Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Via Libris je kniha, která vás vede k pokladu

VIA LIBRIS je kniha knížek velikosti brožované knihy. Vede svého uživatele na předem určené místo pomocí speciálního číselníku kompasu a pomocí COLD, WARM nebo HOT clues. V pokladnici se vynoří dárková karta ze skrytého slotu v knize. Je to velké překvapení pro příjemce dárkové karty. Nové místo lze naprogramovat kdykoliv stisknutím tlačítka. Každá kniha je ručně vyrobená, jedinečná, krásná a znovu použitelná. Používám ho k tomu, abych daroval dárkovým kartám přátelům a rodině tím, že je zavedu do obchodu / restaurace, pro kterou je karta určena. Když se karta objeví, náhle pochopí překvapení a může ji okamžitě použít. Je to skvělá zábava.

VIA LIBRIS používá Arduino Pro Mini (pod obvodovou deskou), magnetometr, akcelerometr (pro kompenzaci naklonění kompasu), GPS modul, sub mikro servo (otáčení kola klíčů) a speciální servomotor s nepřetržitým rotačním převodem (kompas) ukazatel otáčení), který jsem navrhl a postavil po vyzkoušení mnoha alternativ.

Tento projekt byl inspirován reverzní geocaching boxem společnosti Kenton Harris. Moc se mi líbil nápad vést někoho na místo, aby našel překvapení, které je po celou dobu v krabici.

VIA LIBRIS byl navržen tak, aby byl trochu staromódní. Mám rád věci, které se pohybují. Líbí se mi ten dobrý starý mechanický pocit. Udělal jsem vědomé rozhodnutí implementovat mnoho funkcí v hardwaru (s servomotory, které otáčejí indikačními kolečky). Mohl jsem implementovat tyto indikátory s displejem nebo LED světlem. To by bylo pro můj design mnohem jednodušší a stále by to vypadalo skvěle. Rozhodl jsem se však udělat tvrdší cestu a udělat věci mechanickým. Cítil jsem, že by se displej příliš nelišil od aplikace pro chytré telefony.

Když jsem přemýšlel o svém návrhu a postavil prototyp, udělal jsem několik změn v mém nápadu. Například jsem se rozhodl, že v mém produktu chci jen dva motory (nebo serva). To vyžadovalo, abych vyvinul design, který provedl tři typy pohybů pouze se dvěma servy - kompasovým kolem, vodítkem a dávkovačem dárkových karet. Třetí servo nebo motor by vytvořili prostorový problém, a také by přidali další sadu magnetů do designu, který se spoléhal na citlivý elektronický kompas pro určení magnetického ložiska. Jednalo se o jeden z mnoha kompromisů v mém návrhu a tím, že jsem je brzy identifikoval, jsem si je mohl promyslet a představit důsledky různých možností. Toto rozhodnutí o dvou servech však pro mě nakonec vytvořilo mnoho výzev. Více o tom později.

Mám rád stavbu mechanických projektů s Arduinos. Kombinace hardwaru / softwaru často umožňuje provádět změnu designu nebo chování jednoduše změnou softwaru. To je mnohem rychlejší než modifikace hardwaru. Například jsem zjistil, že sub-micro serva, která používám pro své klíčové kolo, mají nějakou změnu ve způsobu, jakým se otáčí. Otočení o 20 stupňů není stejné od servo po servo. Umístění kol COLD, WARM, HOT se pohybovala od servo po servo (a tedy od boxu k boxu). Měl jsem dvě možnosti: vytvořit vlastní obtisk pro každé servo, s poněkud odlišnými umístění stop, nebo použít jednu verzi obtisku a jednoduše změnit hodnoty rotace v softwaru pro každou krabici. Je snadné změnit hodnoty rotace v softwaru a já jsem musel použít vlastní hodnoty pro každou krabici stejně pro elektronické kalibrace kompasu.

