Bolha colorida sensível à pressão gigante - Spectra Bauble ™: 10 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Um amigo queria uma luz engraçada para uma festa e por algum motivo isso me veio à mente:

Um balão gigante e fofo que, ao ser empurrado, muda de cor e cria sons

Queria fazer algo original e divertido. Ele usa um sensor de pressão de ar para determinar o quanto a parte do balão está sendo comprimida e é bastante sensível. É programável para que possa ter um comportamento interessante, como sentar-se silenciosamente e percorrer um arco-íris de cores até que alguém pressione a bola, então pode mudar as cores ou até mesmo jogar um jogo como o usuário tentar combinar (empurrando / pressionando) uma cor sendo mostrada em um ou mais LEDs. Adições futuras podem incluir um chip de detecção de movimento para que comece a fazer barulho e cores quando alguém estiver se movendo por perto, e um pequeno motor de inflação, pois a parte do balão pode esvaziar em alguns / vários dias.

Eu tentei várias variações antes de decidir por este design e algumas das fotos indicarão isso, mas vou me concentrar em fazer a versão final.

Além disso, fiz muitas construções antes de pensar em fazer um Instructable para isso, já que só vi o concurso Make It Glow mais tarde. Não tenho tantas fotos quanto gostaria, mas tentarei abordar os pontos-chave na construção, para que você mesmo possa fazer uma. De qualquer forma, é melhor ter compreensão suficiente para poder "improvisar" durante a construção e saber onde estão os limites para que você possa construir sem seguir uma receita como um servo.

O nome é apenas para diversão, Spectra Bauble ™.

Etapa 1: Peças e Ferramentas

Ferramentas

• Chave de fenda
• serra de fita ou serra de coping
• roteador (não é absolutamente necessário)
• ferro de solda e solda
• tesoura
• régua
• Impressora 3D (você pode fazer o suporte de LED de outra forma também; veja abaixo)
• broca e conjunto de brocas
• Arquivo
• Bits de Forstner
• Caneta (tinta prata)
• bússola (para desenhar círculos)
• cortador de fio e descascador
• Alicates de ilhó e alguns ilhós (não absolutamente essenciais)
• spray no adesivo
• fita dupla face
• Dupont crimps e crimper (por exemplo, PA-09, mas há muitas outras opções; verifique este outro Instructable)
• algum tipo de bomba de ar de alto volume
• Vaselina (para juntas de ar)
• uma impressora é útil para imprimir alguns modelos, mas não é essencial

Peças

* Estou incluindo os preços, se os tiver em mãos

* Nem sempre tenho o link do item exato que usei, mas posso vincular um item semelhante usando "assim" ou "por exemplo"

• 5 anéis de LEDs endereçáveis (mas você poderia usar qualquer variedade de LEDs WS2812) $ 8,55
• Sensor de pressão MS5611 (o BMP280, $ 0,69, deve ser uma queda na substituição, mas um pouco menos sensível) $ 4,72
• tubo, ~ 50cm
• conector de mangueira (como este "conector de mangueira com junta de pagode")
• agulha de inserção de ar de bola (veio com 60cm / Balão médio / bola - mas não com 120cm)
• fonte de alimentação 5V, 6A, 30W $ 5,50
• fio de placa de ensaio
• pequeno breadboard (como este) $ 1
• fio trançado, digamos 22 ou 24AWG
• alto-falante pequeno (eu o resgatei de um alto-falante que encontrei jogado na rua)
• Arduino Pro Mini (por exemplo, o atmega328 mas eu dependendo do seu programa, também poderia ser o atmega168, ou ainda melhor uma placa sem fio como um ESP8266) ~ $ 2
• cabo de alimentação com tomada (encontrado em minha coleção de lixo)
• conector de terminal de parafuso (como este)
• pino redondo feminino cabeçalho
• pele de lã falsa (em loja de tecidos local) ~ $ 5
• couro falso (da loja de couro local) ~ $ 3
• Placa MDF ~ $ 5
• Parafusos de madeira
• recipiente hermético (usei um frasco de vitamina velho com uma tampa pop-off bem vedada)
• selante (provavelmente a cola também funcionaria, mas aconteceu de eu ter um selante)
• algumas rolhas velhas de garrafa de vinho
• balde de plástico ~ $ 3
• bolas grandes e moles (experimentei 60cm / M e 120cm) ~ $ 10
• cordão elástico, ~ 3 mm de diâmetro x 1 metro ~ $ 1
• ganchos de parafuso de metal
• pedaço de tecido super elástico (acabei de procurar na loja de tecidos local, mas pode funcionar ainda melhor) A parte mais cara! $ 14

