Árbol interactivo: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Una tradición interesante con respecto a la tesis doctoral y la tesis de licenciatura es que se cuelgan de un árbol en la biblioteca principal de KTH antes de la defensa pública / seminario. Por lo tanto, como proyecto para nuestro curso de Diseño y Realización de Interacción Física, nuestro grupo decidió conmemorar esta costumbre creando una versión interactiva del árbol.

Paso 1: lo que necesitará

Materiales:

• 1x balanza digital (con 4 celdas de carga)
• Paños de limpieza de algodón y celulosa (usamos un paño por flor, 6 en total)
• 2x bolas de espuma
• Hilo
• 4 tablones de madera (los nuestros eran de 22x170x1600 mm cada uno)
• 6x Molduras de esquina exterior (2 de 27x27x750 mm, 2 de 27x27x600 mm y 2 de 27x27x1350 mm)
• 1x tablero de madera (no más grueso de 6-7 mm)
• 2x tablas de madera (2-3 cm de grosor, 45x45 cm)
• Alambres
• Soldar
• Pegamento caliente
• Tubos termorretráctiles
• Cinta adhesiva de doble cara
• 20x tornillos universales (5x40 mm)
• 20x tornillos universales (3,0x12 mm)
• Ángulos de refuerzo 10x
• 1x Stripboard (placa de creación de prototipos)

Electrónica:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - Amplificador de celda de carga
• 1x - Microcontrolador ESP8266 Huzzah Feather
• 1x - Lector RFID Adafruit RC522
• 2x - Multiplexores (registros de desplazamiento de 8 bits con registros de salida de 3 estados)
• 16x - LED rojos
• 16x - Resistencias
• 6x - Servos - Hitec HS-422 (tamaño estándar)

Instrumentos:

• Soldador
• Pistola de silicona
• Sierra de mano
• Sierra de calar
• Destornillador eléctrico
• Escofina de madera
• Herramienta de corte de madera de sierra de calar

Paso 2: conecte la báscula de baño digital de peso corporal

Para este primer paso, usamos 4 celdas de carga de una báscula de baño de peso corporal digital y el amplificador de celda de carga HX711. Los pines están etiquetados con colores: ROJO, BLK, WHT, GRN e YLW, que corresponden a la codificación de colores de cada celda de carga. Se han conectado en una formación de puente de piedra de trigo (ver fotos). Aplicamos una excitación en los rojos de la celda de carga 1 y la celda de carga 4 y leemos las señales de los rojos de la celda de carga 2 y la celda de carga 3 (ver enlace).

Paso 3: Configure el lector RFID

Para ensamblar el escáner usamos dos piezas de hardware; el microcontrolador ESP8266 Huzzah Feather y el lector RFID Adafruit RC522.

El ESP8266 y el RC522 tenían 5 conexiones entre ellos (ver imagen 1).

El propósito del escáner era escanear las tarjetas KTH, 13.6MHz, y enviar la identificación única de la tarjeta, o en el caso ideal la identificación del estudiante, a una base de datos de Google Firebase. Todo esto se hizo utilizando paquetes Arduino precompilados, MFRC522 para RC522, ESP8266 para wifi y Arduino Firebase para la comunicación de base de fuego. Una vez que se envió la información a la base de datos, se actualizó una página web que contenía un árbol utilizando la animación D3.js para simular una flor que florece en un árbol virtual.

La última parte de la configuración fue enviar la información de que se escaneó una tarjeta al microcontrolador Arduino Uno. El ESP8266 y Arduino Uno tenían 1 conexión entre ellos (ver imagen 1).

El pin 16 se usó específicamente porque tiene un valor predeterminado de BAJO, mientras que los otros pines tenían valores predeterminados de ALTO. Cuando se escanea una tarjeta, enviamos un solo pulso ALTO al Arduino Uno, que luego ejecuta el resto del código.

Paso 4: Configuración de la ruta de LED

Para tener una interacción más significativa, así como una retroalimentación visible de ciertas acciones del usuario, decidimos organizar un camino de LED que se iluminan hacia la rama designada. Por lo tanto, el usuario es guiado hacia donde debe colgar específicamente la tesis.

Para ello utilizamos dos multiplexores: registros de desplazamiento de 8 bits con registros de salida de 3 estados y 16 leds rojos. El multiplexor proporciona control sobre 8 salidas a la vez mientras ocupa solo 3 pines en nuestro microcontrolador. Las conexiones se han realizado mediante “comunicación serie síncrona” (ver enlace).

Paso 5: componga las flores

Para este paso, utilizamos un material ligero y flexible: paños de limpieza. Se cortaron piezas en forma de pétalos de este material. En consecuencia, estos pétalos están conectados a una estructura central, hecha de una bola de espuma. Cada pétalo está asegurado con un hilo, de modo que cuando se tira, el pétalo se dobla.

Paso 6: construye el árbol

Nuestro material principal es la madera. El árbol se compone de cuatro tablones de madera separados atornillados en forma cuadrada (5 tornillos para conectar 2 tablones). Las ramas se han fabricado con molduras de madera en las esquinas exteriores. Se han cortado agujeros cuadrados en el tronco del árbol para insertar las ramas. Cada rama tiene un LED en el extremo (la rama inferior y la superior) o dos LED (la rama del medio). Cada LED se ha asegurado con pegamento.

Una vez que los LED se han colocado correctamente, hemos colocado una flor en cada rama. Cada flor tiene un servo que controla la floración (ver imágenes). La báscula, los LED y el servo se conectan al Arduino, a través de la placa de prototipos realizada durante el Paso 4. Cada rama se fija al tronco desde el lado izquierdo y derecho utilizando los ángulos de refuerzo y los tornillos universales de 3.0x12 mm.

Una de las tablas de madera más gruesas se utilizará como base para el árbol y la otra se cortará en forma de triángulo rectángulo que primero se atornillará al tronco del árbol y luego se fijará a la tabla de madera en la base.

Para la tabla de madera de la base, haga un agujero cuadrado para que pasen los cables de la escala y luego asegure la escala a la tabla de madera con la cinta adhesiva de doble cara.

El Arduino Uno se colocó en la base del maletero así como la placa de prototipos con todas las conexiones correspondientes.

Antes de cerrar el árbol, haga un agujero cuadrado en la última tabla de madera en su base, para conectar la computadora al Arduino y al microcontrolador ESP8266 Huzzah Feather.

Paso 7: decora el árbol

Para mejorar la apariencia de nuestro prototipo, agregamos algunas hojas en las ramas que han sido cortadas con láser, así como un búho (para simbolizar el conocimiento).

Paso 8: el código

Aquí tienes diferentes códigos que puedes usar para probar cómo funciona cada componente (calibración_test.ino para la báscula, scanner.ino para el lector RFID y servo_test.ino para los servos) y luego todo en su totalidad (light_test.ino como un prueba inicial y main.ino como versión final).

También necesitará instalar la biblioteca HX711 para poder trabajar con la báscula (enlace a la biblioteca).

Paso 9: cree la aplicación web

Como interacción adicional, agregamos una retroalimentación digital a través de una aplicación web. La aplicación recibe la identificación escaneada y, como resultado de la tesis colgada, la flor del árbol virtual también florece.

Paso 10: disfruta de la experiencia

Al final, nos alegramos de haber logrado que todos los componentes funcionaran juntos. El proceso ha sido emocionante y estresante, pero a pesar de todos los desafíos, estamos satisfechos con el resultado y la experiencia ha sido interesante y, lo más importante, educativa.