Gumawa ng isang Wind-based Ambient Display: 8 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:15

Ito ay isang proyekto sa klase na dinisenyo at binuo ni Trinh Le at Matt Arlauckas para sa HCIN 720: Prototyping Wearable at Internet of Things Devices sa Rochester Institute of Technology.

Ang layunin ng proyektong ito ay upang mailarawan ang direksyon at bilis ng hangin sa mga lokasyon na nauugnay sa mga token ng RFID. Ang dalawang sukat na ito ay magiging kapaki-pakinabang para sa sinumang mag-pilot ng mga bangka, lilipad ng mga drone, kite, modelo ng mga rocket, at iba pa.

Ang display ay binubuo ng isang paitaas na pamumulaklak na fan upang gumawa ng mga laso ng tela na ripple at 'sumayaw' sa itaas ng tuktok ng mesa. Ang pagiging masigla ng mga laso ay magpapakita ng lakas ng bilis ng hangin. Ang direksyon ng hangin ay kinakatawan ng isang tagapagpahiwatig na konektado sa isang stepper motor sa base at maikot ang isang buong 360 °.

Hakbang 1: Mga Materyales at Tool

Pabahay

• 1/8 "Acrylic (PMMA) Sheets, na angkop para sa paggupit ng laser
• 1/8 "Acrylic Rods (para sa pagpuno ng mga kasukasuan)
• Fringy bagay

Mga Elektronikong Bahagi

• Particle Photon (https://store.particle.io/collections/photon)
• 2.1mm DC barrel jack (https://www.adafruit.com/product/373)
• 12VDC 600mA Power supply na may 2.1mm plug (https://www.adafruit.com/product/798)
• DC-DC Power Converter (https://www.digikey.com/product-detail/en/murata-power-solutions-inc/OKI-78SR-12-1.0-W36-C/811-3293-ND/6817698) O 7805 Voltage Regulator circuit (https://www.instructables.com/howto/7805/)
• MFRC522 RFID Reader Board (https://www.amazon.com/dp/B00VFE2DO6/ref=cm_sw_su_dp)
• L293D Dual H-Bridge Motor Driver (https://www.adafruit.com/product/807)
• 12V Stepper Motor (https://www.adafruit.com/product/918)
• 120mm 12VDC Fan (https://www.amazon.com/Kingwin-CF-012LB-Efficient-Excusive-Ventilation/dp/B002YFP8BK)
• S9013 NPN Transistor (o katulad)
• 2 - 220 Ohm risistor
• 1N4001 Diode
• 5mm Blue LED
• Mga tag ng sticker ng Mifare Classic 1K RFID (https://www.amazon.com/YARONGTECH-MIFARE-Classic-Material-adhesive/)

Kable

• Adafruit Perma-Proto Half Board (https://www.adafruit.com/product/1609)
• 22 AWG wire, solid at maiiwan tayo
• 20 AWG, two-conductor wire (para sa lakas)
• Strip ng konektor ng lalaki na header (para sa mga koneksyon ng fan at motor)
• 2 - 12 pin na mga babaeng stackable header strip (para sa Photon)
• 1 - 1x3 0.1 "pitch babaeng header strip (para sa fan transistor)
• 1 - 1x8 0.1 "pitch header konektor at crimp socket contact (RFID reader)
• 1 - 1x2 0.1 "pitch header konektor at crimp socket contact (fan)
• 4 - 1x1 0.1 "pitch header konektor at crimp socket contact (stepper motor)
• 1 - 16-pin DIP socket (para sa H-bridge)
• Maliit na nylon tie-wraps (opsyonal)
• Heat shrink tubing (opsyonal)

Hardware

• 2 - M3x6mm screws (para sa mounting stepper motor)
• 4 - M3x35mm screws (para sa mounting fan)
• 8 - M3 flat washers
• 4 - M3 na mani

