Sklopiva svjetlucava svjetlosna stvar: 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Inspiracija

Prije nekoliko godina, moj brat je imao sjajnu ideju za proizvod koji je nazvao Blinky Light Thing. Bio je to gotovo beskoristan spravica koja je služila samo za zabavu vlasnika trepćućim svjetlima, vibracijama i nekom vrstom primitivnog kretanja (poput jedne noge na kojoj se moglo njihati). To bi bilo poput Pet Rocka za novi milenijum. Nikada nije napravljeno.

Brzo napred do sada. Imao sam ideju za igru koja uključuje trepćuća svjetla, zvučne signale i senzore za dodir. Činilo se praktičnije, ali ipak "stvar" sa "trepćućim svjetlima", pa je naziv prisvojen za ovaj uređaj!

Šta je Blinky Light Thing?

U daljnjem tekstu BLT, to je mali ručni predmet (trenutno kocka) na kojem možete igrati brojne igre. Svaka strana kocke može zasvijetliti i osjetiti dodir. Kocka također zna na koji je način orijentirana i može osjetiti kretanje.

Ali evo kul dijela (pa, osim trepćućeg svjetla i svega ostalog..). Ima mogućnost komunikacije sa drugim BLT -ovima! To čini putem Bluetooth Low Energy ili BLE. Ovo omogućava igre koje uključuju više od jedne kocke i igre sa više igrača.

Evolucija

U početku, kada me je nadahnula, zamislio sam mnogo manje kocke i imao ih je nekoliko. Ubrzo sam zaključio da je ovo previše složeno da bi se moglo izvesti kao prvi prototip, i odlučio sam se za ideju da imamo samo 2 veće kocke za dokazivanje koncepta. Prvi dizajn će se graditi kao tvrda kocka sa akrilnim stranicama, sa umetkom koji sadrži elektroniku i ploče montirane na unutrašnji okvir. Također u originalnom dizajnu, ugrađene LED diode na igralištu za krugove osvjetljavale bi stranice kocke putem 'svjetlosnih cijevi' napravljenih od savijenog akrila. Sve u svemu, ovo je bilo vrlo pametno, ali vjerojatno i previše projektirano! Došao sam do izrade kocke, panela i unutrašnje strukture prije nego što sam shvatio da je jednostavno previše komplicirano.

Unesite: papir

U jednom trenutku na početku skica izložio sam sve komponente na ravni crtež stranica kocke, samo da bih bolje vizualizirao stvari. Mnogo kasnije, vratio sam se ovoj ideji i pomislio, možda bih je zapravo mogao izravnati pa je "presaviti". Mislio sam da to mogu učiniti s akrilnim pločama tako da ih položimo ravno, montiramo sve dijelove, a zatim ih sve "sklopimo" na svoje mjesto.

Onda sam, kasnije, pomislio, pa zašto jednostavno ne biste napravili prototip od papira/kartona i doslovno ga složili? Već sam se igrao s idejama sklopivog računara i sklopivog robota, pa zašto ne bi i ovo?

Korak 1: Lista dijelova

Dijelovi koji čine jednu Blinky Light Thing. NeoPixels općenito dolazi kao traka od 1 metar, što je dovoljno za izgradnju 2 kocke s malo viška.

2 reflektirajuća traka od metalne folije - 3,38 USD

Akrilni lim 8 "x 10" - 3,38 USD

2 lista kartona, 8,5 "x 11" - 3,99 USD. Koristio sam plavu boju, ali svaka tamna boja bi dobro funkcionirala.

Circuit Playground Classic - 20 USD

HM -10 BLE modul - 4 USD

Žica malog kolosijeka. Koristio sam reciklirani ribbon kabel - 1,77 USD sa starog konektora za disketnu jedinicu.

1 metar NeoPixel trake - 6 USD (30 LED -a, potrebno nam je samo 12)

3x AAA držač baterije - 140 USD

Tacky Glue - 1,29 USD ili drugo ljepilo za papir

Vruće ljepilo

Potrebni alati

Strojevi za skidanje žice ili pažljiva upotreba britvice.

