FizViz: High-Impact Fysieke Visualisaties voor Jouw Data

Onderdelen en benodigdheden

Onderdeel	Aantal	Opmerking
Arduino MKR1000	1	We gebruikten de MKR1000 met Windows Remote Arduino om de status naar de FizViz-widget te streamen.
Adafruit TB6612 1.2A DC/Stappenmotor Driver Breakout Board	1
Adafruit NeoPixel Digitale RGBW LED-strip - Wit print 144 LED/m - 1m	1	Verschillende dichtheden werken, maar 144 pixels/m geeft het helderste en meest gelokaliseerde effect.
Sanyo Pancake Stappenmotor: Bipolaire, 200 stappen/omw, 50×11mm, 4.5V, 1 A/fase	1	Bijna elke stappenmotor werkt; we kozen deze omdat we hem in de frame van RotoMoto konden verstoppen.
Adafruit 5V 10A schakelende voeding	1
Reed-switch: Coto Technology CT10-1540-G1	1

Benodigde tools en machines

Tool	Opmerking
ShopBot Buddy CNC	We gebruikten onze ShopBot om de Mount en Acryl voor het RotoMoto FizViz-voorbeeld uit te snijden. Er zijn veel manieren, van lasersnijder tot handgereedschap. Geen ShopBot? Geen probleem (maar we raden er een aan!).
LulzBot TAZ5	We gebruikten onze TAZ5 om veel plastic onderdelen en assemblage-componenten te 3D-printen. Een 3D-printer is extreem handig bij het bouwen van FizViz-widgets. Hoeft niet zo groot of krachtig te zijn als de TAZ.
Form Labs Form1+	Niet verplicht, maar de ongelooflijke resolutie en nauwkeurigheid stonden ons toe om onderdelen te printen die we anders elders moesten zoeken of bewerken. Bespaarde tijd.
Autodesk Inventor
Rhino3D

Over dit project

Wat is een "FizViz"?

We maken fysieke visualisaties van data die informatie in een groot formaat, supercool, direct leesbare manier presenteren. Het concept: je hangt een set FizViz-widgets in je kantoor, werkplaats of waar je ook wilt data bekijken en delen die ertoe doet:

• Hoeveel producten heb ik vandaag verkocht? Hoe vergelijkt dat met mijn gemiddelde?
• Hoeveel bezoekers had mijn website? Hoeveel pagina's bekeken?
• Krijg ik meer verkeer door mijn recente kattenvideo-post, of bounce iedereen omdat het niets met mijn product te maken heeft?

Of koppel het aan andere databronnen:

• Hoeveel tijd blijft er in mijn 3D-printjob?
• Hoeveel mensen zijn er?
• Hoeveel inzendingen zijn er al voor de Hackster World's Largest Arduino Challenge?

Waarom maakten we FizViz?

Vorig jaar creëerde en lanceerde ons team ons eerste "echte" product. We ontwierpen, tweakten, crowdfundden, bouwden, herontwierpen, lachten, huilden, vloekten en uiteindelijk... leverden we. Veel harder dan we dachten (maar dat zegt iedereen).

Toen... begon de obsessieve metrics-gawking. Hoeveel mensen bezochten onze productpagina? Onze winkel? Hoe lang bleven ze? Hoe kwamen ze daar? Wat gebeurt er als we tweeten, bloggen, posten en delen? Waarom verkochten we zomaar 10 eenheden terwijl we niets van die dingen deden?

Nieuwsgierige geesten wilden weten.

Hoewel we een toegewijd team zijn, had niet iedereen toegang of interesse in het doorkammen van Google Analytics. En degene die wel, vonden dat ze dezelfde sleutelmetrieken keer op keer bekeken, soms meerdere keren per dag. Vaak veranderden ze niet als we keken, of juist veel als we niet keken.

Er is geen tekort aan online tools voor filteren, samenvatten en mashen van data. Maar ze halen je uit je flow en vereisen (wat arcane) kennis van de workflow om bij wat je zoekt te komen.

En eerlijk gezegd: ze zijn niet zo spannend.

Ze krijgen mensen in het kantoor niet aan het jubelen. Ze zenden niet de prestaties van het team uit, en de rush van successen die binnenstromen. Ze zijn steriel, digitaal en meestal solitaire ervaringen.

Hoe werkt FizViz?