Mga kasangkapan

• Laser pamutol
• 3d printer
• Mga tool sa paghihinang
• Acrylic adhesive (https://www.amazon.com/Acrylic-Plastic-Cement-Applicator-Bottle/)
• Flat na mga corrugated na sheet ng karton (para sa jig ng pagpupulong)

Hakbang 2: Data na Kinakatawan

Ipapakita ng Wind Display ang isang representasyon ng direksyon ng hangin at bilis mula sa isang lokasyon na nauugnay sa isang token na naka-tag sa RFID. Ang data na ito ay aanihin mula sa WeatherUnderground API. Upang magamit ang API na ito, lumikha ng isang account sa https://www.wunderground.com/weather/api, at piliin ang pagpipilian ng plano na pinakaangkop sa iyong mga pangangailangan.

Hakbang 3: Paggawa ng Display

Pagputol ng Laser

Kasunod sa manu-manong tagubilin para sa laser cutter na iyong gagamitin, ihanda ang display na mga file ng Adobe Illustrator (sa ibaba) para sa paggupit. Maaaring kailanganin mong ayusin muli ang mga bagay sa mga file upang mapaunlakan ang laki ng laser cutter na iyong ginagamit.

Pinutol ng laser ang mga plato mula sa 1/8 acrylic (PMMA) na mga plastic sheet.

Ang Assembly Jig

Upang mapanatili ang regular na pentagon sa labas ng anggulo ng 116.6 °, dinisenyo namin ang isang mabilis na jig (Assembly_jig.ai) upang makatulong sa pagpupulong ng mga plate.

1. Buksan ang file ng Assembly_jig.ai, at gupitin ang maraming mga piraso mula sa corrugated na karton.
2. Ipadikit ang mga ito sa isang stack, tiyakin na ang stack ay mananatiling parisukat.

Angle Filler Rods

Dahil ang mga anggulo ay hindi orthogonal sa bawat isa, gumagamit kami ng 1/8 acrylic rods upang punan ang puwang, at magbigay ng higit pang lugar sa ibabaw para sa gluing. Pre-cut haba ng pamalo upang maging lugar sa pagitan ng bawat plato, na nag-iiwan ng kaunting silid sa bawat dulo para sa kung saan magkakasama ang mga sulok.

Pag-iipon ng Base

Magsimula sa batayang piraso na may malaking butas ng fan, at pandikit na piraso ng acrylic rod sa bawat isa sa limang mga gilid.

Ilagay ang piraso ng tagahanga na ito sa isang slant ng jig ng pagpupulong, at ilagay ang isang bahagi sa gilid na bahagi sa tapat na gilid ng slant.

Maingat na ilapat ang malagkit sa magkasanib at hintaying itakda ito.

Patuloy na magtrabaho sa paligid ng iba pang mga gilid ng batayang piraso, siguraduhin na maglakip ng isang piraso ng tungkod ng tagapuno saanman magtagpo ang dalawang plato.

Pagtitipon ng DeckGlue ang dalawang stepper motor mounting disk na back-to-back, siguraduhing pumila ang mga butas. Kapag itinakda, maingat na gumagamit ng isang tap upang i-thread ang dalawang maliit na butas para sa M3 screws. Ngayon, kola ito sa gitna ng deck plate, muling siguraduhin na pumila sa butas ng gitna.

Ikabit ang stepper motor gamit ang dalawang M3x6mm screws.

Pagtitipon sa Nangungunang

Ang tuktok ay pinagsama sa parehong paraan tulad ng sa ibaba, ngunit may apat na plate lamang. Iiwan mo ang isang puwang kung saan matatagpuan ang isang pang-limang plate na 'maaaring'. Huwag kalimutang gamitin ang acrylic rod na may nakadikit sa tuktok na mga plato.

Hakbang 4: Elektronika

Ang proyektong ito ay maaaring tipunin nang mabilis gamit ang isang breadboard at jumper wires. Sundin lamang ang diagram sa itaas.

Para sa isang mas nakatuon na built, na rin, pagkatapos ay oras na bust out ang mga baliw na kasanayan sa paghihinang.

