Cosa leggera lampeggiante pieghevole: 15 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Ispirazione

Alcuni anni fa, mio fratello ebbe una brillante idea per un prodotto che chiamò Blinky Light Thing. Era un gadget quasi inutile che serviva solo a divertire il proprietario con luci lampeggianti, vibrazioni e una sorta di movimento primitivo (come un singolo piede su cui potrebbe oscillare). Sarebbe stato come Pet Rock per il nuovo millennio. Non è mai stato realizzato.

Flash avanti fino ad ora. Ho avuto un'idea per un gioco che coinvolgeva luci lampeggianti, segnali acustici e sensori tattili. Sembrava più pratico ma ancora una "cosa" con "luci lampeggianti" e così il nome è stato appropriato per questo dispositivo!

Cos'è Blinky Light Thing?

Di seguito indicato come BLT, è un piccolo oggetto tenuto in mano (attualmente un cubo) su cui puoi giocare un certo numero di giochi. Ogni lato del cubo può illuminarsi e anche percepire il tatto. Il cubo sa anche in che direzione è orientato e può percepire il movimento.

Ma ecco la parte interessante (beh, a parte le luci lampeggianti e tutto il resto..). Ha la capacità di comunicare con altri BLT! Lo fa tramite Bluetooth Low Energy o BLE. Ciò consente giochi che coinvolgono più di un cubo e giochi con più giocatori.

Evoluzione

In origine, quando l'ispirazione mi ha colpito, ho immaginato cubi molto più piccoli e di averne un certo numero. Ho rapidamente concluso che era troppo complesso per essere realizzato come primo prototipo e ho optato per l'idea di avere solo 2 cubi più grandi per dimostrare il concetto. Il primo progetto doveva essere costruito come un cubo rigido con lati in acrilico, con un inserto contenente l'elettronica e pannelli montati su un telaio interno. Anche nel design originale, i LED integrati nel Circuit Playground avrebbero illuminato i lati del cubo tramite "tubi luminosi" realizzati in acrilico piegato. Nel complesso questo è stato molto intelligente ma probabilmente anche troppo ingegnerizzato! Sono arrivato al punto di realizzare il cubo, i pannelli e la struttura interna prima di rendermi conto che era troppo complicato.

Inserisci: carta

Ad un certo punto, all'inizio dei miei schizzi, avevo disposto tutti i componenti su un disegno piatto dei lati del cubo, solo per visualizzare meglio le cose. Molto più tardi, sono tornato su questa idea e ho pensato, forse potrei davvero renderlo piatto e poi "piegarlo". Ho pensato di poterlo fare con i pannelli acrilici stendendoli in piano, montando tutte le parti e poi "piegando" il tutto in posizione.

Poi, più tardi, ho pensato, beh, perché non andare avanti e creare un prototipo di carta/cartone e piegarlo letteralmente? Avevo già giocato con le idee di un computer pieghevole e di un robot pieghevole, quindi perché non anche questo?

Passaggio 1: elenco delle parti

Parti per creare una singola cosa di luce intermittente. I NeoPixel generalmente si presentano come una striscia di 1 metro, che è sufficiente per costruire 2 cubi con un po' avanzato.

Nastro riflettente in lamina metallica da 2 - $ 3,38

Foglio acrilico 8 "x 10" - $ 3,38

2 fogli di cartoncino, 8,5 "x 11" - $ 3,99. Ho usato il blu ma qualsiasi colore scuro andrebbe bene.

Circuit Playground Classic - $ 20

Modulo HM-10 BLE - $4

Filo di piccolo calibro. Ho usato un cavo a nastro riciclato - $ 1,77 da un vecchio connettore per unità floppy.

Striscia NeoPixel da 1 metro - $ 6 (30 led, ne servono solo 12)

Portabatterie 3x AAA - $ 140

Colla appiccicosa - $ 1,29 o altra colla per carta

Colla calda

Strumenti richiesti

Spelafili o uso attento di una lama di rasoio..