Navrhl jsem vlastní desku plošných spojů (PCB) brzy v procesu, protože velikost PCB řídil tolik jiných konstrukčních parametrů. Měla jsem rozhodující rozhodnutí ohledně této PCB. Chtěl bych používat několik různých "modulů" produktu - Arduino Pro Mini, GPS Adafruit Ultimate, servo regulátor a elektronický kompas. Mohl jsem navrhnout desku plošných spojů, která by v zásadě obnovila všechny tyto výrobky na jednom PCB. Ale v té době to bylo daleko nad rámec mých schopností. To by vyžadovalo, abych koupil (a pájil) mnoho drobných povrchových dílů. Rozhodl jsem se pro mírně odlišný přístup. Použil jsem EAGLE PCB (Autodesk) k návrhu master PCB, na který jsem mohl pájet různé celé moduly (Arduino, GPS, atd.). Můj design byl stále složitý - vyžadoval si oboustrannou desku s GPS modulem nahoře a Arduino na dně. Ale EAGLE má tuto schopnost.

Před odesláním mého návrhu na desku plošných spojů výrobci jsem postavil vlastní desku, abych otestoval systém. Bylo to hrubé, ale fungovalo to! Naučil jsem se, že je důležitá velká pozemní rovina pod modulem GPS - izoluje slabé signály GPS ze všech elektrických šumů, které produkují Arduino (a serva). Navrhnout tuto funkci v programu EAGLE bylo snadné.

Objednal jsem si deset zakázaných desek plošných spojů od výrobce. I přes kontrolu mého návrhu před objednáním desek plošných spojů jsem si uvědomil, jakmile jsem je obdržel, že jsem udělal chybu návrhu. Musel jsem přepracovat několik cest na každé PCB. Žádný velký problém pro deset, ale bylo by to obrovské úsilí za 100 nebo více. Před objednáním vlastních desek plošných spojů zkontrolujte svůj design! Je to trochu obtížnější, zejména u vícevrstvých desek, ale to. Neudělejte chybu. Potřeboval jsem tři jasné akrylové kousky pro své prototypy. Objednal jsem si je na zakázku od dodavatele plastů a pomocí lepenkové šablony si vyvrtal své vlastní díry. To bylo v pořádku pro deset prototypů. Ale pro větší množství, budu řezat kusy (a otvory).

3D design je místo, kde jsem udělal svou první velkou chybu. Nezapomeňte na mé rozhodnutí použít dvě servopohony / motory pro tři různé pohyby - kolo kompasu, kolo klíče a dávkovač dárkových karet. To pro mě vytvořilo složitou konstrukční výzvu. Potřeboval jsem servomotor, aby také spustil nějaký typ dávkovače. Chtěl jsem, aby dávkovač "pop" dárkovou kartu, překvapivě, ze skrytého slotu ve spodní části knihy. Když točivé kolo klikalo na polohu „jste dorazili“, musela být spuštěna mechanika.

Zpočátku jsem se rozhodl NENÍ investovat do 3D designu a místo toho jsem vyzkoušel stavbu prototypů různých verzí automatů. Zkoušel jsem pět různých verzí, všechny používaly nějaký druh pružiny (pro jednu jsem použil velký bezpečnostní kolík). Konstrukce byla omezena několika způsoby - většinou malým prostorem, do kterého musel dávkovací mechanismus zapadnout, ale také pohybem klíčového kola.

Pokaždé, když jsem vytvořil aktualizovanou verzi, měl by jeden ze dvou problémů. Buď by to fungovalo dobře, ale bylo by to směšně obtížné, nebo by bylo snadné a občasné. Zjistil jsem to, když jsem začal dělat prototypy, abych dal přátelům a rodině. Potřeboval jsem design, který umožňoval snadné „vytváření“. Strávil jsem měsíce práce na mnoha verzích, z nichž každá má své vlastní problémy.

