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स्मार्ट सेक्विन



लेख में, मैं इस बारे में बात करूंगा कि कैसे हमने स्मार्ट कपड़े और अनुकूली छलावरण प्रणालियों के लिए एक लघु विद्युत रंग प्रजनन उपकरण विकसित किया।

प्रस्ताव

“वह पेड़ के तने पर चढ़ने लगी। सूट के तंत्र ने तुरंत काम करने के लिए सेट किया, एक पेड़ की छाल के रंग में चित्रित किया, चांदनी के धब्बों के साथ धब्बेदार। "

स्कॉट वेस्टरफील्ड स्पेशल

इन पंक्तियों को पढ़ने के बाद, मेरी कल्पना इस विचार द्वारा पकड़ ली गई थी! एक सूट जो पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल होने में सक्षम है, उसका रंग, पैटर्न, बनावट बदल सकता है। महान ऑप्टिकल छलावरण प्रणाली। और इसके अलावा, कपड़े जो मालिक के अनुरोध पर या उसके शारीरिक मापदंडों के आधार पर उपस्थिति बदल सकते हैं।
"उन्होंने एक पॉलीकार्बन गिरगिट सूट पहना था, जो मालिक के मानसिक आदेश से किसी भी प्रकार के रंगों को पुन: प्रस्तुत करने में सक्षम था, अपने मनोदशा में परिवर्तन व्यक्त करता है।"

उलियम गिब्सन "तंत्रिका विज्ञान"

साहित्य और सिनेमा के कामों के लेखक अपनी पसंद के अनुसार गिरगिट की वेशभूषा का उपयोग करते हैं। लेकिन क्या इस क्षेत्र में कोई वास्तविक विकास हुआ है?
एक साहित्य समीक्षा से पता चला कि विभिन्न देश अनुकूली छलावरण प्रणाली विकसित कर रहे हैं, और विभिन्न प्रकार के रंग प्रजनन उपकरणों का उपयोग किया जाता है:


लेकिन लगभग सभी विकास प्रयोगशाला परीक्षणों और प्रोटोटाइप के चरण में हैं।

कुछ इसी तरह के कार्यान्वयन के लिए विचारों को खोजने की प्रक्रिया में, मैं कुछ नया कर रहा हूं।
एक बार उन्होंने मुझसे पूछा: "क्या आप जानते हैं कि सेक्विन क्या हैं?"

यहीं से शुरू होती है विकास की कहानी ...

सेक्विन


शुरुआत में, जब मैंने अपने दोस्तों और सहकर्मियों को बताया कि मैं अब क्या कर रहा हूं, तो उन्होंने मेरी कहानी को शुरू में ही रोक दिया और वही सवाल पूछा: "सेक्विन?"
इसलिए, मैं तुरंत समझाऊंगा कि क्या दांव पर है।

सेक्विन (फ्रेंच "रेत का सुनहरा अनाज") कपड़ों का एक सजावटी तत्व है, जो प्लास्टिक (परत) का एक छोटा गोला है, जिसमें एक छोटा छेद होता है, किनारे पर ऑफसेट होता है, इसे कपड़े या अन्य सामग्री पर (सिलाई करके) ठीक करने के लिए इस्तेमाल किया जाता है।



इसके अलावा, इन प्लास्टिक सर्कल में एक "चिप" होता है, वे पर्यवेक्षक को एक या दूसरी तरफ दिखाते हुए (स्क्रॉल) घुमा सकते हैं, जिसे विभिन्न रंगों में चित्रित किया जा सकता है।

सामान्य तौर पर, यह मुझे दिलचस्प लगा। सेक्विन के क्लॉथ ने मुझे एलईडी डिस्प्ले की याद दिलाई, केवल कम रिज़ॉल्यूशन और खराब रंग प्रजनन के साथ। लेकिन दूसरी ओर, वे परावर्तित प्रकाश पर काम करते हैं और उन्हें लचीले आधार (कपड़े या उसके तत्व) पर रखा जाता है।

यह एक सेक्विन बनाने के लिए अच्छा होगा जो स्वतंत्र रूप से "पत्ती के माध्यम से" और उस रंग को बदल सकता है जो वर्तमान में पर्यवेक्षक को दिखाया जा रहा है। इन उपकरणों में से कई को एक पैटर्न में जोड़ दिया जाएगा जो विभिन्न पैटर्न को पुन: पेश करने में सक्षम है, पाठ, चित्र और यह सब गतिशीलता में प्रदर्शित करता है!

