Сгъваема Blinky Light Thing: 15 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Вдъхновение

Преди няколко години брат ми имаше блестяща идея за продукт, наречен Blinky Light Thing. Това беше почти безполезна притурка, която служи само за забавление на собственика с мигащи светлини, вибрации и някакво примитивно движение (като един крак, върху който можеше да се люлее). Това би било като Pet Rock за новото хилядолетие. Никога не е правено.

Преминете напред до сега. Имах идея за игра, включваща мигащи светлини, звукови сигнали и сензори за докосване. Изглеждаше по -практично, но все пак „нещо“с „мигащи светлини“и така името беше присвоено за това устройство!

Какво е Blinky Light Thing?

По -нататък наричан BLT, това е малък ръчен обект (понастоящем куб), на който можете да играете редица игри. Всяка страна на куба може да светне и да усети докосване. Кубът също знае по какъв начин е ориентиран и може да усети движение.

Но ето готината част (добре, освен мигащите светлини и всичко останало..). Той има способността да комуникира с други BLT! Това става чрез Bluetooth Low Energy или BLE. Това позволява игри, включващи повече от един куб, и игри с множество играчи.

Еволюция

Първоначално, когато вдъхновението ме порази, си представях много по -малки кубчета и да имам няколко от тях. Бързо стигнах до заключението, че това е твърде сложно, за да се използва като първи прототип, и се спрях на идеята да имам само 2 по -големи кубчета, за да докажа концепцията. Първият дизайн ще бъде изграден като твърд куб с акрилни страни, с вложка, съдържаща електрониката и панелите, монтирани на вътрешна рамка. Също така в оригиналния дизайн, вградените светодиоди на площадката за кръгове ще осветяват страните на куба чрез „светлинни тръби“, направени от огънат акрил. Като цяло това беше много умно, но вероятно и прекалено проектирано! Стигнах до направата на куба, панелите и вътрешната структура, преди да осъзная, че е твърде сложно.

Въведете: хартия

В един момент в началото на скиците си изложих всички компоненти на плосък чертеж на страните на куба, само за да визуализирам нещата по -добре. Много по -късно се върнах към тази идея и си помислих, че може би наистина бих могъл да я направя плоска и след това да я „сгъна“. Мислех, че мога да направя това с акрилните панели, като ги поставям плоски, монтирам всички части и след това "сгъвам" всичко на място.

Тогава, по -късно, си помислих, добре защо просто не продължите и направете прототип от хартия/картон и буквално го сгънете? Вече бях играл с идеите за сгъваем компютър и сгъваем робот, така че защо не и това?

Стъпка 1: Списък на частите

Части за създаване на единична Blinky Light Thing. NeoPixels обикновено идват като лента от 1 метър, което е достатъчно за изграждането на 2 кубчета с малко останало.

2 Светлоотразителна лента от метално фолио - 3,38 долара

Акрилен лист 8 "x 10" - 3,38 долара

2 листа карта, 8,5 "x 11" - 3,99 долара. Използвах синьо, но всеки тъмен цвят би работил добре.

Circuit Playground Classic - $ 20

HM -10 BLE модул - $ 4

Тел с малък габарит. Използвах рециклиран лентов кабел - 1,77 долара от стар конектор за флопи устройство.

1 метрова лента NeoPixel - $ 6 (30 светодиода, имаме нужда само от 12)

3x държач за батерия AAA - 140 долара

Tacky Glue - 1,29 долара или друго лепило за хартия

Горещо лепило

Необходими инструменти

Машини за отстраняване на тел или внимателно използване на нож за бръснене.

Акрилен инструмент за точкуване или подходящо острие x-acto

Инструмент за точкуване за картон или добра химикалка

Скоби (улеснява рязането на акрил)

Гравер или друг инструмент, подобен на Dremel.

Шкурка с фин пясък

Bic запалка (ако искате да полирате акрила с пламък)

Перфоратор

Стъпка 2: Кубът

Завършеният BLT е куб, 2,5 "квадрат. Този размер беше постигнат като добър компромис, за да съдържа Circuit Playground (2" кръг) и акрилните панели, държача на батерията и т.н.

