Plegable Blinky Light Thing: 15 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Inspiració

Fa uns anys, el meu germà va tenir una idea brillant d’un producte que va anomenar Blinky Light Thing. Era un aparell gairebé inútil que només servia per divertir el propietari amb llums parpellejants, vibracions i una mena de moviment primitiu (com un sol peu que podia oscil·lar). Hauria estat com Pet Rock durant el nou mil·lenni. Mai es va fer.

Endavant fins ara. Vaig tenir una idea d’un joc que implica llums intermitents, sons sonors i sensors tàctils. Semblava més pràctic, però no deixa de ser una "cosa" amb "llums intermitents" i, per tant, el nom es va apropiar per a aquest dispositiu.

Què és Blinky Light Thing?

En endavant, BLT, és un petit objecte de mà (actualment un cub) sobre el qual podeu jugar a diversos jocs. Cada costat del cub pot il·luminar-se i també percebre el tacte. El cub també sap cap a quin camí està orientat i pot percebre el moviment.

Però aquí teniu la part més divertida (bé, a més dels llums parpellejants i tota la resta …). Té la capacitat de comunicar-se amb altres BLT. Ho fa mitjançant Bluetooth Low Energy o BLE. Això permet jocs amb més d’un cub i jocs amb diversos jugadors.

Evolució

Originalment, quan em va inspirar la inspiració, em vaig imaginar uns cubs molt més petits i tenir-ne diversos. Ràpidament vaig arribar a la conclusió que era massa complex com a primer prototip i em vaig plantejar la idea de tenir només dos cubs més grans per demostrar el concepte. El primer disseny es construiria com un cub dur amb els laterals acrílics, amb una inserció que contenia l'electrònica i els panells muntats en un marc interior. També en el disseny original, els LED integrats al Circuit Playground il·luminarien els laterals del cub mitjançant "tubs de llum" fets d'acrílic doblegat. En general, va ser molt intel·ligent, però probablement també va estar molt dissenyat. Vaig arribar fins a fer el cub, els panells i l’estructura interior abans d’adonar-me que era massa complicat.

Introduïu: paper

En un moment donat, en els meus esbossos, havia disposat tots els components en un dibuix pla dels costats del cub, només per visualitzar millor les coses. Molt més tard, vaig tornar a aquesta idea i vaig pensar que potser podria fer-la plana i després "plegar-la". Vaig pensar que podia fer-ho amb els panells acrílics col·locant-los plans, muntant totes les parts i "plegant-ho" tot a la seva posició.

Aleshores, més tard, vaig pensar: bé, per què no seguir endavant i fer un prototip de paper / cartró i doblar-lo literalment? Ja havia jugat amb les idees d'un ordinador plegable i un robot plegable, així que per què no això també?

Pas 1: llista de peces

Parts per fer una sola cosa de llum parpellejant. Els NeoPixels solen presentar-se com una tira d’1 metre, que és suficient per construir 2 daus amb una mica sobrant.

Cinta reflectant de paper d'alumini de 2 - 3,38 dòlars

Full acrílic de 8 "x 10" - 3,38 $

2 fulls de paper, 8,5 "x 11" - 3,99 $. Jo feia servir el blau, però qualsevol color fosc funcionaria bé.

Circuit Playground Classic: 20 dòlars

Mòdul BLE HM-10: 4 dòlars

Filferro de calibre petit. He utilitzat un cable de cinta reciclat: 1,77 dòlars d’un connector de disquet antic.

Cinta NeoPixel d'1 metre: 6 dòlars (30 leds, només necessitem 12)

3x suport de bateria AAA: 140 dòlars

Tacky Glue: 1,29 $ o una altra cola per a paper

Cola calenta

Eines necessàries

Despulladors de cables o ús acurat d’una fulla d’afaitar..

