Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Via Libris on kirja, joka johtaa sinut aarteen

VIA LIBRIS on paperikokoinen aarrokirja. Se johtaa käyttäjäänsä ennalta määrättyyn paikkaan käyttämällä erityistä kompassivalitsinta ja antamalla COLD, WARM tai HOT clues. Aarrekohdassa lahjakortti tulee ulos piilotetusta korttipaikasta. Lahjakortin vastaanottajalle on suuri yllätys. Uusi paikka voidaan ohjelmoida milloin tahansa painikkeen painalluksella. Jokainen kirja on käsintehty, ainutlaatuinen, kaunis ja uudelleenkäytettävä. Käytän sitä lahjakorttien antamiseen ystävillesi ja perheelleni, johtamalla ne korttiin tarkoitetulle myymälälle / ravintolalle. Kun kortti ponnahtaa ulos, he yllättäen ymmärtävät yllätyksen ja voivat käyttää sitä välittömästi. On hauskaa.

VIA LIBRIS käyttää Arduino Pro Mini -ohjelmaa (piirilevyn alla), magnetometriä, kiihtyvyysmittaria (kompassin kallistuksen kompensointia varten), GPS-moduulia, submikropalvelinta (clue wheel rotation) ja erityistä jatkuvaa pyörivää vaihdemoottori-servoa (kompassi osoittimen pyörittäminen), jonka suunnittelin ja rakensin monien vaihtoehtojen kokeilemisen jälkeen.

Tämä hanke sai inspiraationsa Kenton Harrisin käänteiskopiointilaatikosta. Pidin todella ajatuksesta, että joku johti paikkaan löytääksesi yllätyksen, joka on laatikossa.

VIA LIBRIS oli suunniteltu hieman vanhanaikaiseksi. Rakastan asioita, jotka liikkuvat. Pidän siitä vanhasta mekaanisesta tunteesta. Päätin tietoisella päätöksellä toteuttaa monia laitteistoon liittyviä ominaisuuksia (servot, jotka pyörivät indikaattoripyöriä). Olisin voinut toteuttaa nämä indikaattorit näytöllä tai LED-valaisimella. Tämä olisi ollut helpompaa suunnitteluni ja olisi silti ollut hienoa. Mutta päätin ottaa vaikeamman reitin ja tehdä asiat mekaanisesti. Minusta tuntui, että näyttö ei eroa paljon älypuhelinsovelluksesta.

Kun ajattelin suunnitelmani ja rakensin prototyypin, muutin muutoksia ajatukseeni jo varhain. Päätin esimerkiksi, että halusin vain kaksi moottoria (tai servoa) tuotteessani. Tämä vaati minua kehittämään muotoilun, joka teki kolme erilaista liikettä vain kahdella servolla - kompassin pyörällä, vihjeiden pyörällä ja lahjakortin annostelijalla. Kolmas servo tai moottori olisi luonut avaruuskysymyksen, ja se lisäisi myös toisen joukon magneetteja malliin, joka luotti herkälle elektroniselle kompassille magneettisen laakerin määrittämiseksi. Tämä oli yksi monista kompromisseista suunnittelussa, ja tunnistamalla heidät varhaisessa vaiheessa pystyin ajattelemaan niitä läpi ja kuvittelemaan eri vaihtoehtojen vaikutukset. Tämä kahden servo-päätös kuitenkin luonut minulle monia haasteita. Lisätietoja tästä myöhemmin.

Nautin rakennusmekanismeja Arduinosin kanssa. Laitteisto / ohjelmisto-yhdistelmä mahdollistaa usein suunnittelun tai käyttäytymisen muuttamisen yksinkertaisesti muuttamalla ohjelmistoa. Tämä on paljon nopeampi kuin laitteistomuutos. Esimerkiksi huomasin, että clue-pyörääni käyttävillä sub-micro-servoilla on jonkin verran vaihtelua niiden pyörimisen suhteen. 20 asteen kierto ei ole sama kuin servosta servoon. COLD, WARM, HOT pyöräpaikat vaihtelivat servosta servoon (ja siksi laatikosta laatikkoon). Minulla oli kaksi vaihtoehtoa: tee jokaiselle servolle mukautettu tarra, jossa on hieman erilaisia ​​vihjeitä, tai käytä yhtä tarra-versiota ja vaihda yksinkertaisesti kullekin laatikolle ohjelmiston pyörimisarvot. Ohjelmiston pyörimisarvoja on helppo muuttaa, ja minun oli käytettävä jokaiseen ruutuun mukautettuja arvoja sähköisen kompassin kalibrointiin.