Страните на куба могат да бъдат разпределени плоско върху лист картонен материал. Знаете ли, че има 11 различни начина да направите това? Аз не! Имах обаче допълнителни ограничения. Той трябваше да се побере на лист със стандартен размер хартия/картон (8,5 "x 11") и трябваше да се сгъне по такъв начин, че да сведе до минимум огъванията в окабеляването. Моделът, който избрах, се вписва почти перфектно, за да направи 2,5 -инчовия куб. Той също така позволява всяка страна на куба да има външна страна и да се сгъва, което образува задната страна на всеки акрилен панел.

Отпечатах това (с-p.webp

Стъпка 3: Светещи панели

Всяка страна на куба има озарен от ръба светещ панел. Всеки от тях е с размер 2 инчови квадратчета, с около 1/4 "допълнително от едната страна. Този допълнителен бит ще бъде мястото, където се монтират светодиодите. Използвах 0,08" дебел акрил от Plaskolite, който купих в Lowes през 8 г. x 10 листа. Един лист ще ви осигури всички части за един куб. Можете да получите лазерно изрязване на тези части от услуга като Ponoko, но аз го направих на ръка.

За да изрежете частите, се нуждаете от инструмент за оценяване. Използвах едно от ножовете от моя комплект x-acto. Сложих разпечатка на частите под пластмасата и след това отбелязах по линиите отгоре. Трябва първо да помислите кои линии да прекъснете, защото трябва да счупите пластмасата от единия край до другия. Не можете да направите това, за да направите дупка, например. Препоръчвам да затегнете пластмасата към ръба на масата с делителна черта точно на ръба на плота. След това с бързо натискане надолу пластмасата ще се счупи. Това оставя сравнително гладък ръб, но след това ще искате да го шлайфате възможно най -плоско.

След това всички ръбове се шлайфат с фина пясъчна хартия, за да станат възможно най -гладки, а също така леко заоблени, което ще помогне за запазването на светлината, отразяваща се вътре в пластмасата. И накрая, „полирах с пламък“ръбовете с обикновена запалка Bic. На единия ръб (дългото измерение, IE, допълнителните 1/4 инча) съм шлифовал закръглена фаска, която ще помогне да се отрази светлината към останалата част на панела. Вместо да прикрепят светодиодите към ръба, което би било трудно да се направи в този дизайн, светодиодите ще се прикрепят от другата страна на скосяването, изравнени с повърхността на панела.

Моделите са гравирани в пластмасата с инструмент Dremel и малка кръгла фреза. Това създава повърхности, където светлината може да бъде отклонена, като по този начин се създават светещи шарки. За да получите най -доброто сияние, искате моделите от задната страна на чинията. След това плочите се подпират с прегъване, за да придадат на сияещите черти по-голям контраст. За допълнително задържане на светлина използвах част от фолиото около зоната на огъване и около светодиода.

Вероятно бихте получили по -добри резултати, като имате услуга като лазерно изрязване и гравиране на панелите на Ponoko, но не бях достатъчно търпелив за този прототип, затова го направих на ръка.

За първия си куб използвах модел от думи на Галифрей за всяка страна. Ако сте фен на научната фантастика, веднага ще разпознаете какво представляват това, дори и да не знаете какво пише …:)

Стъпка 4: Сгънете

Сега искаме да прикрепим панелите. Открих, че лепкавото лепило не се придържа към акрила. В крайна сметка използвах двустранна лента. Разбрах едва след като завърших куба, че двустранната лента също има тенденция да свети, така че не беше добра идея да я използвате по цялата задна страна на панела, трябва да я прикрепите само в четирите ъгъла.

Обърнете внимание на подреждането на панелите, така че да можете да се сгънете и те в крайна сметка да са разположени правилно. Притиснах краищата на панелите, за да ги затворя с картонената дъска. Tacky Glue работи чудесно тук, тъй като бързо хваща хартията и я държи.

Стъпка 5: Сензори

За откриване на допир всяка страна на куба има капацитивен сензор. Това е направено от фолио, което лесно можете да закупите от магазин за домашни потреби като Lowes. Обикновено се използва във въздуховоди за запечатване на парчетата канали. Един проводник се отстранява от единия край и се поставя близо до ръба на сензора и след това се закрепва към него с друг малък квадрат от фолио. Лентата е широка 2 , което е перфектният размер и използвайте три дължини, за да получите два сензора за докосване всеки.

Всички сензори са свързани заедно и заземени с кръг, изрязан в средата на всеки панел и свързан с проводник.

