Διαδραστικό δέντρο: 10 βήματα

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Μια ενδιαφέρουσα παράδοση σχετικά με τη διδακτορική διατριβή και την άδεια εργασίας είναι ότι κρέμονται σε ένα δέντρο στην κύρια βιβλιοθήκη του ΚΘ πριν από τη δημόσια άμυνα/σεμινάριο. Ως εκ τούτου, ως έργο για το μάθημα Physical Interaction Design and Realization, η ομάδα μας αποφάσισε να τιμήσει αυτό το έθιμο δημιουργώντας μια διαδραστική έκδοση του δέντρου.

Βήμα 1: Τι θα χρειαστείτε

Υλικά:

• 1x Scηφιακή Κλίμακα (με 4 κελιά φορτίου)
• Πανιά καθαρισμού από βαμβάκι και κυτταρίνη (χρησιμοποιήσαμε ένα πανί ανά λουλούδι, 6 συνολικά)
• 2x μπάλες αφρού
• Νήμα
• 4x ξύλινες σανίδες (οι δικές μας ήταν 22x170x1600 mm η κάθε μία)
• 6x Εξωτερικά γωνιακά καλούπια (2 των 27x27x750 mm, 2 των 27x27x600 mm και 2 των 27x27x1350 mm)
• 1x ξύλινη σανίδα (όχι παχύτερη από 6-7 mm)
• 2x ξύλινες σανίδες (πάχος 2-3 cm, 45x45 cm)
• Καλώδια
• Κόλλα μετάλλων
• Ζεστή κόλλα
• Σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας
• Κολλητική ταινία διπλής όψης
• 20x καθολικές βίδες (5x40 mm)
• 20x καθολικές βίδες (3,0x12 mm)
• 10x Γωνίες ενίσχυσης
• 1x Stripboard (πίνακας πρωτοτύπων)

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - Φορτώστε τον ενισχυτή κυψέλης
• 1x - ESP8266 μικροελεγκτής φτερού Huzzah
• 1x - αναγνώστης RFID Adafruit RC522
• 2x-Multiplexers (καταχωρητές αλλαγής 8 bit με καταχωρητές εξόδου 3 καταστάσεων)
• 16x - Κόκκινα LED
• 16x - Αντιστάσεις
• 6x - Servos - Hitec HS -422 (τυπικό μέγεθος)

Εργαλεία:

• Συγκολλητικό σίδερο
• Πυροβόλο θερμής κόλλας
• Πριόνι χειρός
• Πριόνι συγκράτησης
• Κατσαβίδι δύναμης
• Ξύλο Ράσο
• Εργαλείο κοπής ξύλου παζλ

Βήμα 2: Συνδέστε την ψηφιακή ζυγαριά μπάνιου σώματος

Για αυτό το πρώτο βήμα, χρησιμοποιήσαμε 4 κυψέλες φορτίου από μια ψηφιακή ζυγαριά μπάνιου σωματικού βάρους και τον ενισχυτή κυψελίδας φορτίου HX711. Οι ακίδες επισημαίνονται με χρώματα: RED, BLK, WHT, GRN και YLW, τα οποία αντιστοιχούν στη χρωματική κωδικοποίηση κάθε κυψέλης φορτίου. Έχουν κολλήσει σε σχηματισμό γέφυρας από σιτάρι (δείτε εικόνες). Εφαρμόζουμε μια διέγερση στα κόκκινα Load Cell 1 και Load Cell 4 και διαβάζουμε τα σήματα από τα κόκκινα Load Cell 2 και Load Cell 3 (δείτε σύνδεσμο).

Βήμα 3: Ρυθμίστε τον αναγνώστη RFID

Για τη συναρμολόγηση του σαρωτή χρησιμοποιήσαμε δύο κομμάτια υλικού. τον μικροελεγκτή ESP8266 Huzzah Feather και τον αναγνώστη RFID Adafruit RC522.

Τα ESP8266 και RC522 είχαν 5 συνδέσεις μεταξύ τους (βλέπε εικόνα 1).

