Feu una pantalla ambiental basada en el vent: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Es tracta d’un projecte de classe dissenyat i construït per Trinh Le i Matt Arlauckas per a HCIN 720: Prototyping Wearable and Internet of Things Devices al Rochester Institute of Technology.

L’objectiu d’aquest projecte és visualitzar de manera abstracta la direcció i la velocitat del vent en ubicacions associades a les fitxes RFID. Aquestes dues dimensions serien útils per a qualsevol persona que piloti vaixells, faci volar drons, estels, modelar coets, etc.

La pantalla consistiria en un ventall cap amunt per fer que les cintes de teixit ondulessin i "ballessin" per sobre de la taula. La vivacitat de les cintes mostraria la magnitud de la velocitat del vent. La direcció del vent es representaria mitjançant un indicador connectat a un motor pas a pas a la base i capaç de girar 360 ° completament.

Pas 1: materials i eines

Habitatge

• Fulls d’acrílic (PMMA) 1/8”, adequats per tallar amb làser
• Varetes acríliques de 1/8 "(per omplir juntes)
• Coses estranyes

Parts electròniques

• Fotó de partícules (https://store.particle.io/collections/photon)
• Presa de barril de 2,1 mm de CC (https://www.adafruit.com/product/373)
• Alimentació de 12VDC 600mA amb endoll de 2,1 mm (https://www.adafruit.com/product/798)
• Convertidor de potència CC-CC (https://www.digikey.com/product-detail/en/murata-power-solutions-inc/OKI-78SR-12-1.0-W36-C/811-3293-ND/6817698) O circuit regulador de voltatge 7805 (https://www.instructables.com/howto/7805/)
• Tauler lector RFID MFRC522 (https://www.amazon.com/dp/B00VFE2DO6/ref=cm_sw_su_dp)
• Controlador de motor de pont H doble L293D (https://www.adafruit.com/product/807)
• Motor pas a pas de 12 V (https://www.adafruit.com/product/918)
• Ventilador de 12 mm de 120 mm (https://www.amazon.com/Kingwin-CF-012LB-Efficient-Excellent-Ventilation/dp/B002YFP8BK)
• Transistor N90 S9013 (o similar)
• Resistència de 2 - 220 Ohm
• Diode 1N4001
• LED blau de 5 mm
• Etiquetes adhesives RFID Mifare Classic 1K (https://www.amazon.com/YARONGTECH-MIFARE-Classic-Material-adhesive/)

Cablejat

• Mitja pensió Adafruit Perma-Proto (https://www.adafruit.com/product/1609)
• Fil de 22 AWG, sòlid i encallat
• 20 AWG, cable de dos conductors (per alimentar)
• Tira de connectors de capçalera masculina (per a connexions de ventilador i motor)
• Tires de capçalera femella apilables de 2 a 12 pins (per a fotó)
• 1 - 1x3 cinta de capçal femella de pas de 0,1 "(per transistor de ventilador)
• Connector de capçal de pas de 1 - 1x8 0,1 "i contactes de presa crimpada (lector RFID)
• Connector de capçal de pas de 1 - 1x2 0,1 "i contactes de presa de crimp (ventilador)
• Connector de capçal de pas de 4 - 1x1 0,1 "i contactes de presa de crimp (motor pas a pas)
• 1 - presa DIP de 16 pins (per a pont H)
• Corbates petites de niló (opcional)
• Tubs termorretractables (opcional)

Maquinari

• 2 - cargols M3x6mm (per muntar motor pas a pas)
• 4 cargols M3x35mm (per al muntatge del ventilador)
• 8 - Rentadores planes M3
• 4 - Femelles M3

Eines

• Tallador làser
• Impressora 3D
• Eines de soldar
• Adhesiu acrílic (https://www.amazon.com/Acrylic-Plastic-Cement-Applicator-Bottle/)
• Fulls de cartró ondulat plans (per muntar plantilla)

Pas 2: dades a representar

La pantalla del vent mostrarà una representació de la direcció i la velocitat del vent des d’una ubicació associada a un testimoni etiquetat amb RFID. Aquestes dades s’obtindran de l’API WeatherUnderground. Per utilitzar-la, creeu un compte a https://www.wunderground.com/weather/api i seleccioneu l’opció de pla que millor s’adapti a les vostres necessitats.

Pas 3: construcció de la pantalla

Tall per làser

Seguint el manual d’instruccions per al tallador làser que utilitzeu, prepareu els fitxers de la pantalla d’Adobe Illustrator (a continuació) per tallar-los. És possible que hàgiu de canviar els objectes dels fitxers per adaptar-los a la mida del tallador làser que utilitzeu.

Tallar amb làser les plaques de fulls de plàstic acrílic (PMMA) de 1/8.