Když byla verze pět neúspěšná, zvedl jsem ruce a rozhodl jsem se investovat svůj čas do vytváření dobrého modelu 3D CAD. Použil jsem Autodesk Fusion 360. Strávil jsem několik hodin přes víkend a vytvořil kompletní sestavu mého návrhu, mínus dávkovač. Přidal jsem každou část, která by nějakým způsobem ovlivňovala celý systém. Návrh mi umožnil vizualizovat omezení a snadno vyzkoušet různé nápady na stojan bez toho, abych něco budoval. Jestli to nefungovalo, prostě jsem klikla na „undo“ a vyzkoušela něco jiného. Strávil jsem několik hodin v týdnu a snažil se o různé nápady na stojan v 3D modelu. Nakonec jsem se usadil na spolehlivém, opakovatelném řešení s využitím tří 3D potištěných částí. Celkově jsem strávil 10 hodin na tomto návrhu. Kdybych to udělal na začátku, zachránil bych týdny a měsíce zhoršení. Neudělejte chybu. Začněte s 3D modelem!

Model také umožnil mnoho cenných doplňků. Mohl jsem snadno vytisknout tři komponenty mého stojanu. Mohl jsem také vytvořit fotorealistické 3D vykreslování, 2D výkresy (pro laserové řezání akrylu zmíněného výše), a udělal jsem pěknou animaci designu a provozu stojanu. To trvalo nějakou dobu, ale stálo to za to. Použil jsem, že animace klip v delší video představit svůj produkt. Všechny tyto položky můžete vidět na mých webových stránkách projektu.

Softwarový kód Arduina (můj „skica Arduino“) se trochu snažil zajistit, že Arduino zvládne všechny potřebné funkce. To zahrnovalo i / o pro řadu externích zařízení. Adafruit Ultimate GPS Breakout využívá sériovou komunikaci. Elektronický kompas, LSM303, používá I2C. Serva používají digitální piny, a můj vlastní kompas servo také potřeboval analogový pin pro měření zpětné vazby. Můj projekt také obsahuje malý disk vibrátor poskytovat zpětnou vazbu uživatele, který používá jiný digitální pin Arduino.

Arduino používá sériovou komunikaci pro programování a na Arduinu je pouze jeden sériový „port“. Modul GPS také používá tento sériový port. Připojený modul GPS ruší nahrávání náčrtu programu do Arduina. V ideálním případě bych posunul GPS na pár digitálních pinů pomocí knihovny Soft Serial Arduino. Používá software k napodobení hardwarového sériového rozhraní. Ale když jsem postavil svou první verzi, zjistil jsem, že Soft Serial a servy vůbec nefungují. Mají vzájemný vliv na načasování. Takže jsem zůstal s jedním sériovým portem a přidal jsem pár jednoduchých propojek do mého návrhu PCB. Můžu vytáhnout můstky, aby se odpojilo GPS pro programování. Příklad změny hardwaru k vyřešení nedostatku softwaru.

Během procesu budování jsem zdokumentoval KAŽDÝ krok s fotografiemi a poznámkami. Včetně speciálních nastavení nástrojů. Proto jsem vytvořil montážní a výrobní průvodce za běhu. Vřele doporučuji! Budete to potřebovat, když budete zvyšovat svou produkci, nebo i když budujete pouze deset položek pro rodinu a přátele. Dělat to sotva trvá nějaký čas navíc. Také přidat spoustu komentářů na jakýkoli kód, který píšete!

Během mého procesu jsem také zjistil, že některé z vedení drátů, zejména se servomotorem, bylo obtížné kvůli omezenému prostoru. Neexistovala žádná cesta kolem tohoto počátečního deseti PCB, které jsem měl. Okamžitě jsem však provedl změnu v návrhu verze 2 PCB, aby se problém vyřešil. Udělejte ty změny, když jsou čerstvé ve vaší mysli! Stejně jako většina tvůrců pracuji na projektu ve fázích, přecházím k něčemu jinému, pak se k němu vrátím, někdy i několik týdnů nebo měsíců. Je těžké si pamatovat potřebné změny v tomto bodě.