Eina de puntuació en acrílic o fulla x-acto adequada

Eina de puntuació per a cartró o un bon bolígraf

Pinces (facilita el tall de l'acrílic)

Gravador o una altra eina semblant a Dremel.

Paper de sorra fina

Encenedor bic (si voleu polir l’acrílic)

Perforadora

Pas 2: el cub

El BLT complet és un cub de 2,5 "quadrats. Es va arribar a aquesta mida com a bon compromís per contenir el Circuit Playground (un cercle de 2") i els panells acrílics, el suport de la bateria, etc.

Els costats d’un cub es poden disposar de forma plana sobre un full de cartolina. Sabíeu que hi ha 11 maneres diferents de fer-ho? Jo no! Tanmateix, tenia altres restriccions. Havia d’adaptar-se a un full de paper / targeta de mida estàndard (8,5 "x 11") i es va haver de plegar de manera que minimitzés les corbes del cablejat. El patró que he triat s’adapta gairebé perfectament per fer el cub de 2,5 ". També permet que cada costat del cub tingui un exterior i un plec que formi la part posterior de cada panell acrílic.

Ho vaig imprimir-p.webp

Pas 3: Panells brillants

Cada costat del cub té un panell de resplendor il·luminat per la vora. Tots tenen una mida quadrada de 2 polzades, amb aproximadament 1/4 "de més en un costat. Aquesta mica addicional serà on es munten els LED. He utilitzat acrílic de 0,08" de gruix de Plaskolite, que he comprat a Lowes en 8 x 10 fulls. Un full us proporcionarà totes les parts d’un cub. Aquestes peces es podrien tallar amb làser d’un servei com Ponoko, però ho vaig fer a mà.

Per tallar les peces, necessiteu una eina de puntuació. He utilitzat una de les fulles del kit x-acto. Vaig posar una impressió de les parts sota el plàstic i després vaig marcar al llarg de les línies de la part superior. Cal pensar quines línies s’ha de trencar primer perquè s’ha de trencar el plàstic d’una vora a l’altra. Per exemple, no es pot fer un forat. Recomano fixar el plàstic a la vora d'una taula amb la línia de puntuació a la vora del taulell. Després, amb una ràpida empenta cap avall, el plàstic es trencarà. Això deixa una vora relativament llisa, però després voldreu lijar-la el més plana possible.

Totes les vores es llisquen amb paper de sorra fina per obtenir-les el més suaus possibles i també lleugerament arrodonides, cosa que ajudarà a mantenir la llum reflectida a l'interior del plàstic. Finalment, he "polit" les vores amb un encenedor Bic simple. En una vora (la dimensió llarga, IE, la 1/4 de polzada addicional) he esmicolat un bisell arrodonit, que ajudarà a reflectir la llum cap a la resta del panell. En lloc de fixar els LEDS a la vora, cosa que seria difícil de fer en aquest disseny, els leds es fixaran a l'altre costat del bisell, a ras de la superfície del panell.

Els patrons estan gravats al plàstic amb una eina Dremel i una mica de mola rodona. Això fa que les superfícies on es pugui desviar la llum, produeixin així patrons brillants. Per obtenir la millor brillantor, voleu que els patrons a la part posterior de la placa. Les plaques es recolzen amb un plegable per donar més contrast a les característiques brillants. Per a una contenció addicional de llum, he utilitzat part de la cinta de làmina al voltant de la zona de corba i al voltant del LED.

Probablement obtindreu millors resultats tenint un servei com Ponoko tallant i gravant els panells, però no tenia prou paciència amb aquest prototip, així que ho vaig fer a mà.

Per al meu primer cub, he utilitzat un patró de paraules galifreianes per a cada costat. Si sou aficionats a la ciència ficció, reconeixereu a l'instant què són, fins i tot si no sabeu què diu …:)

Pas 4: plegar

Ara volem adjuntar els panells. Vaig trobar que la cola enganxosa no s’enganxava realment a l’acrílic. Vaig acabar fent servir cinta de doble cara. Només em vaig adonar després de completar el cub que la cinta de doble cara també tendia a brillar, de manera que no era una bona idea fer-la servir a tota la part posterior del tauler, només heu de fixar-la a les quatre cantonades.