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Então, quanto custaram as peças todas juntas? Talvez na ordem de US $ 75, o que não inclui as coisas que encontrei em minhas pilhas de lixo / tesouro - rolhas, cabo de alimentação, alto-falante, tubulação, conector de ar, recipiente hermético, fios, parafusos, selante - todos os quais podem adicione mais US $ 15 ou mais se você comprou um novo.

Etapa 2: Câmara do sensor de pressão

Eu precisava ter um sensor de pressão conectado à bola de alguma forma. Eu considerei outras opções como sentir a pressão da superfície inferior da bola empurrando algum tipo de sensor, ou ter o sensor dentro da bola ou na superfície da bola, mas a opção mais razoável que encontrei foi anexar um ar separado câmara apertada com o sensor nele para a bola por meio de um tubo.

A Câmara

Na verdade, passei um bom tempo no projeto de uma câmara de pressão impressa em 3D que teoricamente ainda funcionaria, mas tive uma falha na vedação e então decidi fazer mano-a-mano com minha pilha de lixo e usar tudo o que eu tinha em mãos, que era um velho recipiente de vitaminas com uma tampa hermética que faz um som de "estouro" quando você o tira.

Algumas fotos da câmara impressa em 3D descartada também incluem, parte do trabalho de 'falha' invisível que ocorre em quase todos os projetos.

Construção

Dois orifícios perfurados no recipiente de vitaminas, um para fios (energia e dados), um para um conector de tubulação.

Os fios e o conector foram colados com um selante subaquático que eu tinha em mãos, mas você provavelmente poderia usar silicone ou qualquer coisa que fosse hermética e não desenvolver uma rachadura entre a interface do recipiente do selante após uma flexão prolongada para frente e para trás (o que acontece quando você está mexer durante a construção e os testes).

Serrei o tubo de vitamina até o comprimento mínimo suficiente para que os fios e o sensor ainda pudessem caber dentro, pois sabia que o espaço seria apertado na construção final.

Eu preguei os conectores Dupont nos fios para que pudesse facilmente conectar o sensor de pressão de alta sensibilidade MS5611 ou o BMP280 mais barato (infelizmente não tive tempo de testar o BMP280 ainda).

Faça os fios longos o suficiente para que seja fácil prender a placa do sensor fora do recipiente, em seguida, coloque tudo dentro e coloque a tampa.

O tubo mostrado na imagem foi apenas para o teste inicial e mais tarde substituído por um comprimento muito maior, talvez 30-40 cm, para que você possa segurar a parte do balão e enfiar a ponta da agulha do tubo no balão sem ter que trabalhar na parte apertada espaço do recipiente do balde.

Etapa 3: Base

Originalmente, pensei em usar apenas o tecido elástico para segurar a parte do balão em algum tipo de plataforma, possivelmente feita de isopor para que toda a construção pudesse ser montada na parede (isso ainda é possível para uma versão diferente). Embora eu tenha imaginado que o tecido ficaria 'invisível' ao ser esticado em todos os lugares, na realidade ele se embaraça. Se a base fosse enorme, você poderia esticar o tecido para os lados e ele não se enrolaria, mas eu queria evitar uma base enorme. Tive a ideia de aumentar o perímetro da base para diminuir a folga do tecido, tornando-o tipo ameiado / estrelado (veja as fotos do protótipo de papelão com 5 saliências) e isso meio que funcionou, mas finalmente decidi fazer uma base pesada com um balde.

Na seção de concreto da loja de ferragens, encontrei um balde muito barato e com um cheiro horrível de plástico que era quase perfeito (e apenas ~ $ 3). Eu originalmente derramei um monte de gesso velho no fundo para fazer uma base pesada, e isso teria sido o fim da base, mas o gesso antigo nunca se formou e eu só tive uma grande bagunça parecida com argila que tive que cavar fora do balde. Então, outra falha.

