Jeden POV displej, který by vládl všem! 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Motivace

Moc se mi líbí displeje POV (persistence of vision)! Jsou nejen zajímavé na pohled, ale také velká výzva k jejich rozvoji. Je to opravdu interdisciplinární úkol. Potřebujete spoustu dovedností: mechanické, elektronické, programování a tak dále!

Vždy jsem si přál postavit si vlastní a udělat ji co největší a nejschopnější. Před rokem jsem to udělal! Bylo to hodně práce a velmi složité. Mám rád takovéto výzvy. Takže to byla zábava;-)

Nyní také chci, abyste si jeden postavili sami. Můžete to vzít jako vodítko k vývoji vlastního nebo si podle pokynů pořídit kopii mého POV displeje. Pokusím se poukázat na všechny výzvy, které jsem musel překonat, aby se stal mým.

Iteroval jsem svůj design, aby bylo co nejjednodušší přestavět. Neexistují žádné komponenty SMT a vše by mělo být pájitelné začátečníky. Nechápejte mě špatně, je to stále velmi velká výzva dát vše dohromady. Ale mělo by to být proveditelné!

UPOZORNĚNÍ: Tento projekt obsahuje LED diody, které jsou aktualizovány vysokou rychlostí a potenciálně mohou vyvolat záchvaty u osob s fotosenzitivní epilepsií

Jak to funguje?

Zde si můžete přečíst, jak funguje displej POV obecně.

Nejprve potřebujeme zdroj, který streamuje video signál. V původním návrhu jsem to udělal přes WIFI. Napsal jsem program pro zachycení obrazovky počítače a odeslání těchto dat na ESP8266 přes WIFI. Problém tohoto přístupu je ten, že ESP8266 byl příliš pomalý a šířka pásma WIFI stačila na 16 FPS. Nyní tedy používáme ESP32. Myslel jsem, že všechny problémy jsou vyřešeny, ale ukázalo se, že ESP32 také nenabízí větší šířku pásma přes WIFI než ESP8266. ESP32 má však dostatečný výpočetní výkon na dekódování video streamu. Nakonec jsem poslal obrázky JPEG přes WIFI do ESP32. Proto ESP32 hostí webovou stránku. Na tomto webu můžete vybrat obrázky nebo videa a web poté streamuje soubory JPEG do ESP32. Dekódování JPEG potřebuje hodně paměti, takže i tam máme problém. Ale v tuto chvíli to funguje. Možná později vymyslím lepší řešení.

Dále musíme LED diody ovládat sami. Aby to fungovalo, potřebujeme znát přesnou polohu LED diod v každém okamžiku. Proto jsem přidal snímač s Hallovým efektem. Každé otočení projde magnetem a umožní tak detekci. Poté změříme čas otáčení. Předpokládáme, že další střídání zabere stejný čas. Proto můžeme vypočítat naši pozici. Tento proces se opakuje znovu a znovu. K ovládání LED používáme FPGA. Mohli bychom také použít mikroprocesor, ale pravděpodobně bude příliš pomalý. Nejvzdálenější diody LED je třeba aktualizovat přibližně 10 000krát za sekundu. FPGA snadno splní svůj úkol a bude to dělat s menším chvěním.

Pokud je třeba diody LED aktualizovat tak často, potřebujeme také rychlé diody LED. Ve svém původním návrhu jsem používal LED diody APA102. Mají obnovovací frekvenci kolem 20KHz. Zkoušel jsem sehnat LED pásy s těmito LED, ale on -line prodejce mi poslal SK9822s a řekl by mi, že jsou stejné (stalo se dvakrát …) Takže použijeme SK9822. Mají pouze obnovovací frekvenci 4,7 kHz, ale to snad bude stačit. Mají také trochu jiný protokol. Jen si uvědomte. ESP32 tedy tlačí obrazové rámce na FPGA. FPGA pak ovládá LED diody.

Nyní se LED diody stačí otočit. Proto používáme stejnosměrný motor. Tento motor je řízen signálem PWM z ESP8266. ESP8266 je také připojen přes WIFI k ESP32. Proto potřebujeme k měření rychlosti otáčení pouze jeden senzor. V původním návrhu jsem použil dva.