Akrilni alat za bodovanje ili odgovarajuće x-acto oštrice

Alat za bodovanje za karton ili dobru hemijsku olovku

Stezaljke (olakšava rezanje akrila)

Graver ili drugi alat sličan Dremelu.

Brusni papir sitnog zrna

Bic upaljač (ako želite vatreno polirati akril)

Hole punch

Korak 2: Kocka

Završeni BLT je kocka, 2,5 "kvadratna. Ova veličina je postignuta kao dobar kompromis kako bi sadržala Circuit Playground (krug od 2") i akrilne ploče, držač baterije itd.

Stranice kocke mogu se postaviti ravno na list kartona. Jeste li znali da postoji 11 različitih načina za to? Nisam! Ipak, imao sam još ograničenja. Morao je stati na list papira standardne veličine/kartona (8,5 "x 11") i morao se presavijati na takav način da smanji zavoje u ožičenju. Uzorak koji sam odabrao gotovo se savršeno uklapa u izradu kocke od 2,5 ". Također omogućava da svaka strana kocke ima vanjsku stranu i preklopi se, što čini stražnju stranu svake akrilne ploče.

Odštampao sam ovo (uključujući-p.webp

Korak 3: Sjajne ploče

Svaka strana kocke ima rubno osvijetljenu sjajnu ploču. Svaki od njih je veličine kvadrata od 2 inča, s dodatkom od 1/4 "na jednoj strani. Ovaj dodatni bit će biti mjesto na kojem se ugrađuju LED diode. Koristio sam 0,08" debeli akril iz Plaskolite -a, koji sam kupio u Lowesu 8. x 10 listova. Na jednom listu ćete dobiti sve dijelove za jednu kocku. Ove dijelove ste mogli laserski izrezati u servisu poput Ponoka, ali ja sam to učinio ručno.

Za rezanje dijelova potreban vam je alat za bodovanje. Koristio sam jednu od oštrica iz mog kompleta x-acto. Stavio sam otisak dijelova ispod plastike, a zatim zabio po linijama na vrhu. Morate prvo razmisliti koje ćete linije prekinuti jer morate razbiti plastiku s jedne ivice na drugu. Ne možete to učiniti da napravite rupu, na primjer. Preporučujem da plastiku pričvrstite za rub stola s razdjelnom linijom na rubu stola. Tada će se kratkim pritiskom prema dolje plastika slomiti. Ovo ostavlja relativno glatku ivicu, ali ćete je tada htjeti brusiti što je moguće ravnije.

Zatim se svi rubovi bruše finim brusnim papirom kako bi bili što glatkiji, a također i blago zaobljeni što će pomoći da svjetlost reflektira unutar plastike. Konačno, "plameno sam polirao" rubove jednostavnim Bic upaljačem. Na jednom rubu (duga dimenzija, IE, dodatnih 1/4 inča) sam izbrusio zaobljenu kosinu koja će pomoći reflektiranju svjetlosti prema ostatku ploče. Umjesto da LED diode pričvršćuju na rub, što bi u ovom dizajnu bilo teško izvesti, LED diode će se pričvrstiti s druge strane kosine, u ravnini s površinom ploče.

Uzorci su ugravirani u plastiku pomoću Dremel alata i male okrugle brusne glodalice. To čini površine na kojima se svjetlost može odbiti, stvarajući tako užarene uzorke. Da biste dobili najbolji sjaj, želite uzorke na stražnjoj strani ploče. Ploče se zatim preklapaju kako bi sjajne karakteristike dale veći kontrast. Za dodatno zadržavanje svjetlosti, upotrijebio sam dio folijske trake oko područja savijanja i oko LED diode.

Vjerovatno biste postigli bolje rezultate ako imate uslugu poput Ponoko laserskog rezanja i graviranja panela, ali nisam bio dovoljno strpljiv za ovaj prototip pa sam to učinio ručno.