Fotos de falha de gesso e papelão de 5 lóbulos incluídas acima.

Pensando bem, gostei da ideia de uma base separável e também não tão pesada. Decidi experimentar o MDF.

Para evitar ter que trabalhar nos limites do balde, cortei o fundo do balde e desenvolvi um sistema para prender uma base no fundo entre dois pedaços de MDF. Um pedaço circular de MDF ligeiramente maior do que o orifício no fundo do balde é aparafusado nas outras peças da base abaixo, então aperte o balde com força, o suficiente para que você possa carregar toda a construção pelo balde e a base irá espere.

Outras notas de construção:

Caçamba de corte:

Eu olhei onde poderia cortar o balde e deixar espaço suficiente para os componentes eletrônicos abaixo do raio / superfície inferior do balão enquanto ele pressionava. Desenhei uma linha na parte externa do balde naquela altura com um marcador de prata (porque o balde é preto) e usei um estilete / faca para cortar (com cuidado) o balde. O plástico era muito macio e se soltou com bastante facilidade.

Corte de MDF:

Coloquei o balde de corte no MDF e desenhei ao redor da parte inferior do balde para ver onde rotear um canal onde a borda inferior do balde pudesse se encaixar. Isso provavelmente não é absolutamente necessário, pois o pelo cobrirá essa borda, mas eu pensei que parecia melhor.

A base é feita de três discos de MDF, dois abaixo da borda inferior do balde e um dentro do balde que pressiona o balde para baixo nas outras duas peças. Os dois inferiores são ligeiramente maiores em diâmetro do que o fundo do balde - é arbitrário, mas eu os fiz alguns centímetros maiores com base no que achei que ficaria bem. Eles poderiam ser de qualquer tamanho, na verdade.

Cortei o MDF com uma pequena serra de fita (que comprei por US $ 20!) E rodei a borda visível superior, novamente não absolutamente necessário, mas acho que ficou melhor. Você pode cortar o MDF com uma serra de coping; bom treino de braço.

Eu direcionei a borda inferior do disco de "pinça" de MDF para que ficasse um pouco mais em forma de cunha que se conformasse com as laterais inclinadas da caçamba quando ele foi aparafusado. Provavelmente não é crítico, mas acho que ajudou a centralizar o disco MDF interno um pouco mais facilmente.

Você pode ver em uma das fotos como as paredes da caçamba do fundo se projetam levemente quando o disco de pinça de MDF interno é forçado para baixo, travando a caçamba na base.

Etapa 4: pés para a base

Como decidi rotear o cabo de alimentação pela parte inferior e não pela lateral, queria adicionar alguns pés para levantar um pouco toda a construção e dar espaço para o cabo sair. Usei uma rolha velha e alguns parafusos para fazer três pés (três pontos definem um plano, então ele não oscilaria).

Não havia nada muito complicado aqui:

- corte a cortiça em três seções iguais com um canivete

- mediu cada seção e arquivou até que estivessem quase na mesma altura

- furo escareado perfurado cuidadosamente através do centro de cada rolha

- aparafusado na placa inferior de MDF a 120 ° de distância usando um modelo impresso em papel

Etapa 5: suportes de LED

Eu fui um pouco exagerado nessa parte, pois tinha muitas visões de variações de iluminação e queria algo genérico. Acabei com algo semi-genérico que você pode ajustar a rotação e o ângulo e que se encaixa em qualquer orifício de 10 mm (usei uma broca Forstner para fazer um orifício bem limpo). Eu tinha outros projetos em que os LEDs deslizavam ao longo de um trilho ou faziam outras coisas, mas isso começou a tomar muito tempo. Na verdade, você não precisa ter este suporte, você provavelmente poderia cortar o fundo de um copo de papel e colocar o anel de LED nele e colar a extremidade do copo para baixo.

Imagem de algumas das muitas versões com falha. Devo ter tido de 20 a 30 versões e geometrias diferentes, mas finalmente optei pela base dividida que prendia a parte do jugo. Poderia ser melhor, mas funciona bem.

Para as configurações da impressora, veja as fotos.

