การควบคุมระยะไกล ASD ที่รุนแรง: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

ในช่วงปริญญาโทสาขาวิศวกรรมเครื่องกลไฟฟ้า ครั้งที่ 1 นักศึกษาจะถูกท้าทายให้สร้างหุ่นยนต์สำหรับโครงงานหลักสูตรเมคคาทรอนิกส์โดยศาสตราจารย์ Bram Vanderborght เราตัดสินใจใช้โอกาสนี้ร่วมกับคนหนุ่มสาวที่มีความหมกหมุ่นขั้นรุนแรงในฐานะทีมที่มีสามสาว "Make your choice" เป็นโครงการร่วมกับ Parhélie Brussels สถาบันเอกชนสำหรับเด็กและผู้ใหญ่ที่เป็นออทิสติก โรคจิต หรือโรคประสาทขั้นรุนแรง เป้าหมายคือการสร้างอุปกรณ์ที่ช่วยให้คนหนุ่มสาวที่เป็นโรค ASD (Autism Spectrum Disorder) รุนแรงตั้งแต่อายุ 12 ถึง 18 ปีมีโอกาสสื่อสารกับคอมพิวเตอร์ เนื่องจากคนหนุ่มสาวไม่พูด อุปกรณ์จึงควรช่วยให้พวกเขาโต้ตอบกับผู้คนได้เช่นกัน นับจากนี้เป็นต้นไป ผู้ดูแลจะไม่ต้องเลือกชื่อของคนหนุ่มสาว แต่คนหนุ่มสาวจะสามารถตัดสินใจได้ด้วยตนเอง เป้าหมายหลักคือสามารถเลือกเพลงหรืออาหารเย็นที่แสดงบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ได้ด้วยตัวเอง

เนื่องจากเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะให้ตัวเลือกในการนำโครงการกลับมาใช้ใหม่ในโครงการอื่นๆ ในอนาคต ความเป็นไปได้ของการขยายจะนำมาพิจารณาด้วย การเข้ารหัสของแอพคอมพิวเตอร์จะดำเนินการในลักษณะที่สามารถขยายตัวเลือกตัวเลือกได้ตามต้องการ

สำหรับการออกแบบ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงว่าเด็กๆ จะฟุ้งซ่านได้ง่าย ไม่มีทักษะการเคลื่อนไหวที่ดี และอาจจะพยายามทำลายอุปกรณ์ กล่องได้รับการออกแบบมาซึ่งสามารถเก็บอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดไว้ภายในได้ เพื่อป้องกันแรงกระแทก แบตเตอรี่จะถูกจัดเก็บไว้ในกล่องแยกต่างหากและบัดกรีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์บน PCB

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบครั้งแรก

ก่อนที่จะคิดเกี่ยวกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับโครงการนี้ ขอแนะนำให้ออกแบบกล่องเป็นอันดับแรก เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต้องพอดีกับกล่องแต่กล่องอาจไม่ใหญ่เกินไปที่จะใช้เป็นรีโมทได้ จึงเป็นการทดลองและข้อผิดพลาด กระบวนการหาขนาดที่เหมาะสม ด้วยโปรแกรม Autodesk Inventor Professional 2018 แนวคิดแรกได้รับการออกแบบ ด้วยวิธีนี้ พื้นที่ที่จัดเตรียมไว้สำหรับส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดจะถูกนำมาพิจารณาเมื่อค้นหาบนอินเทอร์เน็ต

กล่องจะทำหน้าที่เป็นรีโมท มี 3 ปุ่มให้เลือกระหว่างตัวเลือกที่แสดงบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ปุ่มด้านนอก 2 ปุ่มจะทำหน้าที่เป็นปุ่มควบคุมเพื่อสลับไปมาระหว่างผู้ใหญ่วัยหนุ่มสาวที่มีความหมกหมุ่นรุนแรง สิ่งสำคัญคือต้องทำให้กล่องไม่ซับซ้อนและเสียสมาธิจนเกินไป และคงไว้ซึ่งรูปแบบสีเดียวกันเสมอ โดยใช้มาตรความเร่ง RGB ด้านซ้าย ปุ่ม LED จะแสดงเป็นสีน้ำเงินเสมอ และปุ่มขวาจะแสดงเป็นสีแดงเสมอ ไม่ว่ารีโมทจะปรับทิศทางอย่างไร สีจะมองเห็นได้ตลอดเวลาและจะหายไปในไม่กี่วินาทีเมื่อกดปุ่ม พร้อมกับการทำงานของปุ่ม piezobuzzer จะส่งเสียงและมอเตอร์สั่นสะเทือนจะทำให้กล่องสั่นสะเทือนในมือของเด็ก ในการเชื่อมโยงการทำงานของปุ่มต่างๆ กับแอปคอมพิวเตอร์ สัญญาณจะถูกส่งไปยังแอปโดยใช้การเชื่อมต่อ Wi-Fi

