Persistence of Vision Fidget Spinner: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Jedná se o fidget spinner, který využívá efekt Persistence of Vision, což je optická iluze, kdy se více diskrétních obrazů mísí do jednoho obrazu v lidské mysli.

Text nebo grafiku lze změnit pomocí spojení Bluetooth Low Energy pomocí počítačové aplikace, kterou jsem naprogramoval v LabVIEW, nebo pomocí volně dostupné aplikace BLE pro chytré telefony.

Všechny soubory jsou k dispozici. Schéma a firmware jsou připojeny k tomuto Instructable. Soubory Gerber jsou k dispozici na tomto odkazu, protože zde nemohu nahrávat soubory zip: Gerbers

Krok 1: Rozdíl mezi jinými zařízeními POV na trhu

Jednou z nejdůležitějších charakteristik je, že zobrazená grafika nezávisí na rychlosti otáčení díky inovativnímu řešení pro sledování úhlu otočení. To znamená, že zobrazená grafika je vnímána stejně při vyšších i nižších rychlostech otáčení (například když se fidget spinner zpomaluje při držení v ruce). Více o tom v kroku 3.

To je také jeden z hlavních rozdílů mezi různými zařízeními POV na trhu (hodiny POV atd.), Které musí mít konstantní rychlost otáčení, aby se obraz správně zobrazil. Rovněž stojí za zmínku, že všechny součásti jsou vybrány tak, aby měly co nejnižší spotřebu energie ve snaze prodloužit životnost baterie

Krok 2: Technický popis

Jako své jádro používá vylepšený mikrokontrolér Microchip PIC 16F1619. MCU má vestavěný periferní časovač úhlového časovače, který využívá všepólový Hallův snímač DRV5033 a jeden magnet pro sledování aktuálního úhlu otáčení.

Grafika je zobrazena pomocí celkem 32 LED, 16 zelených a 16 červených světelných diod (jmenovitý proud 2mA). Diody jsou poháněny dvěma 16kanálovými ovladači posuvných registrů TLC59282 s konstantním proudem zapojenými do řetězce. Pro vzdálený přístup k zařízení je k dispozici modul Bluetooth Low Energy RN4871, který komunikuje s mikrokontrolérem prostřednictvím rozhraní UART. K zařízení lze přistupovat buď z osobního počítače, nebo ze smartphonu. Zařízení se zapíná pomocí kapacitního dotykového tlačítka, které je zabudováno pod maskou pájky na desce s plošnými spoji. Výstup z kapacitního IC PCF8883 je veden do logické brány OR BU4S71G2. Druhý vstup do bran OR je signál z MCU. Výstup z bran OR je připojen k aktivačnímu pinu převodníku TPS62745. Pomocí tohoto nastavení mohu zapnout/vypnout zařízení pomocí jediného dotykového tlačítka. Kapacitní tlačítko lze také použít k přepínání mezi různými provozními režimy nebo například k zapnutí rádia bluetooth pouze v případě potřeby za účelem úspory energie.

Krokový převodník TPS62745 převádí 6V nominální hodnoty z baterií na stabilních 3,3V. Vybral jsem si tento převodník, protože má vysokou účinnost při nízkém zatížení, nízký klidový proud, pracuje s malou cívkou 4,7uH, má integrovaný spínač vstupního napětí, který používám k měření kapacity baterie s minimálním odběrem proudu a výstupní napětí je uživatelské- volitelné čtyřmi vstupy místo zpětných odporů (snižuje kusovník). Zařízení se automaticky přepne do režimu spánku po 5 minutách nečinnosti. Aktuální spotřeba ve spánku je menší než 7uA.

Baterie jsou umístěny na zadní straně, jak je znázorněno na fotografii.

Krok 3: Sledování úhlu otáčení

Úhel otáčení je sledován „hardwarem“, spíše softwarem, což znamená, že CPU má k dispozici mnohem více času na jiné úkoly. K tomu jsem použil periferní zařízení Angular Timer, které je zabudováno v použitém mikrokontroléru PIC 16F1619.

Vstup do úhlového časovače je signál z Hallova snímače DRV5033. Hallův senzor generuje puls pokaždé, když kolem něj projde magnet. Hallův senzor je umístěn na rotující části zařízení, zatímco magnet je umístěn na statické části, pro kterou uživatel drží zařízení. Protože jsem použil pouze jeden magnet, znamená to, že Hallův senzor bude generovat puls, který se opakuje každých 360 °. Současně bude úhlový časovač generovat 180 impulzů za otáčku, ve kterých každý puls představuje 2 ° rotace. Vybral jsem 180 pulzů, a ne například 360 °, protože jsem zjistil, že 2 ° jsou perfektní vzdáleností mezi dvěma sloupci tištěného znaku. Úhlový časovač zpracovává všechny tyto výpočty automaticky a automaticky se upraví, pokud se čas mezi dvěma impulsy snímače změní v důsledku změny rychlosti otáčení. Pozice magnetu a Hallova senzoru je znázorněna na přiložené fotografii.

