First_Encounter_: 10 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

First_Encounter_ is een op Arduino gebaseerde interactieve installatie, ontwikkeld voor de cursus Physical Interaction Design and Realization aan de KTH in Stockholm. First_Encounter_ is een hangende kunstinstallatie bestaande uit in ons geval 20 driehoekige modules. Omdat de gebruikte code ook modulair is, is het aan jou en de rekencapaciteit van de Arduino om te bepalen hoeveel driehoeken je wilt voor je versie.

Hard werken aan je volgende project vereist muziek, dit is de First_Encounter_ playlist:

• Je hebt nog niets gezien - Bachman-Turner Overdrive
• Hot Stuff - Donna Summer
• Je moet het weten - Alanis Morissette
• Citroenboom - Fools Garden
• Verblind door het licht - Manfred Mann's Earth Band
• Meer dan een gevoel - Boston
• Kom samen - The Beatles
• Opgepompte kicks - Foster The People
• Draad naar draad - Razorlight
• Woorden - Bee Gees
• Het laatste aftellen - Europa

Stap 1: Hot Stuff

De benodigdheden die je nodig hebt. Het exacte aantal dat je nodig hebt, hangt af van het aantal driehoeken dat je wilt maken:

• Hout voor lasersnijden, 4 mm dik
• Melkwit acrylaat voor lasersnijden (2 mm)
• Houtlijm
• Schuurpapier
• NeoPixels LED-strip, 30 LED's per meter, 6 meter (180 LED's)
• Aluminiumfolie
• Elektriciteitsdraden - ±70 meter diverse kleuren
• Elektrische tape
• Servo's - 10x
• Schroefklemmen - 170 gebruikt
• Kleine Schroeven ±8 mm lang - 80 gebruikt
• Arduino UNO
• MPR121 Capsense breakout-bord - 2x
• PCA9685 Servo breakout-bord
• zwarte doek
• Hete lijm
• 5V 12A voeding

Stap 2: u moet het weten

De dikte van zowel het acrylaat als het hout en de grootte van de driehoek zijn erg belangrijk.

Hoewel er 5 mm dikke Neopixel LED-strips zijn, vonden we ze niet helder genoeg voor het doel. We gebruikten 10 mm brede LED-strips en 2 mm dik acryl, opgeteld tot 12 mm in totaal. Daarom moet de wanddikte ook 12 mm zijn om het ontwerp te laten werken, in ons geval resulterend in 3 lagen hout van 4 mm.

De grootte van de driehoek is ook afhankelijk van de LED-strip die je hebt of de hoeveelheid die je wilt solderen. We wilden 9 LED's per driehoek en gingen voor een Neopixel-strip van 30 LED's per meter om een grotere driehoek te huisvesten en de hoeveelheid soldeerwerk te verminderen. Met deze opstelling zouden 3 LED's precies in de driehoek passen zonder dat er extra gesoldeerd hoeft te worden. Met de standaard 60 LED's per meter rol moet je kleinere driehoeken maken of meer LED's per zijde gebruiken of soldeerdraden tussen enkele LED's.

Stap 3: Citroenboom

De koffer van First_Encounter_ bestaat in totaal uit 5 stuks, die we uitsnijden met een lasercutter. De witte voorplaat is een stuk melkwit acryl, de wanden van de koffer zijn opgebouwd uit 3 afzonderlijke driehoeken en tenslotte is er de houten achterplaat. Inbegrepen bij deze stap is er een Illustrator-bestand dat kan worden gebruikt om de vormen te lasersnijden.

Voor elke gewenste driehoek moet je de muurdriehoeken aan elkaar lijmen. De grootste driehoek gaat onderaan en de kleinste bovenaan om een trapachtige vorm te vormen. Zorg ervoor dat de binnenkant van de muur zo vlak mogelijk is, anders past de LED-strip er niet goed in.

Nadat de lijm is opgedroogd, schuurt u de buitenkant van de muur en de zijkanten van de achterplaat onder een hoek van ongeveer 30 graden. Dit zal de beweging mogelijk maken die we willen hebben. Probeer het zo symmetrisch en vergelijkbaar mogelijk te houden om een goede beweging te garanderen. Als je wilt, kun je het hout nu (spuit)verven om uiteindelijk een betere afwerking te krijgen.

Stap 4: Verblind door het licht

Onze Neopixels werden geleverd in een waterdichte behuizing, die moet worden verwijderd om de strip in de driehoek te laten passen. Knip de LED-strip in de lengte die je nodig hebt voor je driehoeken, in ons geval 9 LED's lang. Aan de ingangszijde, zoals aangegeven door de pijlen, soldeer draden naar alle drie de contactpunten (zwart = massa, geel = data in, rood = data uit in de afbeelding). Aan de andere kant, de outputkant, soldeer je alleen een draad naar het 'data out' contactpunt (groen = data out in de afbeelding). Zorg ervoor dat de draden langs de LED-strip lopen (zie foto), anders passen ze niet! De draden moeten ongeveer 12 cm lang zijn.

Isoleer de eindpunten met isolatietape om kortsluiting te voorkomen, want ze worden tegen elkaar gedrukt.

Buig tenslotte na elke groep van 3 LED's de strip op de afgesneden punten tot een driehoek.

Stap 5: Meer dan een gevoel

De manier waarop First_Encounter waarneemt, is door middel van capacitieve detectie of capsense. Om capsense zo nauwkeurig mogelijk te laten werken, hebben we een grote massa metaal nodig, bij voorkeur koper. Hoewel koper vrij duur is, hebben we daarom gevouwen aluminiumfolie gebruikt.