Tingueu en compte la disposició dels panells de manera que pugueu plegar-los i que acabin situats correctament. Vaig prémer al voltant de les vores dels panells per tancar-los amb el cartró. Tacky Glue funciona molt bé, ja que agafa el paper ràpidament i el subjecta.

Pas 5: Sensors

Per detectar el tacte, cada costat del cub té un sensor capacitiu. Es fabrica amb cinta de paper d'alumini que podeu comprar fàcilment a una botiga de subministraments per a la llar com Lowes. S’utilitza normalment en conductes d’aire per segellar les peces del conducte. Es tira un sol fil en un dels extrems i es col·loca a prop de la vora del sensor i es fixa amb un altre petit quadrat de cinta adhesiva. La cinta fa 2 d'ample, que té la mida perfecta, i utilitza tres longituds per obtenir dos sensors tàctils cadascun.

Tots els sensors estan connectats i connectats a terra amb un cercle tallat al centre de cada panell i connectats per un cable.

L’experimentació era important aquí. El meu primer viatge vaig fer servir un senzill quadrat de paper d'alumini. Això va funcionar bé en tocar directament el paper d'alumini, però no va funcionar bé ni en absolut quan estava darrere de l'acrílic. Per al meu següent intent, vaig tallar un cercle al centre de la làmina amb un espai d'aproximadament 2 mm a la làmina exterior restant. El cable del sensor es connecta al centre mentre la làmina exterior està connectada a terra. Això funcionava considerablement millor i era sensible darrere de fins i tot dues capes de plàstic.

5 sensors són iguals, però el sisè sensor és on es troba el Circuit Playground. Volia poder seguir utilitzant els LED interns d’aquest tauler, de manera que es va fer un patró que es va fer per tallar cercles a la làmina, així com el suport de cartolina.

Pas 6: cadena de llum parpellejant

Al meu disseny original, vaig comprar 5050 SMT LED individuals i els vaig soldar cables. Va ser incòmode i complicat, i la corda resultant no encaixava amb la versió de paper plegada que vaig acabar fabricant. Així que vaig comprar una longitud de 1 metre de NeoPixels amb 30 píxels per metre. Aquest era gairebé l'espai perfecte per obtenir dos píxels per panell. El problema és que hauria de doblegar la corda al voltant d’una cantonada, independentment de com estigués disposat el cub. El revolt també seria un revolt compost, no només un simple plec.

Podeu demanar tires amb forma de "S" que es plegin de tal manera, però no volia esperar ni un mes per demanar-les a la Xina. Així doncs, vaig obtenir les tires estàndard i vaig tallar amb cura tres forats per obtenir una tira més flexible. Aneu amb compte aquí perquè voleu deixar prou traces de coure perquè continuï funcionant. Vaig calcular quanta potència faria servir la tira i, per tant, quina amplada havien de tenir les traces, de manera que sempre que estigui al voltant dels 2 mil·límetres d’amplada hauríeu d’estar bé.

Fins i tot amb els forats, és una mica complicat aconseguir la tira al seu lloc. Es manté premut per una bola de cola calenta a mig camí entre cada LED. Com que la tira és brillant, podeu treure-la fàcilment de la cola calenta, així que aneu amb compte. És difícil de veure, però, per a cada plec, he donat a la tira de led una lleugera "clotet" cap amunt de manera que quan es plega el cub es plegarà cap a l'interior. Això és necessari perquè, en cas contrari, dificultarien el seu plegat, ja que la tira és massa rígida.

Assegureu-vos també d’orientar la tira perquè l’extrem d’entrada quedi a prop del tauler on es muntarà el Circuit Playground. Haureu de soldar tres cables fins al final de la tira aquí.

