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[作品案例] 平行实镜——俯卧撑攒电能

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发表于 2020-10-4 14:00:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
平行实镜——俯卧撑攒电能
南京师范大学附属中学树人学校陈杰   

【创意来源】
    平行实镜的比赛,其比赛的创意来源于支付宝的蚂蚁森林。平行实境游戏,是一种以真实世界为平台、融合各种虚拟的游戏元素、玩家可以亲自参与到角色扮演中的多媒体互动游戏。通俗来说都是在现实中做了某些事,达成虚拟成就,得到反馈还能社交。 根据上述要求我利用开源硬件制作了一个俯卧撑攒电能的游戏。通过做俯卧撑来换取对应的电量,然后再需要的时候变成电能使用。
P01.jpg
1平行实境作品——俯卧撑攒电能
【项目展示】

p02.jpg
2平行实境项目作品全揽
p03.jpg
3电能积攒端
p04.jpg
4电能释放端
p05.jpg

5侧面效果

【功能简介】
(1)俯卧撑检测计数:利用哈士奇人脸识别功能,判断脸与镜头之间距离以此来计数。
(2)场景模拟与仿真:使用电导开关、磁铁、手掌放置区模拟仿真真实俯卧撑动作,同时作为计数的必要条件。
3)物联网云端数据:俯卧撑的个数依据规则转换为对应的字符,发送到使用端。
4)电能转换使用端:转换的电能,可在使用端通过按钮对应的释放相应时间电能。

【硬件材料】
序号
名称
数量
1
Arduino Uno
1
2
IO 传感器扩展板 V7.1
1
3
HuskyLens AI 视觉传感器
1
4
Oblog物联网模块
1
5
数字食人鱼黄色LED发光模块
1
6
数字蜂鸣器
1
7
按钮
1
8
电导开关模块
1
9
掌控板
1
10
micro:bit掌控I/O扩展板
1
11
风扇模块
1
12
7.4V锂电池

13
锂电池充电器

14
铜柱、螺丝

15
磁铁
4
1项目器材清单
【制作过程】
1.系统设计:系统整体设计如下图所示,分为电能积攒端和电能释放端。电能积攒端是通过做俯卧撑来对应换取一定量的电能;电能释放端,通过风扇运行一定的时间来释放电能。其具体设计下面具体介绍。
p06.jpg

6系统总流程
电能积攒端:
这里俯卧撑次数检测是通过哈士奇检测出的人脸方框的大小来判断人与镜头之间的距离,同时双手必须触摸俯卧撑板,电导开关构成回路。当两项条件同时满足时,为一次俯卧撑计数。
p07.png
7俯卧撑计数条件
电能释放端:
我们这里设计了两种释放电能的模式,按下A键盘工作5秒,按下B按钮工作10秒释放固定时间的电能。即风扇工作510秒后停止。
p08.jpg
8
规则的设计:
俯卧撑个数
电池显示
电能时间
>=10
显示电池A
5
>=20
显示电池A\B
10
>=10
显示电池A\B\C
15
>=40
显示电池A\B\C\D
20
>=50
显示电池A\B\C\D
45
每完成10个俯卧撑可获得1颗电池的电量,电能释放端可显示4颗电池,无法显示的电池能量可以进行电能时间的累加。具体转化规则如下表2所示。

2.结构设计:本次作品的结构设计包括三部分:一部分是电能积攒端,另一部分是电能释放端,最后一部分是俯卧撑触摸板。前两部分的结构设计都相对简单使用了LaserMaker的快速造盒功能。俯卧撑触摸板,就是两块导入手掌图片板子。具体设计图如下所示。
电能积攒端:上面板安装哈士奇AI摄像头、LED指示灯、蜂鸣器、按钮;底板上安装UNO R3主控、导电开关;有面板侧开孔,提供电池供电的插口。

p09.png
9电能积攒端结构图
电能释放端:上面板开工字形口,后面板开口用于供电,底部开M3孔用于固定掌控拓展板。

p10.png
10电能释放端结构图
俯卧撑触摸板:导入手形图片,分别开M4孔嵌入磁铁,用于吸附电导开关导线。

P11.png
11俯卧撑触摸板结构图
3.电路连线:
电能积攒端和电能释放端电路如下图所示。电能积攒端电路哈士奇AI摄像头接I2C口,物联网模块接在软串口(D2,D3),LED接D4口,蜂鸣器接D9口,按钮接在D10口,电导开关接D8口。电能释放端电路非常简单,风扇模块接P8口。

