Harjoitus: Älykkäitä vaatteita

Johdanto

Erilaisissa älyvaatteissa (wearables) tavallisten aktiivisuusrannekkeiden ja älykellojen toimintoja siirretään suoraan vaatteisiin. Vaatteisiin ja vaikkapa kenkiin kiinnitetyt sensorit voivat pitää kirjaa askeleista, lämpötilasta, asennoista tai sijainnista ja vaikkapa ohjata vaatteisiin kiinnitettyjä ledejä vaihtamaan väriään tämän pohjalta.

Tässä harjoituksessa pääset kokeilemaan yksinkertaista wearables-projektia. Tarvitset sähköä johtavaa lankaa, ledejä ja boardin, jonka pinneihin voi kiinnittää sähköä johtavaa lankaa esimerkiksi solmimalla.

Harjoituksessa opastetaan etenkin Lilypad LilyMini (ProtoSnap) käyttöön, mutta pärjäät hyvin millä tahansa LilyPadilla tai tarvittaessa muullakin kevyehköllä boardilla. Yleensä wearables-projekteissa käytettävät boardit ovat suhteellisen pieniä ja huomaamattomia, koska niiden on tarkoitus kulkea vaatteiden mukana turhaa huomiota herättämättä.

Alla olevalla videolla on LilyPadilla tehty wearables-projekti inspiraatioksi.

Taylor Sparks: Arduino Lilypad Death Star Christmas Sweater

Tarvikkeet

Voit tehdä tämän harjoituksen periaatteessa millä tahansa boardilla, jonka digitaalisen pinnit ovat reikiä. Reiät ovat tarpeen, koska tulet solmimaan niihin sähköä johtavaa lankaa ja kiinnittämään ledit toisiin päihin. Lilypad-sarjan boardit on erityisesti suunniteltut tätä tarkoitusta ja ommeltavaa elektroniikkaa varten.

Osa	Kuva	Kuvaus
Lilypad LilyMini (ProtoSnap)		LilyMini Protosnap on oikeastaan valmis virtapiiri, jossa varsinaiseen pieneen pyöreään boardiin (kuvassa keskellä) on kiinnitetty muutamia ledejä, nappi ja valovastus jo valmiiksi. Boardin ja komponentit saa kuitenkin taitettua irti virtapiiristä, jotta niitä voi käyttää jatkossa oman mielensä mukaan!
USB-Micro USB -johto		Tietokoneella kirjoitettu ohjelma lähetetään LilyMinille USB-johdolla, jonka toisessa päässä on MIcro USB -liitin
Ledejä ja vastuksia		Lilypad-kitissä on mukana jo valmiiksi vastuksen sisältäviä ledejä, joihin saa kätevästi kiinni sähköä johtavan langan solmimalla. ProtoSnapissa on muutamia ledejä myös valmiiina (4 kpl ProtoSnapin vasemmassa reunassa.
Sähköä johtavaa lankaa (conductive thread)		Koponenttien liittämiseen ja solmimiseen.
Tilt-kytkin		Kallistukseen reagoiva kytkin. Voit käyttää myös jotain muuta kytkintä tai anturia harjoituksessa.

Ohjelmointi 1/2: LilyMinin testaus

Aluksi muodostetaan yhteys Arduino IDEn ja ohjelmoitavan boardin välille.

Jos käytössäsi on LilyMini (tai LilyMini Protosnap), seuraa alla linkatun tutoriaalin ohjeita otsikkoon Recovery Mode saakka. Ohjeessa kerrotaan, miten saat Arduino IDEn tunnistamaan LilyMinin sen ohjelmointia varten.

Avaa kirjastojen asentamisen jälkeen Arduino IDE:stä

File > Examples > LilyMini_Guide > LilyMini_1_Blink

Yhdistä LilyPad tietokoneeseesi Micro USB-piuhalla ja syötä sille koodi. Esimerkin pitäisi vilkuttaa LilyMinin lediä. Tutustu esimerkin koodiin.

Käy tämän jälkeen läpi myös muut esimerkit LilyMini_Guide -valikosta (Button, NightLight ja LightSensor). Button-esimerkissä otetaan käyttöön LilyMinin nappi, ja Nightlight ja Light Sensor opastavat käyttämään LilyMiniin kiinnitettyä valosensoria. Tutustu näiden esimerkkien koodiin.

Sähköä johtava lanka

Olet aiemmin luultavasti käyttänyt virtapiirien tekemiseen muovilla päällystettyjä sähköjohtimia, joita olet yhdistellyt koekytkentälevyn kautta. Sähköjohtimia on kuitenkin hyvin monenlaisia, ja joihinkin käyttötarkoituksiin tavalliset sähköjohtimet ovat hieman kömpelöitä.

Sähköä johtava lanka voi olla valmistettu esimerkiksi hopeasta, teräksestä tai muusta sähköä johtavasta materiaalista. Lanka toimii kuin sähköjohto, mutta etuna on, että voit solmia sen kiinni komponentteihin ja myös ommella komponentit näin kiinni kankaisiin. Lanka on huomaamattomampi ja kevyempi ratkaisu kuin sähköjohtimet. Lisätietoa langasta löydät esimerkiksi Sparkfunin sivuilta täältä.

Tässä harjoituksessa pääset kokeilemaan komponenttien solmimista langan avulla. Komponenttien ompelua kankaisiin voit halutessasi kokeilla tämän kurssin projektissasi.

Jos sinulla on jokin Lilypad-kitti, löydät sieltä luultavasti ohjeita hyvien ompeleiden ja solmujen tekemiseen. Pääasia kuitenkin on, että sinulta löytyy kuvassa näkyvän kaltainen rulla sähköä johtavaa lankaa. Langan katkaisu käy kätevimmin saksilla, ja neula voi auttaa myös solmimisessa.