Pas 7: alimentació

He utilitzat 3 bateries AAA per obtenir 4,5V, que és més que suficient per alimentar Circuit Playground (que regularà això a 3,3v per al mòdul BLE) i prou per a la tira LED (idealment, 5V, de manera que potser no ser tan completament brillants com podrien ser, però és prou bo).

Utilitzant una mica més de cartolina en verd (només per diversió) vaig crear una caixa senzilla al voltant dels suports de la bateria. He utilitzat un suport de 2 x AAA i un altre titular de AAA, perquè això és el que tenia a mà. La caixa del suport del suport de la bateria farà un muntatge segur de les bateries i també afegirà una mica més de força al cub final.

Pas 8: Els circuits

Per controlar el cub, he utilitzat un Adafruit Circuit Playground. Aquests són més cars que els Arduino Nano o Pro Mini, però tenen molts elements integrats com l’acceleròmetre i l’altaveu, el micròfon i dos botons. També té 10 NeoPixels a bord. Originalment tenia previst utilitzar acrílic per crear canonades de llum que es doblegessin a l'interior del cub per redirigir la llum als sis costats. Això es va complicar massa i a les proves semblava que la llum no acabaria prou brillant, així que vaig anar amb la tira NeoPixel. Els píxels integrats s’utilitzaran per a altres indicadors.

El mòdul HM-10 vol nivells de 3.3v per a la comunicació en sèrie i, ja que el Circuit Playground també funciona a 3.3v, no hi ha cap problema que els connecti directament. Si féssim servir un altre tipus d’Arduino com un Nano o un Pro Mini que funcionen a 5V, voldríem reduir aquest voltatge a l’entrada RX de l’HM-10 amb un parell de resistències (un divisor de tensió).

Com que utilitzem un mòdul bluetooth per comunicar-nos entre cubs, ens queden només sis línies d'E / S, una per a cada sensor capacitiu dels laterals del cub. Això no deixa cap E / S per als NeoPixels externs. A causa del temps estricte necessari per programar els NeoPixels, podem sortir-ne amb l’ús d’un pin tant per als píxels com per a un sensor. Comprovem el sensor periòdicament i, quan cal, fem servir el pin per programar els píxels. Els píxels realment no noten el sensor i, per descomptat, al sensor no li importen els impulsos de programació. En teoria, el sensor afegeix capacitat a la línia que pot afectar els píxels, però no sembla ser suficient per causar un problema.

El que passa, però, és un problema de codificació. Com que el sensor capacitiu és una entrada, el codi estableix el pin al mode d’entrada. Quan proveu de controlar els NeoPixels, no funciona. Simplement torneu a configurar manualment el pin al mode de sortida per solucionar el problema.

El diagrama de Fritzing mostra un mòdul bluetooth HC-05, però realment fem servir un mòdul BLE HM-10, que té el mateix pinout. També mostra 4 bateries AAA, però només en necessitàvem 3. Finalment, els sensors capacitius no són fabricats prèviament, sinó fabricats amb cinta adhesiva … el diagrama serveix principalment per mostrar com es connecta tot. Els cables s’agrupen per mostrar com s’ha utilitzat el cable de cinta.

Pas 9: mòdul BLE

Hem de configurar el mòdul sense fils BLE. La manera més senzilla de fer-ho és amb un senzill programador FTDI, que també s’utilitza habitualment per programar els Arduino que no tenen un USB incorporat (com un Pro Mini, per exemple). Podeu obtenir-los per uns pocs dòlars. Voldreu connectar les connexions Gnd i Vcc al mòdul BLE i les connexions RX i TX, però aquestes es canvien. Així, doncs, el RX d’un tauler es dirigeix al TX de l’altre tauler. Això té sentit perquè una placa transmet a l’altra taula la recepció.

