Controlador 3D DIY: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

Crea una interfaz 3D usando seis resistencias, papel de aluminio y un Arduino. Toma eso, Wii. Update: una explicación mucho más completa de este proyecto está disponible en Make Magazine. Podría ser más fácil seguir sus instrucciones y creo que su código está más actualizado. El objetivo básico aquí era crear un sistema de detección de la posición de la mano en 3D que la mayoría de la gente pudiera construir, sin dejar de preservar cierta apariencia de funcionalidad. Para tener una idea de las posibles aplicaciones, consulte el video de demostración. Si crees que puedes construir uno que sea más simple e igualmente preciso, o un poco más complejo y preciso, ¡compártelo en los comentarios! Interfaz 3D de bricolaje: Tic Tac Toe de Kyle McDonald en Vimeo.

Paso 1: Materiales

Instrumentos

• Arduino
• Procesando
• Cortadores de alambre
• Soldador
• Cortador de cajas

Materiales

• (3) resistencias de 270k
• (3) resistencias de 10k
• Soldar
• Cable
• Papel de aluminio
• Cartulina

Opcional:

• Cinta (por ejemplo: whisky)
• Cable blindado (por ejemplo: cable coaxial, ~ 3 ')
• (3) pinzas de cocodrilo
• Encabezado de 3 pines
• Cremallera
• Tubo de envoltura retráctil o pegamento caliente

Paso 2: haz los platos

Este sensor funcionará usando circuitos RC simples, con cada circuito detectando la distancia en una dimensión. Descubrí que la forma más fácil de colocar tres placas capacitivas para este propósito es en la esquina de un cubo. Corté la esquina de una caja de cartón en un cubo de 8.5 y luego corté un poco de papel de aluminio para que quepa como cuadrados un poco más pequeños. La cinta en las esquinas las mantiene en su lugar. No pegue todo el perímetro, lo necesitaremos más tarde para colocar las pinzas de cocodrilo.

Paso 3: haga los conectores

Para conectar el Arduino a las placas necesitamos un cable blindado. Si el cable no está blindado, los propios cables actúan de forma más obvia como parte del condensador. Además, descubrí que las pinzas de cocodrilo facilitan la conexión de las cosas al aluminio, pero probablemente también haya muchas otras formas.

• Corte tres longitudes iguales de cable blindado. Elegí alrededor de 12 ". Cuanto más corto, mejor. El cable coaxial funciona, pero cuanto más ligero / flexible, mejor.
• Pele la última media pulgada más o menos para revelar el blindaje y el último cuarto de pulgada para revelar el cable.
• Gire las pinzas de cocodrilo a los cables sobre los cables y suéldelos.
• Agregue un poco de tubo termorretráctil o pegamento caliente para mantener las cosas juntas.

Paso 4: haz el circuito

El "circuito" es solo dos resistencias por pieza de aluminio. Para entender por qué están ahí, es útil saber qué estamos haciendo con Arduino. Lo que haremos con cada pin, secuencialmente, es:

• Establezca el pin en modo de salida.
• Escribe un "bajo" digital en el pin. Esto significa que ambos lados del condensador están conectados a tierra y se descargará.
• Establezca el pin en el modo de entrada.
• Cuente cuánto tiempo tarda el capacitor en cargarse esperando que el pin se ponga "alto". Esto depende de los valores del condensador y las dos resistencias. Dado que las resistencias son fijas, se podrá medir un cambio en la capacitancia. La distancia desde el suelo (su mano) será la variable principal que contribuya a la capacitancia.

Las resistencias de 270k proporcionan el voltaje para cargar los condensadores. Cuanto menor sea el valor, más rápido se cargarán. Las resistencias de 10k también afectan la sincronización, pero no entiendo completamente su función. Haremos este circuito en la base de cada cable.

• Suelde la resistencia de 10k al extremo del cable opuesto a la pinza de cocodrilo
• Suelde la resistencia de 270k entre el blindaje y el cable (placa). Blindaremos el cable con los mismos 5 V que usamos para cargar los condensadores.

Paso 5: Termine y conecte el conector

Una vez que los 3 conectores estén terminados, es posible que desee agregar tubos termorretráctiles o pegamento caliente para aislarlos entre sí, porque soldará los puntos de protección / 5 V juntos.