Тук експериментите бяха важни. За първи път използвах обикновен квадрат от фолио. Това работеше добре при директно докосване на фолиото, но не работеше добре или изобщо когато беше зад акрила. За следващия ми опит изрязах кръг в центъра на фолиото с приблизително 2 мм разстояние до останалото външно фолио. Сензорният проводник се свързва към центъра, докато външното фолио е заземено. Това работеше значително по -добре и беше чувствително дори зад два слоя пластмаса.

5 сензора са еднакви, но шестият сензор е мястото, където е площадката за игри. Исках да мога все още да използвам вътрешните светодиоди на тази платка, така че беше направен модел и използван за изрязване на кръгове във фолиото, както и подложката на картите.

Стъпка 6: Blinky Light String

В моя оригинален дизайн закупих отделни 5050 SMT светодиоди и запоени проводници към тях. Това беше неудобно и сложно и полученият низ не съвпада с хартиената сгъната версия, която в крайна сметка направих. Затова закупих NeoPixels с дължина 1 метър с 30 пиксела на метър. Това беше почти идеалното разстояние, за да получите два пиксела на панел. Проблемът е, че ще трябва да огъна връвта около ъгъла, без значение как съм изложил куба. Огъването също би било сложно огъване, а не просто обикновена гънка.

Можете да поръчате ленти с форма "S", които са предназначени да бъдат сгънати по такъв начин, но не исках да чакам месец, за да го поръчам от Китай. Така че взех стандартните ленти и внимателно изрязах три дупки, за да получа по -гъвкава лента. Внимавайте тук, защото искате да оставите достатъчно медни следи, така че да продължи да работи. Изчислих колко енергия ще използва лентата и по този начин колко широки трябва да бъдат следите, така че докато тя все още е широка около 2 милиметра, трябва да сте добре.

Дори и с дупките е малко трудно да поставите лентата на място. Той се задържа от петно горещо лепило по средата между всеки светодиод. Тъй като лентата е лъскава, лесно можете да я издърпате от горещото лепило, така че бъдете внимателни. Трудно е да се види, но за всяко сгъване съм дал на LED лентата леко "трапчинка" нагоре, така че когато кубът се сгъне, той ще се сгъне навътре. Това е необходимо, защото в противен случай те биха затруднили сгъването, тъй като лентата е твърде твърда.

Също така се уверете, че сте ориентирали лентата така, че входният край да е близо до панела, където ще бъде монтирана Circuit Playground. Тук ще трябва да запоите три проводника до края на лентата.

Стъпка 7: Захранване

Използвах 3 батерии AAA, за да получа 4.5V, което е повече от достатъчно за захранване на Circuit Playground (което ще регулира това до 3.3v за BLE модула) и достатъчно за LED лентата (в идеалния случай 5V, така че може да не да бъдат възможно най -ярки, но достатъчно добри).

Използвайки още малко карти в зелено (само за забавление) създадох проста кутия около държачите на батериите. Използвах 2 x AAA държач и друг единичен AAA държач, защото точно това имах под ръка. Кутията за държача на батерията ще осигури сигурен монтаж на батериите и също така ще добави още малко сила към крайния куб.

Стъпка 8: Веригите

За да контролирам куба, използвах площадка Adafruit Circuit Playground. Те са по -скъпи от Arduino Nano или Pro Mini, но имат много вградени екстри като акселерометър и високоговорител, микрофон и два бутона. Той също така има 10 NeoPixels на борда. Първоначално планирах да използвам акрил за създаване на светлинни тръби, които да се огъват вътре в куба, за да пренасочат светлината към всичките шест страни. Това стана твърде сложно и в тестовете изглеждаше, че светлината няма да свърши достатъчно ярка, затова отидох с лентата NeoPixel. Вградените пиксели ще се използват за други индикатори.

Модулът HM-10 иска нива на 3.3v за серийната комуникация и тъй като Circuit Playground също работи на 3.3v, няма проблем директно да ги свърже. Ако трябваше да използваме друг вид Arduino като Nano или Pro Mini, работещ на 5V, бихме искали да намалим това напрежение на RX входа на HM-10 с няколко резистора (делител на напрежение).

Тъй като използваме Bluetooth модул за комуникация между кубовете, остават ни само шест I/O линии, по една за всеки капацитивен сензор за страните на куба. Това не оставя никакви I/O за външните NeoPixels. Поради строгото време, необходимо за програмиране на NeoPixels, можем да се измъкнем с използването на един пин както за пикселите, така и за сензора. Периодично проверяваме сензора и след това, когато е необходимо, използваме щифта за програмиране на пикселите. Пикселите всъщност не забелязват сензора и разбира се сензорът не се интересува от програмните импулси. На теория сензорът добавя капацитет към линията, което може да повлияе на пикселите, но изглежда, че не е достатъчно, за да причини проблем.