Strumento di punteggio acrilico o lama x-acto appropriata

Strumento per segnare il cartone o una buona penna a sfera

Morsetti (facilita il taglio dell'acrilico)

Incisore o altro strumento simile a Dremel.

Carta vetrata a grana fine

Accendino Bic (se vuoi lucidare a fuoco l'acrilico)

perforazione

Passaggio 2: il cubo

Il BLT completato è un cubo, quadrato da 2,5". Questa dimensione è stata raggiunta come un buon compromesso per contenere il Circuit Playground (un cerchio da 2") e i pannelli acrilici, il portabatterie, ecc.

I lati di un cubo possono essere distesi piatti su un foglio di cartoncino. Sapevi che ci sono 11 modi diversi per farlo? non l'ho fatto! Ho avuto ulteriori vincoli, però. Doveva adattarsi a un foglio di carta/cartone di dimensioni standard (8,5 "x 11") e doveva piegarsi in modo tale da ridurre al minimo le pieghe nel cablaggio. Il motivo che ho scelto si adatta quasi perfettamente per realizzare il cubo da 2,5". Consente inoltre a ciascun lato del cubo di avere un esterno e una piega, che forma il retro di ogni pannello acrilico.

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Passaggio 3: pannelli luminosi

Ogni lato del cubo ha un pannello luminoso illuminato dai bordi. Questi sono ciascuno delle dimensioni di 2 pollici quadrati, con circa 1/4 "in più su un lato. Questo bit extra sarà dove sono montati i LED. Ho usato acrilico spesso 0,08" da Plaskolite, che ho comprato a Lowes in 8 x 10 fogli. Un foglio ti darà tutte le parti per un cubo. Potresti ottenere queste parti tagliate al laser da un servizio come Ponoko, ma l'ho fatto a mano.

Per tagliare le parti, è necessario uno strumento di punteggio. Ho usato una delle lame del mio kit x-acto. Ho stampato le parti sotto la plastica e poi ho segnato lungo le linee sopra. Devi pensare a quali linee spezzare per prime perché devi rompere la plastica da un bordo all'altro. Non puoi farlo per fare un buco, per esempio. Consiglio di fissare la plastica al bordo di un tavolo con la linea di incisione proprio sul bordo del piano del tavolo. Quindi con una rapida spinta verso il basso la plastica si romperà. Questo lascia un bordo relativamente liscio, ma poi vorrai carteggiarlo il più piatto possibile.

Tutti i bordi vengono quindi carteggiati con carta vetrata a grana fine per renderli il più lisci possibile e anche leggermente arrotondati che contribuiranno a mantenere la luce che si riflette all'interno della plastica. Infine, ho "lucidato a fiamma" i bordi con un semplice accendino Bic. Su un bordo (la dimensione lunga, IE, il 1/4 di pollice in più) ho levigato uno smusso tondeggiante, che aiuterà a riflettere la luce verso il resto del pannello. Invece di attaccare i LED al bordo, cosa che sarebbe difficile fare in questo design, i LED si attaccheranno sull'altro lato dello smusso, a filo con la superficie del pannello.

I motivi sono incisi nella plastica con uno strumento Dremel e una piccola punta rotonda. Questo rende le superfici in cui la luce può essere deviata, producendo così i modelli luminosi. Per ottenere il miglior bagliore, vuoi i motivi sul retro del piatto. Le lastre vengono quindi supportate con una piegatura per dare più contrasto alle caratteristiche luminose. Per contenere la luce in più, ho usato un po' di nastro adesivo intorno all'area di piegatura e intorno al LED.

Probabilmente otterresti risultati migliori con un servizio come il taglio laser Ponoko e l'incisione dei pannelli, ma non sono stato abbastanza paziente per questo prototipo, quindi l'ho fatto a mano.

Per il mio primo cubo, ho usato uno schema di parole Galifreyan per ogni lato. Se sei un fan della fantascienza, riconoscerai immediatamente cosa sono, anche se non sai cosa c'è scritto…:)

Passaggio 4: ripiegare

Ora vogliamo attaccare i pannelli. Ho scoperto che la colla appiccicosa non si attaccava molto all'acrilico. Alla fine ho usato del nastro biadesivo. Mi sono reso conto solo dopo aver completato il cubo che anche il nastro biadesivo tendeva a brillare, quindi non è stata una buona idea usarlo sull'intero retro del pannello, dovresti attaccarlo solo ai quattro angoli.

