الشجرة التفاعلية: 10 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

تقليد مثير للاهتمام فيما يتعلق بأطروحة الدكتوراه وأطروحة ليسانس هو أنها معلقة على شجرة في مكتبة KTH الرئيسية قبل الندوة / الدفاع العام. لذلك ، كمشروع لدورة تصميم التفاعل المادي وتحقيقه ، قررت مجموعتنا الاحتفال بهذه العادة من خلال إنشاء نسخة تفاعلية من الشجرة.

الخطوة 1: ما سوف تحتاجه

المواد:

• مقياس رقمي 1x (مع 4 خلايا تحميل)
• مناديل تنظيف مصنوعة من القطن والسليلوز (استخدمنا قطعة قماش واحدة لكل زهرة ، 6 في المجموع)
• 2x كرات فوم
• خيط
• 4x ألواح خشبية (كانت ألواحنا 22x170x1600 مم لكل منها)
• 6x الزوايا الخارجية (2 27x27x750 مم ، 2 27x27x600 مم و 2 27x27x1350 مم)
• 1x لوح خشبي (لا يزيد سمكه عن 6-7 مم)
• 2 لوح خشبي (2-3 سم ، 45x45 سم)
• الأسلاك
• جندى
• الغراء الساخن
• أنابيب الانكماش الحراري
• شريط لاصق مزدوج الجوانب
• 20x براغي عالمية (5x40 مم)
• 20x براغي عالمية (3.0x12 مم)
• 10x زوايا تقوية
• 1x Stripboard (لوحة النماذج الأولية)

الإلكترونيات:

• 1x - اردوينو أونو
• 1x - مضخم خلية الحمل
• 1x - ESP8266 Huzzah Feather متحكم
• 1x - قارئ Adafruit RC522 RFID
• 2x - معددات الإرسال (سجلات إزاحة 8 بت مع سجلات إخراج من 3 حالات)
• 16x - المصابيح الحمراء
• 16x - المقاومات
• 6x - الماكينات - Hitec HS-422 (الحجم القياسي)

أدوات:

• لحام حديد
• مسدس الغراء الساخن
• منشار
• منشار التأقلم
• مفك كهربائي
• مبرد خشب
• أداة قطع الخشب

الخطوة 2: قم بتوصيل ميزان الحمام الرقمي الخاص بوزن الجسم

في هذه الخطوة الأولى ، استخدمنا 4 خلايا تحميل من ميزان حمام رقمي لوزن الجسم ومضخم خلية الحمل HX711. يتم تمييز المسامير بألوان: RED و BLK و WHT و GRN و YLW ، والتي تتوافق مع الترميز اللوني لكل خلية تحميل. لقد تم ربطهم في تشكيل جسر ويتستون (انظر الصور). نطبق إثارة على خلية التحميل 1 وخلية التحميل 4 الحمراء ونقرأ الإشارات من خلية التحميل 2 وخلية التحميل 3 الحمراء (انظر الرابط).

الخطوة 3: قم بإعداد قارئ RFID

لتجميع الماسح الضوئي استخدمنا قطعتين من الأجهزة ؛ المتحكم الدقيق ESP8266 Huzzah Feather وقارئ Adafruit RC522 RFID.

كان لدى ESP8266 و RC522 5 وصلات بينهما (انظر الصورة 1).

كان الغرض من الماسح الضوئي هو مسح بطاقات KTH ، 13.6 ميجاهرتز ، وإرسال المعرف الفريد للبطاقة ، أو في الحالة المثالية معرف الطالب ، إلى قاعدة بيانات Google Firebase. تم كل ذلك باستخدام حزم Arduino سابقة الإنشاء ، MFRC522 لـ RC522 ، ESP8266 لشبكة wifi و Arduino Firebase لاتصالات Firebase. بمجرد إرسال المعلومات إلى قاعدة البيانات ، تم تحديث صفحة ويب تحتوي على شجرة باستخدام الرسوم المتحركة D3.js لمحاكاة زهرة تتفتح على شجرة افتراضية.

كان الجزء الأخير من الإعداد هو إرسال المعلومات التي تفيد بأن البطاقة تم مسحها ضوئيًا إلى متحكم Arduino Uno. كان لدى ESP8266 و Arduino Uno اتصال واحد بينهما (انظر الصورة 1).

تم استخدام Pin 16 على وجه التحديد لأنه يحتوي على قيمة افتراضية LOW ، بينما كان لدى المسامير الأخرى قيم افتراضية لـ HIGH. عندما يتم مسح البطاقة ضوئيًا ، أرسلنا نبضة عالية واحدة إلى Arduino Uno والتي نفذت بعد ذلك بقية الكود.