กล่องสุดท้ายมีรูปทรงสี่เหลี่ยมเรียบง่าย มี 3 รูสำหรับปุ่ม (กล่องด้านบน), 2 รู (ด้านหน้าและด้านหลัง) เพื่อเชื่อมต่อเครื่องชาร์จแบตเตอรี่และ Redbear Duo และ 4 รูเล็กมากกระจายทั้งสองด้านเพื่อรับประกันว่า เสียงของ piezobuzzer นั้นชัดเจน ขอบกล่องมีความโค้งมน ป้องกันไม่ให้เยาวชนทำร้ายตนเองหรือผู้อื่นได้

ขั้นตอนที่ 2: รับส่วนประกอบของคุณ

คุณจะต้องการ:

- เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (สามารถเข้าถึงได้ในที่สาธารณะ FABlab บรัสเซลส์) เราใช้เครื่องพิมพ์ที่มีให้สำหรับนักศึกษาวิศวกรรมไฟฟ้าที่ VUB

- หัวแร้งและหัวแร้ง

- Colorfabb XT - วัสดุใสสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ มีจำหน่ายที่:

- Redbear DuoInformation: https://redbear.cc/duo ซื้อจาก: https://www.antratek.com/redbear-duo ราคา: €30, 13แรงดันใช้งานของ Redbear Duo คือ 3, 3 V. อุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ จำเป็นต้องใช้ ให้เลือกเพื่อให้สามารถทำงานใน 3, 3 V.

- ปุ่มอาร์เคด LED สีเขียว (อุปกรณ์เสริม) ข้อมูล: https://www.adafruit.com/product/3487ซื้อจาก: https://www.sossolutions.nl/ ราคา: € 4, 55

- 2 RGB LED Buttons (resistors used for connection at PCB)ซื้อจาก: https://www.aliexpress.com/item/ONPOW-22mm…ราคา: € 18

- ข้อมูลมาตรความเร่ง ADXL345: https://www.sparkfun.com/products/9836ซื้อจาก: https://www.antratek.nl/tri-axis-adxl345-breakoutราคา: €21, 75นี่คือมาตรวัดความเร่งแบบ 3 แกนแบบดิจิตอลที่ ไม่ได้ใช้พลังงานมาก เราต้องการให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด

- Li-IonBattery 1200 mAhInformation: https://www.adafruit.com/product/258 ซื้อจาก: https://www.kiwi-electronics.nl/lithium-ion-polym…ราคา: € 11, 95A Li-ion เลือกแบตเตอรี่แล้ว แม้ว่าจะไม่ใช่แบตเตอรี่ประเภทที่ปลอดภัยที่สุด เพราะต้องชาร์จรีโมทผ่านไมโคร USB มิฉะนั้น ผู้ดูแลจะต้องเปิดกล่องเพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่เสมอ

- เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ข้อมูล: https://www.adafruit.com/product/259 ซื้อจาก: https://www.kiwi-electronics.nl/usb-li-ion-lipoly…ราคา: € 14, 90

- PiezobuzzerInformation: https://www.adafruit.com/product/1739 ซื้อจาก: https://www.adafruit.com/product/1739 ราคา: €1, 25

- มอเตอร์สั่นสะเทือน 2 ตัว (ต่อกับตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์) ข้อมูล: https://www.adafruit.com/product/1201 ซื้อจาก: https://www.kiwi-electronics.nl/vibrating-mini-mo…ราคา: €2, 50

- แผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อปรับส่วนประกอบไฟฟ้า

- ตัวต้านทาน ตัวต้านทาน 4 ตัวที่ 150 โอห์ม (2 ตัวสำหรับปุ่มอาร์เคด RGB แต่ละปุ่ม) ตัวต้านทาน 2 ตัวที่ 4.7 kOhm (สำหรับตัวตรวจวัดความเร่ง) ตัวต้านทาน 3 ตัวที่ 10 kOhm (1 สำหรับแต่ละปุ่ม) ตัวต้านทาน 1 ตัวที่ 100 โอห์ม (สำหรับมอเตอร์แบบสั่น) 1 ตัว ทรานซิสเตอร์ PN2222 (สำหรับมอเตอร์สั่นสะเทือน)

- สกรู2 M2, 5x8 สกรูสำหรับบอร์ดส่วนประกอบ5 สกรู M3x8 ที่ด้านล่างของกล่อง (4) และด้านล่างของกล่องแบตเตอรี่ (1) 4 สกรู M2, 5x8 สกรูสำหรับด้านล่างของกล่องสั่นสะเทือน (2 ต่อกล่อง)

