Interaktivt tre: 10 trinn

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 15:02

En interessant tradisjon med doktorgradsoppgaven og lisensiatoppgaven er at de blir hengt på et tre i KTHs hovedbibliotek før det offentlige forsvaret/seminaret. Derfor, som et prosjekt for vårt Physical Interaction Design and Realization -kurs, bestemte gruppen vår oss for å minnes denne skikken ved å lage en interaktiv versjon av treet.

Trinn 1: Det du trenger

Materialer:

• 1x digital skala (med 4 lastceller)
• Rengjøringskluter laget av bomull og cellulose (vi brukte en klut per blomst, 6 totalt)
• 2x skumballer
• Tråd
• 4x treplanker (våre var 22x170x1600 mm hver)
• 6x utvendige hjørnelister (2 på 27x27x750 mm, 2 på 27x27x600 mm og 2 på 27x27x1350 mm)
• 1x treplate (ikke tykkere enn 6-7 mm)
• 2x treplater (2-3 cm tykk, 45x45 cm)
• Ledninger
• Lodding
• Varmt lim
• Krympeslanger
• Selvklebende tape
• 20x universelle skruer (5x40 mm)
• 20x universelle skruer (3.0x12 mm)
• 10x forsterkningsvinkler
• 1x Stripboard (prototypebrett)

Elektronikk:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - Lastcelleforsterker
• 1x - ESP8266 Huzzah Feather mikrokontroller
• 1x - Adafruit RC522 RFID -leser
• 2x-Multiplexere (8-biters skiftregistre med 3-staters utgangsregistre)
• 16x - Røde lysdioder
• 16x - Motstander
• 6x - Servoer - Hitec HS -422 (standardstørrelse)

Verktøy:

• Loddejern
• Varm limpistol
• Håndsag
• Coping Saw
• Skrutrekker
• Tre Rasp
• Jigsaw Wood Cutting Tool

Trinn 2: Koble til badevekten for digital kroppsvekt

For dette første trinnet brukte vi 4 lastceller fra en digital kroppsvekt badevekt og HX711 Load Cell Amplifier. Pinnene er merket med farger: RØD, BLK, WHT, GRN og YLW, som tilsvarer fargekodingen til hver lastcelle. De har blitt koblet til en hvetesteinformasjon (se bilder). Vi bruker en eksitasjon på Load Cell 1 og Load Cell 4 røde og vi leser signalene fra Load Cell 2 og Load Cell 3 røde (se lenke).

Trinn 3: Sett opp RFID -leseren

For å sette sammen skanneren brukte vi to stykker maskinvare; ESP8266 Huzzah Feather -mikrokontrolleren og Adafruit RC522 RFID -leseren.

ESP8266 og RC522 hadde 5 forbindelser mellom dem (se bilde 1).

Hensikten med skanneren var å skanne KTH -kortene, 13,6 MHz, og sende den unike ID -en til kortet, eller i det ideelle tilfellet studentens ID, til en Google Firebase -database. Alt dette ble gjort ved hjelp av forhåndsbygde Arduino -pakker, MFRC522 for RC522, ESP8266 for wifi og Arduino Firebase for brannbasekommunikasjonen. Når informasjonen ble sendt til databasen, ble en webside som inneholder et tre, oppdatert med D3.js -animasjon for å simulere en blomst som blomstrer på et virtuelt tre.

Den siste delen av oppsettet var å sende informasjonen om at et kort ble skannet til Arduino Uno mikrokontroller. ESP8266 og Arduino Uno hadde 1 forbindelse mellom dem (se bilde 1).

Pin 16 ble brukt spesielt fordi den har en standardverdi på LOW, mens de andre pinnene hadde standardverdier på HIGH. Når et kort er skannet sendte vi en enkelt HØY puls til Arduino Uno som deretter utførte resten av koden.

Trinn 4: Konfigurering av LED Pathway

For å få en mer meningsfull interaksjon, samt en synlig tilbakemelding på visse brukerhandlinger, bestemte vi oss for å arrangere en bane med lysdioder som lyser opp mot den angitte grenen. Derfor blir brukeren guidet dit han/hun spesifikt skal henge oppgaven.

Til dette brukte vi to multiplexere: 8-biters skiftregistre med 3-staters utgangsregistre og 16 røde lysdioder. Multiplexeren gir kontroll over 8 utganger om gangen, mens den bare tar opp 3 pinner på mikrokontrolleren vår. Tilkoblingene er gjort ved "synkron seriell kommunikasjon" (se lenke).

Trinn 5: Komponer blomstene

For dette trinnet brukte vi et lett og bøybart materiale - rengjøringskluter. Kronbladformede stykker ble kuttet ut av dette materialet. Følgelig er disse kronbladene koblet til en sentral struktur, laget av en skumkule. Hvert kronblad er festet med en tråd, slik at når kronbladet trekkes, bøyes det.

Trinn 6: Bygg treet

Hovedmaterialet vårt er tre. Treet består av fire separate treplanker som er skrudd sammen i en firkantet form (5 skruer for å koble sammen 2 planker). Grenene er laget av tre utenfor hjørnestøping. Firkantede hull er kuttet i trestammen for å sette grenene inn. Hver gren har enten en lysdiode i ekstremiteten (bunnen og den øvre grenen) eller to lysdioder (den midterste grenen). Hver LED er festet med lim.

Etter at lysdiodene er satt på plass, har vi festet en blomst på hver gren. Hver blomst har en servo som styrer blomstringen (se bilder). Skalaen, lysdiodene og servoen er koblet til Arduino, gjennom prototypebrettet laget under trinn 4. Hver gren er festet til bagasjerommet fra venstre og høyre side ved hjelp av forsterkningsvinklene og de 3,0x12 mm universelle skruene.

Den ene av de tykkere treplatene vil bli brukt som en base for treet, og den andre vil bli kuttet i rette trekantformer som først skrus fast til stammen på treet og deretter festes til treplaten ved basen.

For basetreplaten lager du et firkantet hull for ledningene i skalaen for å gå gjennom og fest deretter vekten til treplaten med det dobbeltsidige teipen.

Arduino Uno ble plassert i bunnen av bagasjerommet, så vel som prototypebrettet med alle de tilhørende tilkoblingene.

Før du lukker treet, må du lage et firkantet hull i den siste treplanken ved foten for å koble datamaskinen til Arduino og ESP8266 Huzzah Feather mikrokontroller.

Trinn 7: Dekorer treet

For å forbedre utseendet på vår prototype, la vi til noen blader på grenene som er laserskåret, samt en ugle (for å symbolisere kunnskapen).

Trinn 8: Koden

Her har du forskjellige koder som du kan bruke til å teste hvordan hver komponent fungerer (calibration_test.ino for skalaen, scanner.ino for RFID Reader og servo_test.ino for servos) og deretter alt i sin helhet (light_test.ino som en første test og main.ino som den endelige versjonen).

Du må også installere HX711 -biblioteket for å kunne jobbe med skalaen (lenke til biblioteket).

Trinn 9: Lag webappen

Som en ekstra interaksjon la vi til en digital tilbakemelding gjennom en webapp. Appen mottar den skannede ID -en, og som et resultat for den hengte avhandlingen blomstrer også blomsten på det virtuelle treet.

Trinn 10: Nyt opplevelsen

Til slutt var vi glade for at vi lyktes i å få alle komponentene til å fungere sammen. Prosessen har vært både spennende og stressende, men til tross for alle utfordringene er vi fornøyd med resultatet, og opplevelsen har vært interessant og viktigst, lærerik.