Това, което се случва обаче, е проблем с кодирането. Тъй като капацитивният сензор е вход, кодът поставя щифта в режим на въвеждане. Когато след това се опитате да контролирате NeoPixels, това не работи. Просто ръчното връщане на щифта обратно в режим на изход решава проблема.

Диаграмата на Fritzing показва модул за Bluetooth HC-05, но всъщност използваме модул HM-10 BLE, който има същия извод. Той също така показва 4 батерии AAA, но ни трябват само 3. И накрая, капацитивните сензори не са предварително сглобени, а са направени от фолио лента … диаграмата служи главно за показване как всичко се свързва. Проводниците са групирани, за да покажат как е използван лентов кабел.

Стъпка 9: Модул BLE

Трябва да конфигурираме безжичния модул BLE. Най -лесният начин да направите това е с прост FTDI програмист, който също често се използва за програмиране на Arduino, които нямат вграден USB (като Pro Mini, например). Можете да ги получите само за няколко долара. Ще искате да свържете Gnd и Vcc връзките към BLE модула и RX и TX връзките, но те са разменени. Така че RX на едната платка отива към TX на другата платка. Това има смисъл, защото едната платка предава на другата дъска получаване.

Когато включите USB на FTDI в компютъра си, трябва да можете да се свържете с него чрез серийния монитор в Arduino IDE (използвам онлайн версията на https://create.arduino.cc/editor). Ще трябва да настроите Baud на 9600, ако все още не е.

За да се уверите, че работи, въведете:

НА+ИМЕ?

и натиснете бутона Изпрати. Трябва да получите отговор с текущото име на устройството (+ИМЕ = каквото и да е). Моят първоначално беше наречен BT-05, който е различен модул (AT-09 *) от стандартния HM-10, но на снимката можете да видите, че вече го преименувах на BLT (името е ограничено до 12 знака.. така че „Blinky Light Thing“нямаше да работи). За да го преименувате, въведете:

В+ИМЕ = BLT

И тогава трябваше да го нулирам, за да се появи името:

AT+RESET

Тъй като правим множество кубчета, които трябва да говорят помежду си, едно от кубчетата трябва да е „главното“(или „централно“в спецификациите на BLE) и да контролира/говори с другите кубчета („подчинени“или „периферни устройства“)). За да направим това, за капитана трябва да изпратим тези команди (модулите по подразбиране са подчинени/периферни).

AT+IMM0

AT+ROLE1

Това казва на модула да се свързва автоматично (първата команда) и след това да бъде "централно" устройство (втората команда).

* Забележка

Моите модули (и) бяха AT-09 модули (по-голямата "пробивна" платка) с HM-10 (по-малката платка), залепена върху нея. Действителният чип, който върши цялата работа, е Texas Instruments CC2541. Има много вариации на тези модули, така че внимавайте какво поръчвате. Искате да намерите оригинални модули от Jinan Huamao.

Моите също съдържаха фърмуер, който не можах да идентифицирам и затова той не реагира на почти всички интересни AT команди. Трябваше да го препрофилирам във фърмуера от Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Ако в крайна сметка получите едно от тях, ето процесът, по който да го "поправите", (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Стъпка 10: Окончателно окабеляване

За последното окабеляване използвах рециклиран лентов кабел от стар конектор за флопи устройство. Тук ще работи всяка тънка жица, но лентовият кабел улеснява поддържането на нещата чисти и организирани. Лентовият кабел е достатъчно гъвкав, за да се огъва и закопчава, където е необходимо.

Използвал съм точки от горещо лепило, за да задържа нещата или на някои места просто повече фолио. Кръговата детска площадка се държи на място с друго сгънато малко картон.

Стъпка 11: Тестване

Преди да финализирате нещо, винаги тествайте нещата, за да видите как работи (ако работи!).

Дори преди да сглобя изобщо нещо, исках да тествам сензорите, а също и LED низ. Тъй като един щифт трябва да бъде споделен между LED низ и един сензор, това беше първото нещо, което тествах. Тук открих, че не работи, но причината е само, че споделеният пин трябва да бъде върнат обратно към изходен щифт след използване на сензора.