Suunnittelin prosessin alussa mukautetun piirilevyn (PCB), koska PCB: n koko ajoi niin monia muita suunnitteluparametreja. Minulla oli ratkaiseva päätös tästä PCB: stä. Käytän useita eri tuotemoduuleja - Arduino Pro Mini, Adafruit Ultimate GPS, servo-ohjain ja elektroninen kompassi. Olisin voinut suunnitella PCB: n, joka palauttaisi olennaisesti kaikki nämä tuotteet yhdelle piirilevylle. Mutta se oli paljon enemmän kuin kykeni tällä hetkellä. Se olisi vaatinut minua ostamaan (ja juottamaan) monia pieniä pinta-asennuskomponentteja. Joten valitsin hieman erilaisen lähestymistavan. Käytin EAGLE-piirilevyä (Autodesk) suunnittelemaan pääpiirilevyn, johon voin juottaa useita kokonaisia ​​moduuleja (Arduino, GPS jne.). Suunnitteluni oli edelleen monimutkainen - se vaati kaksipuolista kartonkia, jossa GPS-moduuli päällä ja Arduino pohjassa. EAGLElla on kuitenkin tämä ominaisuus.

Ennen kuin lähetin PCB-suunnittelun valmistajalle, rakensin oman karttani järjestelmän testaamiseksi. Se oli raaka, mutta se toimi! Oppinut, että GPS-moduulin alla oleva suuri maataso on tärkeä - se eristää heikot GPS-signaalit kaikesta sähköisestä kohinasta, jonka Arduino (ja servot) tuottaa. Tämä ominaisuus oli helppo suunnitella EAGLE: ssä.

Tilasin kymmenen mukautettua PCB: tä valmistajalta. Huolimatta suunnitteluni tarkistamisesta ennen kuin tilasin piirilevyt, huomasin heti, kun sain ne, että olin tehnyt suunnitteluvirheen. Minun täytyi muokata muutama polku jokaiseen piirilevyyn. Ei suurta kauppaa kymmenelle, mutta se olisi ollut valtava ponnistus 100 tai enemmän. Tarkista kolminkertainen muotoilu ennen kuin tilaat mukautettuja PCB-levyjä! Se on vähän vaikeaa, varsinkin monikerroksisilla levyillä, mutta tee se. Älä tee virhettäni. Tarvitsin kolme selkeää akryyliosaa prototyypeille. Tilasin heidät muokattuina muovitoimittajalta ja porasin omia reikiä kartonkimallien avulla. Tämä oli hieno kymmenestä prototyypistä. Mutta suurempien määrien osalta lasertan palaset (ja reiät).

3D-suunnittelu on se, missä olen tehnyt ensimmäisen suuren virheen. Muista päätökseni käyttää kahta servoa / moottoria kolmeen eri liikkeeseen - kompassin pyörä, vihjeiden pyörä ja lahjakortin annostelija. Tämä loi minulle monimutkaisen haasteen. Tarvitsin avainpyörän servon myös käynnistämään jonkinlaisen annostelijan. Halusin, että annostelija "yllättää" lahjakortin, yllättävällä tavalla, kirjan piilossa olevasta piilosta. Sillä oli oltava mekanismi, joka käynnistyi, kun pyörivä vihjepyörä osui GPS-paikkaan, jossa olet saapunut.

Aluksi päätin EI investoida aikaa 3D-suunnitteluun, vaan yritin rakentaa prototyyppejä eri versioista. Yritin viisi erilaista versiota, jotka kaikki käyttivät jonkinlaista keväällä (yksi käytin suurta turvapistettä). Suunnittelua rajoitettiin useilla tavoilla - lähinnä pienellä tilalla, johon annostelumekanismin oli sovittava, mutta myös ohjauspyörän liikkeestä.

Joka kerta kun luotin päivitetyn version, sillä olisi yksi kahdesta ongelmasta. Se olisi joko toimiva, mutta se on naurettavan vaikea tehdä, tai se olisi helppo tehdä ja toimia ajoittain. Löysin tämän, kun aloin tehdä prototyyppejä ystäville ja perheelle. Tarvitsin suunnittelun, joka mahdollisti helpon ”tekemisen”. Vietin kuukausia töitä monilla versioilla, joista kullakin oli omat ongelmansa.