Krok 4: Vzdálený přístup

Chtěl jsem způsob, jak změnit zobrazovaný text dynamicky, a ne pouhým tvrdým kódováním do kódu. Vybral jsem BLE, protože využívá velmi malé množství energie a použitý čip RN4871 má rozměry pouze 9x11,5 mm.

Prostřednictvím BT odkazu je možné změnit zobrazovaný text a jeho barvu - červenou nebo zelenou. Úroveň baterie lze také sledovat, abyste věděli, kdy je čas baterie vyměnit. Zařízení lze ovládat pomocí počítačové aplikace naprogramované v grafickém programovacím prostředí LabVIEW nebo pomocí volně dostupných aplikací BLE pro smartphone, které mají schopnost přímo zapisovat do vybraných charakteristik BLE připojeného zařízení. K odeslání informací z počítače/smartphonu do zařízení jsem použil jednu službu se třemi charakteristikami, z nichž každá byla identifikována držadlem.

Krok 5: Aplikace pro PC

V levém horním rohu máme ovládací prvky pro spuštění serverové aplikace National Instruments BLE. To je aplikace příkazového řádku od NI, která vytváří most mezi modulem BLE na počítači a LabVIEW. Ke komunikaci používá protokol HTTP. Důvodem použití této aplikace je, že LabVIEW má pouze nativní podporu pro Bluetooth Classic a ne pro BLE.

Po úspěšném připojení se MAC adresa připojeného zařízení zobrazí vpravo a tato část již není zobrazena šedě. Tam můžeme nastavit pohyblivou grafiku a její barvu nebo jen poslat nějaký vzor pro zapnutí nebo vypnutí LED, když se zařízení netočí, použil jsem to pro testovací účely.

Krok 6: Písmo

Písmo anglické abecedy bylo vygenerováno pomocí volně dostupného softwaru „The Dot Factory“, ale před nahráním do mikrokontroléru jsem potřeboval provést několik úprav.

Důvodem je rozvržení desky plošných spojů, které „není v pořádku“, což znamená, že výstup 0 z ovladače LED možná není připojen k LED 0 na desce plošných spojů, OUT 1 není připojen k LED 1, ale například k LED 15 a atd.. Dalším důvodem je, že software smí generovat pouze písmo 2x8bit, ale zařízení má 16 LED pro každou barvu, takže jsem potřeboval 16bit vysoké písmo. Potřeboval jsem tedy vytvořit software, který by posunul několik bitů, aby kompenzoval rozložení desky plošných spojů a zkombinovat je do jedné 16bitové hodnoty. Kvůli tomu jsem vyvinul v LabVIEW samostatnou aplikaci, která bere jako vstup písmo vygenerované v „The Dot Factory“a transformuje jej tak, aby vyhovovalo potřebám tohoto projektu. Vzhledem k tomu, že se červená a zelená LED PCB rozložení liší, potřeboval jsem použít dvě písma. Výstup pro zelené písmo je uveden na obrázku níže.

Krok 7: Programování přípravku

Na obrázku vidíte programovací přípravek, který byl použit k programování zařízení.

Protože po každém programování musím zařízení zvednout a roztočit, abych viděl změny, nechtěl jsem používat standardní programovací záhlaví nebo jen pájet programovací vodiče. Použil jsem kolíky Pogo, které mají uvnitř malou pružinu, takže velmi těsně přiléhají k průchodkám na desce plošných spojů. Pomocí tohoto nastavení jsem schopen velmi rychle naprogramovat mikrokontrolér a nemusím si dělat starosti s programováním vodičů nebo zbytkové pájky po odpájení těchto vodičů.

Krok 8: Závěr

Abych to shrnul, rád bych zdůraznil, že pomocí periferie Angul Timer jsem úspěšně dosáhl zařízení POV, které nezávisí na rychlosti otáčení, takže kvalita zobrazené grafiky je při vyšších i nižších rychlostech stejná.

Pečlivým návrhem se podařilo implementovat nízkoenergetické řešení, které prodlouží životnost baterií. Pokud jde o nevýhody tohoto projektu, chtěl bych zdůraznit, že neexistuje způsob, jak nabíjet použité baterie, takže je nutné každou chvíli vyměnit baterii. Baterie No-name z místního obchodu vydržely asi 1 měsíc při každodenním používání. Použití: Toto zařízení lze použít k různým propagačním účelům nebo například jako učební pomůcku na hodinách elektrotechniky nebo fyziky. Může být také použit jako terapeutická pomůcka ke zvýšení pozornosti pro osoby s poruchou pozornosti s hyperaktivitou (ADHD) nebo klidnými příznaky úzkosti.

První cena v PCB Design Challenge