Více informací o systému najdete v mém videu o původním návrhu.

Nástroje

Použil jsem následující nástroje:

• 3D tiskárna
• Páječka
• Horké lepidlo
• super lepidlo
• Micro USB kabel
• Nůžky
• Vrták + vrták do dřeva 3 4 8 a 12 mm
• Šroubovák
• Ploché kleště
• Boční řezačka
• Odstraňovač drátů
• Malířské potřeby
• Smirkový papír

Objednat

Otevřel jsem obchod TINDIE. Takže si můžete koupit stavebnici, pokud chcete, a pomoci mi udělat více takových projektů;-)

BOZP

Vše, co zde vidíte, je jako vždy publikováno jako open source.

Aktualizace

Existuje několik věcí, které chci v budoucnu zlepšit:

• Vyšší barevné rozlišení od 12 bitů do 24 bitů => proto potřebujeme FPGA s více RAM =>

  Cmod A7, jsou pinově kompatibilní:-)

• ESP32 s PSRAM, aby se předešlo problémům s pamětí
• Opravit problém se štětcem…

Zásoby

Díly na zakázku

Musíte si je objednat nebo si objednat sadu u mě!

1 * Hlavní PCB (soubory gerber jsou ve složce gerber main.zip)

1 * PCB ovladače motoru (soubory gerber jsou ve složce gerber motor.zip)

4 * Rohy 3D 1 Tisk (soubor stl je ve složce 3D corner.stl)

1 * Hlavní držák DPS 3D 3 Tisk (soubory stl jsou ve složce 3D holder1.stl, holder2.stl, holder3.stl)

1 * Držák štětce 3D 2 Tisk (soubory stl jsou ve složce 3D brush1.stl a brush2.stl)

Standardní díly

Buďte opatrní, některé odkazy obsahují 10 nebo dokonce 100 kusových balíků.

1m * SK9822 LED pásek se 144 LED/m

1 * Cmod S6 FPGA

1 * Vývoj 30pinový ESP32 Geekcreit

1 * Geekcreit D1 mini V2.2.0 ESP8266

4 * 74HCT04

5 * DC-DC 5V 4A

1 * DC motor 775

44 * 100nf 50V

9 * 220uf 16V

10 * neodymový magnet 10 mm x 2 mm

1 * snímač Hallova jevu

2 * Carbon Bruches Dremel 4000

2 * Motorové uhlíkové kartáče

2 * Ložiska 6803ZZ

2 * Motorový držák 775

2 * DC Jack 5,5 x 2,1 mm

1 * Napájení

1 * Tlačítko 8 mm

2 * XT30PB samec a samice PCB zástrčky

2 * zástrčkový a zástrčkový kabel XT30

2 * 130Ohm 1/4W odpor

2 * MOSFET IRF3708PBF

2 * 1N5400

1 * Jednořadý záhlaví kolíku

1 * Záhlaví ženy

1 * kabel 30AWG

1 * kabel 22AWG

Železářství

1 * MDF 500 mm x 500 mm x 10 mm

1 * MDF 100 mm x 500 mm x 10 mm

4 * MDF 200 mm x 510 mm x 10 mm

1 * akrylové sklo 500 mm x 500 mm x 2 mm

12 * kovový roh 40 mm x 40 mm x 40 mm

40 * Vrut do dřeva 3 mm x 10 mm

Rozpěrka 6 * M3 12 mm

Šrouby M3 a M4

3m * Kabel 2,5 mm2 jednodrátový/ tuhý

Černá barva na MDF dřevo

Doba stavby: ~ 10 hodin

Cena stavby: ~ 300 €

Krok 1: Stažení souborů

Nejprve musíme stáhnout vše, co je pro tento projekt potřeba.

Zde přejděte na stránku vydání úložiště.

Poté si stáhněte Release.zip z posledního vydání a rozbalte jej v počítači.