LilyMini ProtoSnapin purkaminen

Kun olet kokeillut LilyMinin tai Lilypadin ohjelmointia onnistuneesti, on aika kehitellä jokin hauska toiminto, joka sytyttää esimerkiksi vaatteisiisi kiinnitettyjä ledejä.

LilyMini ProtoSnap on nimensä mukaisesti Prototypointiin suunniteltu valmis virtapiirilevy. Levyssä kulkevat valkoiset viivat johtavat sähköä. Levyyn upotetun LilyMinin ja muut komponentit voi taittaa varovasti irti. Piiristä löytyvä valosensori on taitettu alla olevassa kuvassa irti levystä.

ProtoSnap on mahdollista purkaa, jolloin voit käyttää LilyMinin portteja monipuolisemmin eri tarkoituksiin. Jos käytössäsi on LilyMini Protosnap, irroita levystä itse LilyMini, neljä lediä ja nappi varovasti taittamalla virtapiirin eri osat irti levystä.

Virtapiiri

Kun olet purkanut LilyMini ProtoSnapin, voit rakentaa aivan oman virtapiirisi ja ohjelmoida sitä. Löydät LilyMinistä (ja muista LilyPadeista) plusmerkillä merkatun 5V-jänniteportin, miinusmerkillä merkatun maaportin sekä numeroilla merkattuja portteja, joita LilyMinissä on neljä kappaletta (kuvan portit 1-4). LilyMinissä ei ole erikseen analogisia portteja (esim. A0), mutta kaikkia LilyMinin neljää porttia voi käyttää analogisena inputtina, digitaalisena inputtina ja digitaalisina outputtina.

Tee nyt sähköä johtavaa lankaa apunasi käyttäen alla ohjeistettu virtapiiri. Kuvassa näkyy Lilypadin malli, jossa on ProtoSnapia enemmän portteja. Noudata porttinumeroiden suhteen alla olevia tekstimuotoisia ohjeita.

• Yhdistä ledit portteihin 1 ja 2 sekä maahan.
• Yhdistä tilt-kytkin porttiin 4 ja maahan. Voit taittaa tilt-kytkimen jalkoja, jotta saat ne solmittua lankaan.
• Jos haluat, voit kytkeä mukaan myös jonkin analogisen anturin. Kytke anturi porttiin 3, 5V-jännitteeseen ja maahan.

Ohjelmointi 2/2

Kun olet rakentanut virtapiirin, sinun tulisi ohjelmoida LilyMiniä. Tarkista aluksi, että virtapiiri toimii eli että saat luettua tilt-kytkimen ja mahdollisen anturin arvoja Serial Monitorista. Kopioi tätä varten seuraava koodi ja syötä se LilyMinille.

void setup() {
  // Pin 3 is for the distance-sensor and pin 4 for the tilt-twitch.
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(4, INPUT_PULLUP);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  //First, print the value from the sensor and then, 
  // the value from tilt-switch
  Serial.println("SENSOR: " + analogRead(3));
  Serial.println("TILT-SWITCH: " + digitalRead(4));
  //Wait for half a second.
  delay(500);
}

Jos arvot ovat outoja, tarkista, että sähköä johtavat langat eivät osu toisiinsa. Kun arvojen lukeminen onnistuu, tulisi sinun seuraavaksi ohjelmoida porttiin yksi kiinnitety ledi syttymään silloin, kun tilt-kytkin sulkeutuu ja porttiin kaksi kiinnitetty ledi syttymään silloin, kun anturin lukema on sopiva.

Tarvitset siis kaksi if-lausetta, joiden tekemiseen löydät ohjeita alta löytyvässä koodissa. Koodi ei ole valmista ja sinun tulee viimeistellä if-lauseet itse.

void setup() {
  // All pins of LilyMini can serve as analog inputs, 
  // digital inputs or digital outputs.
  // Pins 1 and 2 are for leds.
  pinMode(1, OUTPUT);
  pinMode(2, OUTPUT);
  // Pin 3 is for the sensor and pin 4 for the tilt-twitch. 
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(4, INPUT_PULLUP);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  //First, save the values of sensors to variables.
  int distance = analogRead(3);
  int tilt = digitalRead(4);
  // Print the value from the distance sensor and then, 
  // the value from the tilt-switch.
  Serial.println("SENSOR: " + distance);
  Serial.println("TILT-SWITCH: " + tilt);
  if(distance > ?){ // Set the right condition yourself!
     // Turn the led in pin 1 on
  }
  else{
    // Turn the led in pin 1 off
  }
    if(tilt == ?){ // Set the right condition yourself!
     // Turn the led in pin 2 on
  }
  else{
    // Turn the led in pin 2 off
  }
}

Mitä seuraavaksi?

Olet harjoitellut LilyMinin käyttöä, mutta prototyypilläsi ei vielä ole varsinaista tarkoitusta. Kiinnitä nyt koko virtapiiri johonkin vaatekappaleeseen ja pohdi, mikä voisi olla hauska käynnistysmekanismi valoille, joko tilt-kytkintä tai sensoria hyödyntäen.

Tutustu aiheeseen lisää hauilla smart fabrics ja e-textiles. Tutustu myös Lilypad Design Kittiin, joka sisältää vaatteisiin ommeltavaa elektroniikkaa. Katso myös Youtubesta videoita näillä hakusanoilla.

LilyMinin mukana tulee paljon vaatteisiin ommeltavia ledejä, jotka hohtavat vain keltaista valoa. Ledeistä saa kuitenkin irti paljon tuunaamalla niitä - esimerkiksi folio ja erilaiset muovit heijastavat ja sirottavat ledien valoja eri tavoilla.