สำหรับส่วนการเขียนโปรแกรม Java ใน Eclipse ถูกใช้เพื่อตั้งโปรแกรมแอป Redbear Duo ถูกตั้งโปรแกรมโดยใช้ Arduino IDE

ขั้นตอนที่ 3: ประสานชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บน PCB

ในการประสานส่วนประกอบทั้งหมดบนบอร์ด PCB จำเป็นต้องทราบการเชื่อมต่อกับ Redbear Duo การเชื่อมต่อเหล่านี้สามารถมองเห็นได้ในภาพแรก ส่วนประกอบทั้งหมดที่ใช้ในโปรเจ็กต์เชื่อมต่อกับพินอินพุต/เอาต์พุตของ Redbear Duo ในการเชื่อมต่อปุ่มและมอเตอร์สั่นสะเทือน จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์ ส่วนเหล่านี้สามารถดูได้ในอีก 3 ภาพ หากต้องการทราบว่าตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์ตัวใดที่ใช้และวางไว้ที่ใด แบบแผนและหมายเหตุเพิ่มเติมจะระบุไว้ในภาพเหล่านี้

หมายเหตุด้านข้าง: พอร์ตที่ระบุในภาพเป็นพอร์ตที่ใช้ในโครงการ สามารถเลือกพอร์ตต่างๆ ได้ จำเป็นต้องคำนึงถึงข้อจำกัดบางประการเท่านั้น: พอร์ต SDA และ SCL ของมาตรความเร่งจำเป็นต้องเชื่อมต่อตามลำดับเพื่อพิน D0 และพิน D1 ของ Redbear Duo จำเป็นต้องต่อมอเตอร์เสียงกริ่งและการสั่นสะเทือนเข้ากับพิน PWM

คู่มือการเชื่อมต่อสำหรับมาตรความเร่งมีอยู่ในเว็บไซต์ของ Sparkfun การสื่อสารที่ใช้คือ I2C

ขั้นตอนที่ 4: 3D Print Remote

เมื่อการออกแบบได้รับการปรับปรุงแล้ว กล่องสามารถพิมพ์ 3 มิติได้ สำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะต้องพิมพ์ 5 ส่วนที่แตกต่างกัน:- ด้านล่างของกล่อง- รูปร่างของกล่อง- แผ่นยึดของกล่องแบตเตอรี่- แผ่นยึดของกล่องสั่นสะเทือน (2)

ต้นแบบได้รับการออกแบบโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Ultimaker 2 วัสดุที่ใช้สำหรับส่วนประกอบทั้งหมดคือ ColorFabb XT

ขั้นตอนที่ 5: ตั้งโปรแกรม Redbear Duo

ในขณะที่การออกแบบกล่องได้รับการปรับปรุงและพิมพ์ ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถตั้งโปรแกรมได้

พินอินพุต/เอาต์พุตส่วนใหญ่ที่ใช้เชื่อมต่อส่วนประกอบกับ Redbear Duo ได้อธิบายไว้แล้วในขั้นตอนที่ 3 ส่วนที่เหลือสามารถพบได้ในโค้ด

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สีของปุ่มด้านนอกจะต้องปรับตามทิศทางของกล่อง นี่คือเหตุผลที่ใช้มาตรความเร่ง ในโค้ด สีจะเปลี่ยนเมื่อพิกัด x ของมาตรความเร่งมากกว่า 50 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการวางตัวตรวจวัดความเร่งในกล่อง อย่าลืมตรวจสอบค่าพิกัด x ในอุปกรณ์ของคุณและปรับโค้ดหากจำเป็น ห้องสมุดที่จำเป็นในการอ่านค่าของมาตรความเร่งสามารถพบได้บนเว็บไซต์ของ Sparkfun ที่กล่าวถึงในขั้นตอนที่ 3

เพื่อประหยัดแบตเตอรี่เมื่อไม่ได้ใช้งานอุปกรณ์ สามารถปิด Wi-Fi และไฟ LED ได้ เมื่อวางกล่องไว้ทางด้านขวาและกดปุ่มด้านนอกทั้งสองปุ่ม กล่องจะปิดลง ในการปลุกกล่องต้องกดปุ่มด้านนอก (การวางแนวไม่สำคัญสำหรับการกระทำนี้) สำหรับขั้นตอนนี้ เป็นการดีที่สุดที่จะตรวจสอบค่าของพิกัด y เมื่อวางกล่องไว้ทางด้านขวา และปรับถ้าจำเป็น