Pokaždé, když odkazuji na soubor v tomto návodu, najdete jej tam;-)

Krok 2: Programujte firmware

Krok 2.1: Naprogramujte FPGA

K programování FPGA musíme nainstalovat software z xilinx:

Pro Windows 10 musíte nainstalovat: ISE Design Suite pro Windows 10 (~ 7 GB)

Pro Windows 7 nebo XP můžete nainstalovat: Lab Tools (~ 1GB)

Po instalaci Otevřete ISE iMPACT a na požádání klikněte na „Ne“a také na „Zrušit“pro nový formulář projektu. Připojte FPGA Board Cmod S6 a počkejte, až se ovladače nainstalují. Dvakrát klikněte na hraniční skenování. Poté klikněte pravým tlačítkem na nové okno a vyberte „Inicializovat řetězec“. Znovu klikněte na „Ne“a zavřete nový formulář. Nyní byste měli vidět symbol „SPI/BPI“, dvakrát na něj klikněte. Vyberte soubor „SPIFlash.mcs“. V novém formuláři zvolte „SPI PROM“a „S25FL128S“a datovou šířku „4“. Klikněte na „OK“. Poté znovu jednou klikněte na symbol „FLASH“. Teď by měla být zelená. Poté stiskněte „Program“. Na novém formuláři klikněte na „OK“a počkejte. To může trvat několik minut.

Dobrá práce, FPGA je připravena;-) Můžete ji znovu odpojit!

Krok 2.2: Naprogramujte ESP32

Nainstalujte jádro esp32 na Arduino ID, můžete postupovat podle tohoto tutoriálu. Doporučuje se V1.0.2.

Potřebné knihovny:

• AutoPID od Ryana Downinga V1.0.3 (lze nainstalovat přes správce knihovny)
• ArduinoWebsockety od Gil Maimona, upraveno mnou (stáhněte si zip soubor a nainstalujte jej)

Otevřete soubor povdisplay.ino ve složce povdisplay.

Na panelu nástrojů vyberte „DOIT ESP32 DEVKIT V1“. Ostatní nastavení nechte tak, jak jsou.

Připojte desku esp32 přes USB a stáhněte si program.

Krok 2.3: Naprogramujte ESP8266

Nainstalujte jádro ESP8266 na Arduino ID, můžete postupovat podle tohoto tutoriálu.

Nejsou potřeba žádné knihovny!

Otevřete soubor motordrive.ino ve složce motordrive.

Vyberte v nabídce Nástroje: „Obecný modul ESP8266“. Ostatní nastavení nechte tak, jak jsou.

Připojte desku esp8266 přes USB a stáhněte si program.

Krok 3: Pájejte PCB

KROK 3.1 Deska plošných spojů ovladače pájecího motoru

Následující součásti jsou pájeny:

• WEMOS1 (Geekcreit D1 mini V2.2.0 ESP8266)

  • Pájejte kolíkové konektory k desce WEMOS
  • Zapájejte ženské konektory na desce plošných spojů

• DCDC (DC-DC 5V 4A)

  • Pomocí 4 pinů vytvořte záhlaví pinů a připájejte převodník DC-DC přímo k desce
  • Dávejte pozor na orientaci, měla by odpovídat sítotisku
• CN1 (DC konektor 5,5 x 2,1 mm)

• 1N5400

  Dávejte pozor na orientaci, bílá čára na diodě musí být na stejné straně jako čára na sítotisku

• 220u (220uf 16V)

  Dávejte pozor na orientaci, bílá čára musí být na opačné straně plus na sítotisku

• R1 a R1 (1/4W odpor 130 Ohmů)

• Q1 a Q2 (MOSFET IRF3708PBF)

  Dávejte pozor na orientaci, kovová záda musí být na straně se silnou čarou na sítotisku

• MOTOR (XT30PB Plug Female PCB)

  Dávejte pozor na orientaci, kulatý konec musí být na straně vyznačené na sítotisku

• LED diody a TASTER (XT30PB Plug Male PCB)

  Dávejte pozor na orientaci, kulatý konec musí být na straně vyznačené na sítotisku

KROK 3.2 Pájení hlavní desky plošných spojů

Následující součásti jsou pájeny:

• CMODS6 (Cmod S6 FPGA)

  Součástí by měly být záhlaví pinů. Pájejte je na DPS

• ESP (Geekcreit 30 Pin ESP32 Development)

  Použijte samičí záhlaví a připájejte je na desku plošných spojů

• DCDC1 - DCDC4 (DC -DC 5V 4A)

  • Použijte 4 piny ze záhlaví pinů a připájejte převodník DC-DC přímo k desce
  • Dávejte pozor na orientaci, měla by odpovídat sítotisku
• POWER_TEST (DC konektor 5,5 x 2,1 mm)

• D1 (1N5400)

  Dávejte pozor na orientaci, bílá čára na diodě musí být na stejné straně jako čára na sítotisku

• POWER (XT30PB Plug Female PCB)

  Dávejte pozor na orientaci, kulatý konec musí být na straně vyznačené na sítotisku

• C1, C3, C4, C6, C7, C9, C10, C11 (220uf 16V)

  Dávejte pozor na orientaci, bílá čára na kondenzátoru musí být na opačné straně plus na sítotisku

• C2, C5, C8, C12 (100nf 50V)

• IC1 - IC4 (74HCT04)

  Dávejte pozor, abyste zarovnali výřez IC s označením na hedvábné obrazovce

KROK 3.3 Horké lepidlo

Hlavní PCB se bude otáčet velmi rychle. Abychom předešli problémům, musíme na desku lepit kondenzátory (C1, C3, C4, C6, C7, C9, C10, C11). K tomu použijte horké lepidlo.

Krok 4: Připravte si proužky

KROK 4.1 Pruh nakrájejte na kousky

Odstraňte ochranu proti vodě nůžkami.

Potřebujeme čtyři KŘÍDLA a každé křídlo obsahuje čtyři skupiny. Jedno KŘÍDLO je speciální, má o jednu LED více než ostatní.

KŘÍDLO 1:

• G1: 5 LED diod (většina vnější skupiny)
• LED G2: 6
• G3: 8 LED diod
• G4: 14 LED diod

KŘÍDLO 2 - KŘÍDLO 4:

• G1: 5 LED diod (většina vnější skupiny)
• LED G2: 6
• G3: 8 LED diod
• G4: 13 LED diod

Proto potřebujeme 129 LED a náš pás má 144, takže máme určitou toleranci pro špatný řez;-) V nejhorším případě můžete řez pájet.

Mezi LED diodami řezejte co nejvíce uprostřed.

KROK 4.2 Pájecí kabely k pásku LED

Na každý ze segmentů LED pásku připájejte dva 30AWG vodiče na hodinový a datový pin. Toto jsou dva kolíky uprostřed. Dávejte pozor, abyste je připájili na vstup LED pásku. Šipky obvykle ukazují směr toku dat. Kabely by měly být zhruba půl metru dlouhé

Když spojíme KŘÍDLA, odstřihněte vše z druhé strany pásu, abyste se vyhnuli zkratu mezi datovými a hodinovými piny různých skupin.

KROK 4.3 Pájecí kondenzátory

Na každé skupině pájejte dva kondenzátory (100nf 50V) na zadní straně segmentů LED pásků na každém konci. U G4 také pájet jeden uprostřed. Kabely by měly jít pod kondenzátory, aby zbylo trochu místa, ale ne příliš.

KROK 4.4 Spojte KŘÍDLA dohromady

Pro každé KŘÍDLO veďte vodiče od G1 přes G2 a poté tyto vodiče přes G3 a totéž s G4.

KROK 4.4 Spojte skupiny dohromady

Nyní potřebujeme měděný kabel (kabel 2,5 mm2, jeden vodič/tuhý). Nakrájejte ho na osm kusů o délce přibližně 30 cm. Odizolujte všechny vodiče. Napněte kabely co nejvíce. Jeden konec můžete zafixovat do šroubové svorky a druhý držet plochými kleštěmi a poté kleště zasáhnout kladivem.

