家族の居場所を示すウィーズリー時計プロジェクト

私はクリスマスに妻を驚かせたかった。彼女は赤毛で、ハリー・ポッターのファンであり、母親でもあります。これらすべてが、ウィーズリーの時計を作るきっかけになりました。 2月に思いついたので、プロジェクトの開発と作成に10か月かかりました。



ハリーポッターとウィーズリーファミリーに不慣れな人のために、ウィーズリーファミリーのウィザードには時間は表示されない魔法の時計がありますが、それぞれに独自の矢印がある家族の場所について説明します。これはハリーポッターと火のゴブレットからの抜粋です（J.ローリング、2000年）：

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魔法の時計を本物の時計に変えるには、いくつかの研究作業が必要でした。私はプログラミングの経験が豊富ですが、物理的な世界で何かを動かすコードを書き始めたのはつい最近のことです。 2018年、私はFIRSTから地元のFRCロボティクスクラブの運営を開始し、モーターとエンコーダーの世界を知るようになりました。





ウィーズリー時計のデータを更新するためのフローチャート：

スマートフォンのユーザーはLife360アプリを実行しています->

アプリはユーザーの位置と速度を

追跡します-> HAはユーザーを追跡し、時計の状態を計算します。 MQTTプロトコルを介してRaspberryPiに更新を送信します->

特別なweasleyclockdプロセスがRaspberryPiで実行されており、MQTTストリームを監視し、クロックサーボを制御します->

十分に高度なIoT統合は、魔法と見分けがつきません。



私は、時計付きのプロジェクトを、すでに作業可能ないくつかのサブプロジェクトに分割し、場所を追跡することから始めました。私の肉親は全員iPhoneを使用しているため、最初はAppleのFind MyPhoneモバイルアプリを使用しました。しかし、その後、Life360に切り替えました。これは、サードパーティにとってAPIの方が使いやすいことが判明し、私たちと同居してAndroidフォンを使用している妻の親戚を追加できるようになったためです。ビルドとプログラミングを開始する前でさえ、Life360をインストールして使用するように全員を説得する必要がありました。幸いなことに、誰もが同意しました。私の妻はセキュリティ上の理由でそれをしました、クリスマスのために複雑な驚きをする私の秘密の計画について決して学びませんでした。



次の課題は、複数の手を持つ時計の作成でした。私はそのようなものが存在すると素朴に思いました、そして私はそのようなものを買うだけで、そこに自分のモーターコントローラーを詰め込むだけで済みます。結局、ホビーショップの同心円状の真鍮チューブを使用することになりました。 ServoCity.comのクランプでパイプにギアを取り付けました。



矢印を回すために、複数回回る可能性のあるサーボウィンチを使用することにしました。 Adafruitから購入し、16チャンネルのRaspberry Pi Servo HAT拡張ボードをはんだ付けして、プロトタイピングを開始しました。そしてその瞬間、すべてがうまくいくことに気づき、興奮に打ち勝ちました。



次に、生の位置データをウィーズリー時計の特定の状態に変換するプログラムが必要でした。私は、Home Assistant自動化システムを、Life360からの位置データと時計の状態のカウントの間の中間にすることにしました。これによりシステム全体が複雑になりましたが、Life360統合（および将来のAPI変更の可能性）の負担をHomeAssistantの肩に移すことができました。人々の特定のWiFiホットスポットを追跡することで、家の中の彼らの場所をより正確に特定することができます。たとえば、誰かの電話がストリートルーターに接続すると、システムはその人が「庭」にいることを認識します。





ホームアシスタントパネル



ホームアシスタントのルールを書いた後、ウィーズリー時計のすべての状態が一覧表示されたコントロールパネルを入手しました。今では、このデータを使用して時計の針を動かすだけで済みました。



Home Assistantは、ローカルストレージと管理に重点を置いたオープンソースのホームオートメーションプロジェクトです。これは、インターネット接続を必要とし、データをクラウドに保存するほとんどのIoT自動化システムとは対照的です。



クロック状態はすでにHomeAssistant自体で計算されており、Raspberry Piとサーボコントローラーがクロック内にあることを考えると、HomeAssistantからWeasleyクロックにデータを転送する方法を理解する必要がありました。MQTTプロトコルを選択しましたIoTでの使用に人気があり、HomeAssistantで十分にサポートされています。ホームアシスタントに自動化を追加して、監視ステータスが変更されるたびにMQTTメッセージを送信しました。リスナー側では、 MQTTイベントストリームをリッスンし、それに応じて矢印を移動するPythonデーモンweasleyclockdを作成しました。



ウォッチフェイスにいくつかの情報を追加して、「家にいる」または「紛失した」だけではないデータが増えるようにしました。 「失われた」および「途中」のセクターでは、示された値からの矢印の位置は、人が家からどれだけ離れているかに比例します。人が家の近くにいるのか、最寄りの店にいるのか、100キロ離れているのかが一目でわかります。



