ต้นไม้แบบโต้ตอบ: 10 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

ประเพณีที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกและวิทยานิพนธ์ที่ได้รับใบอนุญาตคือการแขวนคอบนต้นไม้ในห้องสมุดหลักของ KTH ก่อนการป้องกัน/สัมมนา ดังนั้น ในฐานะที่เป็นโครงการสำหรับหลักสูตรการออกแบบและการสร้างปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพของเรา กลุ่มของเราจึงตัดสินใจที่จะระลึกถึงธรรมเนียมปฏิบัตินี้ด้วยการสร้างแบบจำลองเชิงโต้ตอบของต้นไม้

ขั้นตอนที่ 1: สิ่งที่คุณต้องการ

วัสดุ:

• 1x Digital Scale (พร้อม 4 โหลดเซลล์)
• ผ้าเช็ดทำความสะอาดทำจากผ้าฝ้ายและเซลลูโลส (เราใช้ผ้าหนึ่งผืนต่อดอก รวม 6 ผืน)
• 2x ลูกบอลโฟม
• เกลียว
• แผ่นไม้ 4x (ของเราแต่ละอันมีขนาด 22x170x1600 มม.)
• เครือเถาเข้ามุมภายนอก 6x (2 จาก 27x27x750 มม. 2 จาก 27x27x600 มม. และ 2 จาก 27x27x1350 มม.)
• 1x ไม้กระดาน (หนาไม่เกิน 6-7 มม.)
• 2x แผ่นไม้ (หนา 2-3 ซม., 45x45 ซม.)
• สายไฟ
• ประสาน
• กาวร้อน
• ท่อหดความร้อน
• เทปกาวสองหน้า
• สกรูเอนกประสงค์ 20x (5x40 มม.)
• สกรูอเนกประสงค์ 20x (3.0x12 มม.)
• 10x มุมเสริมแรง
• 1x Stripboard (บอร์ดต้นแบบ)

อิเล็กทรอนิกส์:

• 1x - Arduino Uno
• 1x - เครื่องขยายเสียงโหลดเซลล์
• 1x - ESP8266 ไมโครคอนโทรลเลอร์ Huzzah Feather
• 1x - เครื่องอ่าน RFID Adafruit RC522
• 2x - Multiplexers (รีจิสเตอร์กะ 8 บิตพร้อมรีจิสเตอร์เอาต์พุต 3 สถานะ)
• 16x - ไฟ LED สีแดง
• 16x - ตัวต้านทาน
• 6x - เซอร์โว - Hitec HS-422 (ขนาดมาตรฐาน)

เครื่องมือ:

• หัวแร้ง
• ปืนกาวร้อน
• เลื่อยมือ
• เลื่อยฉลุ
• ไขควงไฟฟ้า
• ตะไบไม้
• เครื่องมือตัดไม้จิ๊กซอว์

ขั้นตอนที่ 2: เชื่อมต่อเครื่องชั่งน้ำหนักดิจิตอลสำหรับห้องน้ำ

สำหรับขั้นตอนแรกนี้ เราใช้โหลดเซลล์ 4 ตัวจากเครื่องชั่งน้ำหนักดิจิตอลสำหรับห้องน้ำและเครื่องขยายเสียงโหลดเซลล์ HX711 หมุดจะมีป้ายกำกับสี: RED, BLK, WHT, GRN และ YLW ซึ่งสอดคล้องกับรหัสสีของโหลดเซลล์แต่ละเซลล์ พวกเขาถูกเชื่อมเข้าด้วยกันในรูปแบบสะพานหินข้าวสาลี (ดูรูป) เราใช้การกระตุ้นบนสีแดงของ Load Cell 1 และ Load Cell 4 และเราอ่านสัญญาณจาก Load Cell 2 และ Load Cell 3 สีแดง (ดูลิงค์)

ขั้นตอนที่ 3: ตั้งค่าเครื่องอ่าน RFID

ในการประกอบเครื่องสแกน เราใช้ฮาร์ดแวร์สองชิ้น ไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP8266 Huzzah Feather และเครื่องอ่าน RFID ของ Adafruit RC522