Upevněte kabel na jedné straně, aby byla práce s ním snazší. Poté k ní připájejte první skupinu. Vyrovnejte segment LED pásku s kabelem a připájejte jej na jedné straně ke dvěma kondenzátorům. Kabel by měl ležet naplocho na LED pásku. Pokračujte další skupinou. Dávejte pozor, aby vzdálenost mezi dvěma skupinami LED byla také 7 mm. Nakonec by všechny LED diody měly mít stejnou mezeru mezi nimi. Pokračujte s dalšími dvěma skupinami. Na poslední skupině pájejte všechny tři kondenzátory na vodič.

Poté na konci přestřihněte kabel. Pokračujte dalším kabelem na druhé straně pásu.

Nyní je první KŘÍDLO hotové! Udělejte to samé pro ostatní tři křídla.

KROK 4.5 Ohněte kondenzátory

Stačí všechny ohnout, aby byly proužky tenké.

Krok 5: Pájejte proužky na hlavní desce plošných spojů

KROK 5.1 Zkontrolujte polarizaci

Nejprve musíme znát polarizaci LED pásku. Jinými slovy: Kde 5V a zem je relativní k DPS. To opravdu závisí na LED pásku, který máte, a může to být jakkoli.

Přidržte jedno KŘÍDLO na hlavní DPS. Šipky na LED pásku musí směřovat do středu DPS. Nyní se podívejte, jestli je 5V na straně DATA nebo CLOCK na pinech.

Pokud je 5V na straně DATA, jste dobří a můžete použít 2,5 mm2 měď k pájení LED pásky přímo na desku plošných spojů.

Pokud tomu tak není, musíte použít kabel 22AWG k přeškrtnutí obou stran. Proto připájejte kabel k LED pásku a přeškrtněte levou a pravou stranu a připájejte jej k desce plošných spojů.

KROK 5.2 Pájecí kabel 2,5 mm2

Použijte zbytek měděného kabelu 2,5 mm2 a vše odizolujte. Pájejte je na horní stranu desky plošných spojů. Pájený drát ustřihněte ve stejné výšce kolem 1 cm.

KROK 5.3 Pájejte první KŘÍDLO

Použijte delší KŘÍDLO a umístěte jej na desku plošných spojů (LED1), jak je znázorněno na hedvábné obrazovce. Připájejte jej na vodiče 2,5 mm2. Vytvořte opravdu silná spojení, během rotace uvidíte velkou sílu! Poté připojte kabely pro skupinu 1 k datům G1 a hodinám G1.

Nezapomeňte pájet napájecí připojení, jak je popsáno výše.

Připojte ESP32 a FPGA (48 a 1 je na označené straně) a napájejte desku napájecím zdrojem.

Nejvnější LED diody by nyní měly blikat modře (může to trvat až 40 sekund). Pokud ne, zkontrolujte, zda jste správně spojili CLOCK a DATA.

KROK 5.4 Senzor Hallova jevu

Pájejte hlavičku Female Pin (se třemi piny) do haly. Později k němu připojíme senzor.

Připájejte snímač (snímač s Hallovým efektem) k zástrčce pinového konektoru. Spojení se snímačem a záhlavím kolíku by mělo být kolem 25 mm.

KROK 5.5 Pokračujte zbytkem KŘÍDEL

U LED diod 2 - LED 4 == WING2 - WING4 proveďte stejný postup jako u WING1.

Čas od času zapněte desku plošných spojů a zkontrolujte, zda vše bliká. Vzor začíná nejzevnější LED a jde dovnitř a začíná znovu.

KROK 5.6 Zůstatek

Zkuste vyvážit hlavní DPS uprostřed špičatým předmětem. Pokud jedna strana váží více, zkuste přidat pájku na druhou stranu. Nemusí to být dokonalé, ale přílišná nerovnováha bude mít později za následek mnoho vibrací během provozu, což může vést k mechanickým problémům.

Krok 6: První malování

Krok 6.1: Vrtání

Potřebujeme vyvrtat několik otvorů:

Na desce MDF 500*500 potřebujeme dva otvory. Podívejte se na soubor drill_wood_500_500.pdf a vyvrtejte otvory podle plánu.