Kun versio viisi oli epäonnistunut, heitin käteni ja päätin investoida aikani hyvän 3D-tietokoneavusteisen suunnittelun (CAD) mallin luomiseen. Käytin Autodesk Fusion 360 -laitetta. Vietin muutaman tunnin viikonloppuna, jolloin muodostin täydellisen kokoonpanon suunnittelustani, josta on vähennetty annostelija. Lisäsin jokaisen osan, joka voisi olla vuorovaikutuksessa koko järjestelmän kanssa. Suunnittelu antoi minulle mahdollisuuden visualisoida rajoitukset ja kokeilla helposti erilaisia ​​annostelijan ideoita rakentamatta mitään. Jos se ei toiminut, napsautin yksinkertaisesti "kumota" ja yritin jotain muuta. Vietin muutaman tunnin viikossa kokeilemalla eri annostelijan ideoita 3D-mallissani. Lopulta ratkaistiin luotettavan, toistettavan ratkaisun avulla kolme 3D-painettua osaa. Kaiken kaikkiaan, käytin 10 tuntia tätä suunnitteluprosessia. Jos olisin tehnyt sen alussa, olisin säästänyt viikkoja ja kuukausia pahenemista. Älä tee virhettäni. Aloita 3D-mallilla!

Malli mahdollisti myös monia arvokkaita lisäosia. Pystyin helposti 3D-tulostamaan annostelijan kolme komponenttia. Voisin luoda myös valokuvan realistisia 3D-kuvioita, 2D-piirustuksia (aiemmin mainittua akryylilaseria varten), ja tein mukavan animaation annostelijan suunnittelusta ja toiminnasta. Tämä kesti jonkin aikaa, mutta oli sen arvoista. Käytin tätä animaatioleikkeen pitempään videoon esittelemään tuotteeni. Näet kaikki nämä kohteet projektini verkkosivuilla.

Arduino-ohjelmistokoodi (minun Arduino-luonnokseni) sai vähän työtä, jotta Arduino pystyi käsittelemään kaikki tarvittavat toiminnot. Tämä sisälsi i / o: n useille ulkoisille laitteille. Adafruit Ultimate GPS Breakout käyttää sarjaliikennettä. Elektroninen kompassi, LSM303, käyttää I2C: tä. Servot käyttävät digitaalisia nastoja, ja räätälöity kompassi-servo tarvitsi myös analogisen nastan palautteen mittaamiseksi. Hankkeeni sisältää myös pienen levyn värähtelijän, joka antaa käyttäjälle palautetta, joka käyttää toista Arduino-digitaalitappia.

Arduino käyttää ohjelmointia varten sarjaliikennettä, ja Arduinossa on vain yksi sarjaportti. GPS-moduuli käyttää myös tätä sarjaporttia. Yhdistetty GPS-moduuli häiritsee ohjelman luonnoksen lataamista Arduinoon. Ihannetapauksessa olisin siirtänyt GPS: n pari digitaalista nastaa käyttäen Soft Serial Arduino -kirjastoa. Se käyttää ohjelmistoa laitteiston sarjaliitännän jäljittelemiseen. Mutta kun rakensin ensimmäisen version, löysin, että Soft Serial ja servot eivät toimi yhdessä. Ne häiritsevät toistensa ajoitusta. Joten, pysyin yhdessä sarjaportissa ja lisäsin joitakin yksinkertaisia ​​hyppyjä PCB-suunnitteluun. Voin vetää hyppyjä irrottamaan GPS: n ohjelmointia varten. Esimerkki laitteiston muutoksesta ohjelmiston puutteen ratkaisemiseksi.

Rakennuksen aikana dokumentoinin kaikki vaiheet valokuvilla ja muistiinpanoilla. Sisältää kaikki erikoistyökalut. Siksi luotin lentokoneessa kokoonpano- ja valmistusoppaan. Suosittelen tätä! Tarvitset sitä, kun lisäät tuotantoa tai rakennat vain kymmenen kohdetta perheelle ja ystävillesi. Tällöin tuskin vie mitään ylimääräistä aikaa. Lisää myös paljon kommentteja kirjoittamallasi koodilla!

Prosessin aikana huomasin myös, että osa langan reitityksestä, erityisesti servokaapelilla, oli vaikeaa rajoitetun tilan vuoksi. Ei ollut mitään keinoa noin kymmenen ensimmäistä PCB: tä varten. Mutta muutin välittömästi PCB: n version 2 suunnittelua ongelman korjaamiseksi. Tee nämä muutokset, kun ne ovat tuoreita mielessäsi! Kuten useimmat Makers, työskentelen projektissa vaiheittain, siirryin johonkin muuhun, sitten palaan siihen, joskus viikkoja tai kuukausia myöhemmin. Tässä vaiheessa on vaikea muistaa tarvittavia muutoksia.