इलेक्ट्रॉनिक सेक्विन


शुरू करने के लिए, कई रेखाचित्र बनाए गए थे और भविष्य के उत्पाद के लिए तकनीकी आवश्यकताओं को तैयार किया गया था:

  • कम से कम 2 रंगों का उपयोग करें;
  • आकार वास्तविक सेक्विन के लिए तुलनीय हैं;
  • हल्के वजन और बिजली की खपत;
  • .

1


प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक सेक्विन में एक आधार होता है जिसके साथ यह भविष्य के आधार (कपड़े) से जुड़ा होता है। आधार पर इलेक्ट्रॉनिक्स स्थित है, नियंत्रण और पंखुड़ी ड्राइव के लिए।

पंखुड़ी एक ही अक्ष पर स्थित हैं।

यह तय किया गया था कि पहले संस्करण में 3 रंग होंगे:



पहले प्रोटोटाइप के लिए, आकार सबसे महत्वपूर्ण चीज नहीं है, इसलिए सेक्विन को काम के विवरण में निर्दिष्ट की तुलना में थोड़ा बड़ा होने दें।

इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल यूनिट की संरचना:



ArduinoNANO प्लेटफॉर्म को कंट्रोलर के रूप में चुना जाता है। मोटरों (कलेक्टर मोटर्स) से सेक्विन तक टॉर्क को कृमि गियर के माध्यम से प्रेषित किया जाएगा। पंखुड़ियों की स्थिति के लिए सेंसर के रूप में, चर प्रतिरोधों का उपयोग किया जाता है, छोटे SG90 सर्वो से प्राप्त किया जाता है।

यह इस तरह काम करता है:


सब कुछ वैसा ही हो जैसा होना चाहिए! केवल एक चीज जो कृपया नहीं करती थी वह थी पंखुड़ियों की कम गति, लेकिन डिबगिंग प्रक्रिया के लिए यह है। इसके अलावा, हमने अगले प्रोटोटाइप में इस ट्रिफ़ल को सही किया।

संस्करण 2


नए मॉडल में, हमने केवल इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाई की संरचना को बदल दिया और एक मुद्रित सर्किट बोर्ड को जोड़ा, ताकि सेक्विन एक पूर्ण मॉड्यूल में बदल जाए। अब सब कुछ L293DD इंजन ड्राइवर के माध्यम से 8-बिट ATtiny44 माइक्रोकंट्रोलर द्वारा नियंत्रित किया गया था।

यह कैसा दिखता है:



और यह है कि यह कैसे काम करता है:


जैसा कि आप देख सकते हैं, अब तक किसी भी डिजिटल डेटा एक्सचेंज प्रोटोकॉल के बारे में कोई बात नहीं हुई है। पहले आपको यांत्रिकी से निपटना पड़ा।

संस्करण 3


अगले संस्करण में, हमने खुद को प्रजनन योग्य रंगों की संख्या को 5 तक बढ़ाने का कार्य निर्धारित किया है। ऐसा करने के लिए, हमें पंखुड़ियों की संख्या 4 तक बढ़ाने की आवश्यकता है, और उन्हें वैकल्पिक रूप से एक और दूसरे के माध्यम से फ्लिप करना है। सबसे आसान तरीका, जाहिर है, ड्राइव की संख्या में वृद्धि करना है, लेकिन इस मामले में सेक्विन पर अधिक से अधिक 5 मोटर्स रखना आवश्यक है! यह वजन, आयाम, इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाई की जटिलता में वृद्धि है। हमने तय किया कि यह गलत तरीका है।

परिणाम प्राप्त करने के लिए, हमने विभिन्न तरीकों की कोशिश की। पहला और सबसे दिलचस्प, जैसा कि मुझे लगता है, यांत्रिक भाले के माध्यम से पंखुड़ियों को चलाने के लिए केवल एक इंजन के टोक़ का उपयोग करना है।