ขั้นตอนที่ 6: สร้างแอป

เพื่อให้รีโมทใช้งานง่าย แอพจึงถูกสร้างขึ้นใน Java แอปสามารถสื่อสารกับรีโมทผ่านการเชื่อมต่อ WiFi โดยใช้ข้อมูลที่ได้รับจากรีโมท แอพจะเลื่อนดูตัวเลือกต่างๆ และด้วยวิธีนี้จะเลือกรูปภาพหรือเล่นเพลง เนื่องจากโปรแกรมจำเป็นต้องขยายได้ จึงสามารถเพิ่มชื่อและหมวดหมู่ได้

ในแผงแรก ต้องเลือกชื่อของคนหนุ่มสาวที่จะใช้รีโมท โดยใช้ช่องข้อความและปุ่มที่ด้านล่างของแผง คุณสามารถเพิ่มหรือลบชื่อได้

เลือกชื่อรุ่นน้องแล้วต้องเลือกหมวด หากเลือกหมวดหมู่ "เพลง" เพลงจะเล่นเมื่อยืนยันตัวเลือกแล้ว

หน้าจอสุดท้ายเป็นหน้าจอเดียวที่คนหนุ่มสาวจะมองเห็นได้ และเป็นแผงเดียวที่ควบคุมได้ด้วยรีโมท คุณสามารถเลื่อนดูภาพโดยไปทางซ้ายหรือขวา หากตัวเลือกได้รับการยืนยันโดยกดปุ่มตรงกลางบนรีโมท กรอบสีเขียวจะปรากฏขึ้นรอบๆ ภาพ ณ จุดนี้ ไม่สามารถเลื่อนไปยังตัวเลือกต่างๆ ได้ เมื่อกดปุ่มยืนยันอีกครั้ง ระบบจะยกเลิกการเลือกตัวเลือก

หน้าต่าง "เพิ่มไฟล์" และ "ลบไฟล์" สามารถใช้เพื่อเพิ่มและลบภาพได้ เมื่อเพิ่มไฟล์ในหมวด Music จะต้องปฏิบัติตามสองขั้นตอน ในหน้าต่างป๊อปอัปแรก สามารถเลือกรูปภาพที่ต้องแสดงบนหน้าจอได้ ในหน้าต่างป๊อปอัปที่สอง ต้องเลือกเพลงที่เกี่ยวข้องกับภาพนี้ เพลงที่เลือกจะต้องเป็นรูปแบบ mp3

หากต้องการลบไฟล์ จะต้องเลือกชื่อรูปภาพในรายการ ซึ่งจะปรากฏขึ้นเมื่อกดปุ่ม "ลบไฟล์"

ขั้นตอนที่ 7: ประกอบกล่อง

ขั้นตอนสุดท้ายต้องประกอบกล่อง - เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับกล่อง ระหว่างปุ่มใช้โฟมด้านใน โปรดจำไว้ว่าสายไฟของปุ่มต่างๆ ต้องการพื้นที่บางส่วนเช่นกัน!- ใส่แบตเตอรี่ในกล่องแบตเตอรี่และขันสกรูยึดแบตเตอรี่ไว้ - มอเตอร์สั่นสะเทือนมีชั้นกาวบาง ๆ ที่สามารถใช้ในการตรึงไว้ภายในกล่องมอเตอร์สั่นสะเทือน เนื่องจากกล่องมีขนาดเล็ก จึงสามารถใช้ไม้บรรทัดหรือวัตถุขนาดเล็กกดมอเตอร์ไปที่ด้านข้างของกล่องได้ดีกว่าเล็กน้อย เมื่อยึดมอเตอร์เรียบร้อยแล้ว สามารถปิดกล่องได้โดยใช้การยึดและสกรู - สายไฟจากปุ่มและมอเตอร์สั่นสะเทือนเชื่อมต่อกับ PCB.- PCB สามารถเชื่อมต่อกับเสาด้านข้างที่พิมพ์ 3 มิติโดยใช้สกรู การประกอบ PCB จะต้องดำเนินการในลักษณะที่ Redbear Duo และเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ได้รับการแปลอย่างถูกต้องในกล่อง (ใกล้หลุม)- ในที่สุดด้านล่างของกล่องจะถูกประกอบเข้ากับเสาในมุมโดย หมายถึงสกรู

ยินดีด้วย! เมื่อถึงจุดสิ้นสุดของขั้นตอนนี้ คุณประสบความสำเร็จในการสร้างรีโมตคอนโทรลใหม่สำหรับคนหนุ่มสาวที่มีความหมกหมุ่นขั้นรุนแรง ในขั้นตอนนี้ของโครงการ ขอแนะนำให้ทดสอบว่าทุกอย่างเป็นไปตามที่ต้องการ ขอให้โชคดีและสนุก!