Na desce MDF 500*100 potřebujeme spoustu otvorů. Vytiskněte proto soubor drill_wood_500_100_A4.pdf a zarovnejte jej na desce. Stačí vrtat tam, kde jsou na papíře vyznačeny otvory.

Krok 6.2: Malování

Na každé dřevo natřete jednu stranu. U desky MDF 500 x 500 je to strana, na kterou jste vyvrtali.

Natřete obě strany dřeva 100x500.

Kovové rohy můžete také natřít černou barvou. To bude vypadat lépe;-)

Zbytek budeme malovat, až budeme mít všechno smontované (vnější část krabice).

Krok 7: Mechanická montáž

Krok 7.1 Namontujte desku ovladače motoru

Deska plošných spojů je namontována na desce MDF 100 x 500. Použijte rozpěrky (rozpěrka M3 12 mm) a některé šrouby a matice m3.

Krok 7.2 Namontujte držáky

Pomocí šroubů M4 namontujte dva držáky (držák motoru 775) na desku MDF 100 x 500.

Krok 7.3 Příprava držáku

Dvě blokování (ložiska 6803ZZ) je třeba deaktivovat. Potřebujeme jen dva vnější kroužky.

Na každý prsten připájejte vodiče 22AWG. Jeden černý a jeden červený.

Vezměte držáky 3D vytištěné části a sestavte je.

Vložte všech sedm matic M3 do příslušných otvorů a zasuňte prstenec s červeným drátem nejprve na držák, poté mezikus a poté kroužek s černým drátem. Přidejte třetí kus nahoře a vložte šrouby.

Uřízněte dva vodiče ve vzdálenosti 2 cm a připájejte k nim jeck (kabel XT30 Plug Male). Černý kabel vede na zakřivenou stranu.

Krok 7.4 Namontujte motor

Zašroubujte motor (DC Motor 775) k držáku motoru uprostřed desky MDF 100 x 500.

Namontujte držák na motor a pevně jej přišroubujte.

Krok 7.5 Nainstalujte kartáče

Plánoval jsem použít kartáč Dremel (Carbon Brushes Dremel 4000). Potřebujeme použít jiné uhlí (Motor Carbon Brushes), protože uhlí pro kartáče Dremel má příliš vysokou odolnost. V procesu vývoje jsem to přehlédl. Používáme tedy motorové kartáče a brousíme je na velikost kartáčů dremel.

Odřízněte drát od kartáče motoru ve vzdálenosti 5 mm od uhlí.

Poté pomocí brusného papíru ořezáme uhlí na následující rozměry: 8,4 x 6,3 x 4,8 mm

Jedna strana kartáče motoru je 6,1 mm, takže potřebujeme zbrousit pouze dvě strany.

Můžete zkusit, jestli se snadno vklouzne do držáku štětce, pak je to v pořádku.

Zkuste také pískovat křivku nahoře, aby se zlepšilo spojení s kovovými kroužky.

Na uhlí připájejte drát 22AWG pro obě uhlí. Použijte červený a černý vodič. Vložte pružinu z kartáče dremel.

Vložte kartáče do držáku kartáčů. Kartáč s červeným drátem jde nahoru. Horní strana držáku je o něco silnější. Dávejte pozor, aby se tyto dvě pružiny navzájem nedotýkaly.

Upevněte držák na základnu pomocí matic a šroubů m3.

Namontujte základnu držáku kartáče na opletený držák motoru secound. Použijte šrouby a matice M4, které jsou součástí držáku.

Motor by měl mít možnost volného otáčení.

Veďte dva dráty mezi dvěma držáky.

Odřízněte dva vodiče na délku, aby se mohly dostat na desku plošných spojů a pájet k ní konektor (kabel XT30 Plug Male). Černý kabel jde na zakřivenou stranu.

Připájejte dva dráty 22AWG k motorům a rozřízněte je na dálku, abyste snadno dosáhli na desku plošných spojů, a připájíte k ní konektor (zásuvkový kabel XT30). Černý kabel jde na zakřivenou stranu.

Krok 8: Dokončete