Za svoju prvu kocku koristio sam uzorak galifrejskih riječi za svaku stranu. Ako ste ljubitelj naučne fantastike, odmah ćete prepoznati šta je ovo, čak i ako ne znate šta piše …:)

Korak 4: Preklopite

Sada želimo pričvrstiti ploče. Otkrio sam da se ljepljivo ljepilo zapravo ne lijepi za akril. Završio sam s dvostranom trakom. Tek nakon što sam dovršio kocku shvatio sam da dvostrana traka također ima tendenciju sjaja, pa nije dobra ideja koristiti je na cijeloj stražnjoj strani ploče, već je trebate pričvrstiti samo na četiri ugla.

Obratite pažnju na raspored ploča tako da se mogu preklopiti i da završe pravilno postavljene. Pritisnuo sam rubove panela da ih zatvorim sa kartonskom pločom. Tacky Glue ovdje odlično funkcionira jer brzo hvata papir i drži ga.

Korak 5: Senzori

Za detekciju dodira, svaka strana kocke ima kapacitivni senzor. Napravljen je od folijske trake koju lako možete kupiti u trgovini za kućnu upotrebu poput Lowesa. Obično se koristi u zračnim kanalima za brtvljenje dijelova kanala. Jedna žica je skinuta s jednog kraja i postavljena blizu ruba senzora, a zatim je pričvršćena za nju drugim malim kvadratom folijske trake. Traka je široka 2 što je savršene veličine i koristi tri dužine za svaki po dva senzora dodira.

Svi senzori povezani su zajedno i uzemljeni krugom izrezanim na sredini svake ploče i spojeni žicom.

Eksperimentiranje je ovdje bilo važno. Prvi put sam koristio jednostavan kvadrat folije. Ovo je radilo u redu pri direktnom dodirivanju folije, ali nije radilo dobro ili uopće nije bilo iza akrila. Za moj sljedeći pokušaj, izrezao sam krug u sredini folije s razmakom od približno 2 mm do preostale vanjske folije. Žica senzora povezuje se sa središtem dok je vanjska folija uzemljena. Ovo je radilo znatno bolje i bilo je osjetljivo iza čak dva sloja plastike.

5 senzora je isto, ali šesti senzor je mjesto gdje se nalazi kružno igralište. Htio sam da mogu i dalje koristiti unutrašnje LED diode na ovoj ploči, pa je napravljen uzorak i korišten za rezanje krugova u foliji, kao i podloge za kartice.

Korak 6: Blinky svjetlosni niz

U svom originalnom dizajnu kupio sam pojedinačne 5050 SMT LED dioda i lemio im žice. Ovo je bilo neugodno i komplicirano, a rezultirajući niz nije odgovarao presavijenoj verziji papira koju sam napravio. Zato sam kupio NeoPixele dužine 1 metar sa 30 piksela po metru. Ovo je bio gotovo savršen razmak za dobijanje dva piksela po ploči. Problem je u tome što bih morao saviti žicu iza ugla bez obzira na to kako sam postavio kocku. Zavoj bi također bio složeni zavoj, a ne samo jednostavan pregib.

Možete naručiti trake u obliku slova "S" koje su namijenjene za presavijanje, ali nisam želio čekati mjesec dana da ih naručim iz Kine. Tako sam nabavio standardne trake i pažljivo izrezao tri rupe kako bih dobio fleksibilniju traku. Ovdje budite oprezni jer želite ostaviti dovoljno bakrenih tragova tako da i dalje radi. Izračunao sam koliko će traka koristiti energije, a time i koliko tragovi trebaju biti široki, pa sve dok je široka još oko 2 milimetra, trebali biste biti u redu.

Čak i sa rupama, malo je teško postaviti traku na mjesto. Drže ga mrlja vrućeg ljepila na pola puta između svake LED diode. Budući da je traka sjajna, lako je možete skinuti s vrućeg ljepila, stoga budite oprezni. Teško ga je vidjeti, ali, za svaki preklop, dao sam LED traci laganu "rupicu" prema gore, tako da će se pri presavijanju kocke preklopiti prema unutra. To je potrebno jer bi se u protivnom otežalo presavijanje jer je traka previše kruta.

Također vodite računa da orijentirate traku tako da je ulazni kraj blizu ploče na kojoj će se montirati igralište za krugove. Ovdje ćete morati lemiti tri žice do kraja trake.

