בעצמכם: שלט כפפה למכונית צעצוע
והפעם במבוא להאקינג של חומרה: שלט רחוק אלטרנטיבי תוצרת בית עבור רכבי הצעצוע הפופולריים. צפו, ואז נסו גם
לפני זמן-מה פנה אליי יזם בשם עודד שגב עם רעיון ושאלה: האם ניתן לפתח שלט רחוק בצורת כפפה עבור מכוניות צעצוע, שיגיב לתנועות היד בצורה אינטואיטיבית מצד אחד, ומצד שני יהיה מספיק פשוט וזול לייצור ושיווק המוני? רעיון הכפפה כשלעצמו לא חדש, אך המוצרים הקיימים שראינו היו רחוקים מלעמוד בדרישות. מצד אחד מצאנו כפפות ניסיוניות משוכללות ומסורבלות עם חיישנים יקרים, ומצד שני צעצועים שהשליטה בהם לא נוחה ולא עקבית. בניה עצמאית של משדר ומקלט רדיו אמינים היא סיפור מסובך, ולכן החלטתי לגשת למשימה מכיוון של האקינג חומרה – "פריצה" למערכת מכונית-שלט קיימת והתאמתה לדרישות החדשות. כך תוכלו לעשות זאת גם אתם בעצמכם.
הרכיבים הדרושים
1. מכונית צעצוע עם שלט רחוק. שימו לב, האקינג לא זהיר עלול להשמיד בקלות את האלקטרוניקה, ושום אחריות לא תכסה את הנזק – אז בחרו בדגם הכי זול שאפשר, עם מינימום שכלולים.
2. לוח ארדואינו, מקורי (יש גם באתרים ישראליים, חפשו בגוגל) או חיקוי זול יותר באיביי.
3. כפפה. אני בחרתי ב"כפפת מכונאים" כי היא זולה מאד (כ-10 ש"ח לזוג), גמישה וקל לתפור אליה דברים.
4. מד תאוצה (accelerometer) עם פלט אנלוגי. כאן יוצג דגם שמבוסס על שבב MMA7361 ועולה דולרים ספורים באיביי, אם כי כל רכיב דומה יתאים.
5. כלי עבודה סטנדרטיים לאלקטרוניקה ולתפירה. הפריטים הספציפיים תלויים באופן בו תבחרו לממש את הפרויקט.
צעד ראשון: להכיר את השלט
רוב השלטים של המכוניות הפשוטות הם בתצורה דומה לזו שבתמונה: שני "סטיקים" נפרדים, שכאשר מזיזים אותם הם לוחצים על כפתורים או על פסי מתכת במעגל המודפס החום. הלחיצה הזו גורמת לסגירה של מעגל חשמלי, והדבר נקלט על ידי הג'וק הראשי שדואג לשדר את המידע החוצה.
בעצם, הסוד של הפרויקט הוא בסך הכל לגרום לסגירה של המעגלים החשמליים האלה בצורה אחרת מזו אליה התכוון המשורר. זה יכול להיות באמצעות הלחמה של חוטי חשמל דקים לנקודות המגע וחיבור/ניתוק פיזי ביניהם בקצה השני, או על ידי סגירת מעגל באמצעים אלקטרוניים נטו. במקרה השני דרושות תשומת לב רבה וזהירות, כי קשה לדעת מראש באילו זרמים ומתחים חשמליים מדובר. בשלט שבתמונה גיליתי, אחרי מדידות, שהמגע בין כל פס מתכת למעגל המודפס יוצר חיבור ישיר עם האדמה, או ה"מינוס" של הסוללה, וזה דבר שקל לשחזר בעזרת הארדואינו, כפי שמתואר באיור:
חשוב לציין שהארדואינו עובד על מתח של 5 וולט, ואילו השלטים הנפוצים זקוקים לסוללת 9 וולט, כך שיש כאן בעיית תאימות פוטנציאלית. לשמחתי, הסתבר שהשלט יכול לעבוד בכיף גם עם 5 וולט בלבד, כך שלא היה צורך ברכיבים מתווכים כלשהם.
צעד שני: להכיר את מד התאוצה
במסגרת המחקר הראשוני, פירקתי את יחידת המשדר של מוצר מסחרי דומה שכבר נעלם מן השוק ואותר בקושי באיביי. הסתבר שהמפתחים שלו עשו הכל כדי לחסוך באמצעים, וכנראה שבגלל זה תפקוד המוצר היה לקוי והוא נכשל. הנה מה שמצאתי בפנים:
ארבעת הגלילים השחורים הדקים הם חיישני הטיה אלקטרו-מכניים – צינורות חלולים שמכילים כדור מתכת קטן. כשמטים אותם, הכדורים מתגלגלים במעלה או במורד הגלילים, וכשהם מגיעים לקצה הם יוצרים מגע חשמלי, שנקלט ומשודר על ידי הג'וק שבאמצע. הדבר מחייב את המשתמש ליישר את הכפפה בקפדנות ולהחזיק את היד במקביל לרצפה, כי כל הטיה קלה, בכוונה או בטעות, תגרום לשידור של פקודות נסיעה.
