Бизиборд

Летнюю самоизоляцию мы с семьей провели у тещи в деревне. У жены отпуск, а нас, инженеров-проектировщиков, почти всех перевели на удаленку. Работать в домике в деревне значительно приятнее, чем в городе в панельной хрущевке. Так у меня появилась не только отдельная комната, но и дополнительные полтора часа свободного времени, которые в мирное время уходили на дорогу до офиса и обратно. Все это позволило довести до конца электронно-деревянно-кнопочный проект, который задумал еще лет 6 назад.

Тогда, в олимпийском 2014-м, дочери было год-два и одним из любимых её развлечений было нажимать на все, что нажимается, крутить все, что крутится, открывать, все что открывается.

Мы, взрослые, не помним тех эмоций, но, наверное, круто, когда обнаруживаешь у себя два манипулятора, которыми можно исследовать этот таинственный окружающий мир и ух ты! даже изменять его. Поскольку именно руками рук человеческий мозг завоевал мировое господство, такие занятия можно только поощрять детям надо развивать мелкую моторику.

О мелкой моторике и лишней кнопке

Мы дожили до скучных времен: сейчас есть девайсы на все случаи жизни. И для детей в том числе. Игрушек некуда девать. Вот и для развития мелкой моторики придумали бизиборды (только не придумали, как водится, русского названия).

Первой мыслью была сделать свой бизиборд: с множеством кнопочек, переключателей и тумблеров. Ведь механические кнопки это то, чего так недостает современным пальцам. Бедняги, теперь их незавидный удел нажимать и гладить жесткое стекло смартфона.

До сих пор в деталях помню секретную комнату, которую мой дед электрик, оборудовал когда-то для нас, своих внуков. Не знаю, ругалась ли тогда бабушка, но их праздничный стол такую типовую советскую раскладушку он электрифицировал: проложил витые провода по крохотным изоляторам, установил мини-люстры и светильнички, которые включались маленькими поворотными выключателями. Когда мы приходили в гости, стол раскладывали, накрывали скатертью, и в этом подстольном пространстве возникала совершенно особенная, уютная атмосфера, где мы могли играть часами.

Это к тому, что я, внук своего деда, конечно же, не мог не электрифицировать бизиборд. Но борд это всё же доска, а значит вся изнанка, провода и схемотехника будут доступны ребенку, а значит, долго не проживут. Поэтому в проекте доска трансформировалась в некий пульт, который можно поставить на стол.

Дерево и чугун

Люблю столярничать. А что может быть лучше сочетания природной красоты дубового корпуса и пластмассовой эстетики элементов управления? Поначалу была идея сделать всё в стиле стим-панка: только медь, стекло и лампы накаливания. Но перспектива делать самому еще и кнопки, и индикаторы, охладила мой пыл, спустила с небес на землю, сорвала розовые очки и что там еще пишут в таких случаях.

Мастер-любитель всегда рад поводу для покупки нового инструмента. Вот и я решил, что тут без фрезерного станка не обойтись. Сейчас мода на гравировально-фрезерные станки с ЧПУ, типа CNC-3018Pro. Недавно я купил такой и, надо признаться, так и не понял, как на нем в коробочной комплектации можно выполнять что-то мощнее гравировки. Но на тот момент я сделал выбор в пользу ручного, но добротного чугунного фрезерного станка.

Корпус почти готов! А фрезерный станок - он на дальнем плане.

Фрезерный станок это мечта перфекциониста! Как же легко и удобно стало сверлить отверстия по одной линии, с точным отступом, делать прямоугольные окна и ровные фаски! Есть инструменты, работа с которыми доставляет удовольствие. Вот это тот самый случай. Кроме того, фрезерный станок почти заменяет станок сверлильный: да, меньше диапазон вертикального перемещения сверла ручкой, но зато можно точно позиционировать деталь после ее фиксации.

К сожалению, дуб легко пригорает. Поэтому фаски оставляют желать лучшего. Но лицевая поверхность прекрасна)

Как и в любом деле, у процесса фрезерования оказалось немало тонкостей, подводных камней. Не раз вспоминалась сцена из Неподдающихся, где у токарей-новаторов с визгом ломался резец. Для каждого материала и фрезы приходилось путем проб и ошибок искать свои оптимальные режимы. Очень рекомендую во время экспериментов (а работа непрофессионала это сплошной эксперимент) надевать на голову защитный поликарбонатный щиток. Не очки (и, тем более, не прищуренный взгляд), а именно прочный, сплошной щиток. И видимость хорошая, и спасает от стружек и осколков, которые двигаются по причудливым траекториям и могут залететь, например, в удивленно открытый рот.

