Objeto de luz parpadeante plegable: 15 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Inspiración

Hace algunos años, mi hermano tuvo una idea brillante para un producto que llamó Blinky Light Thing. Era un artilugio casi inútil que solo servía para divertir al propietario con luces parpadeantes, vibraciones y algún tipo de movimiento primitivo (como un solo pie sobre el que pudiera tambalearse). Hubiera sido como Pet Rock para el nuevo milenio. Nunca se hizo.

Avanza hasta ahora. Tuve una idea para un juego que involucraba luces intermitentes, pitidos y sensores táctiles. Parecía más práctico, pero seguía siendo una "cosa" con "luces parpadeantes", por lo que el nombre se apropió para este dispositivo.

¿Qué es Blinky Light Thing?

En lo sucesivo, BLT, es un pequeño objeto de mano (actualmente un cubo) en el que puede jugar una serie de juegos. Cada lado del cubo puede iluminarse y también sentir el tacto. El cubo también sabe en qué dirección está orientado y puede detectar el movimiento.

Pero aquí está la parte interesante (bueno, además de las luces parpadeantes y todo lo demás …). ¡Tiene la capacidad de comunicarse con otros BLT! Lo hace a través de Bluetooth Low Energy o BLE. Esto permite juegos que involucran más de un cubo y juegos con múltiples jugadores.

Evolución

Originalmente, cuando la inspiración me golpeó, imaginaba cubos mucho más pequeños y con varios de ellos. Rápidamente llegué a la conclusión de que esto era demasiado complejo para llevarlo a cabo como un primer prototipo, y me decidí por la idea de tener solo 2 cubos más grandes para probar el concepto. El primer diseño se iba a construir como un cubo duro con lados acrílicos, con un inserto que contenía la electrónica y los paneles montados en un marco interior. También en el diseño original, los LED incorporados en el Circuit Playground iluminarían los lados del cubo a través de 'tubos de luz' hechos de acrílico doblado. En general, esto fue muy inteligente, ¡pero probablemente también sobre ingeniería! Llegué tan lejos como para hacer el cubo, los paneles y la estructura interna antes de darme cuenta de que era demasiado complicado.

Ingrese: papel

En un momento al principio de mis bocetos, había dispuesto todos los componentes en un dibujo plano de los lados del cubo, solo para visualizar mejor las cosas. Mucho más tarde, volví a esta idea y pensé, tal vez podría en realidad hacerla plana y luego "doblarla". Pensé que podría hacer esto con los paneles acrílicos colocándolos planos, montando todas las partes y luego "plegando" todo en su posición.

Luego, más tarde, pensé, bueno, ¿por qué no seguir adelante y hacer un prototipo de papel / cartón y, literalmente, doblarlo? Ya había jugado con las ideas de una computadora plegable y un robot plegable, así que ¿por qué no esto también?

Paso 1: Lista de piezas

Piezas para hacer una sola cosa Blinky Light. Los NeoPixels generalmente vienen como una tira de 1 metro, que es suficiente para construir 2 cubos con un poco de sobra.

Cinta reflectante de papel de aluminio de 2 - $ 3.38

Hoja de acrílico de 8 "x 10" - $ 3.38

2 hojas de cartulina, 8.5 "x 11" - $ 3.99. Usé azul, pero cualquier color oscuro funcionaría bien.

Circuit Playground Classic - $ 20

Módulo HM-10 BLE - $ 4

Alambre de pequeño calibre. Usé un cable plano reciclado: $ 1,77 de un conector de unidad de disquete antiguo.

Tira NeoPixel de 1 metro - $ 6 (30 leds, solo necesitamos 12)

Soporte para pilas AAA 3x - $ 140

Pegamento pegajoso: $ 1.29 u otro pegamento para papel

Pegamento caliente

Herramientas necesarias

Pelacables o uso cuidadoso de una cuchilla de afeitar.

