Perzistentnost Vision Fidget Spinnera: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Ovo je fidget spinner koji koristi efekt Persistence of Vision koji je optička iluzija pri čemu se više diskretnih slika stapa u jednu sliku u ljudskom umu.

Tekst ili grafika mogu se promijeniti putem Bluetooth Low Energy veze pomoću računalne aplikacije koju sam programirao u LabVIEW -u ili pomoću slobodno dostupne aplikacije BLE za pametni telefon.

Sve datoteke su dostupne. Sheme i firmware su priloženi ovom uputstvu. Gerber datoteke su dostupne na ovoj poveznici jer ovdje ne mogu prenijeti zip datoteke: Gerbers

Korak 1: Razlika između drugih POV uređaja na tržištu

Jedna od najvažnijih karakteristika je da prikazana grafika ne ovisi o brzini rotacije zahvaljujući inovativnom rješenju za držanje kuta rotacije. Što znači da se prikazana grafika podjednako percipira i pri većoj i pri manjoj brzini vrtnje (na primjer, kad se vrpoljka vrckalica usporava dok se drži u ruci). Više o tome u koraku 3.

Ovo je također jedna od glavnih razlika između različitih POV uređaja na tržištu (POV satovi itd.) Koji moraju imati konstantnu brzinu rotacije kako bi se slika ispravno prikazala. Također je vrijedno napomenuti da su sve komponente odabrane tako da imaju što manju potrošnju energije u nastojanju da se produži vijek trajanja baterije

Korak 2: Tehnički opis

Kao jezgru koristi poboljšani mikrokontroler Microchip PIC 16F1619. MCU ima ugrađeni periferni kutni mjerač vremena koji koristi omnipolarni Hall senzor DRV5033 i jedan magnet za praćenje trenutnog kuta rotacije.

Grafika se prikazuje pomoću ukupno 32 LED diode, 16 zelenih i 16 crvenih dioda (nominalna struja 2mA). Diode pokreću dva 16 -kanalna upravljačka programa registra promjenjivog napona TLC59282 spojena u lanac. Za daljinski pristup uređaju postoji Bluetooth Low Energy modul RN4871 koji komunicira s mikrokontrolerom putem UART sučelja. Uređaju se može pristupiti s osobnog računala ili pametnog telefona. Uređaj se uključuje pomoću kapacitivne tipke na dodir koja je ugrađena ispod maske za lemljenje na tiskanoj ploči. Izlaz iz kapacitivnog IC PCF8883 dovodi se na ILI logička vrata BU4S71G2. Drugi ulaz na vrata ILI je signal iz MCU -a. Izlaz s vrata ILI spojen je na pin za omogućavanje stepenastog pretvarača TPS62745. Korištenjem ove postavke mogu uključiti/isključiti uređaj pomoću samo jedne tipke na dodir. Kapacitivna tipka također se može koristiti za promjenu između različitih načina rada ili na primjer za uključivanje bluetooth radija samo kada je to potrebno radi uštede energije.

Stepenični pretvarač TPS62745 pretvara nominalno 6 V iz baterija u stabilnih 3,3 V. Odabrao sam ovaj pretvarač jer ima visoku učinkovitost s malim opterećenjima, nisku struju mirovanja, radi sa sićušnom zavojnicom od 4,7 uH, ima integrirani prekidač ulaznog napona koji koristim za mjerenje kapaciteta baterije uz minimalnu potrošnju struje, a izlazni napon je korisnički- odabiru četiri ulaza umjesto otpornika povratne sprege (smanjuje BOM). Uređaj automatski prelazi u stanje mirovanja nakon 5 minuta neaktivnosti. Trenutna potrošnja u snu je manja od 7uA.

Baterije su smještene na stražnjoj strani kao što je prikazano na fotografiji.

Korak 3: Pratite kut rotacije

Rotacijski kut prati se "hardverski", a softverski, što znači da CPU ima na raspolaganju puno više vremena za obavljanje drugih zadataka. Za to sam upotrijebio periferiju Angular Timer koja je ugrađena u rabljeni mikrokontroler PIC 16F1619.

Ulaz u kutni mjerač vremena je signal iz Hall senzora DRV5033. Hall senzor će generirati impuls svaki put kad magnet prođe pored njega. Hall senzor nalazi se na prednjem dijelu uređaja, dok se magnet nalazi na statičkom dijelu za koji korisnik drži uređaj. Budući da sam koristio samo jedan magnet to znači da će Hall senzor proizvesti impuls koji se ponavlja svakih 360 °. U isto vrijeme Angular Timer će generirati 180 impulsa po okretu u kojem svaki impuls predstavlja 2 ° rotacije. Biram 180 impulsa, a ne 360 ° na primjer, jer sam otkrio da je 2 ° savršena udaljenost između dva stupca ispisanog znaka. Kutni mjerač vremena automatski obrađuje sve te izračune i automatski će se prilagoditi ako se vrijeme između dva impulsa senzora promijeni zbog promjene brzine vrtnje. Položaj magneta i Hall senzora prikazan je na priloženoj fotografiji.

