DIY Zauberstab: Gesten-gesteuerter Walking Staff mit Arduino 101 & NeoPixel

Komponenten & Zubehör

Bauteil	Anzahl	Hinweise
Arduino 101 (Intel Curie)	1	IMU (Beschleunigung + Gyro) onboard
Adressierbare LED-Stripe (NeoPixel/WS2812)	1	60 LEDs, 5 V
3× AA-Batteriehalter mit Schalter	1	ca. 4,5 V
AA-Batterien (z. B. Eneloop)	3	Beliebig, 3 Stück
Pololu Step-Up Spannungsregler 5 V ($4)	1	Aus 4,5 V → stabile 5 V für Arduino & LEDs
Fassungen: M & F Buchsenleiste (Barrel Jack)	je 1	Trennbare Stromversorgung
Sporttape (Gewebeband)	1 Rolle	Befestigung & Griff
Gummibänder	1 Pack	Temporäre Fixierung beim Bau
Stab (Besenstiel, Rohr, Naturholz)	1	ca. 1,5–1,8 m

Software

• Arduino IDE (mit Intel Curie Board Support)
• Adafruit NeoPixel Library
• CurieIMU Library (bereits im Core enthalten)

Projektidee

Ein gesten-gesteuerter Zauberstab, der durch bestimmte Bewegungsmuster („Zaubersprüche“) drei verschiedene Lichteffekte auf dem NeoPixel-Streifen auslöst. Der IMU (Inertial Measurement Unit) des Arduino 101 erkennt Stöße/Erschütterungen entlang der drei Achsen.

Technik: Impulserkennung statt Pattern Matching Engine

Der Code nutzt nicht die Pattern Matching Engine (PME) des Curie-Chips, sondern eine einfache, robuste Logik:

• Die IMU löst einen Interrupt bei Erschütterung (> 1,5 g, 50 ms) aus.
• Im Interrupt wird gezählt, auf welcher Achse (X, Y, Z) und in welche Richtung der dominante Impuls wirkt.
• Ein State-Machine („Choose your own adventure“) wertet die Abfolge der Impulse innerhalb von 1 Sekunde aus.
• Visuelles Feedback über die LEDs zeigt den aktuellen Zustand an.

Zaubersprüche (Gesten)

1. Start: Zwei schnelle vertikale Schläge (Doppeltap) → Weißer Blitz (Bestätigung).
2. Auswahl (innerhalb 1 s):
   • Scharf nach vorne/hinten → Spruch 1 (Grün)
   • Neigung links/rechts → Spruch 2 (Blau)
   • Dritter vertikaler Tap → Spruch 3 (Rot)
3. Auslösen: Ein letzter vertikaler Tap → Der gewählte Effekt läuft ab (Theater-Chase in der Spruch-Farbe).

Wichtig: Zwischen jedem Schritt maximal 1 Sekunde Pause, sonst Reset. So werden versehentliche Auslösungen beim Gehen vermieden.

Elektronik-Aufbau

Schritt 1: LED-Stripe anschließen

Endstück abschneiden (~1 cm), Adern abisolieren. Grün = Data, Gelb = GND, Rot = +5 V.

Schritt 2: Spannungsregler vorbereiten

Gebogene Header-Pins des Pololu-Reglers entfernen. Zwei gerade Pins an GND & VOUT löten. Grünes & gelbes Kabel des LED-Stripes mit je einem Header-Pin versehen (für Arduino Pin 6 & GND). Rotes Kabel an VIN des Reglers löten.

Schritt 3: Batterie & Barrel-Jacks

Batteriehalter-Kabel an männlichen Barrel-Jack (Rot=+, Schwarz=-). LED-Stripe-Anfang an weiblichen Barrel-Jack (Gelb=-, Rot=+). So lässt sich der Stab komplett vom Strom trennen.

Schritt 4: Arduino 101 verdrahten

• Grün (Data) → Pin 6
• Gelb (GND) → GND bei Pin 13
• Regler: GND → GND, VOUT → VIN (Arduino 101)

Achtung: VIN & GND nicht vertauschen → Rauch & Geruch!

Code hochladen & Kalibrierung

1. Batterie aus, Arduino 101 per FTDI/USB an PC.
2. Code in Arduino IDE kompilieren & hochladen.
3. Batterie an, Test: USB-Buchse nach unten, Pins zum Körper → 4× vertikal tippen → Roter Spruch.
4. Kalibrierung: Konstante LED_OFFSET (0–23) anpassen, damit die LED in Richtung der Neigung leuchtet.

Code-Struktur (Kernlogik)

// IMU Interrupt zählt Impulse pro Achse
void eventCallback() {
  if (CurieIMU.shockDetected(X_AXIS, POSITIVE) || CurieIMU.shockDetected(X_AXIS, NEGATIVE)) { tap++; globaltimer = millis(); }
  if (CurieIMU.shockDetected(Y_AXIS, POSITIVE) || CurieIMU.shockDetected(Y_AXIS, NEGATIVE)) { lr++; globaltimer = millis(); }
  if (CurieIMU.shockDetected(Z_AXIS, POSITIVE) || CurieIMU.shockDetected(Z_AXIS, NEGATIVE)) { fb++; globaltimer = millis(); }
}

// Loop: alle 170 ms dominanten Impuls bestimmen → gesture = 1 (tap), 2 (lr), 3 (fb)
// State Machine (switch-case) verfolgt Sequenz:
// 0 → 1 (1. tap) → 2 (2. tap + Flash) → 3/4/5 (Auswahl) → 0 (Auslösen + Spell)
// Timeout 1 s → Reset auf State 0

// Spell-Funktionen (TheaterChase in Farbe)
void tapspell() { theaterChase(strip.Color(127,20,0),20); theaterChase(strip.Color(127,20,50),55); }
void leftspell() { theaterChase(strip.Color(0,0,100),20); theaterChase(strip.Color(0,30,120),75); }
void forwardspell() { theaterChase(strip.Color(0,127,0),30); theaterChase(strip.Color(0,127,90),55); }

Stab-Montage

1. Stab besorgen, optional Abschnitt mit Sporttape umwickeln (saubere Fläche).
2. Gummibänder als Haltepunkte aufkleben.
3. Arduino 101 mit USB-Buchse nach unten per Gummiband fixieren.
4. LED-Stripe spiralförmig um Stab wickeln, mit Gummibändern sichern.
5. Batteriehalter & Regler mit Sporttape fest umwickeln (Schalter zugänglich lassen!).
6. Optional: Lichtdiffusor (Tüll, Seidenpapier, Plastikflasche) über LEDs für weicheres Licht.

Anpassung & Erweiterung

• Eigene Spell-Funktionen schreiben (Farben, Speed, Muster).
• Mehr Gesten durch Erweiterung der State Machine.
• LiPo + Ladecontroller für „Pro“-Version (leichter, länger Laufzeit).
• Sound-Modul (Buzzer) für akustisches Feedback.