Δημιουργήστε μια ατμοσφαιρική οθόνη με βάση τον άνεμο: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Πρόκειται για ένα έργο κλάσης που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από τους Trinh Le και Matt Arlauckas για το HCIN 720: Prototyping Wearable and Internet of Things Devices στο Rochester Institute of Technology.

Ο στόχος αυτού του έργου είναι να απεικονίσει αφηρημένα την κατεύθυνση και την ταχύτητα του ανέμου σε τοποθεσίες που σχετίζονται με μάρκες RFID. Αυτές οι δύο διαστάσεις θα ήταν χρήσιμες για όποιον πιλοτάρει σκάφη, πετάει drones, χαρταετούς, μοντέλα πυραύλων κ.ο.κ.

Η οθόνη θα αποτελείται από έναν ανεμιστήρα που φυσάει προς τα πάνω για να κάνει κορδέλες από ύφασμα να κυματίζουν και να «χορεύουν» πάνω από την κορυφή του τραπεζιού. Η ζωντάνια των ταινιών θα έδειχνε το μέγεθος της ταχύτητας του ανέμου. Η κατεύθυνση του ανέμου θα αντιπροσωπεύεται από μια ένδειξη συνδεδεμένη με ένα βηματικό μοτέρ στη βάση και ικανή να περιστρέψει πλήρως 360 °.

Βήμα 1: Υλικά και εργαλεία

Στέγαση

• Ακρυλικά φύλλα 1/8”(PMMA), κατάλληλα για κοπή με λέιζερ
• Ακρυλικές ράβδοι 1/8”(για πλήρωση αρμών)
• Περιποιημένα πράγματα

Ηλεκτρονικά μέρη

• Particle Photon (https://store.particle.io/collections/photon)
• Υποδοχή βαρελιού DC 2,1mm (https://www.adafruit.com/product/373)
• Τροφοδοτικό 12VDC 600mA με βύσμα 2.1mm (https://www.adafruit.com/product/798)
• Μετατροπέας ισχύος DC-DC (https://www.digikey.com/product-detail/en/murata-power-solutions-inc/OKI-78SR-12-1.0-W36-C/811-3293-ND/6817698) Circuit κύκλωμα ρυθμιστή τάσης 7805 (https://www.instructables.com/howto/7805/)
• MFRC522 RFID Reader Board (https://www.amazon.com/dp/B00VFE2DO6/ref=cm_sw_su_dp)
• L293D Dual H-Bridge Driver Motor (https://www.adafruit.com/product/807)
• 12V Stepper Motor (https://www.adafruit.com/product/918)
• 120mm 12VDC Fan (https://www.amazon.com/Kingwin-CF-012LB-Efficient-Excellent-Ventilation/dp/B002YFP8BK)
• S9013 NPN Transistor (ή παρόμοιο)
• Αντίσταση 2 - 220 Ohm
• Δίοδος 1N4001
• Μπλε LED 5mm
• Ετικέτες αυτοκόλλητων ετικετών Mifare Classic 1K RFID (https://www.amazon.com/YARONGTECH-MIFARE-Classic-Material-adhesive/)

Καλωδίωση

• Ημιδιατροφή Adafruit Perma-Proto (https://www.adafruit.com/product/1609)
• 22 AWG σύρμα, συμπαγές και λυγισμένο
• 20 AWG, καλώδιο δύο αγωγών (για ισχύ)
• Ανδρική ταινία σύνδεσης κεφαλίδας (για συνδέσεις ανεμιστήρα και κινητήρα)
• 2 - 12 θηλυκές στοιβαζόμενες ταινίες κεφαλίδας (για Photon)
• Θηλυκή κεφαλίδα 1 - 1x3 0,1”(για τρανζίστορ ανεμιστήρα)
• 1 - 1x8 σύνδεσμος κεφαλίδας βήματος 0,1”και επαφές πρίζας (αναγνώστης RFID)
• 1 - 1x2 σύνδεσμος κεφαλίδας βήματος 0,1”και επαφές πρίζας (ανεμιστήρας)
• 4 - 1x1 σύνδεσμος κεφαλίδας βήματος 0,1”και επαφές πρίζας (βηματικό μοτέρ)
• 1-υποδοχή DIP 16 ακίδων (για γέφυρα H)
• Μικρά νάιλον περιτυλίγματα (προαιρετικά)
• Σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας (προαιρετικά)