Notare la disposizione dei pannelli in modo che si possano piegare e che finiscano posizionati correttamente. Ho premuto lungo i bordi dei pannelli per racchiuderli con il cartone. La colla appiccicosa funziona alla grande qui poiché afferra rapidamente la carta e la trattiene.

Passaggio 5: sensori

Per rilevare il tocco, ogni lato del cubo ha un sensore capacitivo. Questo è realizzato con nastro adesivo, che puoi facilmente acquistare da un negozio di articoli per la casa come Lowes. Viene normalmente utilizzato nei condotti dell'aria per sigillare i pezzi del condotto. Un singolo filo viene spelato su un'estremità e posizionato vicino al bordo del sensore e quindi fissato ad esso con un altro quadratino di nastro adesivo. Il nastro è largo 2 che è la dimensione perfetta e utilizza tre lunghezze per ottenere due sensori tattili ciascuno.

Tutti i sensori sono collegati tra loro e messi a terra con un cerchio tagliato al centro di ogni pannello e collegati da un filo.

La sperimentazione era importante qui. La mia prima volta ho usato un semplice quadrato di carta stagnola. Funzionava bene quando si toccava direttamente la pellicola, ma non funzionava bene o non funzionava affatto quando si trovava dietro l'acrilico. Per il mio prossimo tentativo, ho tagliato un cerchio al centro del foglio con uno spazio di circa 2 mm rispetto al foglio esterno rimanente. Il filo del sensore si collega al centro mentre la pellicola esterna è collegata a terra. Funzionava notevolmente meglio ed era sensibile anche dietro a due strati di plastica.

5 sensori sono tutti uguali, ma il sesto sensore è dove si trova il Circuit Playground. Volevo essere in grado di utilizzare ancora i LED interni su questa scheda, quindi è stato creato un modello e utilizzato per tagliare i cerchi nella pellicola e nel supporto del cartoncino.

Passaggio 6: stringa di luce lampeggiante

Nel mio progetto originale, ho acquistato singoli LED SMT 5050 e cavi saldati ad essi. Questo era imbarazzante e complicato, e la stringa risultante non si adattava alla versione piegata di carta che ho finito per realizzare. Quindi ho acquistato una lunghezza di 1 metro di NeoPixel con 30 pixel per metro. Questa era quasi la spaziatura perfetta per ottenere due pixel per pannello. Il problema è che dovrei piegare la corda dietro un angolo, non importa come ho disposto il cubo. La curva sarebbe anche una curva composta, non solo una semplice piega.

Puoi ordinare strisce che hanno una forma a "S" che sono pensate per essere piegate in questo modo, ma non volevo aspettare un mese per ordinarle dalla Cina. Quindi ho preso le strisce standard e ho tagliato con cura tre fori per ottenere una striscia più flessibile. Fai attenzione qui perché vuoi lasciare abbastanza tracce di rame in modo che funzioni ancora. Ho calcolato quanta potenza utilizzerebbe la striscia e quindi quanto larghe dovevano essere le tracce, quindi finché è ancora largo circa 2 millimetri dovresti stare bene.

Anche con i buchi, è un po' complicato mettere la striscia in posizione. È trattenuto da una goccia di colla a caldo a metà strada tra ciascun LED. Poiché la striscia è lucida, puoi rimuoverla facilmente dalla colla a caldo, quindi fai attenzione. È difficile da vedere, ma, per ogni piega, ho dato alla striscia led una leggera "fossetta" verso l'alto in modo che quando il cubo verrà piegato si piegherà verso l'interno. Questo è necessario perché altrimenti farebbero fatica a piegarsi, poiché la striscia è troppo rigida.

Assicurati inoltre di orientare la striscia in modo che l'estremità di ingresso sia vicino al pannello in cui verrà montato il Circuit Playground. Dovrai saldare tre fili all'estremità della striscia qui.

