Membuat Tampilan Ambient Berbasis Angin: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Ini adalah proyek kelas yang dirancang dan dibangun oleh Trinh Le dan Matt Arlauckas untuk HCIN 720: Prototyping Wearable dan Perangkat Internet of Things di Rochester Institute of Technology.

Tujuan dari proyek ini adalah untuk secara abstrak memvisualisasikan arah dan kecepatan angin di lokasi yang terkait dengan token RFID. Dua dimensi ini akan berguna bagi siapa saja yang mengemudikan kapal, menerbangkan drone, layang-layang, model roket, dan sebagainya.

Layar akan terdiri dari kipas angin yang bertiup ke atas untuk membuat pita kain riak dan 'menari' di atas meja. Keaktifan pita akan menunjukkan besarnya kecepatan angin. Arah angin akan diwakili oleh indikator yang terhubung ke motor stepper di pangkalan dan dapat berputar 360° penuh.

Langkah 1: Bahan dan Alat

Perumahan

• 1/8” Lembaran Akrilik (PMMA), cocok untuk pemotongan laser
• Batang Akrilik 1/8” (untuk mengisi sambungan)
• Hal-hal berjumbai

Bagian elektronik

• Foton Partikel (https://store.particle.io/collections/photon)
• Jack barel DC 2.1mm (https://www.adafruit.com/product/373)
• Catu daya 12VDC 600mA dengan colokan 2.1mm (https://www.adafruit.com/product/798)
• Konverter Daya DC-DC (https://www.digikey.com/product-detail/en/murata-power-solutions-inc/OKI-78SR-12-1.0-W36-C/811-3293-ND/6817698) ATAU Rangkaian Regulator Tegangan 7805 (https://www.instructables.com/howto/7805/)
• Papan Pembaca RFID MFRC522 (https://www.amazon.com/dp/B00VFE2DO6/ref=cm_sw_su_dp)
• Driver Motor H-Bridge Ganda L293D (https://www.adafruit.com/product/807)
• Motor Stepper 12V (https://www.adafruit.com/product/918)
• Kipas 120mm 12VDC (https://www.amazon.com/Kingwin-CF-012LB-Efficient-Excellent-Ventilation/dp/B002YFP8BK)
• S9013 NPN Transistor (atau serupa)
• 2 - 220 Ohm resistor
• Dioda 1N4001
• LED Biru 5mm
• Tag stiker RFID Mifare Classic 1K (https://www.amazon.com/YARONGTECH-MIFARE-Classic-Material-adhesive/)

Pengkabelan

• Adafruit Perma-Proto Half Board (https://www.adafruit.com/product/1609)
• Kawat 22 AWG, padat dan terdampar
• 20 AWG, kabel dua konduktor (untuk daya)
• Strip konektor header laki-laki (untuk koneksi kipas dan motor)
• 2 - 12 pin strip header wanita yang dapat ditumpuk (untuk Foton)
• 1 - 1x3 0,1” strip header perempuan pitch (untuk transistor kipas)
• 1 - 1x8 0,1” konektor header pitch dan kontak soket crimp (pembaca RFID)
• 1 - konektor header pitch 1x2 0,1” dan kontak soket crimp (kipas)
• 4 - konektor header pitch 1x1 0,1” dan kontak soket crimp (motor stepper)
• 1 - soket DIP 16-pin (untuk H-bridge)
• Bungkus dasi nilon kecil (opsional)
• Tabung panas menyusut (opsional)

Perangkat keras

• 2 - sekrup M3x6mm (untuk memasang motor stepper)
• 4 - sekrup M3x35mm (untuk memasang kipas)
• 8 - mesin cuci datar M3
• 4 - kacang M3

Peralatan

• Pemotong laser
• Pencetak 3D
• Alat solder
• Perekat akrilik (https://www.amazon.com/Acrylic-Plastic-Cement-Aplicator-Bottle/)
• Lembaran karton bergelombang datar (untuk jig perakitan)

Langkah 2: Data untuk Diwakili

Wind Display akan menampilkan representasi arah dan kecepatan angin dari lokasi yang terkait dengan token yang diberi tag RFID. Data ini akan diambil dari WeatherUnderground API. Untuk menggunakan API ini, buat akun di https://www.wunderground.com/weather/api, dan pilih opsi paket yang paling sesuai dengan kebutuhan Anda.

Langkah 3: Konstruksi Tampilan

Pemotongan Laser

Mengikuti instruksi manual untuk pemotong laser yang akan Anda gunakan, siapkan tampilan file Adobe Illustrator (di bawah) untuk dipotong. Anda mungkin perlu mengatur ulang objek dalam file untuk mengakomodasi ukuran pemotong laser yang Anda gunakan.

