Get best of the week

الترتر الذكي



في المقالة ، سأتحدث عن كيف طورنا جهازًا مصغرًا لإنتاج الألوان الكهروميكانيكية للملابس الذكية وأنظمة التمويه التكيفية.

مقدمة

بدأت بتسلق جذع الشجرة. بدأت آليات البدلة تعمل على الفور ، وهي مطلية بلون لحاء الشجر ، مرقطة بنقط من ضوء القمر ".

سكوت ويسترفيلد الخاصة

بعد قراءة هذه السطور ، التقطت هذه الفكرة خيالي! بدلة قادرة على التكيف مع الظروف البيئية ، وتغيير لونها ونمطها وملمسها. نظام تمويه بصري رائع. بالإضافة إلى الملابس التي يمكن أن تغير المظهر بناءً على طلب المالك أو اعتمادًا على معلماته الفسيولوجية.
"كان يرتدي بدلة الحرباء المصنوعة من البولي كاربون ، القادرة على إعادة إنتاج أي مجموعة من الظلال حسب الترتيب العقلي للمالك ، معبرة عن التغييرات في مزاجه."

Ulyam Gibson "Neuromantic"

يستخدم مؤلفو الأعمال الأدبية والسينمائية أزياء الحرباء كما يحلو لهم. ولكن هل هناك تطورات حقيقية في هذا المجال؟
أظهرت مراجعة الأدبيات أن البلدان المختلفة تطور أنظمة تمويه تكيفية ، وتستخدم مجموعة متنوعة من أجهزة استنساخ الألوان:


لكن جميع التطورات تقريبًا في مرحلة الاختبارات المعملية والنماذج الأولية.

في عملية العثور على أفكار لتنفيذ شيء مشابه ، صادفت شيئًا جديدًا.
ذات مرة سألوني: "هل تعرف ما هي الترتر؟"

هنا تبدأ قصة التطوير ...

ترتر


في البداية ، عندما أخبرت أصدقائي وزملائي عما أفعله الآن ، أوقفوا قصتي في البداية وسألوا نفس السؤال: "الترتر؟"
لذلك ، سأشرح على الفور ما هو على المحك.

الترتر ("حبة الرمل الذهبية" الفرنسية) هو عنصر زخرفي من الملابس ، وهو عبارة عن دائرة صغيرة من البلاستيك (تقشر) ، لها فتحة صغيرة في الحافة ، تُستخدم لإصلاحها (عن طريق الخياطة) على قماش أو مادة أخرى.



علاوة على ذلك ، تحتوي هذه الدوائر البلاستيكية على "خدعة" ، يمكنها الدوران (التمرير) ، تظهر المراقب واحد أو الجانب الآخر ، والذي يمكن رسمه بألوان مختلفة.

بشكل عام ، بدا لي مثيرًا للاهتمام. ذكرني قماش الترتر بشاشات LED ، فقط مع دقة منخفضة وسوء إنتاج الألوان. ولكن من ناحية أخرى ، يعملون على الضوء المنعكس ويتم وضعهم على أساس مرن (الملابس أو عناصره).

سيكون من الرائع إنشاء ترتر يمكنه "التنقل" بشكل مستقل وتغيير اللون الذي يتم عرضه حاليًا للمراقب. سيتم دمج العديد من هذه الأجهزة في مصفوفة قادرة على إعادة إنتاج أنماط مختلفة ، وعرض النص والصور ، وكل هذا في ديناميكيات!

الترتر الإلكتروني


بادئ ذي بدء ، تم عمل العديد من الرسومات وتم صياغة المتطلبات الفنية للمنتج المستقبلي:

  • استخدام لونين على الأقل ؛
  • الأحجام مماثلة للترتر الحقيقي ؛
  • خفيفة الوزن واستهلاك الطاقة ؛
  • .

1


يتكون كل ترتر إلكتروني من قاعدة يتم إرفاقها بقاعدة مستقبلية (قماش). يوجد على القاعدة الإلكترونيات ، للتحكم ، ومحركات البتلات.

تقع بتلات على نفس المحور.

تقرر أن الإصدار الأول سيكون له 3 ألوان:



بالنسبة للنموذج الأول ، الحجم ليس هو أهم شيء ، لذا دع الترتر يكون أكبر قليلاً مما تم تحديده في بيان العمل.

