Arbre interactiu: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Una tradició interessant quant a la tesi doctoral i la tesi de llicenciat és que es pengen en un arbre de la biblioteca principal de KTH abans de la defensa pública / seminari. Per tant, com a projecte del nostre curs de Disseny i realització d’interaccions físiques, el nostre grup va decidir commemorar aquest costum creant una versió interactiva de l’arbre.

Pas 1: què necessiteu

Materials:

• 1 escala digital (amb 4 cel·les de càrrega)
• Drap de neteja de cotó i cel·lulosa (hem utilitzat un drap per flor, 6 en total)
• 2x boles d'escuma
• Fil
• 4x taulons de fusta (els nostres feien 22x170x1600 mm cadascun)
• 6 motllures de cantonada exterior (2 de 27x27x750 mm, 2 de 27x27x600 mm i 2 de 27x27x1350 mm)
• 1x tauler de fusta (no més gruixut que 6-7 mm)
• 2 taulers de fusta (2-3 cm de gruix, 45x45 cm)
• Filferros
• Soldar
• Cola calenta
• Tubs termorretractables
• Cinta adhesiva de doble cara
• 20x cargols universals (5x40 mm)
• 20x cargols universals (3,0x12 mm)
• 10x Angles de reforç
• 1x Stripboard (tauler de prototipatge)

Electrònica:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - Amplificador de cèl·lules de càrrega
• 1x - Microcontrolador ESP8266 Huzzah Feather
• 1x - Lector RFID Adafruit RC522
• 2x - Multiplexors (registres de desplaçament de 8 bits amb registres de sortida de 3 estats)
• 16x - LED vermells
• 16x - Resistències
• 6x - Servos - Hitec HS-422 (mida estàndard)

Eines:

• Soldador
• Pistola de cola calenta
• Serra de mà
• Serra d’enfrontament
• Tornavís de potència
• Rasp de fusta
• Eina de tallar fusta de trencaclosques

Pas 2: connecteu la bàscula digital de pes corporal

Per a aquest primer pas, hem utilitzat 4 cèl·lules de càrrega d'una bàscula digital de pes corporal i l'amplificador de cèl·lules de càrrega HX711. Els pins estan etiquetats amb colors: RED, BLK, WHT, GRN i YLW, que corresponen a la codificació de colors de cada cel·la de càrrega. Han estat connectats a una formació de ponts de blat (vegeu les imatges). Apliquem una excitació als vermells de la cel·la de càrrega 1 i de la cel·la de càrrega 4 i llegim els senyals dels vermells de la cel·la de càrrega 2 i de la cel·la de càrrega 3 (veure enllaç).

Pas 3: configureu el lector RFID

Per muntar l’escàner hem utilitzat dues peces de maquinari; el microcontrolador ESP8266 Huzzah Feather i el lector RFID Adafruit RC522.

L'ESP8266 i l'RC522 tenien 5 connexions entre elles (vegeu la imatge 1).

L’objectiu de l’escàner era escanejar les targetes KTH, a 13,6 MHz, i enviar l’identificador únic de la targeta, o en el cas ideal, l’identificador de l’estudiant, a una base de dades de Google Firebase. Tot això es va fer utilitzant paquets Arduino prefabricats, MFRC522 per al RC522, ESP8266 per al wifi i Arduino Firebase per a la comunicació de base de foc. Un cop enviada la informació a la base de dades, es va actualitzar una pàgina web que contenia un arbre mitjançant l'animació D3.js per simular una flor que floreix en un arbre virtual.

La darrera part de la configuració va ser enviar la informació que s’escanejava una targeta al microcontrolador Arduino Uno. L'ESP8266 i l'Arduino Uno tenien 1 connexió entre ells (vegeu la imatge 1).

El pin 16 es va utilitzar específicament perquè té un valor predeterminat de BAIX, mentre que els altres pins tenien valors predeterminats de HIGH. Quan s’escaneja una targeta, hem enviat un sol pols HIGH a l’Arduino Uno, que després ha executat la resta del codi.