Korak 7: Napajanje

Koristio sam 3 AAA baterije za napajanje od 4,5 V, što je više nego dovoljno za napajanje Circuit Playground -a (koje će to regulirati na 3,3 V za BLE modul) i taman dovoljno za LED traku (idealno, 5 V, pa možda neće biti što je moguće jasnije, ali dovoljno dobro).

Koristeći još nekoliko zaliha kartica u zelenoj boji (samo za zabavu) stvorio sam jednostavnu kutiju oko držača baterija. Koristio sam 2 x AAA držač i još jedan AAA držač jer sam to imao pri ruci. Kutija držača baterija osigurat će sigurno pričvršćivanje baterija i također dodati dodatnu snagu konačnoj kocki.

Korak 8: Krugovi

Za kontrolu kocke koristio sam Adafruit Circuit Playground. Oni su skuplji od Arduino Nano -a ili Pro Mini -a, ali imaju puno ugrađenih dodataka poput akcelerometra i zvučnika, mikrofona i dva dugmeta. Takođe ima 10 NeoPixela na ploči. U početku sam planirao koristiti akril za stvaranje svjetlosnih cijevi koje bi se savijale unutar kocke kako bi preusmjerile svjetlost na svih šest strana. Ovo se previše zakompliciralo i na testovima se činilo da svjetlo neće završiti dovoljno jako, pa sam se odlučio za NeoPixel traku. Ugrađeni pikseli će se koristiti za druge indikatore.

Modul HM-10 želi nivoe 3.3v za serijsku komunikaciju, a budući da Circuit Playground radi i na 3.3v, nema problema s direktnim povezivanjem istih. Ako bismo koristili drugu vrstu Arduina, poput Nano-a ili Pro Mini-a koji radi na 5V, željeli bismo smanjiti taj napon na RX ulazu na HM-10 s par otpornika (razdjelnik napona).

Budući da koristimo bluetooth modul za komunikaciju između kocki, ostaje nam samo šest I/O linija, po jedna za svaki kapacitivni senzor za stranice kocke. To ne ostavlja nikakav I/O za vanjske NeoPixele. Zbog strogog vremena potrebnog za programiranje NeoPixela, možemo se izvući upotrebom jednog pina i za piksele i za senzor. Povremeno provjeravamo senzor, a zatim po potrebi pomoću iglice programiramo piksele. Pikseli zapravo ne primjećuju senzor, i naravno da senzor ne mari za programiranje impulsa. U teoriji senzor dodaje kapacitet liniji što bi moglo utjecati na piksele, ali čini se da to nije dovoljno da izazove problem.

Ono što se ipak događa je problem kodiranja. Budući da je kapacitivni senzor ulaz, kod postavlja pin na način unosa. Kada tada pokušate kontrolirati NeoPixels, to ne funkcionira. Jednostavno ručno vraćanje pina u način rada za izlaz rješava problem.

Fritzing dijagram prikazuje HC-05 bluetooth modul, ali mi zaista koristimo HM-10 BLE modul, koji ima isti pinout. Također prikazuje 4 AAA baterije, ali trebale su nam samo 3. Konačno, kapacitivni senzori nisu montažni, već su napravljeni od folije … dijagram služi uglavnom za prikaz kako se sve spaja. Žice su grupirane kako bi pokazale kako se vrpčni kabel koristio.

Korak 9: BLE modul

Moramo konfigurirati BLE bežični modul. Najlakši način za to je pomoću jednostavnog FTDI programatora, koji se također obično koristi za programiranje Arduina koji nemaju ugrađeni USB (poput Pro Mini, na primjer). Možete ih nabaviti za samo nekoliko dolara. Želite spojiti Gnd i Vcc veze na BLE modul, te RX i TX veze, ali one su zamijenjene. Dakle, RX na jednoj ploči ide na TX na drugoj ploči. Ovo ima smisla jer jedna ploča prenosi na drugu tablu Prijem.

Kad priključite USB FTDI -a u računalo, trebali biste se moći povezati s njim putem serijskog monitora u Arduino IDE -u (koristim internetsku verziju na https://create.arduino.cc/editor). Morat ćete postaviti Baud na 9600 ako već nije.