Σκεύη, εξαρτήματα

• 2 - βίδες M3x6mm (για τοποθέτηση βηματικού κινητήρα)
• 4 - βίδες M3x35mm (για τοποθέτηση ανεμιστήρα)
• 8 - επίπεδες ροδέλες Μ3
• 4 - καρύδια Μ3

Εργαλεία

• Κόφτης λέιζερ
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής
• Εργαλεία συγκόλλησης
• Ακρυλική κόλλα (https://www.amazon.com/Acrylic-Plastic-Cement-Applicator-Bottle/)
• Επίπεδα κυματοειδή φύλλα από χαρτόνι (για συναρμολόγηση jig)

Βήμα 2: Δεδομένα προς εκπροσώπηση

Το Wind Display θα εμφανίσει μια αναπαράσταση της κατεύθυνσης και της ταχύτητας του ανέμου από μια τοποθεσία που σχετίζεται με ένα διακριτικό με ετικέτα RFID. Αυτά τα δεδομένα θα συλλεχθούν από το WeatherUnderground API. Για να χρησιμοποιήσετε αυτό το API, δημιουργήστε έναν λογαριασμό στη διεύθυνση https://www.wunderground.com/weather/api και επιλέξτε την επιλογή σχεδίου που ταιριάζει καλύτερα στις ανάγκες σας.

Βήμα 3: Κατασκευή οθόνης

Κοπή λέιζερ

Ακολουθώντας το εγχειρίδιο οδηγιών για τον κόπτη λέιζερ που θα χρησιμοποιήσετε, προετοιμάστε τα αρχεία Adobe Illustrator οθόνης (παρακάτω) για κοπή. Σως χρειαστεί να αναδιατάξετε τα αντικείμενα στα αρχεία για να χωρέσει το μέγεθος του κόφτη λέιζερ που χρησιμοποιείτε.

Το λέιζερ έκοψε τις πλάκες από πλαστικά φύλλα ακρυλικού 1/8 (PMMA).

Συναρμολόγηση Jig

Προκειμένου να διατηρηθεί το κανονικό πεντάγωνο έξω από τη γωνία των 116,6 °, σχεδιάσαμε ένα γρήγορο jig (συγκέντρωση_jig.ai) για να βοηθήσει στη συναρμολόγηση των πλακών.

1. Ανοίξτε το αρχείο Assembly_jig.ai και κόψτε πολλά κομμάτια από κυματοειδές χαρτόνι.
2. Κολλήστε τα σε μια στοίβα, βεβαιωθείτε ότι η στοίβα παραμένει τετράγωνη.

Ράβδοι πλήρωσης γωνίας

Επειδή οι γωνίες δεν είναι ορθογώνιες μεταξύ τους, χρησιμοποιούμε ακρυλικές ράβδους 1/8 για να καλύψουμε το κενό και να προσφέρουμε μεγαλύτερη επιφάνεια για κόλληση. Προ-κομμένα μήκη ράβδου που θα τοποθετηθούν μεταξύ κάθε πλάκας, αφήνοντας λίγο χώρο σε κάθε άκρο για το σημείο που ενώνονται οι γωνίες.

Συναρμολόγηση της Βάσης

Ξεκινήστε με το βασικό κομμάτι με τη μεγάλη τρύπα του ανεμιστήρα και κολλήστε κομμάτι ακρυλικής ράβδου σε κάθε μία από τις πέντε άκρες.

Τοποθετήστε αυτό το κομμάτι του ανεμιστήρα σε μια κλίση του συγκροτήματος συναρμολόγησης και τοποθετήστε ένα κομμάτι από τη βάση στην αντίθετη λοξή πλευρά.

Εφαρμόστε προσεκτικά την κόλλα στην ένωση και περιμένετε να δέσει.