p12.jpg
12电能积攒端电路

p13.jpg
13电能释放端电路
4.代码编写:
电能积攒端功能:主要用于俯卧撑个数的检测,在完成俯卧撑的过程中,可以在哈士奇屏幕上看到脸与镜头之间距离,以及完成的个数N等数据。当俯卧撑个数满足设定的条件时,按下按钮发送A\B\C\D等信号到物联网平台。

p14.png
14电能积攒端代码
电能释放端功能:接收来自于物联网的信号,并依据不同信号代表不同的电能。在掌控屏幕上显示代表不同电能的电池图案,同时将N电能持续时间进行累加。按下掌控A或B按钮会以5、10秒的间隔释放电能,同时对总电能时做减法操作。
1)电能释放主程序:
p15.png

15电能释放端主程序
2)电能接收、显示程序:

p16.png
16接收电能、屏幕显示主程序

(3)电池显示子程序:主要用于在掌控屏幕上显示出一颗电池的图标,掌控屏幕尺寸为128*64,其坐标X0127Y063)如下图所示,依据上述条件编写程序如图所示。其余电池显示程序原理相同,这里不再赘述。

p17.png
17电池显示

P18.png
18电池显示子程序
4)电量释放程序:通过按下掌控上的A\B按钮分别以5秒、10秒的时间间隔释放电量,具体程序如下所示。

P19.png
19电能5秒释放程序

5.设备组装
第一步:哈士奇AI摄像头改造,由于在作品中我们想实时查看,屏上显示的数据。因此用钢尺或刀片将哈士奇AI摄像头的屏幕与电路板分离(请务必小心谨慎,切勿切断排线),如下图20所示。 p20.jpg

20
使用海绵胶粘贴在奥松板上,将分离后的屏幕与电路板轻轻的粘贴在海绵胶上。

p21.jpg
21
上电测试分离屏后的哈士奇AI摄像头,测试效果非常满意。
p22.jpg

22
第二步:激光切割电能积攒端,并按下列方法进行组装。


23
图激光切割电能积攒端结构
P24.jpg

24在底板安装电导开关和UNO R3 主控
P25.jpg
25用螺丝帽固定后,IO拓展板叠加到UNO 主控上
P26.jpg
26前面板上安装哈士奇AI摄像头、LED、蜂鸣器、按钮等模块

p27.jpg
27结构件拼装完成
第三步:安装电能释放端结构
P28.jpg

28激光切割除结构件
p29.jpg

29在每个支撑脚分别用210mm的铜柱垫高拓展板

p30.jpg
30用结构件组装成盒体
p31.jpg

31在顶板上安装支撑柱
p32.jpg

32将各部件组装完成如图所示
第四步:安装俯卧撑触摸板,将两颗强磁铁方便安装到俯卧撑触摸板孔位中,电能积攒端的鳄鱼夹可吸附于此。使用时,手指要触摸到磁铁处。
p33.jpg

33
p34.jpg

34
6.测试与运行
1)将电能积攒端与俯卧撑触摸板放置于地面合适位置处,将左右鳄鱼夹吸附于俯卧撑触摸板的磁铁处。开机上电。同时对电能释放端上电。具体如下图所示。
P35.jpg

35电能积攒端上电
p36.jpg

36电能释放端上电
2)双手分别触摸到磁铁上,对着电能积攒端摄像头,做俯卧撑。每正确完成一次,LED闪烁一次,蜂鸣器响一次。
p37.png

37对电能积攒端做俯卧撑
P38.png

38实时监测的人脸大小与完成俯卧数目 p40.jpg


3)按下数据上传按钮将完成的俯卧撑数上传并进行数据转换。电能释放端接收到对应转换的数据后,再掌控屏幕上显示正确的电池数目如下图所示。
P39.png

39上传俯卧撑数据

40电能释放端接收到相关电能
4)电能释放,按下掌控板上的B按键,电能以10秒的延时进行放电工作。当完成这10秒的放电后,屏幕会显示剩余的电量。当电量消耗完以后,则显示NO POWER,则需要重新去做俯卧撑,完成电量的积攒。
p41.jpg

4110秒的延时进行放电
p42.jpg

42显示剩余电量
p43.jpg

43电量消耗完



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