هيكل وحدة التحكم الإلكترونية:



تم اختيار منصة ArduinoNANO كوحدة تحكم. سيتم نقل عزم الدوران من المحركات (محركات التجميع) إلى الترتر من خلال تروس الدودة. كمستشعرات لموضع البتلات ، يتم استخدام المقاومات المتغيرة ، المستخرجة من أجهزة SG90 الصغيرة.

يعمل مثل هذا:


كل شيء كما ينبغي! الشيء الوحيد الذي لم يرضي هو السرعة المنخفضة للبتلات ، ولكن بالنسبة لعملية التصحيح. علاوة على ذلك ، قمنا بتصحيح هذه التفاهات في النموذج الأولي التالي.

الإصدار 2


في النموذج الجديد ، قمنا فقط بتغيير تركيبة وحدة التحكم الإلكترونية وأضفنا لوحة دائرة مطبوعة بحيث تحول الترتر إلى وحدة كاملة. الآن تم التحكم في كل شيء بواسطة متحكم 8-bit ATtiny44 عبر محرك المحرك L293DD.

هكذا يبدو:



وهذه هي الطريقة التي يعمل بها:


كما ترى ، لا يوجد حديث عن أي بروتوكول لتبادل البيانات الرقمية حتى الآن. أولا كان عليك التعامل مع الميكانيكا.

الإصدار 3


في الإصدار التالي ، وضعنا لأنفسنا مهمة زيادة عدد الألوان القابلة للتكرار إلى 5. للقيام بذلك ، نحتاج إلى زيادة عدد البتلات إلى 4 ، وجعلها تتقلب بالتناوب من خلال واحدة وأخرى. من الواضح أن أسهل طريقة هي زيادة عدد محركات الأقراص ، ولكن في هذه الحالة ، من الضروري وضع ما يصل إلى 5 محركات في الترتر! هذه زيادة في الوزن والأبعاد وتعقيدات وحدة التحكم الإلكترونية. قررنا أن هذه هي الطريقة الخاطئة.

لتحقيق النتيجة ، حاولنا طرق مختلفة. واحدة من أولى وأكثر إثارة للاهتمام ، كما يبدو لي ، هو استخدام عزم دوران محرك واحد فقط لدفع بتلات من خلال التروس الميكانيكية.

هذه هي الطريقة التي بدا بها النموذج الأولي الذي قمنا بتجميعه



:


بالطبع ، لا يتم حساب زوايا السرعة ولا الدوران في هذا النموذج التجريبي. لقد بدا لنا معقدًا جدًا ، نعم ، وسيكون من الصعب تنفيذ عدد كبير من المكونات الميكانيكية لأبعاد أصغر. ومع ذلك ، تم عمل هذا الخيار.

في النهاية ، استقرنا على هذا المخطط:



في الواقع ، قمنا بحفظ وحدة التحكم الإلكترونية من النموذج الأولي الأول ، ولكننا قمنا بتغيير أدوار المحركات ، وأضفنا المكونات الميكانيكية واستبدلنا مستشعرات وضع الفصوص بمفاتيح حد بصرية. تقرر استخدام عزم دوران محرك واحد ، وبمساعدة علبة تروس (علبة نقل) لتوصيلها إلى كل فص بشكل متتابع. تم رصد "الإرسال" الحالي باستخدام مقاوم متغير الشريحة.

هذا هو شكل الآلية الجديدة:



من الغريب أن الأمر لم يكن سيئًا:


ولكن لا يزال لديه عيوب أكثر من المزايا:

  • عدد كبير من التروس الميكانيكية (موثوقية منخفضة) ؛
  • تحتاج العديد من أجهزة الاستشعار إلى المعايرة ؛
  • أبعاد كبيرة
  • السرعة المنخفضة لحركة البتلات.

ندرك أنه في هذه المرحلة لا يمكننا تقديم أي بديل ، بدأنا العمل في اتجاه مختلف.