Herramienta de puntuación acrílica o cuchilla x-acto adecuada

Herramienta de puntuación para cartón o un buen bolígrafo

Abrazaderas (facilita el corte de acrílico)

Grabador u otra herramienta similar a Dremel.

Papel de lija de grano fino

Mechero Bic (si quieres pulir el acrílico a la llama)

Perforadora

Paso 2: el cubo

El BLT completo es un cubo, cuadrado de 2.5 ". Se llegó a este tamaño como un buen compromiso para contener el Circuit Playground (un círculo de 2") y los paneles acrílicos, el soporte de la batería, etc.

Los lados de un cubo se pueden colocar planos sobre una hoja de cartulina. ¿Sabías que hay 11 formas diferentes de hacer esto? No lo hice! Sin embargo, tenía más limitaciones. Tenía que caber en una hoja de papel / cartulina de tamaño estándar (8.5 "x 11") y tenía que doblarse de tal manera que se minimizaran las curvas en el cableado. El patrón que elegí encaja casi perfectamente para hacer el cubo de 2.5 ". También permite que cada lado del cubo tenga un exterior y un pliegue, que forma la parte trasera de cada panel acrílico.

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Paso 3: paneles luminosos

Cada lado del cubo tiene un panel luminoso iluminado por los bordes. Cada uno tiene un tamaño de cuadrados de 2 pulgadas, con aproximadamente 1/4 "extra en un lado. Esta broca adicional será donde se montan los LED. Usé acrílico de.08" de espesor de Plaskolite, que compré en Lowes en 8 x 10 hojas. Una hoja le proporcionará todas las partes de un cubo. Podrías cortar estas piezas con láser en un servicio como Ponoko, pero lo hice a mano.

Para cortar las piezas, necesita una herramienta de puntuación. Usé una de las hojas de mi kit x-acto. Puse una impresión de las partes debajo del plástico y luego marqué a lo largo de las líneas en la parte superior. Tienes que pensar qué líneas romper primero porque tienes que romper el plástico de un borde a otro. No puedes hacer esto para hacer un agujero, por ejemplo. Recomiendo sujetar el plástico al borde de una mesa con la línea marcada justo en el borde de la mesa. Luego, con un rápido empujón hacia abajo, el plástico se romperá. Esto deja un borde relativamente liso, pero luego querrá lijarlo lo más plano posible.

Luego, todos los bordes se lijan con papel de lija de grano fino para que estén lo más lisos posible, y también ligeramente redondeados, lo que ayudará a mantener la luz reflejada dentro del plástico. Finalmente, he "pulido a la llama" los bordes con un simple encendedor Bic. En un borde (la dimensión larga, es decir, el 1/4 de pulgada adicional) lijé un bisel redondeado, que ayudará a reflejar la luz hacia el resto del panel. En lugar de colocar los LEDS en el borde, lo que sería difícil de hacer en este diseño, los LED se colocarán en el otro lado del bisel, al ras con la superficie del panel.

Los patrones están grabados en el plástico con una herramienta Dremel y una pequeña broca redonda. Esto crea superficies donde la luz se puede desviar, produciendo así los patrones brillantes. Para obtener el mejor brillo, desea los patrones en la parte posterior de la placa. Luego, las placas se respaldan con un pliegue para dar más contraste a las características brillantes. Para una mayor contención de la luz, he usado un poco de cinta de aluminio alrededor del área de curvatura y alrededor del LED.

Probablemente obtendría mejores resultados con un servicio como Ponoko cortando y grabando los paneles con láser, pero no tuve la paciencia suficiente para este prototipo, así que lo hice a mano.

Para mi primer cubo, utilicé un patrón de palabras galifreyanas para cada lado. Si eres un fanático de la ciencia ficción, reconocerás instantáneamente cuáles son, incluso si no sabes lo que dice …:)

Paso 4: Doblar

Ahora queremos unir los paneles. Descubrí que el pegamento pegajoso realmente no se pegaba al acrílico. Terminé usando cinta de doble cara. Solo me di cuenta después de completar el cubo que la cinta de doble cara también tendía a brillar, por lo que no era una buena idea usarla en toda la parte posterior del panel, solo debe colocarla en las cuatro esquinas.