Da biste bili sigurni da radi, upišite:

NA+IME?

i pritisnite dugme Pošalji. Trebali biste dobiti odgovor s trenutnim imenom uređaja (+IME = kako god). Moj je u početku nosio naziv BT-05 koji je drugačiji modul (AT-09 *) od standardnog HM-10, ali na fotografiji možete vidjeti da sam ga već preimenovao u BLT (naziv je ograničen na 12 znakova. "Blinky Light Thing" neće funkcionirati). Da biste ga preimenovali, upišite:

NA+IME = BLT

A onda sam morao da ga resetujem da bi se prikazalo ime:

AT+RESET

Budući da pravimo više kockica koje trebaju međusobno razgovarati, jedna od kockica mora biti "master" (ili "centralna" u BLE specifikacijama) i kontrolirati/razgovarati s ostalim kockama ("slave" ili "periferija")). Da bismo to učinili, za master moramo poslati ove naredbe (moduli su zadano slave/periferni).

AT+IMM0

AT+ULOGA1

Ovo govori modulu da se automatski poveže (prva naredba), a zatim da bude "centralni" uređaj (druga naredba).

* Bilješka

Moji moduli su bili AT-09 moduli (veća "probojna" ploča) sa HM-10 (manjom pločom) zalijepljenom za nju. Stvarni čip koji obavlja sav posao je Texas Instruments CC2541. Postoji mnogo varijacija ovih modula pa pazite što naručujete. Želite pronaći originalne module od Jinan Huamao.

Moji su također sadržavali firmver koji nisam mogao identificirati, pa nije reagirao na gotovo sve zanimljive AT naredbe. Morao sam ga ponovo instalirati na firmver iz Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Ako ste naišli na jedno od ovoga, evo postupka za njegovo "popravljanje", (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Korak 10: Završno ožičenje

Za završno ožičenje upotrijebio sam reciklirani vrpčani kabel sa starog konektora za disketnu jedinicu. Ovdje bi funkcionirala svaka tanka žica, ali vrpčani kabel olakšao je održavanje stvari čistima i organiziranima. Vrpčasti kabel dovoljno je fleksibilan za savijanje i kopčanje gdje je potrebno.

Koristio sam točkice vrućeg ljepila za držanje stvari ili na nekim mjestima samo još trake od folije. Kružno igralište drži se na mjestu s još jednim presavijenim komadom kartona.

Korak 11: Testiranje

Prije nego što nešto dovršite, uvijek testirajte stvari da vidite kako to funkcionira (ako funkcionira!).

Čak i prije nego što sam uopće nešto sastavio, htio sam testirati senzore i LED niz. Budući da se jedan pin mora dijeliti između LED niza i jednog senzora, ovo je prva stvar koju sam testirao. Ovdje sam otkrio da ne radi, ali da je razlog bio samo to što je zajednički pin morao biti vraćen na izlazni pin nakon korištenja senzora.

Prvi senzor koji sam testirao bio je običan kvadrat folije. Ovo je uspjelo, ali nije baš osjetljivo. Kružno igralište je konfigurirano tako da dopušta kapacitivni dodir direktno na svoje jastučiće (putem manjeg otpornika). Nažalost, za veću osjetljivost potreban vam je veći otpornik, ali ne možemo promijeniti ono što je već na ploči. U drugom testu sam koristio kružni senzor na sredini kvadrata folije sa otprilike 2 mm uklonjene folije, dok je ostatak folije uzemljen. Time je napravljen mnogo osjetljiviji senzor koji je radio čak i iza akrilnih ploča.

Nažalost, nakon što sam sve sastavio, ali još uvijek u "plosnatom" obliku, ponovno sam testirao senzore i nisu radili dobro, pa je bilo potrebno izravno dodirivanje folije. Vjerujem da je to rezultat parazitskog kapacitivnosti u vrpčanom kabelu, što nisam razmatrao.