इस तरह हमने जो पहला प्रोटोटाइप इकट्ठा



किया, वह ऐसा दिखता है: और यह काम करता है:


बेशक, इस डेमो मॉडल में न तो गति और न ही रोटेशन कोण की गणना की जाती है। यह हमें बहुत जटिल लग रहा था, हां, और बड़ी संख्या में यांत्रिक घटकों को छोटे आयामों के लिए लागू करना मुश्किल होगा। फिर भी, इस विकल्प पर काम किया गया।

अंततः, हम इस योजना पर आ गए:



वास्तव में, हमने पहले प्रोटोटाइप से इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल यूनिट को बचाया, लेकिन मोटर्स की भूमिकाओं को बदल दिया, यांत्रिक घटकों को जोड़ा और ऑप्टिकल सीमा स्विच के साथ लॉब्स की स्थिति सेंसर को बदल दिया। यह एक मोटर के टोक़ का उपयोग करने का निर्णय लिया गया था, और प्रत्येक गियर को क्रमिक रूप से वितरित करने के लिए गियरबॉक्स (ट्रांसफर केस) की मदद से। वर्तमान "ट्रांसमिशन" को एक स्लाइड चर अवरोधक का उपयोग करके मॉनिटर किया गया था।

यह नया तंत्र जैसा दिखता था:



ताज्जुब है, यह बुरा काम नहीं किया:


लेकिन फिर भी उसके फायदे से ज्यादा नुकसान हैं:

  • बड़ी संख्या में यांत्रिक गियर (कम विश्वसनीयता);
  • कई सेंसर को कैलिब्रेट करने की आवश्यकता होती है;
  • बड़े आयाम;
  • पंखुड़ियों की गति की कम गति।

यह देखते हुए कि इस स्तर पर हम कोई विकल्प नहीं दे सकते, हमने एक अलग दिशा में काम शुरू किया।

स्मार्ट सेक्विन


अंत में, हमने अपने सेक्विन के आकार का गंभीरता से ध्यान रखने का फैसला किया। कम से कम कपड़ों के इन सजावटी तत्वों के आयामों के करीब पहुंचना आवश्यक है। और हमने इसे बहुत छोटा कर दिया:



एक वास्तविक सेक्विन की तरह, पुन : प्रस्तुत रंगों की संख्या 2 हो गई। एक लघु स्टेपर मोटर को इसके एकमात्र लोब के लिए ड्राइव के रूप में लिया गया था ( मैंने इसके बारे में यहां विस्तार से लिखा है )।

रंगों के बीच स्विचिंग समय का मूल्य सरल गणनाओं द्वारा प्राप्त किया जाता है। मोटर 10ms के चरणों के बीच ठहराव के साथ 8 कदम लेता है। गणना केवल स्विचिंग समय के अनुमानित अनुमान की अनुमति देती है।

मौन धारा अभी भी एक महत्वपूर्ण राशि है, लेकिन यदि आप नियंत्रक और ड्राइवर के निम्न शक्ति मोड का उपयोग करते हैं, तो आप इस मान को कम कर सकते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक सेक्विन कंट्रोल यूनिट की नई संरचना:



हमने एटीटीइन 44 कंट्रोलर और एल 293 डी ड्राइवर के साथ एलीमेंट बेस रखने का फैसला किया।

डिवाइस के योजनाबद्ध आरेख:



सेक्विन के लिए एक छोटा प्रिंटेड सर्किट बोर्ड बिछाया गया था:



डिवाइस के छोटे आकार के कारण, हमें बोर्ड के दोनों तरफ माइक्रोक्रिस्केट्स लगाने थे, वास्तव में, वे इस पर लगभग सभी जगह पर कब्जा कर लेते हैं। तत्व आधार को बदलना आवश्यक है ...