Fíjate en la disposición de los paneles para que puedas doblarlos y acaben colocados correctamente. Presioné los bordes de los paneles para encerrarlos con el cartón. El pegamento pegajoso funciona muy bien aquí, ya que agarra el papel rápidamente y lo sostiene.

Paso 5: Sensores

Para detectar el tacto, cada lado del cubo tiene un sensor capacitivo. Está hecho de cinta de aluminio, que puede comprar fácilmente en una tienda de artículos para el hogar como Lowes. Se utiliza normalmente en conductos de aire para sellar las piezas del conducto. Un solo cable se pela en un extremo y se coloca cerca del borde del sensor y luego se asegura con otro pequeño cuadrado de cinta de aluminio. La cinta tiene 2 de ancho, que es el tamaño perfecto, y usa tres longitudes para obtener dos sensores táctiles cada uno.

Todos los sensores están conectados entre sí y conectados a tierra con un círculo cortado en el medio de cada panel y conectados por un cable.

La experimentación fue importante aquí. Mi primer intento utilicé un simple cuadrado de papel de aluminio. Esto funcionó bien al tocar directamente la lámina, pero no funcionó bien o en absoluto cuando estaba detrás del acrílico. Para mi próximo intento, corté un círculo en el centro de la lámina con un espacio de aproximadamente 2 mm con la lámina exterior restante. El cable del sensor se conecta al centro mientras que la lámina exterior está conectada a tierra. Esto funcionó considerablemente mejor y fue sensible incluso detrás de dos capas de plástico.

5 sensores son todos iguales, pero el sexto sensor es donde está el Circuit Playground. Quería poder seguir usando los LED internos en esta placa, por lo que se hizo un patrón y se usó para cortar círculos en la lámina, así como en el respaldo de la cartulina.

Paso 6: Cadena de luces parpadeantes

En mi diseño original, compré LED 5050 SMT individuales y les soldé cables. Esto fue incómodo y complicado, y la cadena resultante no encajaba con la versión doblada en papel que terminé haciendo. Así que compré una longitud de 1 metro de NeoPixels con 30 píxeles por metro. Este fue casi el espacio perfecto para obtener dos píxeles por panel. El problema es que tendría que doblar la cuerda alrededor de una esquina sin importar cómo coloqué el cubo. El pliegue también sería un pliegue compuesto, no solo un pliegue simple.

Puede pedir tiras que tienen forma de "S" que están destinadas a doblarse de esa manera, pero no quería esperar un mes para pedirlas en China. Así que obtuve las tiras estándar y corté con cuidado tres agujeros para obtener una tira más flexible. Tenga cuidado aquí porque desea dejar suficientes rastros de cobre para que aún funcione. Calculé cuánta energía usaría la tira y, por lo tanto, qué tan anchas debían ser las trazas, por lo que siempre que tenga alrededor de 2 milímetros de ancho, debería estar bien.

Incluso con los agujeros, es un poco complicado colocar la tira en su lugar. Se sujeta con una gota de pegamento caliente a mitad de camino entre cada LED. Dado que la tira es brillante, puede quitarla fácilmente del pegamento caliente, así que tenga cuidado. Es difícil de ver, pero, para cada pliegue, le he dado a la tira de LED un ligero "hoyuelo" hacia arriba para que cuando el cubo se pliegue, se doble hacia adentro. Esto es necesario porque de lo contrario dificultarían el plegado, ya que la tira es demasiado rígida.

También asegúrese de orientar la tira de modo que el extremo de entrada esté cerca del panel donde se montará el Circuit Playground. Deberá soldar tres cables al final de la tira aquí.