Para mí, fue más fácil soldar los dos conectores más externos juntos y luego agregar el tercero. Una vez que haya soldado los tres conectores, agregue un cuarto cable para suministrar el blindaje / 5 V.

Paso 6: Conecte y cargue el código

• Enchufe el conector en el Arduino (pines 8, 9 y 10)
• Encaje las pinzas de cocodrilo en las placas (8: x: izquierda, 9: y: abajo, 10: z: derecha)
• Proporcione energía enchufando el cuarto cable (mi cable rojo) en los 5 V de Arduino
• Conecte el Arduino, inicie el entorno Arduino
• Cargue el código en la placa (nota: si se encuentra fuera de América del Norte, probablemente deba cambiar #define mains a 50 en lugar de 60).

El código de Arduino se adjunta como Interface3D.ino y el código de procesamiento se adjunta como TicTacToe3D.zip

Paso 7: ¡Haz algo genial

Si observa la ventana serial en el entorno Arduino, notará que está escupiendo coordenadas 3D sin procesar a 115200 baudios, a aproximadamente 10 Hz = 60 Hz / (2 ciclos completos * 3 sensores). El código toma medidas tantas veces como sea posible en cada sensor durante el período de dos ciclos de la frecuencia de la red eléctrica (que es sorprendentemente estable) para cancelar cualquier acoplamiento. Lo primero que hice con esto fue hacer un simple Tic 3D Interfaz Tac Toe. Si desea comenzar con una demostración funcional, el código está disponible aquí, simplemente coloque la carpeta "TicTacToe3D" en su carpeta de bocetos de procesamiento. Tres cosas útiles que el código Tic Tac Toe demuestra:

• Linealiza los datos brutos. El tiempo de carga en realidad sigue una ley de potencia relativa a la distancia, por lo que debe sacar la raíz cuadrada de uno a lo largo del tiempo (es decir, distancia ~ = sqrt (1 / tiempo))
• Normaliza los datos. Cuando inicie el boceto, mantenga presionado el botón izquierdo del mouse mientras mueve la mano para definir los límites del espacio con el que desea trabajar.
• Agregar "impulso" a los datos para suavizar los nervios.

En la práctica, al usar esta configuración con papel de aluminio, puedo obtener un rango de la dimensión más grande de papel de aluminio (la pieza más grande que he probado es de 1,5 pies cuadrados).

Paso 8: variaciones y notas

Variaciones

• Construye sensores masivos
• Optimice las resistencias y el código para las cosas que vibran rápidamente y utilícelo como pastilla / micrófono
• Probablemente haya otros trucos para desacoplar el sistema del zumbido de CA (¿un condensador enorme entre las placas y el suelo?)
• He experimentado con proteger las placas en la parte inferior, pero solo parece causar problemas.
• Hacer un selector de color RGB o HSB
• Controle los parámetros de video o música; secuenciar un ritmo o melodía
• Superficie grande y ligeramente doblada con varias placas + un proyector = interfaz "Informe de minorías"

Notas

El patio de juegos de Arduino tiene dos artículos sobre detección táctil capacitiva (CapSense y CapacitiveSensor). Al final, decidí invertir un diseño que encontré en la copia de un amigo de "Computación física" (Sullivan / Igoe) que describía cómo usar RCtime (el circuito tenía el condensador y una resistencia fijos, y medía el valor de una potenciómetro). La temporización de microsegundos se logró usando un código ligeramente optimizado de los foros de Arduino. Nuevamente: solo desde comenzar con toneladas de esquemas de theremin que no entiendo completamente, soy consciente de que hay mejores formas de hacer detección de distancia capacitiva, pero quería hacer algo lo más simple posible que aún fuera funcional. Si tiene un diseño igualmente simple y funcional, ¡publíquelo en los comentarios! Gracias a Dane Kouttron por tolerar todas mis preguntas básicas de electrónica y ayudarme a entender cómo funciona un circuito de theremin heterodino simple (originalmente, iba a usar estos - y, si se sintoniza correctamente, probablemente sería más preciso).

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