Lav en vindbaseret omgivelsesvisning: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Dette er et klasseprojekt designet og bygget af Trinh Le og Matt Arlauckas til HCIN 720: Prototyping Wearable and Internet of Things Devices ved Rochester Institute of Technology.

Formålet med dette projekt er abstrakt at visualisere vindens retning og hastighed på steder, der er forbundet med RFID -tokens. Disse to dimensioner ville være nyttige for alle, der piloter både, flyver droner, drager, modelraketter og så videre.

Displayet ville bestå af en blæser opad til at lave bånd af stof, der bølger og 'danser' over bordpladen. Båndenes livlighed ville vise størrelsen på vindhastigheden. Vindretningen ville være repræsenteret af en indikator forbundet til en trinmotor i basen og i stand til at rotere hele 360 °.

Trin 1: Materialer og værktøjer

Boliger

• 1/8”akryl (PMMA) ark, velegnet til laserskæring
• 1/8”akrylstænger (til påfyldning af samlinger)
• Fringy ting

Elektroniske dele

• Particle Photon (https://store.particle.io/collections/photon)
• 2,1 mm DC tønde jack (https://www.adafruit.com/product/373)
• 12VDC 600mA Strømforsyning med 2,1 mm stik (https://www.adafruit.com/product/798)
• DC-DC Power Converter (https://www.digikey.com/product-detail/en/murata-power-solutions-inc/OKI-78SR-12-1.0-W36-C/811-3293-ND/6817698) ELLER 7805 spændingsregulator kredsløb (https://www.instructables.com/howto/7805/)
• MFRC522 RFID Reader Board (https://www.amazon.com/dp/B00VFE2DO6/ref=cm_sw_su_dp)
• L293D dobbelt H-bro motor driver (https://www.adafruit.com/product/807)
• 12V Stepper Motor (https://www.adafruit.com/product/918)
• 120 mm 12VDC blæser (https://www.amazon.com/Kingwin-CF-012LB-Efficient-Excellent-Ventilation/dp/B002YFP8BK)
• S9013 NPN Transistor (eller lignende)
• 2 - 220 Ohm modstand
• 1N4001 Diode
• 5 mm blå LED
• Mifare Classic 1K RFID-klistermærker (https://www.amazon.com/YARONGTECH-MIFARE-Classic-Material-adhesive/)

Ledninger

• Adafruit Perma-Proto Half Board (https://www.adafruit.com/product/1609)
• 22 AWG -tråd, massiv og strandet
• 20 AWG, to-leder ledning (til strøm)
• Tilslutningsstik til hanstik (til ventilator- og motortilslutninger)
• 2 - 12 -polede hunstabelbare headerstrimler (til Photon)
• 1 - 1x3 0,1”pitch kvindelig headerliste (til ventilatortransistor)
• 1 - 1x8 0,1”pitch header -stik og krympekontakter (RFID -læser)
• 1 - 1x2 0,1”pitch header -stik og krympekontakter (ventilator)
• 4 - 1x1 0,1”pitch header -stik og krympekontakter (trinmotor)
• 1-16-bens DIP-stik (til H-bro)
• Små nylonbindere (valgfrit)
• Krympeslange (valgfrit)

Hardware

• 2 - M3x6mm skruer (til montering af trinmotor)
• 4 - M3x35mm skruer (til montering af ventilator)
• 8 - M3 flade skiver
• 4 - M3 nødder

Værktøjer

• Laserskærer
• 3D printer
• Loddeværktøjer
• Akrylklæbemiddel (https://www.amazon.com/Acryl-Plastic-Cement-Applicator-Bottle/)
• Flade bølgepapark (til montering af jig)

Trin 2: Data til repræsentation

Vindskærmen viser en visning af vindretning og hastighed fra et sted, der er forbundet med et RFID-mærket token. Disse data vil blive indsamlet fra WeatherUnderground API. For at bruge denne API skal du oprette en konto på https://www.wunderground.com/weather/api og vælge den planmulighed, der passer bedst til dine behov.

Trin 3: Vis konstruktion

Laserskæring

Følg instruktionsbogen til laserskæreren, du skal bruge, og gør Adobe Illustrator -filerne (herunder) til skæring klar. Du skal muligvis omarrangere objekterne i filerne, så de passer til størrelsen på laserskæreren, du bruger.

