Bộ điều khiển 3D DIY: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Tạo giao diện 3D bằng sáu điện trở, lá nhôm và Arduino. Hãy hiểu điều đó, Wii. Update: một lời giải thích cặn kẽ hơn nhiều về dự án này có sẵn từ Make Magazine. Có thể dễ dàng hơn để làm theo hướng dẫn của họ và tôi nghĩ rằng mã của họ cập nhật hơn. Mục tiêu cơ bản ở đây là tạo ra một hệ thống cảm biến vị trí bàn tay 3D mà hầu hết mọi người đều có thể xây dựng, trong khi vẫn bảo toàn một số chức năng. Để có ý tưởng về các ứng dụng khả thi, hãy xem video giới thiệu. Nếu bạn nghĩ rằng bạn có thể xây dựng một cái đơn giản hơn và không kém phần chính xác, hoặc phức tạp hơn một chút và chính xác hơn, hãy chia sẻ trong phần bình luận! DIY 3D Interface: Tic Tac Toe của Kyle McDonald trên Vimeo.

Bước 1: Vật liệu

Công cụ

• Arduino
• Xử lý
• Máy cắt dây
• Hàn sắt
• Máy cắt hộp

Vật liệu

• (3) Điện trở 270k
• (3) điện trở 10k
• Hàn
• Dây điện
• Giấy nhôm
• Các tông

Không bắt buộc:

• Băng (ví dụ: scotch)
• Dây được bảo vệ (ví dụ: cáp đồng trục, ~ 3 ')
• (3) kẹp cá sấu
• Tiêu đề 3 chân
• Zip-tie
• Co ống bọc hoặc keo nóng

Bước 2: Làm tấm

Cảm biến này sẽ hoạt động bằng cách sử dụng các mạch RC đơn giản, với mỗi mạch cảm nhận khoảng cách theo một chiều. Tôi thấy rằng cách dễ nhất để sắp xếp ba tấm điện dung cho mục đích này là ở góc của một khối lập phương. Tôi cắt góc của một hộp các tông thành một hình lập phương 8,5 , sau đó cắt một số lá nhôm để vừa với các hình vuông nhỏ hơn một chút. Băng ở các góc sẽ giữ chúng cố định. Đừng băng xuống toàn bộ chu vi, chúng ta sẽ cần nó sau để gắn các kẹp cá sấu.

Bước 3: Tạo kết nối

Để kết nối Arduino với các tấm, chúng ta cần một số dây được bảo vệ. Nếu dây dẫn không được che chắn, bản thân dây dẫn hoạt động rõ ràng hơn như một phần của tụ điện. Ngoài ra, tôi nhận thấy rằng kẹp cá sấu giúp việc kết nối mọi thứ với nhôm thực sự dễ dàng - nhưng có lẽ cũng có nhiều cách khác.

• Cắt ba chiều dài bằng nhau của cáp được bảo vệ. Tôi chọn khoảng 12 ". Càng ngắn càng tốt. Cáp đồng trục hoạt động tốt, nhưng nhẹ hơn / linh hoạt hơn càng tốt.
• Dải nửa inch cuối cùng hoặc lâu hơn để lộ tấm chắn và một phần tư inch cuối cùng để lộ dây.
• Xoắn các kẹp cá sấu vào dây vào dây và hàn chúng lại với nhau.
• Thêm một số ống co nhiệt hoặc keo nóng để giữ mọi thứ lại với nhau.

Bước 4: Tạo mạch

"Mạch" chỉ là hai điện trở trên mỗi miếng nhôm. Để hiểu tại sao chúng ở đó, sẽ hữu ích khi biết chúng ta đang làm gì với Arduino. Những gì chúng tôi sẽ làm với mỗi ghim, tuần tự, là:

• Đặt pin ở chế độ đầu ra.
• Ghi "mức thấp" kỹ thuật số vào chốt. Điều này có nghĩa là cả hai mặt của tụ điện đều được nối đất và nó sẽ phóng điện.
• Đặt ghim ở chế độ đầu vào.
• Đếm xem cần bao nhiêu thời gian để tụ điện sạc bằng cách chờ cho chân cắm ở mức "cao". Điều này phụ thuộc vào giá trị của tụ điện và hai điện trở. Vì các điện trở được cố định, nên có thể đo được sự thay đổi trong điện dung. Khoảng cách từ mặt đất (tay của bạn) sẽ là biến chính góp phần vào điện dung.

Các điện trở 270k cung cấp hiệu điện thế để tích điện cho các tụ điện. Giá trị càng nhỏ, chúng sẽ tính phí càng nhanh. Điện trở 10k cũng ảnh hưởng đến thời gian, nhưng tôi không hoàn toàn hiểu vai trò của chúng, chúng tôi sẽ tạo mạch này ở chân mỗi dây.

• Hàn điện trở 10k vào đầu dây đối diện với kẹp cá sấu
• Hàn điện trở 270k giữa tấm chắn và dây (tấm). Chúng tôi sẽ bảo vệ dây dẫn bằng cùng 5 V mà chúng tôi sử dụng để sạc các tụ điện

Bước 5: Hoàn tất và gắn kết nối

Khi 3 đầu nối đã hoàn thành, bạn có thể muốn thêm ống co nhiệt hoặc keo nóng để cách nhiệt chúng với nhau, vì bạn sẽ hàn các điểm che chắn / 5 V với nhau.