А еще, как оказалось, при работе на ручном фрезере важно удобно сидеть. Фрезерование процесс неторопливый, и, в общем, трудоёмкий: стоя работать неудобно, быстро устаешь. Рекомендую для мастерской стул-седло.

Если вы сидели на стуле и в седле, но не на стуле-седле

Пластмасса и творчество

Генеральной идеей была разместить в заданном небольшом объеме максимум разнообразных элементов управления. Сейчас доступно так много всего, на любой вкус, цвет и, главное, тактильный отклик: кнопки с фиксацией и без, с подсветкой и без нее, квадратные и круглые, вытяжные переключатели, тумблеры, поворотные переключатели (при выборе элементов единственно важно, чтобы усилие нажатия-переключения было небольшое, чтобы ребенок справлялся). Хотелось, чтобы и сверху, и спереди, и с боков устройства что-то да было.

Но в процессе рисования макета и обдумывания логики работы аппетиты пришлось умерить и дизайн упростить. И в итоге стало так:

Вид сверхуВид сзади

Во-первых, просто кнопки ради кнопок это не интересно. Скучно, если при нажатии кнопки ничего не происходит. Во-вторых, все эти тумблеры и рычажки как айсберги: снаружи только малая их часть, а внутри корпуса они занимают много места. В-четвертых, сложно сделать деревянный корпус, похожий на дуршлаг: дуб хрупкий и если между отверстиями расстояние небольшое, легко испортить заготовку, да и непрочная она получается.

А самое главное, в любой игрушке важен элемент творчества. Поэтому основным функциональным элементом решил сделать кнопочное поле такую примитивную рисовалку: нажал на кнопку она засветилась. К тому же расположить кнопки-пиксели не как обычно, прямоугольно, а в узлах треугольников так и плотнее, и вот еще почему.

Вы же обратили внимание, насколько прямоуголен окружающий нас мир? Не зря Стив Джобс называл прямоугольник (с закругленными углами) базовым элементом: оглянитесь, подавляющее количество окружающих нас вещей и предметов это прямоугольники! Может быть, прямоугольная парадигма и наше мышление делает прямоугольным, более стереотипным? ) Творя в гексагоне, приходится напрягать мозг, воспринимать пространство под новым углом. Наверное, поэтому шестиугольная мозаика для детей выпускалась еще в СССР.

Очень хотелось разместить на приборе поворотный переключатель галетник. Тактильные ощущения от его переключения не сравнишь ни с чем. Когда-то галетные переключатели были в каждом телевизоре, а сейчас в быту их почти не встретишь. Но нужен какой-то функционал! Галетник у меня был на 12 положений, поэтому естественно пришла мысль на каждое положение показывать на основном экране цифру от 0 до 9, ну и еще пару символов. Как отображать цифры? Сохранять попиксельный набор на каждую цифру или делить на сегменты и сохранять наборы сегментов? Решил, что сегментами интереснее, хотя сегментов конечно многовато получилось 12.

Гексагональные двенадцатисегментные цифры. Несколько облегчило задачу то, что один из сегментов включен всегда

Для классического семисегментного индикатора есть много микросхем-дешифраторов, а здесь пришлось паять дешифратор самому, на основе диодов. Диодов понадобилось много, около 140: для дешифратора и еще по одному на каждую кнопку, чтобы лампа на кнопке загоралась или от нажатия, или от дешифратора.

Второе, что я обязательно хотел реализовать это синтезатор цвета. Сейчас и дети знают, что все цвета могут быть получены от смешения трех основных. Но знать одно, а попробовать сделать это самостоятельно другое. Гораздо интереснее и познавательнее, когда сам включаешь синий, зеленый и-или красный, и тут же видишь результат их смешения. Изначально планировал поставить три переменных резистора, чтобы можно было плавно регулировать яркость каждого цвета. Но в итоге сделал дискретно: включение-выключение цвета кнопкой и регулировка яркости трехпозиционным тумблером.

В общем, получилось более-менее: обычный трехцветный светодиод для такой цели оказался не самым лучшим вариантом. Видны отдельные цвета, и световой поток направленный, слишком яркий. Наверное, надо было использовать какой-нибудь небольшой жк-дисплей.