Passaggio 7: alimentazione

Ho usato 3 batterie AAA per ottenere 4,5 V, che è più che sufficiente per alimentare Circuit Playground (che lo regolerà a 3,3 V per il modulo BLE) e quanto basta per la striscia LED (idealmente, 5 V, quindi potrebbero non essere il più luminoso possibile, ma è abbastanza buono).

Usando altro cartoncino in verde (solo per divertimento) ho creato una semplice scatola attorno ai portabatterie. Ho usato un supporto 2 x AAA e un altro supporto AAA singolo perché era quello che avevo a portata di mano. La scatola portabatterie farà un montaggio sicuro per le batterie e aggiungerà anche un po' più di forza al cubo finale.

Passaggio 8: i circuiti

Per controllare il cubo, ho usato un Adafruit Circuit Playground. Questi sono più costosi di un Arduino Nano o Pro Mini, tuttavia hanno molti gadget integrati come l'accelerometro e l'altoparlante, il microfono e due pulsanti. Ha anche 10 NeoPixel a bordo. Inizialmente avevo pianificato di utilizzare l'acrilico per creare tubi luminosi che si piegassero all'interno del cubo per reindirizzare la luce su tutti e sei i lati. Questo è diventato troppo complicato e nei test sembrava che la luce non diventasse abbastanza brillante, quindi sono andato con la striscia NeoPixel. I pixel incorporati verranno utilizzati per altri indicatori.

Il modulo HM-10 richiede livelli di 3.3v per la comunicazione seriale e, poiché anche Circuit Playground funziona a 3.3v, non c'è alcun problema a collegarli direttamente. Se dovessimo usare un altro tipo di Arduino come un Nano o un Pro Mini funzionante a 5V, vorremmo ridurre quella tensione sull'ingresso RX sull'HM-10 con un paio di resistori (un partitore di tensione).

Poiché utilizziamo un modulo bluetooth per comunicare tra i cubi, ci rimangono solo sei linee di I/O, una per ogni sensore capacitivo per i lati del cubo. Ciò non lascia alcun I/O per i NeoPixel esterni. A causa della rigorosa tempistica necessaria per la programmazione dei NeoPixel, possiamo farla franca utilizzando un pin sia per i pixel che per un sensore. Controlliamo periodicamente il sensore e poi, quando necessario, utilizziamo il pin per programmare i pixel. I pixel non notano realmente il sensore e, naturalmente, il sensore non si preoccupa degli impulsi di programmazione. In teoria il sensore aggiunge capacità alla linea che potrebbe influenzare i pixel, ma non sembra essere sufficiente per causare un problema.

Quello che succede, tuttavia, è un problema di codifica. Poiché il sensore capacitivo è un input, il codice imposta il pin sulla modalità di input. Quando poi provi a controllare i NeoPixel, non funziona. La semplice impostazione manuale del pin in modalità di output risolve il problema.

Il diagramma di Fritzing mostra un modulo bluetooth HC-05 ma in realtà stiamo usando un modulo BLE HM-10, che ha la stessa piedinatura. Mostra anche 4 batterie AAA ma ce ne servivano solo 3. Infine, i sensori capacitivi non sono quelli prefabbricati ma realizzati con nastro di alluminio … il diagramma serve principalmente a mostrare come tutto si collega. I fili sono raggruppati per mostrare come è stato utilizzato il cavo a nastro.

Passaggio 9: modulo BLE

Dobbiamo configurare il modulo wireless BLE. Il modo più semplice per farlo è con un semplice programmatore FTDI, che è anche comunemente usato per programmare Arduino che non hanno un USB integrato (come un Pro Mini, per esempio). Puoi ottenerli per pochi dollari. Dovrai cablare le connessioni Gnd e Vcc al modulo BLE e le connessioni RX e TX ma queste sono scambiate. Quindi l'RX su una scheda va al TX sull'altra scheda. Ciò ha senso perché una scheda trasmette all'altra scheda ricevente.