Paso 7: Poder

He usado 3 baterías AAA para obtener 4.5V, que es más que suficiente para alimentar Circuit Playground (que lo regulará a 3.3v para el módulo BLE) y solo lo suficiente para la tira de LED (idealmente, 5V, por lo que es posible que no sea tan brillante como sea posible, pero es lo suficientemente bueno).

Usando más cartulina en verde (solo por diversión) creé una caja simple alrededor de los portapilas. Usé un soporte AAA de 2 x y otro soporte AAA único porque eso es lo que tenía a mano. La caja del soporte del soporte de la batería hará un montaje seguro para las baterías y también agregará un poco más de fuerza al cubo final.

Paso 8: Los circuitos

Para controlar el cubo, he usado un patio de juegos Adafruit Circuit. Estos son más caros que un Arduino Nano o Pro Mini, sin embargo, tienen muchos accesorios incorporados como el acelerómetro y el altavoz, el micrófono y dos botones. También tiene 10 NeoPixels a bordo. Originalmente había planeado usar acrílico para crear tubos de luz que se doblaran dentro del cubo para redirigir la luz a los seis lados. Esto se complicó demasiado y en las pruebas parecía que la luz no terminaría lo suficientemente brillante, así que opté por la tira de NeoPixel. Los píxeles incorporados se utilizarán para otros indicadores.

El módulo HM-10 quiere niveles de 3.3v para la comunicación en serie, y dado que el Circuit Playground también funciona a 3.3v, no hay problema para conectarlos directamente. Si usáramos otro tipo de Arduino como un Nano o Pro Mini funcionando a 5V, querríamos reducir ese voltaje en la entrada RX en el HM-10 con un par de resistencias (un divisor de voltaje).

Debido a que estamos usando un módulo bluetooth para comunicarnos entre cubos, nos quedamos con solo seis líneas de E / S, una para cada sensor capacitivo para los lados del cubo. Eso no deja ninguna E / S para los NeoPixels externos. Debido a la sincronización estricta necesaria para que se programen los NeoPixels, podemos salirse con la nuestra usando un pin tanto para los píxeles como para un sensor. Verificamos el sensor periódicamente y luego, cuando sea necesario, usamos el pin para programar los píxeles. Los píxeles realmente no notan el sensor y, por supuesto, al sensor no le importan los pulsos de programación. En teoría, el sensor agrega capacitancia a la línea que podría afectar los píxeles, pero no parece ser suficiente para causar un problema.

Sin embargo, lo que sucede es un problema de codificación. Dado que el sensor capacitivo es una entrada, el código establece el pin en el modo de entrada. Cuando intentas controlar los NeoPixels, no funciona. Simplemente estableciendo manualmente el pin de nuevo en el modo de salida, se soluciona el problema.

El diagrama de Fritzing muestra un módulo bluetooth HC-05 pero en realidad estamos usando un módulo BLE HM-10, que tiene el mismo pinout. También muestra 4 baterías AAA, pero solo necesitamos 3. Finalmente, los sensores capacitivos no son prefabricados sino que están hechos de cinta de aluminio … el diagrama sirve principalmente para mostrar cómo se conecta todo. Los cables están agrupados para mostrar cómo se utilizó el cable plano.

Paso 9: Módulo BLE

Necesitamos configurar el módulo inalámbrico BLE. La forma más fácil de hacer esto es con un programador FTDI simple, que también se usa comúnmente para programar Arduino que no tienen un USB integrado (como un Pro Mini, por ejemplo). Puedes conseguirlos por unos pocos dólares. Querrá cablear las conexiones Gnd y Vcc al módulo BLE y las conexiones RX y TX, pero estas están intercambiadas. Entonces, el RX en una placa va al TX en la otra placa. Esto tiene sentido porque una placa transmite a la otra placa receptora.

Cuando conecte el USB del FTDI a su computadora, debería poder conectarse a él a través del monitor en serie en el IDE de Arduino (yo uso la versión en línea en https://create.arduino.cc/editor). Deberá configurar Baud en 9600 si aún no lo está.