Mayroon kang mga kasanayan sa baliw na paghihinang, hindi ba? Kung hindi, narito ang ilang mga link upang matulungan itong iwasto…

• Mga Tagubilin: Paano Mag-solder
• Patnubay sa Adafruit sa Mahusay na Paghinang

Gamit ang kalahating board ng Adafruit Perma-proto, ilatag ang mga sangkap tulad ng ipinakita sa Fritzing diagram sa itaas. Ang paggamit ng mga socket para sa pinagsamang mga circuit at transistor ay nagbibigay-daan para sa mabilis at madaling kapalit kung nangyari na ilabas mo ang anumang Magic Smoke (https://en.wikipedia.org/wiki/Magic_smoke).

Ang mga solder header pin / socket sa board upang matulungan na ikonekta ang mga panlabas na bahagi (stepper motor at fan) at gawing madali silang napapalitan (tingnan ang 'Magic Smoke' sa itaas). Una sa kapangyarihan ng panghinang at ground wire sa lugar, sinusubukan na panatilihing maikli at direkta hangga't maaari. Paghinang ng DC power jack sa isang dulo ng haba ng 20AWG two-conductor wire, at ang kabilang dulo sa tuktok na riles ng kuryente (nakatuon sa board na may mga header ng Photon sa kaliwa).

Ang mga wire ng panghinang upang makakonekta sa circuit. Sa ilang mga kaso, mas madaling magpatakbo ng mga kable sa ilalim ng board. Para sa RFID reader, ang mga naka-stack na header para sa Photon ay nagbibigay-daan sa sapat na silid para sa mga koneksyon na gagawin sa ilalim ng Photon. Tapusin ang mga wire ng RFID gamit ang 1x8 header konektor, upang ilakip sa header ng RFID reader.

Hakbang 5: Mag-install ng Electronics

Kapag ang base ay nakadikit, i-install ang fan sa base gamit ang apat na M3x35 screws, washers at nut.

Ikabit ang pangunahing board sa loob ng plato sa likod (ang plato na may hugis-parihaba na ginupit para sa jack ng bariles ng DC) gamit ang foam-backed mounting tape.

Ipasok ang DC barrel jack sa hugis-parihaba na butas, at semento sa lugar gamit ang acrylic adhesive.

Ikabit ang board ng RFID reader sa konektor at i-mount saan man maginhawa gamit ang foam-backed mounting tape. Okay kung ang likod ng board ay nakaharap sa labas ng display, kukunin pa rin ng antena ang signal ng RFID. I-secure ang Blue LED malapit sa.

I-plug ang fan at stepper motor sa pangunahing board.

Hakbang 6: Programming

Bago sa Particle Photon?

Gumagamit ang proyektong ito ng Particle Webhooks upang anihin ang data ng hangin. Narito ang proseso, sa madaling sabi.

1. Naghihintay ang aparato ng isang token upang mai-scan.
2. Kapag na-scan ang isang token, ang natatanging token ID ay naiimbak.
3. Inilathala ng aparato ang token ID na ito sa Particle.io.
4. Sa pagtanggap ng data na ito, ipinapadala ng Particle.io ang data sa aming pahina ng API sa pamamagitan ng pagsasama ng webhook.
5. Natatanggap ng pahina ng API ang token ID, at tinitingnan ang lungsod at estado na nauugnay dito mula sa hanay ng Mga Lokasyon.
6. Ginagawa ng pahina ng API ang AP na tawag sa WeatherUnderground (WU) gamit ang impormasyon ng lokasyon.
7. Ibinabalik ng WU API ang isang object ng JSON ng kumpletong kasalukuyang mga kondisyon ng panahon para sa lokasyon na iyon sa pahina ng API.
8. Ini-parse ng pahina ng API ang impormasyong ito, kumukuha at nagko-convert sa direksyon ng hangin at bilis ng hangin, at ibabalik ito sa aparato bilang isang object na JSON.
9. Pinag-parse ng aparato ang object ng JSON, na itinatago ang direksyon ng hangin at bilis upang magamit upang makontrol ang stepper motor at bentilador.