Potong pelat dengan laser dari lembaran plastik akrilik (PMMA) 1/8.

Perakitan Jig

Untuk mempertahankan sudut luar segi lima biasa sebesar 116,6°, kami merancang jig cepat (assembly_jig.ai) untuk membantu memasang pelat.

1. Buka file assembly_jig.ai, dan potong beberapa bagian dari karton bergelombang.
2. Rekatkan dalam tumpukan, pastikan tumpukan tetap persegi.

Batang Pengisi Sudut

Karena sudutnya tidak saling ortogonal, kami menggunakan batang akrilik 1/8 untuk mengisi celah, dan memberikan lebih banyak area permukaan untuk perekatan. Panjang batang yang telah dipotong sebelumnya untuk ditempatkan di antara setiap pelat, menyisakan sedikit ruang di setiap ujung untuk di mana sudut datang bersama-sama.

Merakit Basis

Mulailah dengan bagian dasar dengan lubang kipas besar, dan rekatkan potongan batang akrilik di masing-masing dari lima tepi.

Tempatkan bagian kipas ini pada salah satu kemiringan jig rakitan, dan tempatkan bagian sisi dasar pada sisi miring yang berlawanan.

Oleskan perekat dengan hati-hati ke sambungan dan tunggu hingga mengeras.

Lanjutkan bekerja di sekitar sisi lain dari potongan dasar, pastikan untuk memasang sepotong batang pengisi di mana dua pelat bertemu.

Merakit DeckGlue, dua disk pemasangan motor stepper saling membelakangi, pastikan untuk menyejajarkan lubangnya. Saat diatur, hati-hati menggunakan ketukan untuk memasang dua lubang kecil untuk sekrup M3. Sekarang, rekatkan ini ke bagian tengah pelat dek, sekali lagi pastikan untuk menyejajarkan lubang tengah.

Pasang motor stepper menggunakan kedua sekrup M3x6mm.

Merakit Bagian Atas

Bagian atas dirakit dengan cara yang sama seperti bagian bawah, tetapi hanya dengan empat pelat. Anda akan meninggalkan celah di mana pelat kelima 'mungkin' berada. Jangan lupa untuk menggunakan batang akrilik dengan menempelkan pelat atas.

Langkah 4: Elektronik

Proyek ini dapat dirakit dengan cepat menggunakan papan tempat memotong roti dan kabel jumper. Ikuti saja diagram di atas.

Untuk bangunan yang lebih berkomitmen, yah, maka inilah saatnya untuk menghilangkan keterampilan menyolder yang gila itu.

Anda DO memiliki keterampilan menyolder gila, bukan? Jika tidak, berikut beberapa tautan untuk membantu memperbaikinya…

• Instruksi: Cara Menyolder
• Panduan Adafruit untuk Solder Luar Biasa

Dengan menggunakan setengah papan Adafruit Perma-proto, susun komponen seperti yang ditunjukkan pada diagram Fritzing di atas. Menggunakan soket untuk sirkuit terpadu dan transistor memungkinkan penggantian yang cepat dan mudah jika Anda melepaskan Asap Ajaib (https://en.wikipedia.org/wiki/Magic_smoke).

Solder pin/soket header ke papan untuk membantu menghubungkan komponen luar (motor stepper dan kipas) dan membuatnya mudah ditukar (lihat 'Asap Ajaib' di atas). Solder listrik dan kabel arde di tempatnya terlebih dahulu, berusaha membuatnya sesingkat dan selangsung mungkin. Solder colokan listrik DC ke salah satu ujung kabel dua konduktor 20AWG, dan ujung lainnya ke rel daya atas (berorientasi papan dengan header Foton di sebelah kiri).

Solder kabel untuk membuat koneksi sirkuit. Dalam beberapa kasus, lebih mudah untuk menjalankan kabel di bagian bawah papan. Untuk pembaca RFID, header yang dapat ditumpuk untuk Foton memungkinkan banyak ruang untuk koneksi dibuat di bawah Foton. Hentikan kabel RFID dengan konektor header 1x8, untuk dipasang ke header pembaca RFID.

Langkah 5: Instal Elektronik

Setelah alas direkatkan, pasang kipas di alas menggunakan empat sekrup, ring, dan mur M3x35.

Pasang papan utama ke bagian dalam pelat belakang (pelat dengan potongan persegi panjang untuk jack barel DC) menggunakan pita pemasangan yang didukung busa.

Masukkan jack barel DC ke dalam lubang persegi panjang, dan semen di tempatnya menggunakan perekat akrilik.

Pasang papan pembaca RFID ke konektor dan pasang di mana pun nyaman menggunakan pita pemasangan yang didukung busa. Tidak masalah jika bagian belakang papan menghadap ke luar layar, antena akan tetap menangkap sinyal RFID. Amankan LED Biru di dekat Anda.