Laserskær pladerne af 1/8 akryl (PMMA) plastplader.

Montering Jig

For at opretholde den regelmæssige femkant udvendige vinkel på 116,6 ° designede vi en hurtig jig (assembly_jig.ai) til at hjælpe med montering af pladerne.

1. Åbn filen assembly_jig.ai, og skær flere stykker af bølgepap.
2. Lim dem sammen i en stak, og sørg for at stakken forbliver firkantet.

Vinkelfyldestænger

Fordi vinklerne ikke er ortogonale med hinanden, bruger vi 1/8 akrylstænger til at udfylde hullet og giver mere overfladeareal til limning. Forklippede længder af stangen skal placeres mellem hver plade, hvilket efterlader lidt plads i hver ende for hvor hjørnerne kommer sammen.

Montering af basen

Start med bundstykket med det store ventilatorhul, og lim et stykke akrylstang på hver af de fem kanter.

Placer dette blæserstykke på den ene skråning af forsamlingsjiggen, og anbring et undersidestykke på den modsatte skrå side.

Påfør forsigtigt klæbemidlet på leddet, og vent på, at det er hærdet.

Fortsæt med at arbejde rundt om de andre sider af bundstykket, og sørg for at vedhæfte et stykke fyldestang, hvor to plader mødes.

Montering af DeckGlue de to trinmotormonteringsskiver back-to-back, og sørg for at stille hullerne op. Når det er indstillet, skal du forsigtigt bruge en hane til at gevind de to små huller til M3 -skruerne. Lim dette nu til midten af dækpladen, og sørg igen for at stille midterhullet op.

Fastgør trinmotoren ved hjælp af de to M3x6mm skruer.

Montering af toppen

Toppen samles på samme måde som bunden, men med kun fire plader. Du efterlader et hul, hvor en femte plade 'måske' er placeret. Glem ikke at bruge akrylstangen til limning af de øverste plader.

Trin 4: Elektronik

Dette projekt kan hurtigt samles ved hjælp af et brødbræt og jumperwirer. Følg bare ovenstående diagram.

For en mere engageret bygget, ja, så er det tid til at ødelægge de gale loddeevner.

Du har IKKE vanvittige loddeevner, ikke? Hvis ikke, her et par links til at hjælpe med at rette op på det …

• Instruktioner: Sådan loddes
• Adafruit Guide til fremragende lodning

Brug Adafruit Perma-proto halvpension til at lægge komponenterne ud som vist i Fritzing-diagrammet ovenfor. Brug af stikkontakter til de integrerede kredsløb og transistorer giver mulighed for hurtig og nem udskiftning, hvis du tilfældigvis frigiver enhver magisk røg (https://da.wikipedia.org/wiki/Magic_smoke).

Loddehovedstifter/stikkontakter til brættet for at hjælpe med at forbinde de ydre komponenter (trinmotor og blæser) og gøre dem let udskiftelige (se ‘Magic Smoke’ ovenfor). Loddekraft og jordledning på plads først og forsøger at holde dem så korte og direkte som muligt. Lod DC-stikket til den ene ende af en længde af 20AWG-tolederkablet, og den anden ende til de øverste strømskinner (bord orienteret med Photon-overskrifter til venstre).

Loddekabler til at lave kredsløbstilslutninger. I nogle tilfælde er det lettere at køre ledninger på bunden af brættet. For RFID -læseren giver de stabelbare overskrifter til Photon rigelig plads til tilslutninger under Photon. Afslut RFID -ledningerne med 1x8 -headerstikket, for at fastgøre det til RFID -læserens header.

Trin 5: Installer elektronik

Når basen er limet op, installeres ventilatoren i basen ved hjælp af de fire M3x35 skruer, skiver og møtrikker.

Fastgør hovedkortet til indersiden af bagpladen (pladen med den rektangulære udskæring til DC-tøndejakken) ved hjælp af det skumstøttede tape.

Sæt jævnstrømsstikket i det rektangulære hul, og cementér på plads ved hjælp af akrylklæbemidlet.

Sæt RFID-læserkortet på stikket og monter det, hvor det er praktisk, ved hjælp af det skumstøttede monteringstape. Det er okay, hvis bagsiden af tavlen vender ud mod skærmens yderside, vil antennen stadig opfange RFID -signalet. Fastgør den blå LED tæt på.

