FUNgi
基于电子织物的幼儿互动玩具
合作项目。
FUNgi 是一种幼儿玩具。借助导电纱线,柔软的毛绒织物也可以感知到触摸、挤压、拍打等肢体互动,再通过声音进行反馈,结合形似树桩与菌落的自然外观与鲜艳色彩,形成情感化的多感官体验。
玩具主要面向 1–2 岁的幼儿,外观形如覆盖着菌落的树桩,高约 60 cm、底座直径约 40 cm,表面为针织,内部为 PP 棉填充。互动区域遍布整个装置,幼儿在不同姿势下都能找到适合的游玩方式。
装置表面共设置七个互动区域,每个区域包含多个小物件,各有不同的互动方式,如拍打、挤压、抚摸等,互动时会发出各有特色的声音,如鼓声、吱吱声、沙沙声。
互动原理为电容传感,原型采用 Arduino 实现,基于 RC 网络阶跃响应特性,由电压变化速率测算得出电容值,经过软件滤波判定触发,最后从 MP3 模块播放声音。这个方案虽然精确度有限,也没有考虑成本与体积,但原型阶段工作较为良好,也顺利参与了一次展览。详见工作日志。目前正在尝试更精简、更低成本的组合方案。
现场效果(1) | FUNgi_Ex_1.mp4(1.4 MiB, 00:11, 540x960) |
现场效果(2) | FUNgi_Ex_2.mp4(1.1 MiB, 00:18, 304x540) |
第二版
改进了技术方案,重新完成各组件的选型,将所有元件集成在一块扁平电路板上,由单一 USB 电源供电,置于装置底部的布口袋内。过程中拆开装置,拆除其中不再使用的电阻元件与杜邦线,将所有纱线全部改为直接通过单股细导线焊接至电路板,并修复原本断开的连接,然后重新填充棉花、缝合。新方案不仅更易于运输与安装、更不容易损坏,增补了拉伸的互动形式,而且反应灵敏度与可靠性均有提升。
目前于北京坊的薄荷公社展览中,持续至公历 11 月中旬。
布展收工现场 | FUNgi_R2_Ex_1.mp4(823 KiB, 00:14, 270x480) |
打击乐器现场 | FUNgi_R2_Ex_2.mp4(946 KiB, 00:18, 540x360) |
技术细节
在更新版中,作了如下修改:
- 主控芯片更换为 STM32F103C6T6(32 位,72 MHz,10 KiB RAM);
- 采用充放电式电容传感芯片 MPR121 代替 RC 时间常数传感原理,提升灵敏度与稳定性;
- 音频采样使用 QOA🪐 格式存储在闪存芯片中。
所有部件集成在印刷电路板上,传感电极(纱线)缠绕在装置内部的洞洞板上,由此连接细导线,从装置底部引出,焊接固定于电路板上的孔内。
借助仔细设计的时间分片算法,更新版可以在 100 Hz 刷新率 bit-bang 轮询六个 12 通道 I²C 传感器的同时完成 24 kHz 采样率 16 位深 4 复音数的采样解码,并通过数模转换器输出至音频放大器芯片。
详见第二版工作日志。
PCB 设计稿(KiCad) | FUNgi_R2a_ECAD.zip(345 KiB) |
固件源程序(C / STM32Cube) | FUNgi_R2_FW.zip(16.1 KiB) |
外壳设计稿(FreeCAD) | FUNgi_R2_Case.FCStd(150 KiB) |