A menor parte dos suportes de LED se encaixam no lugar conforme a ilustração e evitam que o anel de LED balance.

É um ajuste apertado para fazer com que o LED deslize na peça semicircular do garfo, mas ele vai (encaixe as pequenas peças anti-oscilação primeiro).

Etapa 6: casaco de pele

Por ser um brinquedo tátil, eu queria que a base fosse algo agradável ao toque também, então decidi por pele falsa e couro falso, branco já que o próprio dispositivo deve fornecer a cor.

Eu tinha um pouco de pele falsa de outro projeto, não grande o suficiente para cortar o que eu precisava em uma única tira, então cortei em dois pedaços, mas não foi difícil esconder as costuras pressionando as bordas uma contra a outra.

Cobri a base com um pedaço de papelão (de uma caixa de pizza) e borrifei adesivo nas laterais e depois apliquei com cuidado a tira de couro branco falso. Ficou surpreendentemente bem e o couro se adaptou muito bem à curva da borda superior. Cortei as pontas da tira de couro com um canivete e simplesmente as puxei para fechar a lacuna, pois o material era bastante elástico. A junta é quase invisível à distância.

Etapa 7: Colocando na Eletrônica

Eu 'coloco a seco' as peças frequentemente ao longo do processo para tentar evitar surpresas posteriores de que algo não caberia ou não haveria folga ou não pareceria certo ou algo assim. Acho que é um bom hábito na hora de fazer as coisas, pois ajuda a evitar muitos erros.

Soldei um fio de calibre 24AWG (22?) Que encontrei na minha caixa de fios aleatórios nas conexões de alimentação dos LEDs. Soldei alguns conectores de pino redondo fêmea nos canais de entrada e saída de dados. Eu queria ter alguma habilidade para remover os LEDs sem tê-los conectados a uma grande confusão de fios. Esta solução não é ótima, mas funcionou. Cada anel tem uma conexão de alimentação +/- mais uma conexão de entrada / saída de dados. Os fios amarelo-marrom (veja as fotos) são a força, e os fios roxos (fios da placa de ensaio) se conectam do Arduino na placa de ensaio até o último anel de LED por encadeamento em margarida de um anel para o próximo com um fio roxo da placa de ensaio para o soquete IN do último LED e um fio roxo vindo do conector OUT. Usei os cabeçotes de pino redondo feminino no IN / OUT para que o fio da placa de ensaio se encaixasse perfeitamente. O último anel de LED na cadeia não tem nenhum fio conectado ao pino OUT.

Os anéis de LED não consomem uma grande quantidade de energia, mas são 5 x 16 = 80 LEDs e no total eu estava estimando até 4A no máximo com todos na potência máxima (aparentemente cada um tem cerca de 50mA no máximo, em comparação com um produto semelhante https://www.pololu.com/product/2537). Portanto, a fonte de alimentação 6A. Como a energia estava indo para cada anel de LED individualmente, pensei que 24AWG seria suficiente (compare com as classificações de ampacidade para diferentes AWGs https://www.powerstream.com/Wire_Size.htm). Usei um fio um pouco mais grosso (acho que foi 22AWG) da fonte de alimentação para o bloco do conector que distribuía energia para os LEDs, já que havia menos fios, mais corrente por fio. Não fui extremamente cauteloso, pois não planejava operar todos os LEDs na potência máxima por um período de tempo significativo. Eu acho que se é assim que você deseja operá-lo, você pode querer verificar a bitola do fio mais de perto para ver se ele suporta essa corrente sem superaquecimento.

Imprimi um alívio de tensão do cabo de alimentação do Thingiverse, "rtideas"

Aparafusei a fonte de alimentação 5V 6A com dois parafusos minúsculos. A primeira fonte de alimentação que usei explodiu porque alguns fios entraram em curto, já que os fios do cabo de alimentação não estavam bem presos, então tomei mais cuidado ao pedir uma fonte de substituição. Eu realmente apertei os fios de alimentação de entrada e saída desta fonte.

Usei um bloco de conector para levar a energia de 5 V aos LEDs e à placa de ensaio para ter alívio de tensão entre a fonte de alimentação e os componentes e uma espécie de ponto de distribuição para a energia que não seja direto da fonte (talvez não seja absolutamente necessário).