Firmware

Lumikha ng isang bagong proyekto sa Photon na tinatawag na 'wind_display' at patungan ang pangunahing file gamit ang wind_display.ino code (sa ibaba).

Susunod, hanapin at i-install ang mga sumusunod na aklatan sa iyong proyekto:

• MFRC522 - v0.1.4 RFID library para sa Mga Particle Device
• SparkJSON - v0.0.2 JSON library Na-port mula sa @bblanchon
• Stepper - v1.1.3 Stepper Motor library para sa Arduino

Tipunin ang proyekto at i-download sa iyong Photon.

Pahina ng API

Upang magamit ang pahina ng API, kakailanganin mong i-upload ito sa isang web server na pinapagana ng PHP. Maraming mga libreng pagpipilian sa pag-host ng PHP web na magagamit.

I-download ang getWindData.txt at baguhin ang extension ng file sa.php. Buksan sa iyong ginustong editor at gawin ang mga sumusunod na pagbabago:

Idagdag ka ng Photon Core ID:

// Idagdag ang core_id para sa Mga Larawan na nais mong payagan na magamit ang API na ito $ pinapayagan ang Mga Core = array ('Ang iyong CoreID ay pupunta dito');

Idagdag ang iyong WeatherUnderground API Key:

// WeatherUnderground API Key $ wu_apikey = "Iyong WU API Key";

Sa oras na ito, huwag mag-alala tungkol sa pagtatakda ng mga token / lokasyon. Kami ang bahala diyan matapos ang lahat ay mai-set up.

I-save at i-upload ang file sa web server. Itala ang live na URL para sa pahina ng API.

Particle Webhook

Mag-log in sa iyong Particle Console, at mag-click sa icon ng Mga Pagsasama sa kaliwang bahagi.

1. Mag-click sa 'Bagong Pagsasama', pagkatapos ay piliin ang 'Webhook'.
2. Itakda ang Pangalan ng Kaganapan sa 'wind_display'.
3. Itakda ang URL sa live na URL ng API Page.
4. I-click ang 'Lumikha ng Webhook'.

Kumuha ng mga RFID Token ID at baguhin ang pahina ng API

Sa pamamagitan ng pag-plug ng Photon sa iyong computer sa pamamagitan ng USB, at pag-unplug mula sa panlabas na supply ng kuryente, buksan ang isang window ng terminal at patakbuhin ang Particle Serial Monitor.

1. I-scan ang isang RFID tag at isulat ang 8-character token ID na ipinapakita sa serial monitor.
2. Ulitin para sa anumang karagdagang mga tag na nais mong gamitin.

Bumalik ngayon sa getWindData.php at hanapin ang seksyong hanay ng Mga Lokasyon:

// Locations Array // Palitan ang "TokenID n" ng na-scan na token ID // Palitan ang "Cityn" ng lungsod na nauugnay sa token ID // Palitan ang "Sn" ng state na may dalawang char na nauugnay sa city $ location = array ("TokenID 1" => array ("city" => "City1", "state" => "S1"), "TokenID 2" => array ("city" => "City2", "state" => "S2"), "TokenID 3" => array ("city" => "City3", "state" => "S3"));

Palitan ang bawat token ID ng mga token ID ng iyong mga tag, at iugnay ang bawat isa sa isang lungsod at ipahayag kung saan mo nais ang impormasyon sa hangin.

I-save ang file at i-upload sa iyong web server.

Hakbang 7: Gamitin Ito

1. Ipakita ito saan mo man gusto.
2. Itakda ang wind vane upang ituro ang hilaga.
3. I-plug ang power supply.
4. Maglagay ng token malapit sa RFID reader at hintaying kumislap ang asul na LED.

Hakbang 8: Karagdagang Mga Ideya

Narito ang ilang mga ideya upang mapalawak ang proyekto!