Ο σκοπός του σαρωτή ήταν να σαρώσει τις κάρτες KTH, 13,6MHz και να στείλει το μοναδικό αναγνωριστικό της κάρτας, ή στην ιδανική περίπτωση το αναγνωριστικό του μαθητή, σε μια βάση δεδομένων Google Firebase. Όλα έγιναν χρησιμοποιώντας προκατασκευασμένα πακέτα Arduino, MFRC522 για το RC522, ESP8266 για το wifi και Arduino Firebase για την επικοινωνία πυροσβεστικής βάσης. Μόλις αποσταλούν οι πληροφορίες στη βάση δεδομένων, μια ιστοσελίδα που περιέχει ένα δέντρο ενημερώθηκε χρησιμοποιώντας την κινούμενη εικόνα D3.js για να προσομοιώσει ένα λουλούδι που ανθίζει σε ένα εικονικό δέντρο.

Το τελευταίο μέρος της ρύθμισης ήταν να στείλετε τις πληροφορίες ότι μια κάρτα σαρώθηκε στον μικροελεγκτή Arduino Uno. Το ESP8266 και το Arduino Uno είχαν 1 σύνδεση μεταξύ τους (βλέπε εικόνα 1).

Το pin 16 χρησιμοποιήθηκε ειδικά επειδή έχει μια προεπιλεγμένη τιμή LOW, ενώ οι άλλες καρφίτσες είχαν προεπιλεγμένες τιμές HIGH. Όταν σαρώνεται μια κάρτα, στείλαμε έναν μόνο παλμό HIGH στο Arduino Uno, ο οποίος στη συνέχεια εκτέλεσε τον υπόλοιπο κώδικα.

Βήμα 4: Ρύθμιση διαδρομής LED

Προκειμένου να έχουμε μια πιο ουσιαστική αλληλεπίδραση, καθώς και μια ορατή ανατροφοδότηση για ορισμένες ενέργειες των χρηστών, αποφασίσαμε να κανονίσουμε μια διαδρομή LED που φωτίζονται προς τον καθορισμένο κλάδο. Ως εκ τούτου, ο χρήστης καθοδηγείται στο σημείο στο οποίο θα πρέπει να κρεμάσει τη διατριβή.

Για αυτό χρησιμοποιήσαμε δύο πολυπλέκτες: καταχωρητές αλλαγής 8 bit με καταχωρητές εξόδου 3 καταστάσεων και 16 κόκκινα led. Ο πολυπλέκτης παρέχει έλεγχο πάνω από 8 εξόδους ταυτόχρονα, ενώ καταλαμβάνει μόνο 3 ακίδες στον μικροελεγκτή μας. Οι συνδέσεις έχουν πραγματοποιηθεί με "σύγχρονη σειριακή επικοινωνία" (βλ. Σύνδεσμο).

Βήμα 5: Συνθέστε τα λουλούδια

Για αυτό το βήμα, χρησιμοποιήσαμε ένα ελαφρύ και εύκαμπτο υλικό - υφάσματα καθαρισμού. Κομμάτια σε σχήμα πέταλου κόπηκαν από αυτό το υλικό. Κατά συνέπεια, αυτά τα πέταλα συνδέονται με μια κεντρική δομή, κατασκευασμένη από σφαίρα αφρού. Κάθε πέταλο στερεώνεται με ένα νήμα, έτσι ώστε όταν τραβιέται το πέταλο να κάμπτεται.

Βήμα 6: Φτιάξτε το δέντρο

Το κύριο υλικό μας είναι το ξύλο. Το δέντρο αποτελείται από τέσσερις ξεχωριστές ξύλινες σανίδες βιδωμένες μεταξύ τους σε τετράγωνο σχήμα (5 βίδες για τη σύνδεση 2 σανίδων). Τα κλαδιά έχουν κατασκευαστεί από ξύλο έξω από τη γωνία. Τετράγωνες τρύπες έχουν κοπεί στον κορμό του δέντρου για να μπουν τα κλαδιά. Κάθε κλάδος έχει είτε ένα LED στο άκρο (το κάτω και το πάνω κλαδί) είτε δύο LED (το μεσαίο κλάδο). Κάθε LED έχει ασφαλιστεί με κόλλα.