Korak 12: Redizajn senzora

Prvo što sam pokušao bilo je ublažiti efekte parazitskog kapaciteta. Pomoću vrpčnog kabela shvatio sam da su sve žice senzora jedna do druge, stvarajući veći kapacitet. To je dovelo do toga da su dva najudaljenija senzora djelovala zajedno, tj. Mogao sam pritisnuti bilo koji od njih i dobiti isto očitanje na bilo kojem ulaznom pinu. U retrospektivi, mogao sam upotrijebiti više žica u vrpčanom kabelu, sa žicom za uzemljenje između svake žice senzora. U ovom trenutku nisam htio sve ponovno spojiti, pa sam smislio pametno rješenje.

Umjesto namjenske žice za uzemljenje, mogao bih promijeniti sve pinove senzora na izlaze s logičkom vrijednošću 0, što znači da bi bili uzemljeni. Tada bi jedan senzor koji sam htio pročitati bio jedini ulaz. Ovo bi se ponovilo za očitavanje svakog senzora. Ovo je mnogo pomoglo samo uz malo dodatnog programiranja!

Dodatno, odvojio sam žice od BLE modula dalje od žica senzora kako ne bi ometale.

Ipak, senzor ne bi otkrio dodir iza akrilnog ekrana. Konačno sam odlučio da Circuit Playground sa ugrađenim senzorom kapacitivnosti jednostavno neće raditi. Dizajniran je za direktan dodir, pa ima otpornik od 1 megohm na svakom ulazu. Budući da ovo ne mogu promijeniti, a više nije bilo dostupnih pinova, morao sam otkriti kapacitet samo s jednim pinom i vanjskim otpornikom.

Svakom ulazu sam dodao otpornik od 10 megahoma, spojen na pin 3.3V i prešao na biblioteku kapacitivnih senzora koja radi na jednom pinu. Razlog zbog kojeg je senzor osjetljiviji je taj što se zbog većeg otpornika sporije puni, što omogućuje preciznije mjerenje.

Korak 13: Kodirajte

Kôd je ono zbog čega sve ovo funkcionira, naravno. Imam na umu više igara za ovu kocku, kao i za više kockica. Trenutno imam implementiranu igru sličnu Simonu. Kôd možete pronaći ovdje:

Korak 14: Završni preklop

Sada kada smo sve priložili i testirali, možemo napraviti posljednje preklope koji ovu 2D kreaciju pretvaraju u 3D kocku. Počevši od duge dimenzije sklopa, preklopite tri unutrašnja preklopa i zatim umetnite jezičak u utor, tvoreći glavno tijelo kocke. Zalijepite ovo ljepilom. Zatim preklopite gornju ploču (onu s kružnim igralištem) na kocku, stavljajući jezičke u utore. Ovo biste trebali zalijepiti na mjesto jer ćete ga vjerojatno morati otvoriti radi ponovnog programiranja.

Zadnja strana, koja služi kao poklopac za baterije, ne bi trebala biti zalijepljena, ali joj je potrebna neka traka ili nešto da je drži na mjestu. U kasnijem dizajnu mogao bi imati jezičak za zaključavanje koji bi se ubacio u glavni jezičak kako bi ga držao na mjestu, poput mnogih paketa proizvoda koji se koriste.

Sada biste trebali imati potpuno funkcionalnu Blinky Light Thing!

Korak 15: Budućnost

Ovo je bio prototip Blinky Light Thinga. Cilj je napraviti još nekoliko kockica. Kocke će moći komunicirati međusobno i omogućiti igre koje se igraju s više kockica i / ili više igrača. Konačni dizajn trebao bi biti lijepa laserski izrezana akrilna kocka ili eventualno 3D tiskano tijelo s akrilnim panelima. Htio bih ovo napraviti kao komplet i učiniti ga dovoljno jednostavnim za izgradnju za dijete. Krugovi LED dioda i senzora mogli bi se ugraditi na fleksibilnu tiskanu ploču kako bi se znatno olakšala izgradnja.

Ili tko zna, možda bi se mogla proizvesti kao igračka? Moram se igrati s ljudima da vidim šta misle. Već kao prototip imam nekoliko djece i odraslih koji se žele igrati s tim i pitati šta je to.