חלופה אלקטרונית אחת לחיישנים אלה היא מד התאוצה. רכיב זה מסוגל לזהות את התאוצה של עצמו ולתרגם אותה למתח חשמלי משתנה. מכיוון שגם כוח המשיכה מתבטא, בעצם, בתאוצה לכיוון מרכז כדור הארץ, הטיה לצדדים של הרכיב גורמת לשינויים במתח המוצא (דמיינו את המהירות של כדורים אשר מתגלגלים על שיפועים שונים). הארדואינו מסוגל לקרוא את המתחים השונים ולהסיק מהם באיזו זווית נמצא הרכיב. בהתבסס על המידע הזה ניתן לקבוע טווחי זוויות לכל אחת מפקודות הפניה – ימינה או שמאלה. מד התאוצה הוצמד לגב הכפפה בעזרת צמדן (פס סקוץ') והערכים המתאימים עבור הפניות חושבו לפי ניסויים בשטח: סובבתי את כף היד ימינה ושמאלה לפי מה ש"הרגיש נכון", תיעדתי את הערכים שהתקבלו והזנתי אותם בחזרה לקוד התוכנה.
צעד שלישי: קדימה ואחורה
מההתחלה היה לי ברור שהמחוות שגורמות לנסיעה חייבות להיות חד-משמעיות. אין שום הגיון בכך שהמכונית תתחיל לנסוע רק בגלל שהמשתמש הרים בהיסח הדעת את היד כדי לגרד באף: זו הנדסת אנוש איומה. הפקודות לנסיעה קדימה ואחורה צריכות להיות בעלות סיכוי אפסי להופיע בלי כוונה, ועם זאת להיות קלות לביצוע ומובחנות מאד זו מזו. מעט מחשבה וניסויים, בתוספת השאיפה לחסוך בחלקים ורכיבים, הובילו אותי לפתרון שהוצג בסרטון: סגירת אגרוף לנסיעה קדימה, כמו שאנחנו עושים כשאנחנו מחזיקים הגה דמיוני, ומגע בין קצה האגודל לקצה הקמיצה בשביל רברס. נסו ותראו.
אבל איך הופכים את התנועות הללו לאותות חשמליים? בכפפת שליטה זה לא מעשי להשתמש בלחצנים סטנדרטיים, ולמעשה כל רכיב קשיח שהוא בצד הפנימי של כף היד יגרום לאי-נוחות בהפעלה. הפתרון: בד מוליך, שנועד לפרויקטים אלקטרוניים לבישים. גזרתי פיסות קטנות של הבד (היקר), תפרתי אותן למקומות המתאימים בכפפה, וחיזקתי בעזרת לחצניות מתכת – מעין ניטים לבגדים, שבאים בשני חלקים, פנימי וחיצוני, אשר נתפסים זה בזה בלחיצה חזקה. הלחצניות שימשו גם להידוק והצמדת חוטי החשמל הדקים שהובילו את הזרמים החשמליים בין הבד המוליך לארדואינו. בכל פעם שהקמיצה נגעה באגודל, או בכרית כף היד, נסגר מעגל חשמלי בין החוטים התואמים.
צעד רביעי: הכל ביחד
בעיקרון, אפשר היה לחווט את פיסות הבד המוליך ישירות לפסי המתכת של השלט הרחוק ולממש כך את פקודות הנסיעה, ללא שום ארדואינו בדרך, אך הארדואינו מוסיף אפשרויות חשובות לניסויים, לבדיקת המערכת וגם לפיתוחים עתידיים, כגון רצפי פקודות אוטומטיים לפעלולים, כפפת בלוטות' ועוד. יש לנו, אם כן, שלושה קווי קלט שמגיעים מהכפפה אל לוח הארדואינו: מגע "קדימה", מגע "אחורה" והמתח המשתנה שמקורו במד התאוצה. קוד התוכנה בודק את קווי הקלט הללו, מסיק אילו פקודות צריך לשלוח למכונית ומוציא, לפיהן, פלט בארבעה קווים אחרים – אחד לכל נקודת מגע בשלט הרחוק.
כמובן, עקרונות הפעולה של הכפפה יתאימו לאינספור פרויקטים ביתיים אחרים, והאקינג חומרה אפשר לבצע על המון מכשירים ולא רק על שלטים של מכוניות צעצוע. כרגיל בעולם המייקינג, הדמיון הוא הגבול. המתעניינים מוזמנים להצטרך לקהילת המייקינג הישראלית בכתובת makers.co.il.