Quan connecteu l’USB del FTDI a l’ordinador, hauríeu de poder connectar-vos-hi a través del monitor sèrie de l’IDE Arduino (faig servir la versió en línia a https://create.arduino.cc/editor). Haureu d’establir el Baud a 9600 si encara no ho és.

Per assegurar-vos que funciona, escriviu:

A + NOM?

i premeu el botó Envia. Hauríeu de rebre una resposta amb el nom actual del dispositiu (+ NOM = el que sigui). El meu es va anomenar inicialment BT-05, que és un mòdul diferent (AT-09 *) que l'estàndard HM-10, però a la foto que podeu veure ja l'he batejat amb el nom de BLT (el nom està limitat a 12 caràcters. "Blinky Light Thing" no funcionaria). Per canviar el nom, escriviu:

AT + NOM = BLT

I després vaig haver de restablir-lo perquè aparegués el nom:

AT + RESET

Com que estem creant diversos cubs que necessiten parlar entre ells, un dels cubs ha de ser el "mestre" (o "central" de les especificacions BLE) i controlar / parlar amb els altres cubs ("esclaus" o "perifèrics"). Per fer-ho, per al mestre hem d’enviar aquestes ordres (els mòduls per defecte són esclaus / perifèrics).

AT + IMM0

AT + ROLE1

Això indica al mòdul que es connecti automàticament (la primera ordre) i que sigui un dispositiu "central" (la segona ordre).

* nota

Els meus mòduls eren mòduls AT-09 (la placa més gran) amb un HM-10 (la placa més petita) enganxada. El xip real que fa tot el treball és un Texas Instruments CC2541. Hi ha moltes variacions d’aquests mòduls, així que aneu amb compte amb el que esteu demanant. Voleu trobar mòduls genuïns de Jinan Huamao.

Els meus també contenien un microprogramari que no he pogut identificar i, per tant, no responia a gairebé totes les ordres AT interessants. Vaig haver de tornar a mostrar-lo al firmware de Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Si acabeu amb un d'aquests, aquí teniu el procés per "solucionar-lo" (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Pas 10: cablejat final

Per al cablejat final, he utilitzat un cable de cinta reciclat d’un antic connector de disquet. Qualsevol cable fi funcionaria aquí, però el cable de cinta facilitava la conservació de les coses netes i organitzades. El cable de cinta és prou flexible per doblar-se i sivellar-se quan sigui necessari.

He utilitzat punts de cola calenta per frenar les coses o, en alguns llocs, més cinta adhesiva. El Circuit Playground es manté al seu lloc amb un altre bitllet de cartolina plegat.

Pas 11: proves

Abans d’acabar res, proveu sempre les coses per veure com funciona (si funciona!).

Fins i tot abans de muntar res, volia provar els sensors i també la corda LED. Com que s’ha de compartir un pin entre la corda LED i un sensor, aquest va ser el primer que vaig provar. Aquí és on vaig descobrir que no funcionava, però que el motiu era només que el pin compartit s’havia de tornar a configurar en un pin de sortida després d’utilitzar el sensor.

El primer sensor que vaig provar era només un simple quadrat de paper d'alumini. Ha funcionat, però no és realment sensible. El Circuit Playground està configurat per permetre el contacte capacitiu directament als seus coixinets (mitjançant un resistent més petit). Malauradament, per obtenir més sensibilitat necessiteu una resistència més gran, però no podem canviar el que ja hi ha al tauler. La meva segona prova he utilitzat un sensor circular al mig del quadrat de la làmina amb aproximadament 2 mm de làmina eliminada, amb la resta de la làmina a terra. Això va fer que un sensor molt més sensible funcionés fins i tot darrere dels panells acrílics.

Malauradament, després de muntar-ho tot en forma "plana", he tornat a provar els sensors i no han funcionat bé, cosa que requereix un toc directe de la làmina. Crec que això és el resultat de la capacitat paràsita del cable de cinta, cosa que no havia considerat.