Συνεχίστε να εργάζεστε στις άλλες πλευρές του τεμαχίου βάσης, φροντίζοντας να στερεώσετε ένα κομμάτι ράβδου πλήρωσης όπου συναντιούνται δύο πλάκες.

Συναρμολογώντας το DeckGlue τους δύο δίσκους στερέωσης με μοτέρ πλάτη-πλάτη, φροντίζοντας να ευθυγραμμίσετε τις τρύπες. Όταν ρυθμιστεί, χρησιμοποιήστε προσεκτικά μια βρύση για να περάσετε τις δύο μικρές οπές για τις βίδες M3. Τώρα, κολλήστε το στο κέντρο της πλάκας καταστρώματος, φροντίζοντας πάλι να ευθυγραμμίσετε την κεντρική τρύπα.

Συνδέστε το βηματικό μοτέρ χρησιμοποιώντας τις δύο βίδες M3x6mm.

Συναρμολόγηση της Κορυφής

Η κορυφή συναρμολογείται με τον ίδιο τρόπο όπως το κάτω μέρος, αλλά με μόνο τέσσερις πλάκες. Θα αφήσετε ένα κενό όπου μπορεί να βρίσκεται μια πέμπτη πλάκα. Μην ξεχάσετε να χρησιμοποιήσετε την ακρυλική ράβδο με το κόλλημα των επάνω πλακών.

Βήμα 4: Ηλεκτρονικά

Αυτό το έργο μπορεί να συναρμολογηθεί γρήγορα χρησιμοποιώντας ένα breadboard και καλώδια jumper. Απλώς ακολουθήστε το παραπάνω διάγραμμα.

Για μια πιο αφοσιωμένη κατασκευή, λοιπόν, ήρθε η ώρα να εξαλείψετε αυτές τις τρελές δεξιότητες συγκόλλησης.

Έχετε τρελές δεξιότητες συγκόλλησης, έτσι δεν είναι; Εάν όχι, εδώ είναι μερικοί σύνδεσμοι για να διορθώσετε αυτό…

• Οδηγίες: Πώς να κολλήσετε
• Οδηγός Adafruit για εξαιρετική συγκόλληση

Χρησιμοποιώντας την ημιδιατροφή Adafruit Perma-proto, τοποθετήστε τα εξαρτήματα όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα Fritzing. Η χρήση πριζών για τα ενσωματωμένα κυκλώματα και το τρανζίστορ επιτρέπει την γρήγορη και εύκολη αντικατάσταση εάν τυχαίνει να απελευθερώσετε οποιοδήποτε Magic Smoke (https://en.wikipedia.org/wiki/Magic_smoke).

Κολλήσεις κεφαλών συγκολλήσεων/πριζών στον πίνακα για να βοηθήσετε στη σύνδεση των εξωτερικών εξαρτημάτων (βηματικό μοτέρ και ανεμιστήρας) και να τα κάνετε εύκολα ανταλλάξιμα (βλ. «Magic Smoke» παραπάνω). Συγκολλήστε το καλώδιο τροφοδοσίας και γείωσης πρώτα στη θέση του, προσπαθώντας να τα κρατήσετε όσο το δυνατόν πιο κοντά και άμεσα. Συγκολλήστε το βύσμα τροφοδοσίας DC στο ένα άκρο του μήκους του καλωδίου δύο αγωγών 20AWG και το άλλο άκρο στις κορυφαίες ράγες ισχύος (πίνακας προσανατολισμένος με κεφαλίδες Photon στα αριστερά).

Συγκολλήστε σύρματα για να κάνετε τις συνδέσεις κυκλώματος. Σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι ευκολότερο να εκτελέσετε καλωδίωση στο κάτω μέρος της πλακέτας. Για τον αναγνώστη RFID, οι στοιβαζόμενες κεφαλίδες για το Photon επιτρέπουν άφθονο χώρο για συνδέσεις κάτω από το Photon. Τερματίστε τα καλώδια RFID με τον σύνδεσμο κεφαλίδας 1x8, για να συνδεθείτε με την κεφαλίδα του αναγνώστη RFID.