الترتر الذكي


أخيرًا ، قررنا الاهتمام بجدية بحجم الترتر لدينا. من الضروري الاقتراب على الأقل من أبعاد هذه العناصر الزخرفية للملابس. وجعلناها أصغر بكثير:



تم تقليل عدد الألوان المستنسخة إلى 2 ، مثل الترتر الحقيقي. تم أخذ محرك السائر المصغر كمحرك لفصه الوحيد ( كتبت عنه بالتفصيل هنا ).

يتم الحصول على قيمة وقت التبديل بين الألوان من خلال الحسابات البسيطة. يأخذ المحرك 8 خطوات مع توقف مؤقت بين درجات 10 مللي ثانية. يسمح الحساب بتقدير تقريبي فقط لوقت التبديل.

لا يزال التيار الساكن كمية كبيرة ، ولكن إذا كنت تستخدم أوضاع الطاقة المنخفضة لجهاز التحكم والسائق ، فيمكنك تقليل هذه القيمة.

الهيكل الجديد لوحدة التحكم في الترتر الإلكتروني:



قررنا الاحتفاظ بقاعدة العنصر مع وحدة تحكم ATtiny44 ومحرك L293DD.

رسم تخطيطي للجهاز:



تم وضع لوحة دائرة صغيرة للترتر:



نظرًا لصغر حجم الجهاز ، كان علينا وضع دوائر صغيرة على جانبي اللوحة ، في الواقع ، تشغل كل المساحة تقريبًا. من الضروري تغيير قاعدة العنصر ...

مظهر اللوحة والترتر:



ناعم


يبدو لنا أنه سيكون من الملائم للغاية أن تتصرف الترتر بشكل مشابه لمصابيح LED في شريط LED الخاص بالعنوان. لذلك ، تم تنفيذ بروتوكول تبادل البيانات وفقًا لذلك. تعمل وحدة التحكم في التحكم في المصفوفة على تشغيل دفق البت لجميع عناصر المصفوفة في الناقل ، وتأطير الحزمة مع فواصل بدء وإيقاف. في الحالة غير النشطة ، يتم سحب الخط حتى Vcc.



نظرًا لأن هذه الترترات تنتج لونين فقط ، يتم تخصيص بت واحد فقط لكل منها في الحزمة.



يلاحظ الترتر الأول في الصف فاصل البدء ، ويقرأ البت الأول المخصص له ، وينقل الباقي إلى الثاني بدون تغييرات. يقرأ الترتر الثاني في الصف مرة أخرى البت الأول فقط وينقل الباقي إلى أسفل السلسلة. وبالتالي ، من الممكن ربط عدد كبير من الوحدات مع القدرة على التحكم في كل منها على حدة ، دون اللجوء إلى معالجة.

تتبع البتات الواحدة تلو الأخرى على فترات منتظمة. تحدد مدة المستوى المنطقي العالي "0" أو "1" يتم تشفيرها بواسطة هذه النبضة. يتم تنفيذ جميع الإجراءات المتعلقة بتبادل البيانات في الترتر من خلال المقاطعات. يتم تثبيت فاصل البدء على حافة هبوط على خط PA3 (مقاطعة خارجية) ، ثم يبدأ جهاز ضبط الوقت ، والذي يولد مقاطعات على فترات منتظمة. في معالج مقاطعة المؤقت ، يتم حساب الفواصل الزمنية ومدد النبض.

لم يفتحوا أي شيء جديد ، ومن غير المحتمل أن يتم اختراع أي شيء آخر لواجهة ذات سلك واحد.

تعمل منصة Arduino ، التي تتواصل مع الكمبيوتر ، كوحدة تحكم مصفوفة (أو من الأفضل أن تقول الشريط) من الترتر. كتبنا تطبيقًا صغيرًا في بيئة المعالجة ، والذي يسمح باستخدام مصفوفة من 4 ترتر باستخدام واجهة رسومية:


حول الوظيفة


دعونا نفكر في المزايا التي يمكن أن تعطيها الملابس التي يمكنها تغيير لونها من خلال استخدام الترتر الكهروميكانيكية.