Pas 4: Configuració de la ruta LED

Per tal de tenir una interacció més significativa, així com una retroalimentació visible de determinades accions de l'usuari, vam decidir organitzar una ruta de LEDs que s'estiguin il·luminant cap a la branca designada. Per tant, es guia l'usuari cap a on hauria de penjar la tesi específicament.

Per a això, hem utilitzat dos multiplexors: registres de desplaçament de 8 bits amb registres de sortida de 3 estats i 16 leds vermells. El multiplexor proporciona control de 8 sortides alhora alhora que ocupa només 3 pins del nostre microcontrolador. Les connexions s’han fet mitjançant una “comunicació sèrie síncrona” (veure enllaç).

Pas 5: Composeu les flors

Per a aquest pas, hem utilitzat un material lleuger i plegable: draps de neteja. D’aquest material es van retallar peces amb forma de pètal. En conseqüència, aquests pètals estan connectats a una estructura central, feta d’una bola d’escuma. Cada pètal està fixat amb un fil, de manera que quan s’estira es plega.

Pas 6: Construeix l'arbre

El nostre material principal és la fusta. L'arbre es compon de quatre taulons de fusta separats cargolats en forma quadrada (5 cargols per connectar 2 taulons). Les branques s’han fet de fusta motllurada a l’angle exterior. S'han tallat forats quadrats al tronc de l'arbre per inserir les branques. Cada branca té un LED a l'extremitat (la branca inferior i superior) o dos LED (la branca mitjana). Cada LED s'ha fixat amb cola.

Després de col·locar correctament els LED, hem fixat una flor a cada branca. Cada flor té un servo que controla la floració (vegeu les imatges). La bàscula, els LEDs i el servo es connecten a l’Arduino, mitjançant la placa de prototipatge realitzada durant el pas 4. Cada branca es fixa al tronc des del costat esquerre i dret mitjançant els angles de reforç i els cargols universals de 3,0x12 mm.

Una de les taules de fusta més gruixuda s’utilitzarà com a base per a l’arbre i l’altra es tallarà en forma de triangle rectangle, que primer es cargolarà al tronc de l’arbre i es fixarà al tauler de fusta de la base.

Per al tauler de fusta base, feu un forat quadrat per passar els cables de la bàscula i, a continuació, fixeu la bàscula al tauler de fusta amb la cinta adhesiva de doble cara.

L'Arduino Uno es va situar a la base del maleter, així com a la placa de prototipatge amb totes les connexions corresponents.

Abans de tancar l'arbre, feu un forat quadrat a l'últim tauler de fusta a la base, per connectar l'ordinador a l'Arduino i al microcontrolador ESP8266 Huzzah Feather.

Pas 7: Decoreu l'arbre

Per millorar l’aspecte del nostre prototip, vam afegir algunes fulles a les branques tallades amb làser, així com un mussol (per simbolitzar el coneixement).

Pas 8: el codi

Aquí teniu diferents codis que podeu utilitzar per provar el funcionament de cada component (calibration_test.ino per a l’escala, scanner.ino per al lector RFID i servo_test.ino per als servos) i, tot, en la seva totalitat (light_test.ino com a prova inicial i main.ino com a versió final).

També haureu d’instal·lar la biblioteca HX711 per poder treballar amb l’escala (enllaç a la biblioteca).

Pas 9: creeu l'aplicació web

Com a interacció addicional, hem afegit un comentari digital mitjançant una aplicació web. L’aplicació rep la identificació escanejada i, com a resultat de la tesi penjada, també floreix la flor de l’arbre virtual.

Pas 10: gaudiu de l'experiència

Al final, vam estar contents d’haver aconseguit que tots els components funcionessin junts. El procés ha estat alhora emocionant i estressant, però, malgrat tots els reptes, estem satisfets amb el resultat i l’experiència ha estat interessant i, sobretot, educativa.