Βήμα 5: Εγκαταστήστε τα Ηλεκτρονικά

Μόλις κολλήσει η βάση, τοποθετήστε τον ανεμιστήρα στη βάση χρησιμοποιώντας τις τέσσερις βίδες M3x35, ροδέλες και παξιμάδια.

Συνδέστε την κύρια σανίδα στο εσωτερικό της πίσω πλάκας (η πλάκα με την ορθογώνια διακοπή για την υποδοχή βαρελιού DC) χρησιμοποιώντας την ταινία στερέωσης με αφρώδη επένδυση.

Τοποθετήστε το γρύλο βαρελιού DC στην ορθογώνια οπή και τσιμέντο στη θέση του χρησιμοποιώντας την ακρυλική κόλλα.

Συνδέστε την πλακέτα ανάγνωσης RFID στη φίσα και στηρίξτε όπου είναι βολικό χρησιμοποιώντας την ταινία στερέωσης με επικάλυψη αφρού. Δεν πειράζει αν το πίσω μέρος του πίνακα βλέπει προς το εξωτερικό της οθόνης, η κεραία θα συνεχίσει να παίρνει το σήμα RFID. Ασφαλίστε το μπλε LED κοντά.

Συνδέστε τον ανεμιστήρα και το βηματικό μοτέρ στην κεντρική πλακέτα.

Βήμα 6: Προγραμματισμός

Είστε νέοι στο Particle Photon;

Αυτό το έργο θα χρησιμοποιήσει τα Particle Webhooks για τη συλλογή δεδομένων ανέμου. Εδώ είναι η διαδικασία, με λίγα λόγια.

1. Η συσκευή περιμένει τη σάρωση ενός διακριτικού.
2. Όταν σαρώνεται ένα διακριτικό, αποθηκεύεται το μοναδικό αναγνωριστικό διακριτικού.
3. Στη συνέχεια, η συσκευή δημοσιεύει αυτό το διακριτικό αναγνωριστικό στο Particle.io.
4. Με τη λήψη αυτών των δεδομένων, το Particle.io στέλνει τα δεδομένα στη σελίδα μας API μέσω ενσωμάτωσης webhook.
5. Η σελίδα API λαμβάνει το αναγνωριστικό συμβόλου και αναζητά την πόλη και την κατάσταση που σχετίζονται με αυτήν από τον πίνακα Τοποθεσίες.
6. Στη συνέχεια, η σελίδα API πραγματοποιεί την κλήση AP στο WeatherUnderground (WU) χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες τοποθεσίας.
7. Το WU API επιστρέφει ένα αντικείμενο JSON με τις πλήρεις τρέχουσες καιρικές συνθήκες για τη συγκεκριμένη τοποθεσία στη σελίδα API.
8. Η σελίδα API αναλύει αυτές τις πληροφορίες, εξάγει και μετατρέπει την κατεύθυνση του ανέμου και την ταχύτητα του ανέμου και τα επιστρέφει στη συσκευή ως αντικείμενο JSON.
9. Η συσκευή αναλύει το αντικείμενο JSON, αποθηκεύοντας την κατεύθυνση και την ταχύτητα του ανέμου που θα χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο του βηματικού κινητήρα και του ανεμιστήρα.

Υλικολογισμικό

Δημιουργήστε ένα νέο έργο Photon που ονομάζεται «wind_display» και αντικαταστήστε το κύριο αρχείο με τον κώδικα wind_display.ino (παρακάτω).

Στη συνέχεια, βρείτε και εγκαταστήστε τις ακόλουθες βιβλιοθήκες στο έργο σας:

• MFRC522 - Β0.1.4 Βιβλιοθήκη RFID για Συσκευές Σωματιδίων
• SparkJSON - v0.0.2 βιβλιοθήκη JSON Μεταφέρθηκε από το @bblanchon
• Βιβλιοθήκη Stepper - v1.1.3 Stepper Motor για το Arduino

Μεταγλωττίστε το έργο και κάντε λήψη στο Photon σας.