Een FizViz-widget bestaat uit 3 componenten:

1. Een Windows PC of Tablet (we zijn fan van de Surface) die jouw data ophaalt en via Windows Remote Arduino de huidige staat naar de FizViz-widget stuurt.
2. Een Arduino MKR1000 die de data van de PC via WiFi ontvangt en de fysieke besturingselementen op de FizViz-widget aanstuurt.
3. De fysieke componenten die de data tonen. Momenteel ondersteunen we:
   • NeoPixel LED-strips voor gekleurde LED-effecten
   • Stappenmotoren voor het maken van wijzers en meters
   • Schakelaars voor nullijnen of kalibreren van meters (we gebruiken een reed-switch om nul te vinden op onze RotoMoto FizViz-widget)

De PC doet het zware werk: data ophalen uit je bron (we hebben broncode voor Google Analytics) en stuurt dan staat en commando's naar de Arduino die de fysieke installatie aanstuurt.

We hebben alle schema's en info voor een basale NeoPixel-widget met stappenmotor. Daarna kun je zo creatief zijn als je wilt.

Onze visie is om verschillende widgets te bouwen voor verschillende datatypes. We begonnen met één voorbeeld, maar FizViz gaat over het maken van de juiste visualisatie voor het type data dat je wilt tonen. Er zijn geen regels!

Elektrisch overzicht

Het aansluiten van een FizViz is redelijk simpel. Onze laatste schema's vind je altijd in de FizViz-Electrical repository op GitHub. Een paar aandachtspunten:

• Arduino MKR1000 - De hersenen. Klein, werkt geweldig!
• NeoPixel-strips - Aansluiten is eenvoudig: we gebruiken een 460-ohm weerstand (R1) tussen de datapin en de Arduino. De voeding van de strip sluiten we direct aan op de hoofd 5V-voeding. Adafruit's NeoPixel Überguide is de bijbel voor NeoPixel-integratie, inclusief een Arduino-bibliotheek. Strips kunnen twee ground-draden (zwart) hebben; beide worden aangesloten op ground.
• Adafruit TB6612 Breakout Board - Bestuurt elke typische stappenmotor. Geweldig voor nauwkeurig bewegende dingen zoals wijzers, meters of schuifregelaars. We gebruikten het voor de wijzer in onze RotoMoto FizViz. We volgden de Adafruit-instructies, compatibel met de ingebouwde Arduino Stepper-bibliotheek.
• Reed-switch - Onze RotoMoto-widget gebruikt een magneet in de wijzer en een reed-switch om te detecteren wanneer de wijzer op nul staat. Een microschakelaar of drukschakelaar kan ook gebruikt worden, afhankelijk van de mechanica.

We hebben onze elektronica op een Adafruit Perma-Proto Half-sized Breadboard gemonteerd om in de widget te passen, maar afhankelijk van je vormfactor heb je misschien andere vormen nodig. Hier is onze opbouw:

Firmware / Arduino-code overzicht

Onze FizViz-Arduino Repository op GitHub bevat de nieuwste versie van de Arduino-sketch die FizViz-widgets aandraait. Er is veel meer specifieke info daar, maar een paar highlights:

• WiFi-configuratie - Let op de notities rond WiFi-config. Bij exotische netwerken moet je misschien dieper graven.
• Externe afhankelijkheden - We zijn licht qua afhankelijkheden, maar refereren een paar bibliotheken die je misschien moet installeren. De nieuwste bibliotheken staan altijd onderaan de pagina.

Windows / Remote Arduino overzicht

Onze FizViz-Windows Repository op GitHub is de thuishaven van de Windows-code voor FizViz. We raden aan de instructies daar gedetailleerd te lezen.

Onze strategie was om te beginnen met de Remote Arduino Wiring-code van ms-iot. In plaats van pinnen direct vanuit de Windows-app te besturen, stelden we diverse aangepaste Firmata-controleberichten in. We maakten een kleine wijziging in de remote-wiring-code om aangepaste berichten door te geven aan de Firmata-laag. Vervolgens implementeerden we aangepaste berichthandlers in het Arduino-project die de FizViz-status bijwerken op basis van de controlecommando's van de Windows-app.

We voegden ook ondersteuning toe voor het ophalen van analytics-data uit Google Analytics, ons primaire use-case. Hopelijk helpt dit als referentie, zelfs als je een andere databron kiest. Er zijn diverse stappen nodig om een Google Analytics-account in te stellen voor API-toegang, check de repo-notities.