読みやすくするために、「家」などのセクターで混雑しないように矢印をずらしています。住宅部門は、本館と2番目の建物であるワークショップの2つの部分に分かれています。



プロジェクトでは、重要な部分が文字盤の描画で占められています。ミナリマの美しいウィーズリー時計のポスターを見つけました。この著者は、ハリーポッター映画の公式図面の多くを描いています。



この時計を作っている間、私は彼らのケースがどうあるべきかを想像しようとしました。アンティークの時計を再利用するのが一番いいと思いました。または、自分でケースを作成することもできますが、私はキャビネットメーカーとしての経験がありませんでした。原則としては可能でしたが、最初の仕事の結果が自分に合わないことはわかっていました。ワシントン州スノホミッシュの地元の骨董品店で見たマンテル時計は、時計のメカニズムと文字盤には小さすぎました。そして運が私に微笑んだ。



妻と私はウィッビー島に車で行き、ラングレーのグッドチアスリフトストアに迷い込んだ。彼らは祖父の時計を販売しましたが、そのサイズは一見、メカニズムと文字盤の両方に適していました。しかし、私はそれらを購入する準備ができていませんでした。文字盤の大きさや動きは持っていませんでした。そして私と一緒に、この驚きが意図された私の妻がいました。だから私はこの瞬間を思い出し



、すべての測定値を備えたこのような時計を自宅で購入する必要があると判断し、祖父の時計を探してeBayを調べ始めました。これは簡単な作業ではありませんでした。労働時間は高額でした。誰もそれらを送りたくありませんでした。適切な時計を見つけるとすぐに、フロリダからのセルフピックアップで販売されていることがわかりました。



3か月後、妻と私は家族全員で再びウィッビー島に行くことにしました。私たちは再びラングレーで食事をしました、そして私はすぐにその店に駆け寄りました。祖父の時計はまだそこにありました！彼らは165ドルにさえ割引されました。そのような幸運な偶然を見逃すことはできなかったので、私は妻に質問しないように頼みました。それはすべて驚きの一部だったからです。時計を購入し、すでに詰まっているホンダオデッセイバンに積み込みました。今、彼女はすでに何かが計画されていることを理解していました。



手を作る方法を理解することは、時計ケースよりもさらに難しい作業であることが判明しました。私は当初、それらを3D印刷するか、真鍮から切り取りたいと思っていました。幸運なことに、この問題について自分の専門家が2人家にいます。印刷可能な小道具に見事な印刷された矢印を見る、3D印刷に決めました。息子のアレックスは高校の上級CADコースを終えたばかりで、Solidworks認定試験に優れた点数で合格しました。私は矢を作ることでそれを積み込みました、そして、彼らは素晴らしく出てきました。義父のロンが3Dプリントを担当していました。彼は私たちのロボティクスチームの3Dプリンターで働いており、このテーマに関する地元の専門家を務めています。矢印を仕上げるために、メタリックペイントでペイントし、コントラストのために黒を追加しました。





日中の家族の動き家





からの距離



私は本当に時計の機能を自慢したかったのですが、自己隔離の真っ只中に、誰も家から遠く離れませんでした。この問題を解決するために、MQTTメッセージの記録されたシーケンスを送信するプログラムを作成しました。イベントをシミュレートして、人々が前後に運転しているかのように時計の針を動かすことができました。





完成した時計





キッチンに置く



結局、プロジェクト全体を秘密にしておくことができました。しかし、私は彼とクリスマスの時間がありませんでした。したがって、休暇中は、動作していない静的な状態で時計をデモンストレーションする必要がありました。なんとかアウターポリッシュを持ってきて、妻はびっくりして喜んでいました。



さらに2か月は、3Dプリンターでのコンポーネントの印刷、メカニズムのインストール、矢印の印刷とペイント、およびソフトウェアの調整という最終的な仕上げ作業に費やされました。



プロジェクトは完了したようですが、もう少し改善したいと思います。私は6つか7つの手で時計を組み立てて、時計の打撃を自動化することを計画しています。



アーサー・クラークを言い換えると、「十分に高度なIoT統合は魔法と見分けがつかない」。



ウィーズリーの第2世代の時計では、次のように変更したいと思います。

• 真ちゅう製のロッドに直接付着するギアを設計および印刷します。
• エンコーダー付きのモーターを使用してください。
• 真鍮から矢を切り取り、矢のためのスペースを作ります。

私の開発ログ、写真、プログラムへのリンク：

• GithubのWeasleyClock Project
• weasleyclockd、制御プログラム。
• ウィーズリー打撃時計プロジェクト。
• フォトアルバムアセンブリ。
• ログを作成します。
• HackerNewsに関するディスカッション。