Σελίδα API

Για να χρησιμοποιήσετε τη σελίδα API, θα πρέπει να τη μεταφορτώσετε σε διακομιστή Ιστού με δυνατότητα PHP. Υπάρχουν πολλές δωρεάν επιλογές φιλοξενίας ιστοσελίδων PHP.

Κατεβάστε το getWindData.txt και αλλάξτε την επέκταση αρχείου σε.php. Ανοίξτε το πρόγραμμα επεξεργασίας που προτιμάτε και κάντε τις ακόλουθες αλλαγές:

Προσθέστε το Photon Core ID:

// Προσθέστε το core_id για τα φωτόνια που θέλετε να επιτρέψετε να χρησιμοποιούν αυτό το API $ allowCores = array ("Το CoreID σας πηγαίνει εδώ");

Προσθέστε το κλειδί API WeatherUnderground:

// WeatherUnderground API Key $ wu_apikey = "Το κλειδί σας WU API";

Προς το παρόν, μην ανησυχείτε για τη ρύθμιση των μάρκων/τοποθεσιών. Θα το φροντίσουμε αφού ρυθμιστούν όλα.

Αποθηκεύστε και ανεβάστε το αρχείο στον διακομιστή ιστού. Καταγράψτε τη ζωντανή διεύθυνση URL για τη σελίδα API.

Particle Webhook

Συνδεθείτε στην Κονσόλα Particle και κάντε κλικ στο εικονίδιο Ενσωματώσεις στην αριστερή πλευρά.

1. Κάντε κλικ στο 'New Integration' και, στη συνέχεια, επιλέξτε 'Webhook'.
2. Ορίστε το όνομα συμβάντος σε "wind_display".
3. Ορίστε τη διεύθυνση URL στη ζωντανή διεύθυνση URL της σελίδας API.
4. Κάντε κλικ στην επιλογή "Δημιουργία Webhook".

Αποκτήστε αναγνωριστικά RFID Token και τροποποιήστε τη σελίδα API

Με το Photon συνδεδεμένο στον υπολογιστή σας μέσω USB και αποσυνδεδεμένο από την εξωτερική τροφοδοσία, ανοίξτε ένα παράθυρο τερματικού και εκτελέστε τη Σειριακή οθόνη σωματιδίων.

1. Σαρώστε μια ετικέτα RFID και γράψτε το αναγνωριστικό διακριτικού 8 χαρακτήρων που εμφανίζεται στη σειριακή οθόνη.
2. Επαναλάβετε για τυχόν πρόσθετες ετικέτες που θέλετε να χρησιμοποιήσετε.

Τώρα επιστρέψτε στο getWindData.php και βρείτε την ενότητα πίνακα τοποθεσιών:

// Τοποθεσία Array // Αντικατάσταση "TokenID n" με σαρωμένο αναγνωριστικό διακριτικού // Αντικατάσταση "Cityn" με πόλη που σχετίζεται με αναγνωριστικό διακριτικού // Αντικατάσταση "Sn" με κατάσταση δύο χαρακτήρων που σχετίζεται με την πόλη $ τοποθεσίες = πίνακας ("TokenID 1" => array ("city" => "City1", "state" => "S1"), "TokenID 2" => array ("city" => "City2", "state" => "S2"), "TokenID 3" => συστοιχία ("city" => "City3", "state" => "S3"));

Αντικαταστήστε κάθε αναγνωριστικό διακριτικού με τα αναγνωριστικά συμβόλων των ετικετών σας και συσχετίστε το καθένα με μια πόλη και κατάσταση από την οποία θέλετε πληροφορίες ανέμου.

Αποθηκεύστε το αρχείο και ανεβάστε το στον διακομιστή ιστού σας.

Βήμα 7: Χρησιμοποιήστε το

1. Εμφανίστε το όπου θέλετε.
2. Ρυθμίστε το πτερύγιο ανέμου προς βορρά.
3. Συνδέστε το τροφοδοτικό.
4. Τοποθετήστε ένα διακριτικό κοντά στον αναγνώστη RFID και περιμένετε να αναβοσβήνει το μπλε LED.

Βήμα 8: Περαιτέρω ιδέες

Εδώ είναι μερικές ιδέες για να επεκτείνετε το έργο!