Sæt blæseren og trinmotoren i hovedkortet.

Trin 6: Programmering

Ny på Particle Photon?

Dette projekt vil bruge Particle Webhooks til at høste vinddataene. Her er processen i en nøddeskal.

1. Enheden venter på, at et token skal scannes.
2. Når et token scannes, gemmes det unikke token -id.
3. Enheden offentliggør derefter dette token -id til Particle.io.
4. Ved modtagelse af disse data sender Particle.io dataene til vores API -side via webhook -integration.
5. API -siden modtager token -id'et og søger efter byen og staten, der er knyttet til det, fra placeringsmatrixen.
6. API -siden foretager derefter AP -opkaldet til WeatherUnderground (WU) ved hjælp af placeringsoplysningerne.
7. WU API returnerer et JSON -objekt med de komplette aktuelle vejrforhold for denne placering til API -siden.
8. API -siden analyserer disse oplysninger, udtrækker og konverterer vindretningen og vindhastigheden og returnerer dem til enheden som et JSON -objekt.
9. Enheden analyserer JSON -objektet og lagrer vindretningen og hastigheden, der skal bruges til at styre trinmotoren og blæseren.

Firmware

Opret et nyt Photon -projekt kaldet 'wind_display' og overskriv hovedfilen med wind_display.ino -koden (nedenfor).

Find og installer derefter følgende biblioteker i dit projekt:

• MFRC522 - v0.1.4 RFID -bibliotek til partikeludstyr
• SparkJSON - v0.0.2 JSON -bibliotek Portet fra @bblanchon
• Stepper - v1.1.3 Stepper Motor bibliotek til Arduino

Kompilér projektet, og download det til din Photon.

API -side

For at bruge API-siden skal du uploade den til en PHP-aktiveret webserver. Der er mange gratis PHP web hosting muligheder tilgængelige.

Download getWindData.txt, og skift filtypen til.php. Åbn i din foretrukne editor, og foretag følgende ændringer:

Tilføj dig Photon Core ID:

// Tilføj core_id for fotoner, du gerne vil tillade at bruge denne API $ allowCores = array ('Dit CoreID går her');

Tilføj din WeatherUnderground API -nøgle:

// WeatherUnderground API Key $ wu_apikey = "Din WU API Key";

På nuværende tidspunkt skal du ikke bekymre dig om at indstille tokens/placeringer. Vi tager os af det, når alt er sat op.

Gem og upload filen til webserveren. Optag den levende URL til API -siden.

Partikel Webhook

Log ind på din partikelkonsol, og klik på ikonet Integrationer i venstre side.

1. Klik på 'Ny integration', og vælg derefter 'Webhook'.
2. Indstil hændelsesnavn til 'wind_display'.
3. Indstil URL'en til den levende URL for API -siden.
4. Klik på 'Opret Webhook'.

Hent RFID -Token -id'er, og rediger API -siden

Med Photonen tilsluttet din computer via USB og frakoblet den eksterne strømforsyning, skal du åbne et terminalvindue og køre Particle Serial Monitor.

1. Scan et RFID-tag, og skriv det 8-tegnede token-id ned, der vises på den serielle skærm.
2. Gentag for yderligere tags, du gerne vil bruge.

Gå nu tilbage til getWindData.php og find afsnittet Locations array:

// Locations Array // Udskift "TokenID n" med scannet token ID // Udskift "Cityn" med by, der er knyttet til token ID // Udskift "Sn" med to-char-tilstand tilknyttet city $ locations = array ("TokenID 1" => array ("city" => "City1", "state" => "S1"), "TokenID 2" => array ("city" => "City2", "state" => "S2"), "TokenID 3" => array ("city" => "City3", "state" => "S3"));

Erstat hvert token -id med token -id'erne for dine tags, og tilknyt dem til en by og en stat, du gerne vil have vindinformation fra.

Gem filen og upload til din webserver.

Trin 7: Brug det

1. Vis det, hvor du vil.
2. Indstil vindskovlen til at pege mod nord.
3. Tilslut strømforsyningen.
4. Placer et token nær RFID -læseren, og vent på, at den blå LED blinker.

Trin 8: Yderligere ideer

Her er nogle ideer til at udvide projektet!