Устойчивост на Vision Fidget Spinner: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Това е дрънкалка, която използва ефекта Persistence of Vision, който е оптична илюзия, при която множество дискретни изображения се сливат в едно изображение в човешкия ум.

Текстът или графиката могат да се променят чрез Bluetooth Low Energy връзка с помощта на компютърно приложение, което съм програмирал в LabVIEW или с помощта на свободно достъпно приложение BLE за смартфон.

Всички файлове са налични. Схеми и фърмуер са приложени към тази инструкция. Gerber файловете са достъпни на тази връзка, тъй като не мога да качвам zip файлове тук: Gerbers

Стъпка 1: Разлика между други POV устройства на пазара

Една от най -важните характеристики е, че показаните графики не зависят от скоростта на въртене, благодарение на иновативното си решение за поддържане на ъгъла на въртене. Това означава, че показаната графика се възприема еднакво при двете, по -високи и по -ниски скорости на въртене (например, когато въртящият се апарат се забавя, когато се държи в ръка). Повече за това в Стъпка 3.

Това също е една от основните разлики между различните POV устройства на пазара (POV часовници и т.н.), които трябва да имат постоянна скорост на въртене, за да може изображението да се показва правилно. Заслужава да се отбележи, че всички компоненти са избрани така, че да имат възможно най -ниска консумация на енергия в опит да удължат живота на батерията

Стъпка 2: Техническо описание

Той използва подобрен микроконтролер Microchip PIC 16F1619 като ядро. MCU има вграден перифериен ъглов таймер, който използва омниполярен сензор на Хол DRV5033 и един магнит, за да следи текущия ъгъл на въртене.

Графиката се показва с помощта на общо 32 светодиода, 16 зелени и 16 червени светодиоди (номинален ток 2mA). Диодите се задвижват от два 16 -канални драйвера на регистъра за смяна на постоянен ток TLC59282, свързани във верига маргаритка. За да имате отдалечен достъп до устройството, има Bluetooth Low Energy модул RN4871, който комуникира с микроконтролера чрез UART интерфейс. Достъпът до устройството е както от персонален компютър, така и от смартфон. Устройството се включва с помощта на капацитивен сензорен бутон, който е вграден под маската за запояване на печатната платка. Изходът от капацитивната IC PCF8883 се подава към логическата порта ИЛИ BU4S71G2. Другият вход към портата OR е сигнал от MCU. Изходът от портовете ИЛИ е свързан към щифта Enable на понижаващ преобразувател TPS62745. С помощта на тази настройка мога да включа/изключвам устройството само с един бутон за докосване. Капацитивният бутон може да се използва и за превключване между различни режими на работа или например за включване на Bluetooth радиото само когато е необходимо, за да се спести енергия.

Стъпващ преобразувател TPS62745 преобразува номинално 6V от батериите в стабилни 3.3V. Избрах този преобразувател, защото има висока ефективност при леки натоварвания, нисък ток на покой, работи с малка 4.7uH бобина, има вграден превключвател за входно напрежение, който използвам за измерване на капацитета на батерията с минимална консумация на ток и изходното напрежение е потребител- избира се от четири входа, а не от резистори за обратна връзка (намалява спецификацията). Устройството автоматично заспива след 5 минути бездействие. Текущата консумация в сън е по -малка от 7uA.

Батериите са разположени на гърба, както е показано на снимката.

Стъпка 3: Проследяване на ъгъла на въртене

Ъгълът на въртене се проследява „от хардуер“, а по -скоро от софтуер, което означава, че процесорът има много повече време на разположение за извършване на други задачи. За това използвах периферно устройство Angular Timer, което е вградено в използвания микроконтролер PIC 16F1619.

Входът към ъгловия таймер е сигнал от датчика на Хол DRV5033. Сензорът на Хол ще генерира импулс всеки път, когато магнит мине покрай него. Датчикът на Хол се намира в въртящата се част на устройството, докато магнитът е разположен върху статична част, за която потребителят държи устройството. Тъй като използвах само един магнит, това означава, че сензорът на Хол ще генерира импулс, който се повтаря на всеки 360 °. В същото време ъгловият таймер ще генерира 180 импулса на оборот, при който всеки импулс представлява 2 ° на въртене. Избирам 180 импулса, а не 360 ° например, защото установих, че 2 ° е идеалното разстояние между двете колони на отпечатан знак. Ъгловият таймер се справя автоматично с всички тези изчисления и ще се регулира автоматично, ако времето между двата импулса на сензора се промени поради промяната на скоростта на въртене. Позицията на магнита и сензора на Хол е показана на приложената снимка.

