Sau khi thông tin được gửi đến cơ sở dữ liệu, một trang web chứa một cái cây đã được cập nhật bằng cách sử dụng hoạt ảnh D3.js để mô phỏng một bông hoa nở trên một cái cây ảo.

Phần cuối cùng của quá trình thiết lập là gửi thông tin mà một thẻ đã được quét tới vi điều khiển Arduino Uno. ESP8266 và Arduino Uno có 1 kết nối giữa chúng (xem hình 1).

Chân 16 được sử dụng đặc biệt vì nó có giá trị mặc định là LOW, trong khi các chân khác có giá trị mặc định là CAO. Khi một thẻ được quét, chúng tôi đã gửi một xung CAO duy nhất đến Arduino Uno, sau đó thực thi phần còn lại của mã.

Bước 4: Thiết lập đường dẫn LED

Để có được sự tương tác có ý nghĩa hơn, cũng như phản hồi rõ ràng về các hành động nhất định của người dùng, chúng tôi quyết định bố trí một đường dẫn các đèn LED đang chiếu sáng về phía nhánh được chỉ định. Do đó, người sử dụng được hướng dẫn cụ thể nơi họ nên treo luận án.

Đối với điều này, chúng tôi đã sử dụng hai bộ ghép kênh: thanh ghi dịch chuyển 8 bit với thanh ghi đầu ra 3 trạng thái và 16 led đỏ. Bộ ghép kênh cung cấp quyền kiểm soát 8 đầu ra cùng một lúc trong khi chỉ chiếm 3 chân trên bộ vi điều khiển của chúng tôi. Các kết nối đã được thực hiện bằng "giao tiếp nối tiếp đồng bộ" (xem liên kết).

Bước 5: Soạn những bông hoa

Đối với bước này, chúng tôi sử dụng một vật liệu nhẹ và có thể uốn cong - vải lau. Các mảnh hình cánh hoa đã được cắt ra từ vật liệu này. Do đó, những cánh hoa này được kết nối với một cấu trúc trung tâm, được làm từ một quả bóng xốp. Mỗi cánh hoa được cố định bằng một sợi chỉ, để khi kéo cánh hoa sẽ uốn cong.

Bước 6: Xây dựng cây

Vật liệu chính của chúng tôi là gỗ. Cây được cấu tạo bởi 4 tấm ván gỗ rời được bắt vít với nhau theo hình vuông (5 con vít để kết nối 2 tấm ván). Các cành đã được làm từ gỗ ép góc bên ngoài. Trên thân cây đã khoét những lỗ vuông để cắm cành vào. Mỗi nhánh có một đèn LED ở cực (nhánh dưới và nhánh trên) hoặc hai đèn LED (nhánh giữa). Mỗi đèn LED đã được bảo đảm bằng keo.

Sau khi các đèn LED đã được đặt đúng vị trí, chúng tôi đã gắn một bông hoa trên mỗi cành. Mỗi bông hoa có một servo điều khiển sự nở hoa (xem hình ảnh). Cân, đèn LED và servo được kết nối với Arduino, thông qua bảng tạo mẫu được thực hiện trong Bước 4. Mỗi nhánh được cố định vào thân từ bên trái và bên phải bằng cách sử dụng các góc gia cố và các vít đa năng 3.0x12 mm.

Một trong những tấm gỗ dày hơn sẽ được sử dụng làm giá đỡ cho cây và tấm còn lại sẽ được cắt theo hình tam giác vuông, đầu tiên sẽ được vặn vào thân cây và sau đó được cố định vào tấm gỗ ở gốc.

Đối với tấm gỗ cơ bản, tạo một lỗ vuông để luồn dây của cân đi qua và sau đó cố định cân vào tấm gỗ bằng băng dính hai mặt.

Arduino Uno được đặt ở chân thân cây cũng như bảng tạo mẫu với tất cả các kết nối tương ứng.

Trước khi đóng cây, hãy tạo một lỗ vuông trên tấm ván gỗ cuối cùng ở đế của nó, để kết nối máy tính với Arduino và vi điều khiển ESP8266 Huzzah Feather.

Bước 7: Trang trí cây

Để cải thiện sự xuất hiện của nguyên mẫu, chúng tôi đã thêm một số chiếc lá trên cành đã được cắt bằng laser, cũng như một con cú (để tượng trưng cho kiến thức).

Bước 8: Mã

Tại đây, bạn có các mã khác nhau mà bạn có thể sử dụng để kiểm tra cách hoạt động của từng thành phần (calibration_test.ino cho thang đo, scanner.ino cho RFID Reader và servo_test.ino cho servo) và sau đó là toàn bộ mọi thứ (light_test.ino dưới dạng thử nghiệm ban đầu và main.ino là phiên bản cuối cùng).

Bạn cũng sẽ cần cài đặt thư viện HX711 để có thể làm việc với quy mô (liên kết đến thư viện).

Bước 9: Tạo ứng dụng web

Như một sự tương tác bổ sung, chúng tôi đã thêm một phản hồi kỹ thuật số thông qua một ứng dụng web. Ứng dụng nhận được ID đã quét và kết quả là đối với luận án bị treo cổ, bông hoa trên cây ảo cũng nở theo.

Bước 10: Tận hưởng trải nghiệm

Cuối cùng, chúng tôi rất vui vì đã thành công trong việc làm cho tất cả các thành phần hoạt động cùng nhau. Quá trình này vừa thú vị vừa căng thẳng, nhưng bất chấp mọi thử thách, chúng tôi hài lòng với kết quả và trải nghiệm thú vị và quan trọng nhất là tính giáo dục.