बोर्ड और सेक्विन असेंबली की उपस्थिति:



मुलायम


हमें यह लग रहा था कि यदि सीक्वेंस एड्रेस एलईडी स्ट्रिप में एल ई डी के समान व्यवहार करता है तो यह बहुत सुविधाजनक होगा। इसलिए, डेटा एक्सचेंज प्रोटोकॉल तदनुसार लागू किया गया था। मैट्रिक्स कंट्रोल कंट्रोलर बस पर सभी मैट्रिक्स तत्वों के लिए बिट स्ट्रीम को चलाता है, पैकेज को स्टार्ट और स्टॉप डिवाइडर के साथ तैयार करता है। निष्क्रिय अवस्था में, लाइन Vcc तक खींच ली जाती है।



चूंकि ये सेक्विन केवल दो रंगों को पुन: पेश करते हैं, पैकेज में प्रत्येक के लिए केवल एक बिट आवंटित किया जाता है।



पंक्ति में पहला सेक्विन प्रारंभ विभाजक को नोटिस करता है, इसके लिए पहले बिट को पढ़ता है, और बाकी को दूसरे परिवर्तनों के साथ स्थानांतरित करता है। पंक्ति में दूसरा सेक्विन फिर से केवल पहले बिट को पढ़ता है और बाकी को श्रृंखला के नीचे स्थानांतरित करता है। इस प्रकार, पते का सहारा लेने के बिना, प्रत्येक को अलग से नियंत्रित करने की क्षमता के साथ बड़ी संख्या में मॉड्यूल कनेक्ट करना संभव है।

बिट्स नियमित अंतराल पर एक के बाद एक का पालन करते हैं। उच्च तर्क स्तर की अवधि "0" निर्धारित करती है या "1" इस पल्स द्वारा एन्कोडेड है। सेक्विन में डेटा के आदान-प्रदान से संबंधित सभी प्रक्रियाएं इंटरप्ट के माध्यम से कार्यान्वित की जाती हैं। प्रारंभ विभाजक को PA3 लाइन (बाहरी रुकावट) पर गिरने वाले किनारे पर तय किया जाता है, फिर एक टाइमर शुरू होता है, जो नियमित अंतराल पर व्यवधान उत्पन्न करता है। टाइमर इंटरप्ट हैंडलर में, समय अंतराल और पल्स अवधि की गणना की जाती है।

उन्होंने कुछ भी नया नहीं खोला, और यह संभावना नहीं है कि सिंगल-वायर इंटरफ़ेस के लिए किसी और चीज़ का आविष्कार किया जा सके।

Arduino प्लेटफॉर्म, जो कंप्यूटर के साथ संचार करता है, सेक्विन के मैट्रिक्स नियंत्रक (या टेप को कहने के लिए बेहतर) के रूप में कार्य करता है। हमने प्रसंस्करण वातावरण में एक छोटा अनुप्रयोग लिखा है, जो एक ग्राफिकल इंटरफ़ेस का उपयोग करके 4 सेक्विन के मैट्रिक्स का उपयोग करने की अनुमति देता है:


कार्यक्षमता के बारे में


आइए उन फायदों के बारे में सोचें, जो कपड़े इलेक्ट्रोकेमिकल सेक्विन के इस्तेमाल से अपना रंग बदल सकते हैं।

पहली बात जो दिमाग में आती है वह है आधुनिक कपड़ों के डिजाइन में सेक्विन का उपयोग। यदि आप आधुनिक कपड़ों के डिजाइन के रुझानों के बारे में थोड़ी जानकारी के लिए देखते हैं, तो आप अक्सर वाक्यांश "स्मार्ट कपड़ा", "स्मार्ट कपड़े" से मिल सकते हैं, फैशन डिजाइनरों के लिए बहुत सारे संदर्भ जो 3 डी प्रिंटर और फैशन उद्योग के अन्य तकनीकी चमत्कारों पर अपने संगठनों को प्रिंट करते हैं। मेरा मानना ​​है कि इलेक्ट्रोमैकेनिकल सेक्विन इस अवधारणा में बहुत व्यवस्थित रूप से फिट होते हैं।

एक अन्य अनुप्रयोग अनुकूली (सक्रिय) छलावरण प्रणाली है, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है।