أول ما يتبادر إلى الذهن هو استخدام الترتر في تصميم الملابس الحديثة. إذا كنت تبحث عن القليل من المعلومات حول الاتجاهات في تصميم الملابس الحديثة ، يمكنك في كثير من الأحيان تلبية عبارة "النسيج الذكي" ، "الأقمشة الذكية" ، والكثير من الإشارات إلى مصممي الأزياء الذين يطبعون ملابسهم على طابعة ثلاثية الأبعاد وعجائب تكنولوجية أخرى في صناعة الأزياء. أعتقد أن الترتر الكهروميكانيكي يتناسب تمامًا مع هذا المفهوم.

تطبيق آخر هو أنظمة التمويه التكيفية (النشطة) ، كما هو مذكور أعلاه.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون لكل بتلة من الترتر نسيج لامع أو غير لامع ، ومطلي بألوان مختلفة ، مما يعني أن الترتر سيمتص الإشعاع الشمسي بطرق مختلفة. وبالتالي ، فإن مالك الملابس المغطاة بمثل هذا الترتر ، يصبح من الممكن التحكم في المناخ المحلي.



بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تحتوي البتلات السفلية على "مسام" خاصة يمكن فتحها وإغلاقها مع البتلات العلوية ، من خلال هذه "المسام" يمكن أن تتبخر الرطوبة الزائدة.



في نفس الوقت ، إذا أمطرت في الخارج ، فإن الترتر يمكن أن يغلق "المسام" بشكل موثوق ، مما يمنع الرطوبة من الدخول تحت الملابس.

أرقام قليلة


لنفترض أننا تمكنا بالفعل من حل مشكلة وضع الترتر الإلكتروني على مادة مرنة ، أو أننا أنشأنا نوعًا ما من "قماش ميكانيكي" من هذه الأجهزة الصغيرة. ما هي خصائص اللوحة (في هذه المرحلة)؟

تقدير تكلفة تصنيع الترتر الواحد.

ملاحظات:

1. سعر التجزئة - متوسط ​​سعر التجزئة للمكونات الإلكترونية في مدينتي.

2. البيع بالجملة - طلب المكونات الإلكترونية على دفعات من الصين.


* ورقة 208 × 248 مم - 216 روبل. (Slist = 51584mm ^ 2) ، ألواح S = 391mm ^ 2 ، ألواح N على الورقة = 51584/391 = 131pcs ، تكلفة لوحة واحدة = 1.64 روبل.
** لفائف 1 كجم -1000 فرك ، تكلفة مجموعة واحدة من الأجزاء = 1 فرك.

اتضح أن تكلفة عنصر واحد في الإنتاج الضخم أقل بقليل من 100 روبل.

سنقوم بحساب العدد المطلوب من الترتر لإنشاء لوحة قماشية بمساحة 1 متر مربع:

  • مساحة الترتر الواحد S1 = 391mm2
  • مساحة اللوحة Sp = 1000000mm2
  • عدد الترتر على القماش N = 2558pcs
  • الترتر الوزن m1 = 3.5 جرام
  • كتلة اللوحة بمساحة 1 م 2 مب = 8951 جم
  • التكلفة الأولية لقطعة قماش بمساحة 1 متر مربع: 240306 فرك
  • استهلاك الطاقة عند الراحة: Imin = 76A
  • استهلاك الطاقة أثناء تبديل جميع عناصر الويب: Imax = 306A

إيه ... لا تخيطونا فساتين من الترتر الإلكتروني ...

الموجودات


هنا يمكنك المتابعة بسلاسة إلى الاستنتاجات ، والحديث عن مساوئ استخدام أجهزة إعادة إنتاج الألوان الكهروميكانيكية بشكل عام ، وخاصة الترتر لدينا.

شائعة


  1. وجود أجزاء متحركة ، قابلية التأثر بالضرر الميكانيكي ، انخفاض موثوقية عناصر المصفوفة الفردية ، التعرض للتلوث.
  2. لوحة صغيرة من الألوان القابلة للنسخ.
  3. .


  1. .
  2. . : «» .
  3. . : , , , , .
  4. .
  5. .


  1. «» .
  2. .
  3. .
  4. , , .

بشكل عام ، كان الفكر جيدًا ، واتضح أن التنفيذ أقل جودة ... ومع ذلك ، يستمر العمل على "الترتر الذكي". قريباً سنحاول وضعهم على الملابس ، وسنقوم بالتأكيد بمشاركة النتائج.

More articles:


All Articles