Para asegurarse de que funciona, escriba:

EN + NOMBRE?

y presione el botón Enviar. Debería obtener una respuesta con el nombre actual del dispositivo (+ NOMBRE = lo que sea). El mío se llamaba inicialmente BT-05, que es un módulo diferente (AT-09 *) que el HM-10 estándar, pero en la foto pueden ver que ya lo renombré BLT (el nombre está limitado a 12 caracteres … así que "Blinky Light Thing" no iba a funcionar). Para cambiarle el nombre, escriba:

EN + NOMBRE = BLT

Y luego tuve que restablecerlo para que apareciera el nombre:

EN + RESET

Debido a que estamos haciendo varios cubos que necesitan comunicarse entre sí, uno de los cubos debe ser el "maestro" (o "central" en las especificaciones BLE) y controlar / hablar con los otros cubos ("esclavos" o "periféricos"). Para hacer esto, para el maestro necesitamos enviar estos comandos (los módulos por defecto son esclavo / periférico).

AT + IMM0

AT + ROLE1

Esto le dice al módulo que se conecte automáticamente (el primer comando) y luego que sea un dispositivo "central" (el segundo comando).

* Nota

Mi (s) módulo (s) eran módulos AT-09 (la placa de "ruptura" más grande) con un HM-10 (la placa más pequeña) pegada en ella. El chip real que hace todo el trabajo es un Texas Instruments CC2541. Hay muchas variaciones de estos módulos, así que tenga cuidado con lo que solicita. Desea encontrar módulos genuinos de Jinan Huamao.

El mío también contenía un firmware que no pude identificar, por lo que no respondió a casi todos los comandos AT interesantes. Tuve que actualizarlo al firmware de Jinan Huamao (https://www.jnhuamao.cn/download_rom_en.asp?id=). Si termina con uno de estos, aquí está el proceso para "arreglarlo" (https://forum.arduino.cc/index.php?topic=393655.0)

Paso 10: cableado final

Para el cableado final, utilicé un cable plano reciclado de un conector de unidad de disquete antiguo. Cualquier cable delgado funcionaría aquí, pero el cable plano facilitó mantener las cosas limpias y organizadas. El cable plano es lo suficientemente flexible como para doblarse y abrocharse donde sea necesario.

He usado puntos de pegamento termofusible para sujetar las cosas o, en algunos lugares, solo más cinta de aluminio. El Circuit Playground se mantiene en su lugar con otra cartulina doblada.

Paso 11: Prueba

Antes de finalizar cualquier cosa, siempre pruebe las cosas para ver cómo funciona (¡si funciona!).

Incluso antes de ensamblar nada, quería probar los sensores y también la cadena de LED. Debido a que un pin debe compartirse entre la cadena de LED y un sensor, esto fue lo primero que probé. Aquí es donde descubrí que no funcionaba, pero que la razón era solo que el pin compartido tenía que volver a establecerse en un pin de salida después de usar el sensor.

El primer sensor que probé fue solo un simple cuadrado de papel de aluminio. Esto funcionó, pero no muy sensible. El Circuit Playground está configurado para permitir el toque capacitivo directamente a sus pads (por medio de un resistor más pequeño). Desafortunadamente, para obtener más sensibilidad, necesita una resistencia más grande, pero no podemos cambiar lo que ya está en el tablero. En mi segunda prueba utilicé un sensor circular en el medio del cuadrado de la lámina con aproximadamente 2 mm de lámina extraída, con el resto de la lámina conectada a tierra. Esto resultó en un sensor mucho más sensible que funcionaba incluso detrás de los paneles acrílicos.

Desafortunadamente, después de tener todo ensamblado pero aún en forma "plana", probé los sensores nuevamente y no funcionaron bien, requiriendo un toque directo a la lámina. Creo que esto es el resultado de la capacitancia parásita en el cable plano, algo que no había considerado.