A placa de ensaio tem um pedaço de fita dupla-face para mantê-la no lugar. Pode trabalhar solto em um clima muito quente? Funciona muito bem para mim.

Notas de fiação:

A fiação do MS5611 não é totalmente óbvia - com a biblioteca usada, ela espera que seu pino SDA seja conectado a A4 no Arduino e que o SCL esteja conectado a A5 no Arduino.

Desculpe, o diagrama de fiação é meio feio, mas eu queria pelo menos colocar algum tipo de diagrama nele.

Etapa 8: Escudo de Tecido de Proteção e Difusão e Balão de Montagem

Gosto da aparência da bola sem tecido, mas há alguns problemas com isso:

- pode simplesmente ser empurrado para fora, o que arrancaria o tubo de dentro

- em um ambiente de festa / jogo onde as pessoas podem se empolgar empurrando coisas para dentro da bola, aumenta o risco de a bola ser perfurada.

- as luzes não são tão difusas … o que não é realmente um problema, apenas uma escolha da estética e qualquer uma das formas pode ser boa

Imaginei um tecido super elástico que passasse por cima suavemente, mas na verdade o tecido da parte de baixo fica embolado. É possível que o tecido de meia / náilon estique mais e se aglomere menos, mas eu não tenho isso em mãos. Eu poderia ter cortado o tecido como uma bola de basquete, eu acho, e costurado nas costuras para que se encaixasse perfeitamente na parte do balão, mas ele tem costuras feias então, embora potencialmente fazer isso na parte inferior, onde o tecido amontoado poderia ser uma boa solução. Não tive tempo de tentar isso e decidi puxar o tecido para baixo adicionando ilhós na parte inferior e puxando-os para a base com ganchos de metal. Não é ótimo visualmente, mas passável quando visto de um pouco de cima.

Pensei em difundir os LEDs com aquela folha de plástico especial feita para difundir a luz em caixas de luz (veja as fotos), mas decidi que o balão mais o tecido os tornavam bastante difusos.

Adicionando o tecido:

- corte o tecido em um formato quase quadrado

- marcou 8 pontos aproximadamente equidistantes ao longo de um círculo deslocado da borda por alguns cm (para dar aos pontos de ancoragem alguma proteção contra arrancamento)

- coloque ilhós (depois de muitas tentativas e erros para encontrar uma maneira de fazer com que eles belisquem o tecido); usei um pequeno anel de papelão fino para ajudar a prender melhor o tecido.

- tecido drapeado, centralizado, sobre o balde

- coloque o balão inflado no balde com tecido

- fio elástico enfiado através de orifícios e amarrado em torno do balão (difícil de fazer como uma pessoa)

- cordão apertado e amarrado

Em seguida, é só inserir a agulha do balão (colocar um pouco de vaselina nela para ajudar a vedar a junta contra vazamentos; idem para a tampa do recipiente de vitaminas), colocar o balão no balde e estender a mão para enrolar o cordão elástico sobre os ganchos de metal que estão salientes em torno da base.

Isso ancora o balão para baixo para que não possa ser empurrado pelo usuário, mas deixa respingos elásticos o suficiente para que possa ser facilmente desengatado e também possa resistir a fortes empurrões de foliões bêbados ou crianças loucas com alto teor de açúcar.

Notas de balão:

Tive dificuldade em inflá-lo. Em primeiro lugar, aparentemente não havia nenhum buraco, então, com muito cuidado, fiz um buraco onde deveria estar com uma agulha grande (~ 1 mm de diâmetro). Então você precisa de algum tipo de bomba de alto volume para inflá-lo. Acontece que eu tinha um compressor de ar. Acho que com uma bomba de bicicleta levaria um tempo infinitamente longo para encher (pelo menos uma hora).

Etapa 9: Software

É sobre isso.

Oh, software. Torne-o vivo.

(nesta foto final da montagem no balde, você pode notar um chip extra pendurado nos fios da placa de ensaio. É um amplificador de áudio, PAM8403, que estou testando. Você pode obter som do alto-falante sem ele, mas o amplificador torna-o muito mais alto. Funciona, mas com um zumbido terrível (sem dúvida devido à situação da fiação), então não estou descrevendo isso por agora). O vídeo no topo desta etapa mostra o som sem o PAM8403 e você pode ver que está razoavelmente alto.

