Albero interattivo: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Una tradizione interessante per quanto riguarda la tesi di dottorato e la tesi di licenza è che sono appesi a un albero nella biblioteca principale del KTH prima del seminario/difesa pubblica. Pertanto, come progetto per il nostro corso di progettazione e realizzazione dell'interazione fisica, il nostro gruppo ha deciso di commemorare questa usanza creando una versione interattiva dell'albero.

Passaggio 1: cosa ti servirà

Materiali:

• 1x bilancia digitale (con 4 celle di carico)
• Panni per la pulizia in cotone e cellulosa (abbiamo usato un panno per fiore, 6 in totale)
• 2x palline di schiuma
• Filo
• 4x tavole di legno (le nostre erano 22x170x1600 mm ciascuna)
• 6x modanature per angoli esterni (2 da 27x27x750 mm, 2 da 27x27x600 mm e 2 da 27x27x1350 mm)
• 1x tavola di legno (non più spessa di 6-7 mm)
• 2x tavole di legno (2-3 cm di spessore, 45x45 cm)
• fili
• Saldare
• Colla calda
• Tubi termoretraibili
• Nastro biadesivo
• 20x viti universali (5x40 mm)
• 20x viti universali (3,0x12 mm)
• 10x angoli di rinforzo
• 1x Stripboard (scheda di prototipazione)

Elettronica:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - Amplificatore cella di carico
• 1x - microcontrollore ESP8266 Huzzah Feather
• 1x - Lettore RFID Adafruit RC522
• 2x - Multiplexer (registri a scorrimento a 8 bit con registri di uscita a 3 stati)
• 16x - LED rossi
• 16x - Resistori
• 6x - Servi - Hitec HS-422 (dimensioni standard)

Utensili:

• Saldatore
• Pistola per colla a caldo
• Sega a mano
• seghetto alternativo
• Cacciavite elettrico
• Raspa di legno
• Utensile da taglio per legno per seghetto alternativo

Passaggio 2: collegare la bilancia pesapersone digitale

Per questo primo passaggio, abbiamo utilizzato 4 celle di carico da una bilancia pesapersone digitale e l'amplificatore per celle di carico HX711. I pin sono etichettati con i colori: RED, BLK, WHT, GRN e YLW, che corrispondono alla codifica a colori di ciascuna cella di carico. Sono stati collegati in una formazione di ponte di pietra di grano (vedi foto). Applichiamo un'eccitazione sui rossi Load Cell 1 e Load Cell 4 e leggiamo i segnali dai rossi Load Cell 2 e Load Cell 3 (vedi link).

Passaggio 3: configurare il lettore RFID

Per assemblare lo scanner abbiamo usato due pezzi di hardware; il microcontrollore ESP8266 Huzzah Feather e il lettore RFID Adafruit RC522.

L'ESP8266 e l'RC522 avevano 5 connessioni tra loro (vedi immagine 1).

Lo scopo dello scanner era quello di scansionare le carte KTH, 13,6 MHz, e inviare l'ID univoco della carta, o nel caso ideale l'ID dello studente, a un database di Google Firebase. Tutto questo è stato fatto utilizzando pacchetti Arduino precostruiti, MFRC522 per RC522, ESP8266 per il wifi e Arduino Firebase per la comunicazione Firebase. Una volta inviate le informazioni al database, una pagina web contenente un albero è stata aggiornata utilizzando l'animazione D3.js per simulare un fiore che sboccia su un albero virtuale.

L'ultima parte della configurazione consisteva nell'inviare le informazioni che una scheda era stata scansionata al microcontrollore Arduino Uno. L'ESP8266 e Arduino Uno avevano 1 connessione tra loro (vedi immagine 1).

Il pin 16 è stato utilizzato in modo specifico perché ha un valore predefinito LOW, mentre gli altri pin avevano valori predefiniti HIGH. Quando una carta viene scansionata, abbiamo inviato un singolo impulso HIGH all'Arduino Uno che poi ha eseguito il resto del codice.