ESP8266 และ RC522 มีการเชื่อมต่อ 5 รายการระหว่างกัน (ดูรูปที่ 1)

จุดประสงค์ของสแกนเนอร์คือการสแกนการ์ด KTH 13.6MHz และส่ง ID เฉพาะของการ์ด หรือ ID ของนักเรียนในอุดมคติไปยังฐานข้อมูล Google Firebase ทั้งหมดนี้ทำได้โดยใช้แพ็คเกจ Arduino ที่สร้างไว้ล่วงหน้า MFRC522 สำหรับ RC522, ESP8266 สำหรับ wifi และ Arduino Firebase สำหรับการสื่อสาร firebase เมื่อข้อมูลถูกส่งไปยังฐานข้อมูลแล้ว หน้าเว็บที่มีต้นไม้จะได้รับการอัปเดตโดยใช้ภาพเคลื่อนไหว D3.js เพื่อจำลองดอกไม้ที่เบ่งบานบนต้นไม้เสมือนจริง

ส่วนสุดท้ายของการตั้งค่าคือการส่งข้อมูลที่การ์ดถูกสแกนไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Uno ESP8266 และ Arduino Uno มี 1 การเชื่อมต่อระหว่างกัน (ดูรูปที่ 1)

พิน 16 ถูกใช้โดยเฉพาะเพราะมีค่าเริ่มต้นเป็น LOW ในขณะที่พินอื่นๆ มีค่าเริ่มต้นสูง เมื่อการ์ดถูกสแกน เราส่งพัลส์สูงตัวเดียวไปยัง Arduino Uno จากนั้นรันโค้ดที่เหลือ

ขั้นตอนที่ 4: ตั้งค่าทางเดิน LED

เพื่อให้มีการโต้ตอบที่มีความหมายมากขึ้น เช่นเดียวกับผลตอบรับที่มองเห็นได้ของการดำเนินการบางอย่างของผู้ใช้ เราจึงตัดสินใจจัดทางเดินของ LED ที่ส่องสว่างไปยังสาขาที่กำหนด ดังนั้น ผู้ใช้จะได้รับคำแนะนำว่าควรวางวิทยานิพนธ์ไว้ที่ใดโดยเฉพาะ

สำหรับสิ่งนี้ เราใช้มัลติเพล็กเซอร์สองตัว: รีจิสเตอร์กะ 8 บิตพร้อมรีจิสเตอร์เอาต์พุต 3 สถานะและไฟ LED สีแดง 16 ดวง มัลติเพล็กเซอร์ให้การควบคุม 8 เอาต์พุตพร้อมกันในขณะที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เพียง 3 พิน การเชื่อมต่อทำได้โดย "การสื่อสารซีเรียลแบบซิงโครนัส" (ดูลิงค์)

ขั้นตอนที่ 5: จัดดอกไม้

สำหรับขั้นตอนนี้ เราใช้วัสดุที่เบาและงอได้ - ผ้าทำความสะอาด ชิ้นส่วนรูปกลีบถูกตัดออกจากวัสดุนี้ ดังนั้นกลีบเหล่านี้จึงเชื่อมต่อกับโครงสร้างตรงกลางที่ทำจากโฟมบอล แต่ละกลีบถูกมัดด้วยด้ายเพื่อที่ว่าเมื่อดึงกลีบดอกจะงอ

ขั้นตอนที่ 6: สร้างต้นไม้

วัสดุหลักของเราคือไม้ ต้นไม้ประกอบด้วยแผ่นไม้สี่แผ่นแยกกันขันให้เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส (สกรู 5 ตัวเพื่อต่อ 2 แผ่น) กิ่งก้านทำมาจากไม้เข้ามุมด้านนอก รูสี่เหลี่ยมถูกตัดในลำต้นของต้นไม้เพื่อสอดกิ่งก้าน แต่ละสาขามี LED หนึ่งดวงที่ส่วนปลาย (กิ่งล่างและกิ่งบน) หรือไฟ LED สองดวง (กิ่งกลาง) LED แต่ละตัวได้รับการยึดด้วยกาว