Jakmile jsem měl nějaké pracovní prototypy, měl jsem čas na jejich testování. Své prototypy jsem zabalil do pěkné knihy, kterou jsem si zakoupil v obchodě. Brzy bych si koupil MNOHO z těchto krabic. Rozhodl jsem se pro pár dobrodružných přátel a rodinných příslušníků a dal jsem každému VIA LIBRIS s přednastavenou dárkovou kartou pro obchodní místo v jejich blízkosti. Místo bylo předem naprogramováno do EEPROM Arduina. Také jsem jim dal velmi minimální instrukce. Pamatujte si, že netušili, že je uvnitř dárková karta. Chtěl jsem zjistit, zda by mohli začít „honit za pokladem“ jen zapnutím krabice a následováním, a chtěl jsem, aby byli překvapeni. Fungovalo to! Můj nejoblíbenější byl telefonát, který jsem dostal od přítele - „Netušil jsem, co se stane, až dorazím na místo, kam mě ta krabice vedla. Ale jsem tady před „obchodníkem“ a vyskočila dárková karta PRO TENTO OBCHOD! Úplně cool! “

Také jsem obdržel nějakou důležitou zpětnou vazbu. Moje pole neříká svému uživateli, jak daleko jsou od místa „pokladu“. Mohlo by to být, ale rád bych si ji nechal trochu tajemstvím. Dává to COLD, WARM, HOT clues. Jeden z mých uživatelů poukázal na to, že na začátku netušili, jak daleko budou muset cestovat. Auto? Kolo? Procházka? Přidal jsem ikony na klíč, který představuje auto, nebo kroky. Řeknu také osobě na začátku zhruba jak daleko budou muset cestovat.

Byl to neobvyklý problém. Moje maminka žije daleko ode mě a během jejího hledání pokladu kompas neukazoval na správné místo. Tohle jsem těžko uvěřil. Matematika není nikdy špatná, správná? Nakonec jsem objevil chybu v mém kódu v trigonometrické funkci, která počítá ložisko. Byla to jemná a podivná chyba, která nebyla patrná v mé domovské zeměpisné šířce / délce. Byl to však jednoznačný problém v jiných oblastech země. Snadno opravit, ale jinak bych to nevěděl.

Dalším cenným návrhem zpětné vazby bylo přidat do krabice zvuky, aby děti zůstaly během hledání pokladu. Skvělý nápad! Moje aktualizovaná verze obsahuje zvukovou desku Adafruit Audio FX. Hraje spoustu vtipných zvuků přes malý reproduktor na náhodném základě. Budu muset znovu aktualizovat svůj design desek plošných spojů, ale to je snadné. Naštěstí je prostor pro zvukovou desku těsně nad Arduinem.

Byl to zábavný a vzdělávací proces a na cestě jsem se naučil několik dobrých lekcí:

Za prvé, pečlivě sledovat své revize, ať už na hardware, kód, atd. Mám dokument o historii revizí, který podrobně popisuje data a změny provedené u každé verze. Bylo jich mnoho. Historie byla zachráncem života - zvláště když jsem se po několika měsících vrátil k tomuto projektu a nedokážu si vzpomenout, kde jsem přestal.

Za druhé, rozhodněte se, co vás inspiruje, a zaměřte se na to. Jsem inspirován kombinací Arduina a mechanického pohybu. Zdá se, že oba dva dobře spolupracují.

Za třetí, uchovávejte seznam částí, které používáte, včetně zdroje, jejich ceny, rozměrů atd. Tento seznam součástí bude neocenitelný, jakmile začnete stavět svůj předmět v množství.

Nakonec, jakmile postavíte prototyp, vyzkoušejte to! Vyzkoušejte to v různých prostředích, případech případného použití atd. Nenechte se odradit, pokud to nefunguje tak, jak jste doufali. Vzpomeňte si na výzvu dávkovače dárkových karet, kterou jsem zmínil dříve? Tento proces autotestu použijte k identifikaci možných problémů. Pak si vyzkoušejte svůj prototyp. Než to uděláte, zapište si speciální instrukce pro používání, které by mohly potřebovat. Předstírejte, že jsou to zákazníci, kteří váš produkt právě rozbalili. Chcete si vyzkoušet celou svou zkušenost bez vašeho vedení. Nebudete tak k dispozici, abyste mohli každého potenciálního uživatele nebo zákazníka vést.

Na základě tohoto projektu jsem napsal průvodce prototypováním, který má velké zkušenosti z každého projektu, velkého i malého.

Podíl

Zanechat Komentář