Kun minulla oli joitakin työprototyyppejä, minulla oli hauskaa aikaa testata niitä. Pakensin prototyyppini mukavaan "kirjan laatikkoon", jonka ostin käsityöliikkeessä. Haluaisin pian ostaa paljon näistä laatikoista. Päätin muutamasta rohkeasta ystävästä ja perheenjäsenestä, ja annoin jokaiselle VIA LIBRISille valmiiksi ladatun lahjakortin kauppiaspaikalle niiden lähellä. Paikka on ennalta ohjelmoitu Arduinon EEPROMiin. Annoin heille myös hyvin vähän ohjeita. Muista, että heillä ei ollut aavistustakaan siitä, että lahjakortti oli sisällä. Halusin nähdä, voisivatko he aloittaa “aarteensa” vain kääntämällä ruutuun ja seuraten sitä, ja halusin, että ne yllättyvät. Se toimi! Oma suosikkini oli puhelu, jonka sain ystävältäni - ”Minulla ei ollut aavistustakaan, mitä tapahtuisi, kun saavuin paikkaan, jossa tämä laatikko oli minulle johtava. Mutta olen täällä "kauppiaan" edessä, ja lahjakortti vain lähti ulos tästä varastosta! Täysin viileä!

Sain myös tärkeää palautetta. Laatikossa ei kerro käyttäjälle, kuinka pitkälle ne ovat "aarteen" sijainnista. Se voisi, mutta pidän sitä hieman mysteerinä. Se antaa COLD, WARM, HOT-vihjeitä. Yksi minun käyttäjistäni huomautti, että heillä ei ollut aluksi käsitystä siitä, kuinka pitkälle he tarvitsisivat matkustaa. Auto? Pyörä? Kävellä? Lisäsin kuvakkeet autopyöriä edustavaan vihjeiden pyörään tai jalanjälkiä. Kerron myös aluksi henkilölle, kuinka pitkälle he tarvitsevat matkustaa.

Oli epätavallinen ongelma. Äitini asuu kaukana minusta, ja hänen aarteensa aikana kompassi ei ollut oikea paikka. Löysin tämän vaikea uskoa. Matematiikka ei ole koskaan väärä, oikea? Löysin lopulta virheen koodissani trigonometriafunktiossa, joka laskee laakerin. Se oli hieno ja outo virhe, jota ei ollut näkyvissä kotini leveys / pituusasteella. Mutta se oli selvä ongelma maan muilla alueilla. Helppo korjata, mutta en muuten olisi tiennyt.

Toinen arvokas palaute-ehdotus oli lisätä ääniä laatikkoon, jotta lapset olisivat mukana aarteenetsinnässä. Hyvä idea! Päivitetty versio sisältää Adafruit Audio FX Sound Boardin. Se soittaa hauskoja ääniä pienen kaiuttimen kautta satunnaisesti. Minun täytyy päivittää PCB-muotoilu uudelleen, mutta se on helppo tehdä. Onneksi Arduinon yläpuolella on tilaa äänikortille.

Se on ollut hauska ja koulutuksellinen prosessi, ja olen oppinut hyviä kokemuksia:

Ensinnäkin, pidä huolellisesti läpi muutokset, olipa kyseessä laitteisto, koodi jne. Minulla on tarkistushistoria-asiakirja, jossa kerrotaan kunkin version päivämääristä ja muutoksista. On ollut monia. Historia on ollut pelastaja - varsinkin kun palaan tähän projektiin muutaman kuukauden kuluttua, ja en voi täysin muistaa, mistä jätin.

Toiseksi, päättää, mikä inspiroi sinua, ja keskity siihen. Olen innoittanut tätä yhdistelmää Arduinosta ja mekaanisesta liikkeestä. Molemmat näyttävät toimivan hyvin yhdessä.

Kolmanneksi, pidä luettelo käytetyistä osista, mukaan lukien lähde, hinta, mitat jne. Tämä osaluettelo tulee olemaan korvaamaton, kun alat rakentaa kohteen määrän.

Lopuksi, kun olet rakentanut prototyypin, testaa se! Kokeile itseäsi erilaisissa ympäristöissä, mahdollisissa käyttötapauksissa jne. Älä lannistu, jos se ei toimi niin hyvin kuin toivoit. Muista aiemmin mainitsemaasi lahjakortin annostelijan haaste? Käytä tätä itsetestausprosessia tunnistaaksesi mahdolliset ongelmat. Sitten on perheen tai ystävien testata prototyyppisi. Ennen kuin teet tämän, kirjoita mahdolliset erityiset käyttöohjeet. Oletetaan, että he ovat asiakkaita, jotka vain unboxed tuotteesi. Haluatko testata koko kokemuksensa ilman ohjausta. Et ole käytettävissä ohjaamaan jokaista potentiaalista käyttäjää tai asiakasta.

Kirjoitin tähän hankkeeseen perustuvan prototyyppikäsikirjan, jolla on paljon opittavaa mitä tahansa suurta tai pientä hanketta varten.

Osake

Jättänyt Kommenttia