الخطوة 4: إعداد مسار LED

من أجل الحصول على تفاعل أكثر وضوحا ، فضلا عن ردود الفعل المرئية لبعض إجراءات المستخدم ، قررنا ترتيب مسار لمصابيح LED التي تضيء باتجاه الفرع المحدد. لذلك ، يتم إرشاد المستخدم إلى حيث يجب عليه / عليها تعليق الرسالة على وجه التحديد.

لهذا الغرض ، استخدمنا معدد إرسال: سجلات إزاحة 8 بت مع سجلات إخراج من 3 حالات و 16 مصباحًا أحمر. يوفر معدد الإرسال التحكم في 8 مخرجات في كل مرة بينما لا يأخذ سوى 3 دبابيس على وحدة التحكم الدقيقة الخاصة بنا. تم إجراء الاتصالات عن طريق "اتصال تسلسلي متزامن" (انظر الارتباط).

الخطوة 5: تأليف الزهور

في هذه الخطوة ، استخدمنا مادة خفيفة وقابلة للانحناء - أقمشة التنظيف. تم قطع القطع على شكل بتلة من هذه المادة. وبالتالي ، ترتبط هذه البتلات بهيكل مركزي مصنوع من كرة رغوية. يتم تأمين كل بتلة بخيط ، بحيث عند سحبها ينحني البتلة.

الخطوة السادسة: بناء الشجرة

مادتنا الرئيسية هي الخشب. تتكون الشجرة من أربعة ألواح خشبية منفصلة مربوطة ببعضها البعض على شكل مربع (5 براغي لتوصيل لوحين). الفروع مصنوعة من الخشب صب الزاوية الخارجية. تم قطع ثقوب مربعة في جذع الشجرة لإدخال الفروع. يحتوي كل فرع إما على LED واحد في الطرف (الجزء السفلي والجزء العلوي) أو اثنين من مصابيح LED (الفرع الأوسط). تم تأمين كل LED بالغراء.

بعد أن تم وضع مصابيح LED بشكل صحيح ، قمنا بتثبيت زهرة واحدة على كل فرع. كل زهرة لها مؤازرة تتحكم في الإزهار (انظر الصور). يتم توصيل المقياس ومصابيح LED والمؤازرة بـ Arduino ، من خلال لوحة النماذج الأولية التي تم إجراؤها أثناء الخطوة 4. يتم تأمين كل فرع بالجذع من الجانب الأيسر والأيمن باستخدام زوايا التعزيز والمسامير العامة 3.0 × 12 مم.

سيتم استخدام أحد الألواح الخشبية السميكة كقاعدة للشجرة والآخر سيتم قطعه على شكل مثلث قائم الزاوية والذي سيتم تثبيته أولاً في جذع الشجرة ثم تثبيته على اللوح الخشبي في القاعدة.

بالنسبة للوح الخشبي الأساسي ، قم بعمل فتحة مربعة لأسلاك المقياس لتمريرها ثم قم بتثبيتها على اللوح الخشبي بشريط لاصق مزدوج الجوانب.

تم وضع Arduino Uno في قاعدة الجذع بالإضافة إلى لوحة النماذج الأولية مع جميع التوصيلات المقابلة.

قبل إغلاق الشجرة ، قم بعمل ثقب مربع في اللوح الخشبي الأخير في قاعدته ، من أجل توصيل الكمبيوتر بـ Arduino و ESP8266 Huzzah Feather microcontroller.

الخطوة 7: تزيين الشجرة

لتحسين مظهر النموذج الأولي الخاص بنا ، أضفنا بعض الأوراق على الأغصان التي تم قطعها بالليزر ، بالإضافة إلى بومة (لترمز إلى المعرفة).

الخطوة 8: الكود

هنا لديك رموز مختلفة يمكنك استخدامها لاختبار كيفية عمل كل مكون (calibration_test.ino للمقياس ، scanner.ino لقارئ RFID و servo_test.ino للماكينة) ثم كل شيء في مجمله (light_test.ino باعتباره الاختبار الأولي و main.ino كإصدار نهائي).

ستحتاج أيضًا إلى تثبيت مكتبة HX711 حتى تتمكن من العمل مع المقياس (رابط إلى المكتبة).

الخطوة 9: إنشاء تطبيق الويب

كتفاعل إضافي ، أضفنا ملاحظات رقمية من خلال تطبيق ويب. يتلقى التطبيق المعرف الممسوح ضوئيًا ونتيجةً للأطروحة المعلقة ، تزهر الزهرة الموجودة على الشجرة الافتراضية أيضًا.

الخطوة 10: استمتع بالتجربة

في النهاية ، كنا سعداء لأننا نجحنا في جعل جميع المكونات تعمل معًا. كانت العملية مثيرة ومرهقة في نفس الوقت ، ولكن على الرغم من كل التحديات ، نحن راضون عن النتيجة وكانت التجربة ممتعة والأهم من ذلك أنها تعليمية.