Plantilla de muntatge

Per tal de mantenir l’angle exterior normal del pentàgon de 116,6 °, hem dissenyat una plantilla ràpida (assembly_jig.ai) per ajudar a muntar les plaques.

1. Obriu el fitxer assembly_jig.ai i talleu diverses peces de cartró ondulat.
2. Enganxeu-los en una pila i assegureu-vos que la pila quedi quadrada.

Varetes de farciment angular

Com que els angles no són ortogonals entre si, fem servir varetes acríliques de 1/8 per omplir el buit i proporcionar més superfície per enganxar. Les longituds de la vareta tallades prèviament es col·loquen entre cada placa, deixant una mica d'espai a cada extrem per on conflueixen les cantonades.

Muntatge de la base

Comenceu per la peça base amb el forat gran del ventilador i enganxeu la peça de la vareta acrílica a cadascuna de les cinc vores.

Col·loqueu aquesta peça de ventilador en una inclinació de la plantilla de muntatge i col·loqueu una peça lateral de la base al costat inclinat oposat.

Apliqueu amb cura l’adhesiu a l’articulació i espereu que es fixi.

Continueu treballant pels altres costats de la peça base, assegurant-vos de fixar una peça de vareta d’ompliment allà on es trobin dues plaques.

Muntatge del DeckGlue els dos discs de muntatge del motor pas a pas, assegurant-vos de alinear els forats. Quan estigui configurat, utilitzeu amb cura una aixeta per enfilar els dos petits forats dels cargols M3. Ara, enganxeu-lo al centre de la placa de la coberta, assegurant-vos de nou que alinereu el forat central.

Connecteu el motor pas a pas mitjançant els dos cargols M3x6mm.

Muntatge de la part superior

La part superior es munta de la mateixa manera que la part inferior, però només amb quatre plaques. Deixareu un buit on es podria ubicar una cinquena placa. No oblideu utilitzar la vareta d’acrílic per enganxar les plaques superiors.

Pas 4: electrònica

Aquest projecte es pot muntar ràpidament mitjançant una placa de connexió i cables de pont. Simplement seguiu l'esquema anterior.

Per a una construcció més compromesa, bé, és hora que acabin amb aquestes habilitats de soldadura boja.

Tens habilitats de soldar boig, oi? Si no, aquí teniu uns quants enllaços per ajudar-vos a corregir …

• Instructibles: Com soldar
• Guia d'Adafruit per a una soldadura excel·lent

Utilitzant la mitja pensió Adafruit Perma-proto, traieu els components tal com es mostra al diagrama Fritzing anterior. L’ús de preses de corrent per als circuits integrats i el transistor permet una substitució ràpida i senzilla si allibereu algun fum màgic (https://en.wikipedia.org/wiki/Magic_smoke).

Soldeu els passadors / endolls de capçalera al tauler per ajudar a connectar els components externs (motor pas a pas i ventilador) i fer-los fàcilment intercanviables (vegeu "Magic Smoke" més amunt). Primer, col·loqueu la força de soldadura i el cable de terra, intentant que siguin el més curts i directes possibles. Soldeu la presa de corrent continu a un extrem d’una longitud del cable de dos conductors 20AWG i a l’altre extrem als rails d’alimentació superiors (placa orientada amb capçaleres de fotons a l’esquerra).

Cables de soldar per fer les connexions del circuit. En alguns casos, és més fàcil executar el cablejat a la part inferior de la placa. Per al lector RFID, les capçaleres apilables del Photon permeten un ampli espai per fer connexions sota el Photon. Acabeu els cables RFID amb el connector de capçalera 1x8 per connectar-lo a la capçalera del lector RFID.

Pas 5: instal·leu electrònica

Un cop la base estigui enganxada, instal·leu el ventilador a la base mitjançant els quatre cargols M3x35, volanderes i femelles.

Connecteu el tauler principal a l'interior de la placa posterior (la placa amb el tall rectangular per a la presa de barril de CC) mitjançant la cinta de muntatge amb respatller d'escuma.

Introduïu la presa de barril de CC al forat rectangular i cimenteu-la al lloc mitjançant l'adhesiu acrílic.

Connecteu la placa lectora RFID al connector i munteu-la sempre que sigui convenient mitjançant la cinta de muntatge amb respatller d’escuma. Està bé si la part posterior del tauler està orientada cap a l’exterior de la pantalla, l’antena encara recollirà el senyal RFID. Assegureu el LED blau a prop.

Connecteu el ventilador i el motor pas a pas a la placa principal.

Pas 6: Programació

Ets nou a Particle Photon?

Aquest projecte utilitzarà Particle Webhooks per recollir les dades del vent. Heus aquí el procés, en poques paraules.