इसके अलावा, प्रत्येक सेक्विन पंखुड़ी में एक चमकदार या मैट बनावट हो सकती है, और इसे अलग-अलग रंगों में चित्रित किया जाता है, जिसका अर्थ है कि सेक्विन सौर विकिरण को अलग-अलग तरीकों से अवशोषित करेगा। इस प्रकार, ऐसे सेक्विन के साथ कवर किए गए कपड़े के मालिक, उनके माइक्रॉक्लाइमेट को नियंत्रित करना संभव हो जाता है।



इसके अलावा, निचली पंखुड़ियों में विशेष "छिद्र" हो सकते हैं जो ऊपरी पंखुड़ियों के साथ खुल और बंद हो सकते हैं, इन "छिद्रों" के माध्यम से अतिरिक्त नमी वाष्पित हो सकती है।



इसी समय, अगर बाहर बारिश होती है, तो सेक्विन मज़बूती से "छिद्र" को बंद कर सकता है, जिससे कपड़ों के नीचे नमी को रोका जा सकता है।

कुछ संख्याएँ


मान लीजिए कि हम पहले से ही एक लोचदार सामग्री पर इलेक्ट्रॉनिक सेक्विन रखने की समस्या को हल करने में कामयाब रहे हैं, या, हमने इन छोटे उपकरणों से किसी तरह का "यांत्रिक कैनवास" बनाया है। कैनवास में (इस स्तर पर) क्या विशेषताएं होंगी?

एक सेक्विन के निर्माण की लागत का अनुमान लगाएं।

नोट:

1. खुदरा मूल्य - मेरे शहर में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए औसत खुदरा मूल्य।

2. थोक - चीन से बैचों में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का आदेश देना।


* शीट 208x248 मिमी - 216 रूबल। (स्लिस्ट = 51584 मिमी ^ 2), एस-बोर्ड = 391 मिमी ^ 2, शीट पर एन बोर्ड = 51584/391 = 131 पीसी, 1 बोर्ड की लागत = 1.64 रूबल।
** कॉइल 1 किग्रा -1000 रगड़।, भागों के 1 सेट की लागत = 1 रगड़।

यह पता चला है कि बड़े पैमाने पर उत्पादन में एक तत्व की लागत 100 रूबल से थोड़ी कम है।

हम 1 एम 2 के क्षेत्र के साथ एक कैनवास बनाने के लिए सेक्विन की आवश्यक संख्या की गणना करेंगे:

  • एक सेक्विन S1 = 391 मिमी 2 का क्षेत्र
  • कैनवास Sp का क्षेत्र = 1000000 मिमी 2
  • कैनवास एन = 2558 पीसी पर सेक्विन की संख्या
  • वजन सेक्विन एम 1 = 3.5 जी
  • 1 एम 2 एमपीपी = 8951 ग्राम के साथ कैनवास का द्रव्यमान
  • 1 एम 2 के क्षेत्र के साथ एक कपड़ा की प्रमुख लागत: 240306 रगड़
  • आराम पर बिजली की खपत: Imin = 76A
  • सभी वेब तत्वों को स्विच करते समय बिजली की खपत: इमैक्स = 306 ए

एह ... हमें इलेक्ट्रॉनिक सेक्विन से कपड़े सीना नहीं ...

जाँच - परिणाम


यहां आप आसानी से निष्कर्ष पर आगे बढ़ सकते हैं, और सामान्य रूप से इलेक्ट्रोमैकेनिकल रंग-प्रजनन उपकरणों का उपयोग करने के नुकसान के बारे में बात कर सकते हैं, और विशेष रूप से हमारे सेक्विन में।

आम हैं


  1. चलती भागों की उपस्थिति, यांत्रिक क्षति के लिए भेद्यता, व्यक्तिगत मैट्रिक्स तत्वों की कम विश्वसनीयता, प्रदूषण के लिए भेद्यता।
  2. प्रजनन योग्य रंगों का एक छोटा पैलेट।
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सामान्य तौर पर, विचार अच्छा था, कार्यान्वयन कम अच्छा निकला ... फिर भी, "स्मार्ट सेक्विन" पर काम जारी है। जल्द ही हम उन्हें कपड़े पर रखने की कोशिश करेंगे, और हम निश्चित रूप से परिणाम साझा करेंगे।

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