Първият сензор, който тествах, беше просто обикновен квадрат от фолио. Това работи, но не е много чувствително. Circuit Playground е конфигуриран да позволява капацитивно докосване директно към подложките (чрез по -малък резистор). За съжаление, за да получите по -голяма чувствителност, се нуждаете от по -голям съпротивител, но не можем да променим това, което вече е на дъската. При втория ми тест използвах кръгъл сензор в средата на квадратчето с фолио с около 2 мм отстранено фолио, като останалата част от фолиото е заземена. Това направи много по -чувствителен сензор, който работеше дори зад акрилните панели.

За съжаление, след като всичко беше сглобено, но все още в "плоска" форма, отново тествах сензорите и те не работеха добре, изисквайки директно докосване до фолиото. Вярвам, че това е резултат от паразитен капацитет в лентовия кабел, нещо, което не бях обмислял.

Стъпка 12: Препроектиране на сензора

Първото нещо, което се опитах, беше да смекча ефекта от паразитния капацитет. С помощта на лентов кабел разбрах, че всички проводници на сензора са точно един до друг, създавайки по -голям капацитет. Това доведе до това, че най -отдалечените два сензора действат заедно, т.е. мога да натисна всеки от тях и да получа същото отчитане на всеки входен щифт. В ретроспекция можех да използвам повече проводници в лентовия кабел, със заземен проводник между всеки проводник на сензора. Не исках да пренасочвам всичко на този етап, така че измислих умно решение.

Вместо специален заземен проводник, мога да променя всички изводи на сензора като изходи с логическа стойност 0, което означава, че те ще бъдат заземени. Тогава единственият сензор, който исках да прочета, ще бъде единственият вход. Това ще се повтори, за да се прочете всеки сензор. Това помогна много само с малко допълнително програмиране!

Освен това отделих проводниците от BLE модула далеч от проводниците на сензора, така че да не пречат.

Все пак сензорът няма да засече докосване зад акрилния екран. Най -накрая реших, че вградената в измерване на капацитет верига просто няма да работи. Той е проектиран за директно докосване и затова има резистор от 1 мегом на всеки вход. Тъй като не мога да променя това и нямаше повече налични пинове, трябваше да открия капацитет само с един щифт и външен резистор.

Добавих резистор от 10 мегаома към всеки вход, свързан към 3.3V пин и преминах към библиотека с капацитивен сензор, която работи на един щифт. Причината това да прави сензора по -чувствителен е, че по -високият резистор го кара да се зарежда по -бавно, което позволява по -точно измерване.

Стъпка 13: Код

Кодът е това, което прави всичко това да работи, разбира се. Имам предвид няколко игри за този куб, както и за множество кубчета. В момента просто имам подобна на simon игра. Можете да намерите кода тук:

Стъпка 14: Последното сгъване

Сега, когато имаме всичко прикрепено и тествано, можем да направим последните сгъвания, които превръщат това 2D творение в 3D куб. Започвайки с дългото измерение на монтажа, сгънете трите вътрешни гънки и след това поставете езичето в слота, образувайки основното тяло на куба. Залепете това с лепило Tacky. След това сгънете горния панел (този с Circuit Playground) върху куба, като поставите разделите в слотовете. Трябва да залепите това на място, защото вероятно ще трябва да го отворите за целите на препрограмирането.

Последната страна, която действа като капак на батериите, не трябва да се залепва, но се нуждае от някаква лента или нещо друго, за да я държи на място. В последващ дизайн той би могъл да има заключващ раздел, който да се вмъкне в основния раздел, за да го задържи на място, както използват много продуктови пакети.

Сега трябва да имате напълно функционално Blinky Light Thing!

Стъпка 15: Бъдещето

Това беше прототипът на Blinky Light Thing. Целта е да се направят още няколко кубчета. Кубчетата ще могат да комуникират помежду си и да позволят игри, играни с множество кубчета и / или множество играчи. Окончателният дизайн трябва да бъде хубав лазерно изрязан акрилен куб или евентуално 3D отпечатано тяло с акрилни панели. Бих искал да направя това като комплект и да е достатъчно просто за изграждане за дете. Светодиодите, сензорните вериги могат да бъдат вградени върху гъвкава печатна платка, за да се улесни изграждането им.

Или кой знае, може би може да бъде произведен като играчка? Трябва да играя да го тествам с хората, за да видя какво мислят. Вече като прототип имам няколко деца и възрастни, които искат да си играят с него и питат какво е това.