หลังจากที่ติดตั้งไฟ LED อย่างถูกต้องแล้ว เราได้ติดดอกไม้หนึ่งดอกในแต่ละกิ่ง ดอกไม้แต่ละดอกมีเซอร์โวที่ควบคุมการบาน (ดูรูป) มาตราส่วน ไฟ LED และเซอร์โวเชื่อมต่อกับ Arduino ผ่านบอร์ดต้นแบบที่ทำขึ้นระหว่างขั้นตอนที่ 4 แต่ละสาขาจะถูกยึดเข้ากับลำตัวจากด้านซ้ายและด้านขวาโดยใช้มุมเสริมแรงและสกรูสากล 3.0x12 มม.

แผ่นไม้ที่หนากว่าแผ่นหนึ่งจะใช้เป็นฐานสำหรับต้นไม้ และอีกแผ่นหนึ่งจะถูกตัดเป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก ซึ่งจะขันให้แน่นกับลำต้นของต้นไม้ก่อนแล้วจึงยึดเข้ากับกระดานไม้ที่ฐาน

สำหรับแผ่นไม้ฐาน ให้ทำรูสี่เหลี่ยมสำหรับสายไฟของเครื่องชั่งเพื่อทะลุผ่าน จากนั้นยึดเครื่องชั่งกับกระดานไม้ด้วยเทปกาวสองหน้า

Arduino Uno ถูกวางไว้ที่ฐานของลำตัวเช่นเดียวกับบอร์ดต้นแบบที่มีการเชื่อมต่อที่เกี่ยวข้องทั้งหมด

ก่อนปิดต้นไม้ ทำรูสี่เหลี่ยมในแผ่นไม้สุดท้ายที่ฐาน เพื่อเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์กับ Arduino และไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP8266 Huzzah Feather

ขั้นตอนที่ 7: ตกแต่งต้นไม้

เพื่อปรับปรุงรูปลักษณ์ของต้นแบบ เราได้เพิ่มใบไม้บางส่วนบนกิ่งที่ถูกตัดด้วยเลเซอร์ เช่นเดียวกับนกฮูก (เพื่อเป็นสัญลักษณ์ของความรู้)

ขั้นตอนที่ 8: รหัส

ที่นี่คุณมีรหัสต่างๆ ที่คุณสามารถใช้เพื่อทดสอบว่าแต่ละส่วนประกอบทำงานอย่างไร (calibration_test.ino สำหรับมาตราส่วน, scanner.ino สำหรับเครื่องอ่าน RFID และ servo_test.ino สำหรับเซอร์โว) และทุกอย่างโดยสมบูรณ์ (light_test.ino เป็น การทดสอบเบื้องต้นและ main.ino เป็นเวอร์ชันสุดท้าย)

คุณจะต้องติดตั้งไลบรารี HX711 เพื่อให้สามารถทำงานกับเครื่องชั่งได้ (ลิงก์ไปยังไลบรารี)

ขั้นตอนที่ 9: สร้างเว็บแอป

เพื่อเป็นการโต้ตอบเพิ่มเติม เราได้เพิ่มคำติชมดิจิทัลผ่านเว็บแอป แอปได้รับรหัสที่สแกนและเป็นผลให้วิทยานิพนธ์แขวนอยู่ ดอกไม้บนต้นไม้เสมือนจริงก็ผลิบานเช่นกัน

ขั้นตอนที่ 10: เพลิดเพลินกับประสบการณ์

ในที่สุด เราก็มีความสุขที่สามารถทำให้ส่วนประกอบทั้งหมดทำงานร่วมกันได้สำเร็จ กระบวนการนี้ทั้งน่าตื่นเต้นและตึงเครียด แต่ถึงแม้จะมีความท้าทาย เราก็พอใจกับผลลัพธ์ที่ได้ และประสบการณ์ก็น่าสนใจ และที่สำคัญที่สุดคือให้ความรู้