Paso 12: Rediseño del sensor

Lo primero que intenté fue mitigar los efectos de la capacitancia parásita. Al usar el cable plano, me di cuenta de que todos los cables del sensor estaban uno al lado del otro, creando más capacitancia. Esto resultó en que los dos sensores más lejanos actuaran juntos, es decir, podría presionar cualquiera de los dos y obtener la misma lectura en cualquiera de los pines de entrada. En retrospectiva, podría haber usado más cables en el cable plano, con un cable de tierra entre cada cable sensor. No quería volver a cablear todo en este punto, así que se me ocurrió una solución inteligente.

En lugar de un cable de tierra dedicado, podría cambiar todos los pines del sensor para que sean salidas con un valor lógico de 0, lo que significa que estarán conectados a tierra. Entonces, el único sensor que quería leer sería la única entrada. Esto se repetiría para leer cada sensor. ¡Esto ayudó mucho solo con un poco de programación adicional!

Además, separé los cables del módulo BLE de los cables del sensor para que no interfirieran.

Aún así, el sensor no detectaría el toque detrás de la pantalla acrílica. Finalmente, decidí que el sensor de capacitancia integrado del Circuit Playground simplemente no iba a funcionar. Fue diseñado para contacto directo, por lo que tiene una resistencia de 1 megaohmio en cada entrada. Como no puedo cambiar esto y no había más pines disponibles, tuve que detectar capacitancia con solo un pin y una resistencia externa.

Agregué una resistencia de 10 megaohmios a cada entrada, lo conecté a un pin de 3.3v y lo cambié a una biblioteca de sensores capacitivos que funciona en un solo pin. La razón por la que esto hace que el sensor sea más sensible es que la resistencia más alta hace que se cargue más lentamente, lo que permite una medición más precisa.

Paso 13: ¡Código

El código es lo que hace que todo esto funcione, por supuesto. Tengo varios juegos en mente para este cubo, así como para varios cubos. Actualmente solo tengo implementado el juego similar a simon. Puede encontrar el código aquí:

Paso 14: El pliegue final

Ahora que tenemos todo adjunto y probado, podemos hacer los pliegues finales que convierten esta creación 2D en un cubo 3D. Comenzando con la dimensión larga del conjunto, doble los tres pliegues internos y luego coloque la pestaña en la ranura, formando el cuerpo principal del cubo. Pega esto con pegamento pegajoso. A continuación, doble el panel superior (el que tiene el circuito de juegos) sobre el cubo, colocando las pestañas en las ranuras. Debe pegarlo con cinta adhesiva en su lugar porque probablemente tendrá que abrirlo con fines de reprogramación.

El lado final, que actúa como la cubierta de las baterías, no debe estar pegado, pero necesita cinta adhesiva o algo para mantenerlo en su lugar. En un diseño posterior, podría tener una pestaña de bloqueo que se encajaría en la pestaña principal para mantenerla en su lugar, como usan muchos paquetes de productos.

¡Ahora debería tener un Blinky Light Thing completamente funcional!

Paso 15: El futuro

Este fue el prototipo de Blinky Light Thing. El objetivo es hacer varios cubos más. Los cubos podrán comunicarse entre sí y permitir juegos jugados con múltiples cubos y / o múltiples jugadores. El diseño final debe ser un bonito cubo acrílico cortado con láser, o posiblemente un cuerpo impreso en 3D con paneles acrílicos. Me gustaría hacer esto como un kit y que sea lo suficientemente simple de construir para un niño. Los LED, los circuitos de los sensores se podrían construir en una placa de circuito impreso flexible para que sea mucho más simple de construir.

O quién sabe, ¿quizás podría fabricarse como juguete? Necesito probarlo con la gente para ver qué piensan. Ya como prototipo tengo varios niños y adultos con ganas de jugar con él y preguntando qué es..