Widget #1 - De "RotoMoto"

We bouwden de RotoMoto om alle FizViz-functies te demonstreren. Het oefent het platform door een heel coole toepassing van zowel verlichting als stappenmotorbesturing in een widget waar je trots op kunt zijn in elk kantoor. Onze droom is een suite van 4 of 5 van deze mooien naast elkaar, maar we hebben meer MKR1000's nodig!

De constructie van je eigen RotoMoto is redelijk simpel. Zelfs zonder alle tools zijn er veel manieren om dezelfde effecten te bereiken met wat je beschikbaar hebt. De rest van het artikel legt de bouw uit en waar je aanpassingen kunt maken voor andere effecten.

CAD Repository

Onze CAD-bestanden staan op GitHub in de FizViz-CAD repo. Je vindt STEP- en STL-versies van de diverse gefabriceerde onderdelen.

Extra onderdelen

Naast ons CAD-ontwerp, hier een lijst met onderdelen die we gebruikten:

Omschrijving          Leverancier   Deelnummer   Opmerkingen
Stepper Pulley        McMaster-Carr 1375K15      15 tand
Needle Pulley         McMaster-Carr 1375K28      30 tand
Lagers                McMaster-Carr 60355K701    2 stuks
Riem                  McMaster-Carr 7887K28
Stappenmotor Schroeven De Mode Elec. 54-410-100  2.6mmx8mm
Reed-switch           Digikey       306-1124-1-ND
Magneet               Digikey       469-1002-ND  0.5"Dx0.125"H

De Montageplank (Mount Board)

De ruggengraat van de RotoMoto-bouw is de montageplank. Deze huisvest de mechanische en elektrische componenten en houdt alles netjes verstopt achter de verlichte rand van het display.

We gebruikten een ShopBot CNC om onze montageplank uit 1" dik MDF te frezen. Er zijn allerlei andere manieren (lasersnijder, zaagzaag, etc.), maar aangezien de CNC er was, gebruikten we die.

De Rand (Bezel)

Het grootste kenmerk van onze bouw is de verlichte rand. We sneden dit onderdeel uit 1/2" dik acrylaat. Opnieuw op de ShopBot. Het sleutel tot de verlichtingstechniek is dat overal waar het oppervlak "gemat" is (gesneden), geïllumineerd wordt. Je kunt markeringen ook maken met een Dremel of handgereedschap.

We leveren onze CAD-modellen in tweeën omdat het efficiënter is met materiaal. Plak de twee delen met acrylaatlijm, of voeg het model samen als je het in één keer wilt snijden (zo is onze demo gebouwd).

Binnenring

De binnenring is een sleutelstuk - hier wordt de NeoPixel-strip bevestigd en verborgen achter de acrylate rand. Onze fabricage bestond uit 3D-printen in grote stukken op onze TAZ5 uit PLA, en daarna samenlijmen. Na een redelijke hoeveelheid vulstof en primer had je een stevige ring.

Motor en Mechanica

De CAD-repository bevat bestanden voor een motorbeugel voor onze Sanyo Pancake Stepper, riemspanners en een as. Montage is redelijk rechttoe rechtaan: riemmen en katrollen worden gemonteerd zoals getoond. Het gebruik van twee lagers in de beugel verhoogt de rigiditeit en houdt de as recht.

Bedrading

Alles laten passen is een beetje knutselwerk. Eerst lijm of tape je de NeoPixel-strip aan de binnenring zodat hij stevig zit. Vervolgens gaan de draden voor de reed-switch en NeoPixels door het gat in de body van de beugel. Daarna schuift de binnenring door de rand en in de beugel.

Afwerkingsstappen

Laatste stap: draden inpakken en alles bevestigen. Het is een strakke pasvorm, maar we hebben alles weten te krijgen. Bedrading afronden, en dan heb je je eigen RotoMoto!

Code

FizViz-Windows

Onze GitHub-repo met Windows-broncode voor FizViz:
https://github.com/iotdesignshop/FizViz-Windows

FizViz-Arduino

Onze GitHub-repository met Arduino-broncode voor het FizViz-platform:
https://github.com/iotdesignshop/FizViz-Arduino

Aangepaste onderdelen en behuizingen

FizViz-CAD

GitHub-repository met de nieuwste CAD-bestanden voor FizViz-widgets:
https://github.com/iotdesignshop/FizViz-CAD

Schema's

FizViz-Electrical Repository

EAGLE-schema en bitmap-versies van de nieuwste FizViz-elektronische ontwerpen:
https://github.com/iotdesignshop/FizViz-Electrical.git