1. El dispositiu espera que s’explori un testimoni.
2. Quan s’explora un testimoni, s’emmagatzema l’identificador de testimoni únic.
3. Aleshores, el dispositiu publica aquest identificador de testimoni a Particle.io.
4. En rebre aquestes dades, Particle.io envia les dades a la nostra pàgina API mitjançant la integració de webhook.
5. La pàgina de l'API rep l'identificador de testimoni i cerca la ciutat i l'estat que s'hi associen des de la matriu Ubicacions.
6. A continuació, la pàgina API fa la trucada de l'AP a WeatherUnderground (WU) mitjançant la informació d'ubicació.
7. L'API de WU retorna a la pàgina de l'API un objecte JSON de les condicions meteorològiques actuals completes per a aquesta ubicació.
8. La pàgina API analitza aquesta informació, extreu i converteix la direcció i la velocitat del vent i les torna al dispositiu com a objecte JSON.
9. El dispositiu analitza l'objecte JSON, emmagatzemant la direcció i la velocitat del vent que s'utilitzaran per controlar el motor pas a pas i el ventilador.

Firmware

Creeu un nou projecte de Photon anomenat "wind_display" i sobreescriviu el fitxer principal amb el codi wind_display.ino (a sota).

A continuació, cerqueu i instal·leu les biblioteques següents al vostre projecte:

• MFRC522 - v0.1.4 Biblioteca RFID per a dispositius de partícules
• SparkJSON - biblioteca JSON v0.0.2 Portat des de @bblanchon
• Stepper - v1.1.3 Biblioteca del motor Stepper per a Arduino

Compileu el projecte i descarregueu-lo al vostre fotó.

Pàgina API

Per utilitzar la pàgina de l'API, haureu de penjar-la a un servidor web habilitat per PHP. Hi ha moltes opcions d'allotjament web PHP gratuïtes disponibles.

Baixeu getWindData.txt i canvieu l'extensió del fitxer a.php. Obriu a l'editor preferit i feu els canvis següents:

Afegiu-vos l'identificador de Photon Core:

// Afegiu el core_id per als fotons que vulgueu permetre utilitzar aquesta API $ allowedCores = array ('El vostre CoreID va aquí');

Afegiu la vostra clau d'API WeatherUnderground:

// Clau API WeatherUnderground $ wu_apikey = "La vostra clau API API";

En aquest moment, no us preocupeu per configurar les fitxes / ubicacions. Nosaltres ens encarregarem d’això un cop s’hagi configurat tot.

Deseu i pengeu el fitxer al servidor web. Enregistreu l'URL actiu de la pàgina de l'API.

Particle Webhook

Inicieu la sessió a Particle Console i feu clic a la icona Integracions que hi ha a la part esquerra.

1. Feu clic a "Nova integració" i seleccioneu "Webhook".
2. Establiu el nom de l'esdeveniment a "wind_display".
3. Establiu l'URL a l'URL actiu de la pàgina de l'API.
4. Feu clic a "Crea webhook".

Obteniu identificadors de testimoni RFID i modifiqueu la pàgina de l'API

Amb el fotó connectat a l'ordinador mitjançant USB i desconnectat de la font d'alimentació externa, obriu una finestra del terminal i executeu el Particle Serial Monitor.

1. Escaneja una etiqueta RFID i escriu l'identificador de testimoni de 8 caràcters que es mostra al monitor sèrie.
2. Repetiu-ho per a qualsevol etiqueta addicional que vulgueu utilitzar.

Ara torneu a getWindData.php i cerqueu la secció Matriu d'ubicacions:

// Matriu d'ubicacions // Substitueix "TokenID n" amb l'identificador de testimoni escanejat // Substitueix "Cityn" per una ciutat associada a l'identificador de testimoni // Substitueix "Sn" per un estat de dos caràcters associat a la ciutat $ locations = array ("TokenID 1" => array ("city" => "City1", "state" => "S1"), "TokenID 2" => array ("city" => "City2", "state" => "S2"), "TokenID 3" => array ("city" => "City3", "state" => "S3"));

Substituïu cada identificador de testimoni per les identificacions de les vostres etiquetes i associeu-les a una ciutat i a un estat on vulgueu obtenir informació sobre el vent.

Deseu el fitxer i pengeu-lo al vostre servidor web.

Pas 7: utilitzeu-lo

1. Mostra-ho allà on vulguis.
2. Ajusteu la veleta cap al nord.
3. Connecteu la font d'alimentació.
4. Col·loqueu un testimoni a prop del lector RFID i espereu a que parpellegi el LED blau.

Pas 8: idees addicionals

Aquí teniu algunes idees per ampliar el projecte!