Passaggio 4: configurazione del percorso LED

Per avere un'interazione più significativa, oltre che un riscontro visibile di alcune azioni dell'utente, abbiamo deciso di predisporre un percorso di led che si accendono verso la filiale designata. Pertanto, l'utente viene guidato nel punto in cui deve appendere in modo specifico la tesi.

Per questo abbiamo utilizzato due multiplexer: registri a scorrimento a 8 bit con registri di uscita a 3 stati e 16 led rossi. Il multiplexer fornisce il controllo su 8 uscite alla volta occupando solo 3 pin sul nostro microcontrollore. I collegamenti sono stati effettuati tramite “comunicazione seriale sincrona” (vedi link).

Passaggio 5: componi i fiori

Per questo passaggio, abbiamo utilizzato un materiale leggero e flessibile: panni per la pulizia. Pezzi a forma di petalo sono stati tagliati da questo materiale. Di conseguenza, questi petali sono collegati a una struttura centrale, costituita da una palla di schiuma. Ogni petalo è fissato con un filo, in modo che quando viene tirato il petalo si pieghi.

Passaggio 6: costruisci l'albero

Il nostro materiale principale è il legno. L'albero è composto da quattro assi di legno separate avvitate insieme a forma quadrata (5 viti per collegare 2 assi). I rami sono stati realizzati con modanatura angolare esterna in legno. Nel tronco dell'albero sono stati praticati dei fori quadrati per l'inserimento dei rami. Ogni ramo ha un LED all'estremità (il ramo inferiore e superiore) o due LED (il ramo centrale). Ogni LED è stato fissato con colla.

Dopo che i LED sono stati correttamente posizionati, abbiamo attaccato un fiore su ogni ramo. Ogni fiore ha un servo che ne controlla la fioritura (vedi foto). La bilancia, i led e il servo sono collegati ad Arduino, tramite la scheda di prototipazione realizzata durante la Fase 4. Ogni ramo è fissato al tronco dal lato sinistro e destro utilizzando gli angoli di rinforzo e le viti universali 3.0x12 mm.

Una delle tavole di legno più spesse verrà utilizzata come base per l'albero e l'altra verrà tagliata a triangolo rettangolo che verrà prima avvitata al tronco dell'albero e poi fissata alla tavola di legno alla base.

Per la tavola di legno di base fare un foro quadrato per far passare i fili della bilancia e poi fissare la bilancia alla tavola di legno con il nastro biadesivo.

L'Arduino Uno è stato posizionato alla base del tronco così come la scheda di prototipazione con tutte le relative connessioni.

Prima di chiudere l'albero, pratica un foro quadrato nell'ultima tavola di legno alla sua base, per collegare il computer all'Arduino e al microcontrollore ESP8266 Huzzah Feather.

Passaggio 7: decorare l'albero

Per migliorare l'aspetto del nostro prototipo, abbiamo aggiunto alcune foglie sui rami che sono stati tagliati al laser, oltre a un gufo (per simboleggiare la conoscenza).

Passaggio 8: il codice

Qui hai diversi codici che puoi usare per testare il funzionamento di ogni componente (calibration_test.ino per la bilancia, scanner.ino per il lettore RFID e servo_test.ino per i servo) e poi tutto nella sua interezza (light_test.ino come test iniziale e main.ino come versione finale).

Sarà inoltre necessario installare la libreria HX711 per poter lavorare con la bilancia (link alla libreria).

Passaggio 9: creare l'app Web

Come ulteriore interazione, abbiamo aggiunto un feedback digitale tramite un'app Web. L'app riceve l'ID scansionato e di conseguenza per la tesi impiccata sboccia anche il fiore sull'albero virtuale.

Passaggio 10: goditi l'esperienza

Alla fine, siamo stati felici di essere riusciti a far funzionare tutti i componenti insieme. Il processo è stato sia entusiasmante che stressante, ma nonostante tutte le sfide siamo soddisfatti del risultato e l'esperienza è stata interessante e, soprattutto, formativa.