Quando colleghi l'USB dell'FTDI al tuo computer dovresti essere in grado di connetterti ad esso tramite il monitor seriale nell'IDE di Arduino (uso la versione online su https://create.arduino.cc/editor). Dovrai impostare il Baud su 9600 se non lo è già.

Per assicurarti che funzioni, digita:

AT+NOME?

e premi il pulsante Invia. Dovresti ottenere una risposta con il nome corrente del dispositivo (+NAME=qualunque cosa). Il mio inizialmente si chiamava BT-05 che è un modulo diverso (AT-09*) rispetto allo standard HM-10, ma nella foto si vede che l'ho già rinominato BLT (il nome è limitato a 12 caratteri.. quindi "Blinky Light Thing" non avrebbe funzionato). Per rinominarlo, digita:

AT+NOME=BLT

E poi ho dovuto reimpostarlo per far apparire il nome:

AT+RESET

Poiché stiamo creando più cubi che devono comunicare tra loro, uno dei cubi deve essere "master" (o "centrale" nelle specifiche BLE) e controllare/parlare con gli altri cubi ("slave" o "periferiche"). Per fare ciò, per il master dobbiamo inviare questi comandi (i moduli di default sono slave/periferici).

AT+IMM0

AT+RUOLO1

Questo dice al modulo di connettersi automaticamente (il primo comando) e quindi di essere un dispositivo "centrale" (il secondo comando).

* Nota

I miei moduli erano moduli AT-09 (la scheda "breakout" più grande) con un HM-10 (la scheda più piccola) incollata su di essa. Il vero chip che fa tutto il lavoro è un Texas Instruments CC2541. Esistono molte varianti di questi moduli, quindi fai attenzione a cosa stai ordinando. Vuoi trovare moduli originali di Jinan Huamao.

Il mio conteneva anche un firmware che non riuscivo a identificare, e quindi non rispondeva a quasi tutti i comandi AT interessanti. Ho dovuto aggiornarlo al firmware di Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Se ti ritrovi con uno di questi, ecco il processo per "aggiustarlo", (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Passaggio 10: cablaggio finale

Per il cablaggio finale ho usato un cavo a nastro riciclato da un vecchio connettore per unità floppy. Qualsiasi filo sottile avrebbe funzionato qui, ma il cavo a nastro ha reso più facile mantenere le cose pulite e organizzate. Il cavo a nastro è abbastanza flessibile da piegarsi e allacciarsi dove necessario.

Ho usato punti di colla a caldo per tenere giù le cose o in alcuni punti solo più nastro adesivo. Il Circuit Playground è tenuto in posizione da un altro pezzo di cartoncino piegato.

Passaggio 11: test

Prima di finalizzare qualsiasi cosa, prova sempre le cose per vedere come funziona (se funziona!).

Ancor prima di assemblare qualsiasi cosa, volevo testare i sensori e anche la stringa di LED. Poiché un pin deve essere condiviso tra la stringa di LED e un sensore, questa è stata la prima cosa che ho testato. È qui che ho scoperto che non funzionava, ma che il motivo era solo che il pin condiviso doveva essere reimpostato su un pin di uscita dopo aver utilizzato il sensore.

Il primo sensore che ho testato era solo un semplice quadrato di pellicola. Ha funzionato, ma non molto sensibile. Il Circuit Playground è configurato per consentire il tocco capacitivo direttamente sui suoi pad (tramite un resistore più piccolo). Sfortunatamente, per avere più sensibilità hai bisogno di una resistenza più grande, ma non possiamo cambiare ciò che è già sulla scheda. Il mio secondo test ho usato un sensore circolare nel mezzo del quadrato di pellicola con circa 2 mm di pellicola rimossa, con il resto della pellicola a terra. Questo ha creato un sensore molto più sensibile che ha funzionato anche dietro i pannelli acrilici.

Sfortunatamente, dopo aver assemblato il tutto ma ancora in forma "piatta", ho testato nuovamente i sensori e non hanno funzionato bene, richiedendo un tocco diretto sulla lamina. Credo che questo sia il risultato della capacità parassita nel cavo a nastro, qualcosa che non avevo considerato.