Korak 4: Udaljeni pristup

Htio sam način dinamičkog mijenjanja prikazanog teksta, a ne samo njegovim teškim kodiranjem u kôd. Odabrao sam BLE jer koristi vrlo malu količinu energije, a rabljeni čip RN4871 ima samo 9x11,5 mm u dimenziji.

Putem BT veze moguće je promijeniti tekst koji se prikazuje i njegovu boju - crvenu ili zelenu. Razina baterije također se može pratiti kako bi se znalo kada je vrijeme za zamjenu baterija. Uređajem se može upravljati putem računalne aplikacije programirane u grafičkom programskom okruženju LabVIEW ili pomoću slobodno dostupnih BLE aplikacija za pametne telefone koje imaju mogućnost izravnog upisa u odabrane BLE značajke spojenog uređaja. Za slanje podataka s računala/pametnog telefona na uređaj koristio sam jednu uslugu s tri karakteristike, od kojih je svaka identificirana ručkom.

Korak 5: PC aplikacija

U gornjem lijevom kutu imamo kontrole za pokretanje aplikacije BLE poslužitelja National Instruments. To je aplikacija iz naredbenog retka tvrtke NI koja stvara most između BLE modula na računalu i LabVIEW -a. Za komunikaciju koristi HTTP protokol. Razlog korištenja ove aplikacije je taj što LabVIEW ima samo izvornu podršku za Bluetooth Classic, a ne i za BLE.

Nakon uspješnog povezivanja, MAC adresa spojenog uređaja prikazuje se s desne strane i taj dio više nije zasivljen. Tamo možemo postaviti pokretnu grafiku i njezinu boju ili samo poslati neki uzorak za uključivanje ili isključivanje LED dioda kada se uređaj ne okreće, to sam koristio za potrebe testiranja.

Korak 6: Font

Font engleske abecede generiran je pomoću slobodno dostupnog softvera "The Dot Factory", ali morao sam napraviti nekoliko izmjena prije nego što sam ga prenio na mikrokontroler.

Razlog tome je raspored PCB -a koji "nije u redu", što znači da izlaz 0 iz LED upravljačkog programa možda nije spojen na LED 0 na PCB -u, OUT 1 nije spojen na LED 1, nego na LED15 na primjer, i itd. Drugi razlog je što je softveru dopušteno generiranje 2x8 -bitnog fonta, ali uređaj ima 16 LED -a za svaku boju pa mi je trebao 16 -bitni font. Zato sam morao napraviti softver koji bi pomaknuo nekoliko bitova kako bi kompenzirao izgled PCB -a i kombinirati ih u jednu vrijednost od 16 bita. Zbog toga sam razvio zasebnu aplikaciju u LabVIEW -u koja uzima font generiran u "The Dot Factory" kao ulaz i transformira ga kako bi odgovarao potrebama ovog projekta. Budući da su crveni i zeleni LED PCB -ovi različiti, trebao sam koristiti dva fonta. Izlaz za zeleni font prikazan je na donjoj slici.

Korak 7: Programiranje Jig -a

Na slici možete vidjeti programski šablon koji je korišten za programiranje uređaja.

Budući da nakon svakog programiranja moram podići uređaj i okrenuti ga da vidim promjene koje nisam želio koristiti standardna programska zaglavlja ili samo lemiti programske žice. Koristio sam Pogo pinove koji imaju malu oprugu u sebi tako da vrlo dobro pristaju uz vias na PCB -u. Korištenjem ove postavke mogu vrlo brzo programirati mikrokontroler i ne moram se brinuti o programiranju žica ili preostalom lemljenju nakon odlemljivanja tih žica.

Korak 8: Zaključak

Ukratko, želio bih istaknuti da sam pomoću perifernog uređaja Angul Timer uspješno postigao POV uređaj koji ne ovisi o brzini rotacije, pa se kvaliteta prikazane grafike održava istom i pri većoj i pri manjoj brzini.

Pažljivim dizajnom uspjelo je implementirati niskoenergetsko rješenje koje će produljiti vijek trajanja baterija. Što se tiče nedostataka ovog projekta, želio bih naglasiti da ne postoji način punjenja istrošenih baterija, pa je potrebna povremena zamjena baterija. Neimenovane baterije iz lokalne trgovine izdržale su oko 1 mjesec pri svakodnevnoj uporabi. Upotrebe: Ovaj se uređaj može koristiti u različite promotivne svrhe ili kao poučno sredstvo na primjer u nastavi elektrotehnike ili fizike. Također se može koristiti kao terapeutska pomoć za povećanje pažnje kod osoba s poremećajem pažnje s hiperaktivnošću (ADHD) ili smirenim simptomima tjeskobe.

Prva nagrada u PCB Design Challengeu