De aluminiumfolie moet tot een driehoek worden gevouwen, bij voorkeur iets groter dan de ruimte in de muur. We gingen met 24 lagen voor onze versie. Het makkelijkste is om de afvaldriehoeken van de muur te gebruiken, deze zijn precies zo groot als de binnenkant van de muur, dus als je hem goed vouwt, zal de driehoek iets groeien.

Leg ze neer in een S-vorm zoals op de foto, dit maakt het een relatief gemakkelijke manier om de driehoek te vouwen. Als je veel driehoeken moet maken, kan het handig zijn om ze aan elkaar te plakken. Aan het einde van de S-vorm moet je twee van de zijden van de driehoek verlengen, hierdoor blijft hij daarna gevouwen. Markeer vervolgens de aluminiumfolie waar u moet knippen en gebruik vervolgens een schaar om het daadwerkelijk te knippen. Hierdoor blijven de sneden schoner dan bij gebruik van een mes.

Wanneer u begint met vouwen, kunt u een van de afvaldriehoeken gebruiken om de geschatte grootte van de eerste (paar) vouwen goed te krijgen. Houd bij het vouwen de matte kant van de folie aan de binnenkant en de reflecterende kant aan de buitenkant, zo wordt het LED-licht beter naar buiten gereflecteerd.

Maak vervolgens een gaatje (je kunt eventueel een eenvoudige papieren perforator gebruiken) in de gevouwen driehoek, ongeveer op dezelfde plaats als het gaatje in de achterplaat. Vouw twee van de lagen terug en bevestig een draad met een groot gestript deel. Vouw de driehoek opnieuw en zorg ervoor dat de draad daarna uit het gat komt. Het ongestripte deel van de draad moet ongeveer 10 cm lang zijn. Breng tot slot wat (elektrisch)tape aan op de randen van het gat, dit voorkomt dat ze scheuren als de draden erdoor worden geduwd6

Stap 6: Kom samen

Alvorens verder te gaan kan het handig zijn om te testen of de LED-strips correct gesoldeerd zijn.

De eenvoudigste manier van monteren is om de geschuurde muurdriehoeken op tafel te leggen, met de breedste kant naar boven. Plaats de acryldriehoek in de muur en zorg ervoor dat deze helemaal naar de tafel gaat. Plaats vervolgens de LED-strip en lijm alles van binnenuit aan elkaar met een heet lijmpistool.

Plak vervolgens isolatietape over de randen om onbedoeld contact tussen het aluminium en de LED-strip te voorkomen. Trek de draden van de LED-strip door het gat in het aluminium en plak het aluminium op de driehoek.

Pak nu de doek en maak de vorm die je wilt maken met de achterplaten van de driehoeken. Laat een klein beetje ruimte tussen de driehoek om de beweging te vergroten. Lijm vervolgens de backplates op de kleding op die plek en knip de doek een klein stukje af op de plek van het gaatje van de backplate.

Trek tenslotte de draden door en schroef de driehoeken op hun plaats.

Stap 7: Opgepompte trappen

Nu alles in elkaar zit, gaan we beweging aan de structuur toevoegen. De beweging wordt geregeld door in totaal 10 servo's. We hebben ook schroefklemmen aan de achterkant van elke driehoek toegevoegd, op deze manier kan het systeem min of meer modulair zijn en gemakkelijk te repareren. Een belangrijke opmerking hierbij is om ervoor te zorgen dat de draden die uit de schroefklemmen komen, naar boven gaan tijdens het ophangen, om de beweging niet te hinderen.

Vanwege gewichtsproblemen hebben we besloten om de servo's op een klein stukje hout te plakken en dat stuk op de driehoek te schroeven. Ook hebben we de 5V aansluitingen en de massa aansluitingen van zowel de servo als de LED-strip van elke driehoek in dezelfde schroefklem gezet, op deze manier lopen er vanaf elke driehoek maar één 5V draad en één aarddraad omhoog.

Stap 8: Wire to Wire

Het bedradingsschema ziet er vrij ingewikkeld uit, maar is in feite zeer goed te doen. De stroom werd verdeeld in 5 groepen, 1 groep voor de Arduino en breakout boards en 4 groepen voor de gehele installatie. De nummering van de driehoeken begint op de driehoek linksboven, van voren gezien. Daarom lijkt de nummering in het schema achterlijk.

In wezen gaan van elk paneel 4 draden naar boven:

• 2 draden voor de voeding (5V en massa) van zowel de LED's als de occasionele servo.
• 1 draad voor de capsense-gegevensuitgang
• 1 draad voor de servo data-ingang

Het is erg belangrijk dat de eerste driehoekige capsense-draad wordt aangesloten op het eerste capsense-bord en het eerste invoerpunt. Ze moeten in orde zijn, anders werkt de verlichting van de LED's niet goed. De LED's zijn in serie geschakeld (groene draad loopt over de driehoeken), daarom moeten de capsense en het paneelnummer overeenkomen, hetzelfde geldt ook voor de servomotoren.

We hebben de voeding en meerdere schroefklemmen op een houten frame gemonteerd, zodat het effect van de beweging op de aansluitingen minimaal is.

Als de bedrading klaar is kun je de servokoppen erop zetten en deze aansluiten op de aangesloten driehoekjes.

Stap 9: Woorden

Dit is de Arduino-code

Zet hier het aantal driehoeken dat je bouwt:

#define N_TRIANGLES 20

Vul hier het aantal gebruikte servo's in:

#define N_SERVOS 10

Vul hier het aantal gebruikte LED's in:

#define N_LED's 180

De gewenste animatiesnelheid (driehoek wordt wit):

#define hueSpeed 2

Stap 10: het laatste aftellen

Bedankt en veel plezier