Когда цвета значительно больше

Звук, логика и немного нержавейки

Ок, цвет есть. Чего еще не хватает? Правильно звука. Благо, недорогих плат mp3-плейеров в том же Алиэкспрессе пруд пруди. Такой и поставил, а под него две кнопки переключения треков / регулировки громкости и кнопка play/pause. На microSD записал детские песенки и классику так у устройства появилась еще одна полезная функция.

Много времени ушло на декоративно-защитную решетку динамика. Подходящей по размеру и исполнению не нашел, решил сделать из нержавейки. А работать с нержавейкой то еще удовольствие. Не знаю уж почему, вроде бы она не тверже обычной стали, но и сверлится, и фрезеруется она с большим трудом и только новыми, острыми инструментами. Сломал пару фрез, но в итоге получилось вроде бы неплохо.

Что бы еще добавить в прибор? Для того, чтобы было с чем сравнивать мои двенадцатисегментные цифры, неплохо бы поставить обычный семисегментный индикатор. А еще под рукой была микросхема К176ИД3 дешифратор четырехбитного двоичного кода в десятичный семисегментный символ. Пяти-шестилетку уже можно попробовать озадачить: Видишь цифры? Видишь четыре кнопки? Видишь, от их нажатия цифры меняются? Давай, думай, по какому принципу!

Оставалось еще пару бесхозных кнопок. К одной просто подключил вибромоторчик от старого мобильника. А ко второй зуммер (обычное пятивольтовое реле, которое включено последовательно со своими же нормально замкнутыми контактами). Надо сказать, этот зуммер оказался неплохим таким генератором помех: при его включении mp3-плейер сходил с ума и перезапускался. Решил проблему стандартно: обратный диод параллельно обмотке реле и конденсатор 0,1 мкФ в цепь питания, максимально близко к реле.

Электропитание

Вся эта светодиодная иллюминация неплохо так потребляет электроэнергию. Возник вопрос, чем это питать. С батарейками связываться категорически не хотелось. И просто из жадности, и потому, что в самодельной электронике сделать удобно открывающуюся нишу типа батарейного отсека это морока. Это в промышленном пластмассовом корпусе кажется банальным: выемка и сверху пластинка с двумя выступами и защелкой. В самоделке, да еще и из дерева это головная боль. Поэтому только аккумуляторы.

По нынешним временам самая удобная вещь это пауэрбанки. Там и аккумулятор, и вся электроника для его контролируемого заряда и разряда. Поэтому китайский noname был разобран на составляющие, а его разъемы и индикаторы были демонтированы их пришлось заменить. Дольше всего пришлось повозится с гнездом micro-USB, через которое пауэрбанк заряжается. Разъемчик маленький, хлипенький погиб при демонтаже. Да и как закрепить такую малютку в дубовой стенке корпуса? Думал найти какое-то готовое micro-USB гнездо для любительского монтажа, но не обнаружил таких в природе. Выручил переходник Apple Lightning micro-USB в алюминиевом корпусе. В результате микрохирургической операции штеккер Apple был удален, открыв доступ к маленькой плате, к которой можно было подпаяться, а алюминиевый корпус развальцован так, что стало возможным закрепить его к стенке шурупами.

Внутрянка

Всё, доделал

В итоге у меня всё же остались незадействованными два тумблера. Хотел добавить радио и генератор случайных чисел от 1 до 6 на основной экран. Генератор чтобы можно было использовать его для настольных игр, вместо кубика. Радио потому что да, были подозрения, что как детская игрушка прибор долго не продержится, и надо ему подарить какие-то способности для взрослого применения.

Всё, доделал, показываю восьмилетней дочуре.

Ух ты, папа, что это? спросила она.
Ну, вот: смотри, изучай. Можно нажимать всё что угодно и смотреть, что получается.
Круто, папа, значит это супернажималка!
В общем, на десять минут игры с супернажималкой дочери хватило.
Здорово, папа, ты молодец! сказала дочь и ушла играть в другую, любимую, игрушку. Маленькие пальчики привычно стали нажимать и гладить жесткое, безответное стекло смартфона.

PS: Впрочем, еще несколько раз супернажималка пригодилась нам в качестве пульта управления инопланетного космического корабля. Ну и как пауэрбанк тоже работает исправно.