Стъпка 4: Отдалечен достъп

Исках начин да променя показвания текст динамично, а не само като го кодирам трудно в кода. Избрах BLE, защото използва много малко количество енергия и използваният чип RN4871 е с размери само 9x11,5 мм.

Чрез BT връзка е възможно да промените показвания текст и цвета му - червен или зелен. Нивото на батерията също може да се следи, за да се знае кога е време за смяна на батериите. Устройството може да се управлява чрез компютърно приложение, програмирано в графична среда за програмиране LabVIEW, или чрез използване на свободно достъпни BLE приложения за смартфони, които имат възможност за директно записване в избраните BLE характеристики на свързано устройство. За изпращане на информация от компютър/смартфон до устройството използвах една услуга с три характеристики, всяка от които е идентифицирана с дръжка.

Стъпка 5: Приложение за компютър

В горния ляв ъгъл имаме контроли за стартиране на BLE сървърното приложение National Instruments. Това е приложение от командния ред от NI, което създава мост между BLE модул на компютър и LabVIEW. Той използва HTTP протокол за комуникация. Причината за използването на това приложение е, че LabVIEW има само естествена поддръжка за Bluetooth Classic, но не и за BLE.

При успешно свързване MAC адресът на свързано устройство се показва вдясно и тази част вече не е затъмнена. Там можем да зададем движещата се графика и нейния цвят или просто да изпратим някакъв модел за включване или изключване на светодиодите, когато устройството не се върти, използвал съм го за целите на тестването.

Стъпка 6: Шрифт

Шрифтът на английската азбука е генериран с помощта на свободно достъпен софтуер „The Dot Factory“, но трябваше да направя няколко промени, преди да го кача в микроконтролера.

Причината за това е оформлението на печатната платка, което "не е в ред", което означава, че изходът 0 от LED драйвера може би не е свързан с LED 0 на печатната платка, OUT 1 не е свързан към LED 1, а по -скоро към LED15 например, и Другата причина е, че софтуерът може да генерира само 2x8bit шрифт, но устройството има 16 светодиода за всеки цвят, така че имах нужда от 16 -битов шрифт. Така че трябваше да направя софтуер, който да измести няколко бита, за да компенсира оформлението на печатната платка и ги комбинирам в една 16 -битова стойност. Поради това разработих отделно приложение в LabVIEW, което приема шрифта, генериран в "The Dot Factory" като вход и го трансформира, за да отговаря на нуждите на този проект. Тъй като червеният и зеленият LED печатни платки са различни, трябваше да използвам два шрифта. Изходът за зеления шрифт е показан на снимката по -долу.

Стъпка 7: Програмиране на Джиг

На снимката можете да видите програмата за програмиране, използвана за програмиране на устройството.

Тъй като след всяко програмиране трябва да вдигна устройството и да го завъртя, за да видя промените, които не исках да използвам стандартни програмни заглавки или просто да запоя програмните кабели. Използвах щифтове Pogo, които имат малка пружина вътре в тях, така че да прилягат много плътно към виасите на печатната платка. Използвайки тази настройка, аз мога да програмирам микроконтролера много бързо и не е нужно да се притеснявам за програмиране на проводници или останалото спойка след разпаяване на тези проводници.

Стъпка 8: Заключение

За да обобщим, бих искал да отбележа, че с помощта на периферно устройство Angul Timer успешно постигнах POV устройство, което не зависи от скоростта на въртене, така че качеството на показваната графика се поддържа същото при по -високи и по -ниски скорости.

Благодарение на внимателното проектиране, беше постигнато решение за ниска енергия, което ще удължи живота на батериите. Що се отнася до недостатъците на този проект, бих искал да отбележа, че няма начин да зареждате използваните батерии, така че подмяната на батериите е необходима от време на време. Батериите без име от местния магазин издържаха около 1 месец при ежедневна употреба. Употреба: Това устройство може да се използва в различни рекламни цели или като учебно помагало например в часовете по електротехника или физика. Може да се използва и като терапевтично средство за повишаване на вниманието за тези с разстройство на хиперактивност с дефицит на вниманието (ADHD) или спокойни симптоми на тревожност.

Първа награда в PCB Design Challenge