Αφού τοποθετηθούν σωστά τα LED, τοποθετήσαμε ένα λουλούδι σε κάθε κλαδί. Κάθε λουλούδι έχει ένα σερβο που ελέγχει την ανθοφορία (δείτε εικόνες). Η ζυγαριά, οι λυχνίες LED και το σερβο είναι συνδεδεμένα με το Arduino, μέσω της σανίδας πρωτοτύπων που έγινε κατά το Βήμα 4. Κάθε κλάδος στερεώνεται στον κορμό από την αριστερή και τη δεξιά πλευρά χρησιμοποιώντας τις γωνίες ενίσχυσης και τις καθολικές βίδες 3,0x12 mm.

Η μία από τις πιο χοντρές σανίδες ξύλου θα χρησιμοποιηθεί ως βάση για το δέντρο και η άλλη θα κοπεί σε σχήματα ορθογώνιου τριγώνου, τα οποία θα βιδωθούν πρώτα στον κορμό του δέντρου και στη συνέχεια θα στερεωθούν στην ξύλινη σανίδα στη βάση.

Για την ξύλινη σανίδα βάσης, κάντε μια τετράγωνη τρύπα για να περάσουν τα σύρματα της ζυγαριάς και στη συνέχεια στερεώστε τη ζυγαριά στην ξύλινη σανίδα με την κολλητική ταινία διπλής όψης.

Το Arduino Uno τοποθετήθηκε στη βάση του πορτμπαγκάζ καθώς και ο πίνακας πρωτοτύπων με όλες τις αντίστοιχες συνδέσεις.

Πριν κλείσετε το δέντρο, κάντε μια τετράγωνη τρύπα στην τελευταία ξύλινη σανίδα στη βάση του, για να συνδέσετε τον υπολογιστή με το Arduino και τον μικροελεγκτή ESP8266 Huzzah Feather.

Βήμα 7: Διακοσμήστε το δέντρο

Για να βελτιώσουμε την εμφάνιση του πρωτοτύπου μας, προσθέσαμε μερικά φύλλα στα κλαδιά που έχουν κοπεί με λέιζερ, καθώς και μια κουκουβάγια (για να συμβολίσει τη γνώση).

Βήμα 8: Ο κώδικας

Εδώ έχετε διαφορετικούς κωδικούς που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να ελέγξετε πώς λειτουργεί κάθε στοιχείο (calibration_test.ino για την κλίμακα, scanner.ino για τον αναγνώστη RFID και servo_test.ino για τα servos) και στη συνέχεια τα πάντα στο σύνολό του (light_test.ino ως αρχική δοκιμή και main.ino ως τελική έκδοση).

Θα χρειαστεί επίσης να εγκαταστήσετε τη βιβλιοθήκη HX711 για να μπορέσετε να εργαστείτε με την κλίμακα (σύνδεσμος προς τη βιβλιοθήκη).

Βήμα 9: Δημιουργήστε την εφαρμογή Ιστού

Ως πρόσθετη αλληλεπίδραση, προσθέσαμε μια ψηφιακή ανατροφοδότηση μέσω μιας διαδικτυακής εφαρμογής. Η εφαρμογή λαμβάνει τη σαρωμένη ταυτότητα και ως αποτέλεσμα για τη διατριβή, το λουλούδι στο εικονικό δέντρο ανθίζει επίσης.

Βήμα 10: Απολαύστε την εμπειρία

Στο τέλος, ήμασταν χαρούμενοι που πετύχαμε να κάνουμε όλα τα συστατικά να συνεργαστούν. Η διαδικασία ήταν συναρπαστική και αγχωτική, αλλά παρ 'όλες τις προκλήσεις είμαστε ικανοποιημένοι με το αποτέλεσμα και η εμπειρία ήταν ενδιαφέρουσα και το πιο σημαντικό, εκπαιδευτική.