Đối với tôi, dễ nhất là hàn hai đầu nối ngoài cùng với nhau và sau đó thêm đầu nối thứ ba. Khi bạn đã hàn ba đầu nối, hãy thêm dây thứ tư để cung cấp lá chắn / 5 V.

Bước 6: Kết nối và tải lên mã

• Cắm đầu nối vào Arduino (chân 8, 9 và 10)
• Gắn các kẹp cá sấu vào đĩa (8: x: left, 9: y: bottom, 10: z: right)
• Cung cấp năng lượng bằng cách cắm dây thứ tư (dây màu đỏ của tôi) vào 5 V của Arduino
• Cắm Arduino, khởi động môi trường Arduino
• Tải mã lên bảng (lưu ý: nếu bạn ở ngoài Bắc Mỹ, có thể bạn sẽ cần thay đổi nguồn điện #define thành 50 thay vì 60).

Mã Arduino được đính kèm dưới dạng Interface3D.ino và mã Xử lý được đính kèm dưới dạng TicTacToe3D.zip

Bước 7: Làm điều gì đó thú vị

Nếu bạn nhìn vào cửa sổ nối tiếp trong môi trường Arduino, bạn sẽ nhận thấy nó phun ra tọa độ 3D thô ở 115200 baud, ở khoảng 10 Hz = 60Hz / (2 chu kỳ đầy đủ * 3 cảm biến). Mã thực hiện các phép đo nhiều lần nhất có thể trên mỗi cảm biến trong khoảng thời gian hai chu kỳ của tần số nguồn điện lưới (cực kỳ ổn định) để loại bỏ bất kỳ khớp nối nào. Điều đầu tiên tôi làm với điều này là tạo một 3D Tic đơn giản. Giao diện Tac Toe. Nếu bạn muốn bắt đầu với một bản demo đang hoạt động, mã có sẵn ở đây, chỉ cần thả thư mục "TicTacToe3D" vào thư mục Xử lý bản phác thảo của bạn. Ba điều hữu ích mà mã Tic Tac Toe thể hiện:

• Tuyến tính hóa dữ liệu thô. Thời gian sạc thực sự tuân theo luật lũy thừa liên quan đến khoảng cách, vì vậy bạn phải lấy căn bậc hai của một theo thời gian (tức là khoảng cách ~ = sqrt (1 / lần))
• Chuẩn hóa dữ liệu. Khi bạn bắt đầu bản phác thảo, giữ nút chuột trái trong khi di chuyển bàn tay của bạn xung quanh để xác định ranh giới của không gian bạn muốn làm việc.
• Thêm "động lượng" vào dữ liệu để làm phẳng mọi rung động.

Trong thực tế, bằng cách sử dụng thiết lập này với lá nhôm, tôi có thể nhận được một loạt các kích thước lớn nhất của lá (mảnh lớn nhất mà tôi đã thử nghiệm là 1,5 feet vuông).

Bước 8: Các biến thể và ghi chú

Các biến thể

• Xây dựng các cảm biến lớn
• Tối ưu hóa điện trở và mã cho những thứ rung nhanh và sử dụng nó như một bộ thu / micrô
• Có thể có các thủ thuật khác để tách hệ thống khỏi AC hum (một tụ điện khổng lồ nằm giữa các tấm và mặt đất?)
• Tôi đã thử nghiệm với việc che chắn các tấm ở phía dưới, nhưng nó dường như chỉ gây ra vấn đề
• Tạo bộ chọn màu RGB hoặc HSB
• Kiểm soát các thông số video hoặc âm nhạc; trình tự một nhịp hoặc giai điệu
• Bề mặt lớn, hơi uốn cong với nhiều tấm + máy chiếu = giao diện "Báo cáo thiểu số"

Ghi chú

Sân chơi Arduino có hai bài viết về cảm ứng điện dung (CapSense và CapacitiveSensor). Cuối cùng, tôi đã đảo ngược một thiết kế mà tôi tình cờ gặp được trong bản sao "Máy tính vật lý" (Sullivan / Igoe) của một người bạn mô tả cách sử dụng RCtime (mạch có một tụ điện và một điện trở được cố định và đo giá trị của một chiết áp). Thời gian micro giây đã được thực hiện bằng cách sử dụng một số mã được tối ưu hóa một chút từ các diễn đàn Arduino. nhưng tôi muốn làm một cái gì đó càng đơn giản càng tốt mà vẫn hoạt động được. Nếu bạn có một thiết kế đơn giản và đầy đủ chức năng như nhau, hãy đăng nó trong phần nhận xét! Cảm ơn Dane Kouttron đã chịu đựng tất cả các câu hỏi cơ bản về điện tử của tôi và giúp tôi hiểu cách hoạt động của một mạch theremin heterodyne đơn giản (ban đầu, tôi sẽ sử dụng những thứ này - và, nếu điều chỉnh một cách chính xác, nó có thể sẽ chính xác hơn).

Giải nhất cuộc thi Sách hướng dẫn