Pasang kipas dan motor stepper ke papan utama.

Langkah 6: Pemrograman

Baru mengenal Partikel Foton?

Proyek ini akan menggunakan Particle Webhooks untuk memanen data angin. Begini prosesnya, singkatnya.

1. Perangkat menunggu token dipindai.
2. Saat token dipindai, ID token unik disimpan.
3. Perangkat kemudian menerbitkan ID token ini ke Particle.io.
4. Setelah menerima data ini, Particle.io mengirimkan data ke halaman API kami melalui integrasi webhook.
5. Halaman API menerima ID token, dan mencari kota dan negara bagian yang terkait dengannya dari larik Lokasi.
6. Halaman API kemudian membuat panggilan AP ke WeatherUnderground (WU) menggunakan informasi lokasi.
7. API WU mengembalikan objek JSON dari kondisi cuaca terkini lengkap untuk lokasi tersebut ke halaman API.
8. Halaman API mengurai info ini, mengekstrak dan mengubah arah angin dan kecepatan angin, dan mengembalikannya ke perangkat sebagai objek JSON.
9. Perangkat mem-parsing objek JSON, menyimpan arah dan kecepatan angin yang akan digunakan untuk mengontrol motor stepper dan kipas.

Firmware

Buat proyek Foton baru bernama 'wind_display' dan timpa file utama dengan kode wind_display.ino (di bawah).

Selanjutnya, temukan dan instal pustaka berikut di proyek Anda:

• MFRC522 - perpustakaan RFID v0.1.4 untuk Perangkat Partikel
• SparkJSON - perpustakaan JSON v0.0.2 Di-porting dari @bblanchon
• Stepper - v1.1.3 Stepper Motor library untuk Arduino

Kompilasi proyek dan unduh ke Foton Anda.

Halaman API

Untuk menggunakan halaman API, Anda harus mengunggahnya ke server web yang mendukung PHP. Ada banyak pilihan hosting web PHP gratis yang tersedia.

Unduh getWindData.txt dan ubah ekstensi file menjadi.php. Buka di editor pilihan Anda dan buat perubahan berikut:

Tambahkan ID Inti Foton Anda:

// Tambahkan core_id untuk Foton yang ingin Anda izinkan untuk menggunakan API ini$allowedCores = array('CoreID Anda ada di sini');

Tambahkan Kunci API WeatherUnderground Anda:

// Kunci API WeatherUnderground$wu_apikey = "Kunci API WU Anda";

Saat ini, jangan khawatir tentang pengaturan token/lokasi. Kami akan mengurusnya setelah semuanya diatur.

Simpan dan unggah file ke server web. Rekam URL langsung untuk halaman API.

Webhook Partikel

Masuk ke Konsol Partikel Anda, dan klik ikon Integrasi di sisi kiri.

1. Klik 'Integrasi Baru', lalu pilih 'Webhook'.
2. Setel Nama Peristiwa ke 'wind_display'.
3. Setel URL ke URL langsung dari Halaman API.
4. Klik 'Buat Webhook'.

Dapatkan ID Token RFID dan ubah halaman API

Dengan Foton dicolokkan ke komputer Anda melalui USB, dan dicabut dari catu daya eksternal, buka jendela terminal dan jalankan Particle Serial Monitor.

1. Pindai tag RFID dan tuliskan ID token 8 karakter yang ditampilkan di monitor serial.
2. Ulangi untuk setiap tag tambahan yang ingin Anda gunakan.

Sekarang kembali ke getWindData.php dan temukan bagian array Lokasi:

// Lokasi Array// Ganti "TokenID n" dengan ID token yang dipindai // Ganti "Cityn" dengan kota yang terkait dengan ID token // Ganti "Sn" dengan status dua karakter yang terkait dengan kota $locations = array("TokenID 1" => array("city" => "City1", "state" => "S1"), "TokenID 2" => array("city" => "City2", "state" => "S2"), "TokenID 3" => array("city" => "City3", "state" => "S3"));

Ganti setiap ID token dengan ID token dari tag Anda, dan kaitkan masing-masing dengan kota dan negara bagian yang Anda inginkan informasi anginnya.

Simpan file dan unggah ke server web Anda.

Langkah 7: Gunakan

1. Tampilkan di mana pun Anda mau.
2. Atur baling-baling angin ke arah utara.
3. Colokkan catu daya.
4. Tempatkan token di dekat pembaca RFID dan tunggu hingga LED biru berkedip.

Langkah 8: Ide Lebih Lanjut

Berikut adalah beberapa ide untuk memperpanjang proyek!