Pas 12: redisseny del sensor

El primer que vaig provar va ser mitigar els efectes de la capacitat paràsita. Em vaig adonar que utilitzant el cable de cinta, tots els cables del sensor estaven un al costat de l’altre, creant més capacitat. Això va provocar que els dos sensors més alts actuessin junts, és a dir, que podria prémer qualsevol dels dos i obtenir la mateixa lectura en qualsevol dels pins d'entrada. Retrospectivament, podria haver utilitzat més cables al cable de cinta, amb un cable de terra entre cada cable del sensor. En aquest moment no volia tornar a connectar tot el tema, així que vaig trobar una solució intel·ligent.

En lloc d'un cable de terra dedicat, podria canviar tots els pins del sensor per ser sortides amb un valor lògic de 0, el que significa que estarien connectats a terra. Aleshores, l’únic sensor que volia llegir seria l’única entrada. Això es repetiria per llegir cada sensor. Això va ajudar moltíssim només amb una mica de programació addicional.

A més, he separat els cables del mòdul BLE dels cables del sensor perquè no interfereixin.

Tot i això, el sensor no detectaria el tacte darrere de la pantalla acrílica. Finalment, vaig decidir que el Circuit Playground incorporava una capacitat de detecció de capacitat que no funcionaria. Va ser dissenyat per al tacte directe i, per tant, té una resistència d’1 megaohm a cada entrada. Com que no puc canviar-ho i no hi havia més pins disponibles, vaig haver de detectar la capacitat amb només un pin i una resistència externa.

Vaig afegir una resistència de 10 megaohm a cada entrada, connectada a pin de 3,3 V, i vaig canviar a una biblioteca de sensors capacitius que funciona en un sol pin. La raó per la qual cosa fa que el sensor sigui més sensible és que la resistència més alta fa que es carregui més lentament, cosa que permet una mesura més precisa.

Pas 13: Codi

El codi és el que fa que tot funcioni, és clar. Tinc en ment diversos jocs per a aquest cub, així com per a diversos cubs. Actualment, només tinc implementat el joc semblant a simon. Podeu trobar el codi aquí:

Pas 14: el plec final

Ara que ho tenim tot adjunt i provat, podem fer els darrers plecs que converteixen aquesta creació 2D en un cub 3D. Començant per la dimensió llarga del conjunt, plegueu els tres plecs interiors i, a continuació, poseu la pestanya a la ranura, formant el cos principal del cub. Enganxeu-lo amb Tacky Glue. A continuació, doblegueu el tauler superior (el del Circuit Playground) al cub, posant les pestanyes a les ranures. Hauríeu de gravar-ho al lloc perquè probablement haureu d’obrir-lo amb finalitats de reprogramació.

La cara final, que actua com a tapa de les bateries, no s’hauria d’enganxar, però sí que necessita una cinta o alguna cosa per mantenir-la al seu lloc. En un disseny posterior, podria tenir una pestanya de bloqueig que es col·locaria a la pestanya principal per mantenir-la al seu lloc, com fan servir molts paquets de productes.

Ara hauríeu de tenir una cosa Blinky Light Thing completament funcional.

Pas 15: el futur

Aquest va ser el prototip de la cosa de llum Blinky. L’objectiu és fer diversos cubs més. Els cubs podran comunicar-se entre ells i permetre els jocs jugats amb diversos cubs i / o diversos jugadors. El disseny final ha de ser un bonic cub d’acrílic tallat amb làser o, possiblement, un cos imprès en 3D amb panells d’acrílic. M'agradaria fer-ho com a kit i que fos prou senzill per construir per a un nen. Els circuits de sensors LED es podrien construir sobre un PCB flexible per fer-lo molt més senzill de construir.

O qui sap, potser es podria fabricar com a joguina? Necessito jugar a provar-ho amb la gent per veure què en pensen. Ja com a prototip tinc diversos nens i adults que volen jugar amb ell i pregunten què és..