O cérebro do Spectra Bauble é um Arduino Pro Mini 368.

O código é um 'trabalho em andamento'. Eu só tive tempo até agora para codificar este comportamento:

Quando você liga a energia, ele faz uma espécie de bipe R2D2. Quando você empurra a bola e a pressão aumenta, ela emite um tom cujo tom aumenta com a pressão da bola. Quando você atinge uma certa pressão máxima, as luzes ficam furiosas, fazendo flashes brilhantes aleatórios e, finalmente, fazendo um assobio de lobo. A ideia por trás do max. O gatilho de pressão evitava que as pessoas pressionassem o balão a ponto de furar. Então, algum feedback ligeiramente negativo.

Obrigado a Connor Nishijima pela biblioteca de som do Arduino (e efeitos sonoros) que permite a saída de som no alto-falante sem nenhum hardware extra. Os LEDs são acionados com a biblioteca Adafruit_NeoPixel.h, mas acredito que existem outras libs que funcionarão bem (libs para LEDs WS2812). O chip de pressão é controlado com o MS5611.h lib.

O código mostrado em execução no vídeo está anexado.

Existem muitos comportamentos que podem ser programados, algumas das ideias que tive, "todo":

- pressione um padrão de pressão para desbloquear telas coloridas secretas ou use o padrão de pressão do usuário para mudar o comportamento

- mudar o comportamento / resposta ao longo do tempo para que o usuário não fique entediado ou "descubra"

- girando / girando: as luzes giram em anéis individuais um por um e 'passam' a luz para o próximo anel

- aumenta a super sensibilidade apenas às mudanças atmosféricas (assim irá piscar; provavelmente, expanda a gama de cores)

- demora na resposta (mais confusão / comportamento inesperado para manter a interação atualizada)

- modo de jogo:

- pisca uma cor e o usuário tem que empurrar com a pressão certa para combinar com a cor

- o usuário deve seguir uma cor (alguns anéis mostram a cor do alvo, outros mostram a cor de pressão atual do usuário)

- escolha a cor favorita da varredura de cores, em seguida, o show de luzes seguinte será nessa cor

- a cor salta entre os anéis opostos e se o usuário 'atinge' no ponto médio (tempo), então executa um novo comportamento

- repete a entrada do usuário, induz o usuário a brincar com diferentes padrões de entrada

- o sensor de pressão pode pegar gritos?

- padrão para luz de 'respiração', ocasionalmente flash para atrair a atenção; se o chip de radar adicionado reage quando as pessoas se aproximam

Etapa 10: Isso é tudo que ela escreveu

Então é isso. Não foi feito como eu gostaria, mas fiquei sem tempo.

Eu gostaria de ter adicionado o amplificador para tornar o som mais alto (embora o som usando a bola menor inflada com o mesmo tamanho fosse muito mais alto … Acho que a borracha extra na bola grande amorteceu o som tremendamente).

Eu tenho uma placa de mp3 e adicionaria efeitos sonoros de palavra falada ou música.

Queria adicionar um chip de radar (RCWL-0516) para saber quando alguém está por perto e começar a agir mal.

Eu tenho uma pequena bomba do tipo de pressão arterial e queria adicioná-la ao circuito do tubo do balão para que o Arduino pudesse ligá-la para inflar o balão se medir uma queda muito grande de pressão (esvaziamento do balão).

Pensei em usá-lo como um controlador para outras coisas, como um pequeno lança-chamas feito de um misturador de pressão para regar plantas, o tamanho da chama relacionado ao valor da pressão ou itens domésticos como um controle de volume de sistema de luz ou estéreo

A saída de som também pode ser direcionada via bluetooth para alto-falantes externos.

A bola deve inflar mais de 1,2 metros, mas ainda não tentei. Pode ser uma experiência interessante.

Tantas ideias e tão pouco tempo..

Bem, aqui está pelo menos algo. Dê uma chance.

Agradecimentos especiais a Tom por testar o Bauble e mostrar como ele pode ser divertido.:)