Passaggio 12: riprogettazione del sensore

La prima cosa che ho provato è stata quella di mitigare gli effetti della capacità parassita. Mi sono reso conto usando il cavo a nastro che tutti i fili del sensore erano uno accanto all'altro, creando più capacità. Ciò ha comportato l'azione congiunta dei due sensori più lontani, ad esempio ho potuto premerne uno e ottenere la stessa lettura su entrambi i pin di input. Col senno di poi avrei potuto usare più fili nel cavo a nastro, con un filo di terra tra ciascun filo del sensore. Non volevo ricablare il tutto a questo punto, quindi ho trovato una soluzione intelligente.

Invece di un filo di terra dedicato, potrei cambiare tutti i pin del sensore in modo che siano uscite con un valore logico di 0, il che significa che sarebbero messi a terra. Quindi l'unico sensore che volevo leggere sarebbe stato l'unico input. Questo sarebbe ripetuto per leggere ogni sensore. Questo ha aiutato molto solo con un po' di programmazione in più!

Inoltre, ho separato i fili del modulo BLE dai fili del sensore in modo che non interferissero.

Tuttavia, il sensore non rileverebbe il tocco dietro lo schermo acrilico. Alla fine, ho deciso che il rilevamento della capacità integrato del Circuit Playground non avrebbe funzionato. È stato progettato per il tocco diretto, quindi ha un resistore da 1 megaohm su ciascun ingresso. Dal momento che non posso cambiarlo e non c'erano più pin disponibili, ho dovuto rilevare la capacità con un solo pin e un resistore esterno.

Ho aggiunto un resistore da 10 megaohm a ciascun ingresso, collegato a un pin da 3,3 V e sono passato a una libreria di sensori capacitivi che funziona su un singolo pin. Il motivo per cui questo rende il sensore più sensibile è che il resistore più alto lo fa caricare più lentamente, consentendo una misurazione più accurata.

Passaggio 13: codice

Il codice è ciò che fa funzionare tutto questo, ovviamente. Ho in mente più giochi per questo cubo e per più cubi. Attualmente ho solo implementato il gioco simile a Simon. Puoi trovare il codice qui:

Passaggio 14: la piega finale

Ora che abbiamo tutto attaccato e testato, possiamo eseguire le pieghe finali che trasformano questa creazione 2D in un cubo 3D. Partendo dalla dimensione lunga dell'assemblaggio, piega le tre pieghe interne e poi inserisci la linguetta nella fessura, formando il corpo principale del cubo. Incollalo con la colla appiccicosa. Quindi, piega il pannello superiore (quello con il Circuit Playground) sul cubo, inserendo le linguette negli slot. Dovresti registrarlo in posizione perché probabilmente dovrai aprirlo per scopi di riprogrammazione.

Il lato finale, che funge da coperchio per le batterie, non dovrebbe essere incollato, ma ha bisogno di nastro adesivo o qualcosa per tenerlo in posizione. In un progetto successivo potrebbe avere una linguetta di blocco che si inserisce nella linguetta principale per tenerla in posizione, come fanno molti pacchetti di prodotti.

Ora dovresti avere un Blinky Light Thing completamente funzionante!

Fase 15: Il futuro

Questo era il prototipo del Blinky Light Thing. L'obiettivo è creare molti altri cubi. I cubi potranno comunicare tra loro e abilitare partite giocate con più cubi e/o più giocatori. Il design finale dovrebbe essere un bel cubo acrilico tagliato al laser, o forse un corpo stampato in 3D con pannelli acrilici. Vorrei realizzarlo come kit e renderlo abbastanza semplice da costruire per un bambino. I LED, i circuiti dei sensori potrebbero essere costruiti su un PCB flessibile per renderlo molto più semplice da costruire.

O chissà, forse potrebbe essere fabbricato come un giocattolo? Ho bisogno di provarlo con le persone per vedere cosa ne pensano. Già come prototipo ho diversi bambini e adulti che vogliono giocarci e chiedono cosa sia..