Един POV дисплей, за да ги управлява всички!: 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Мотивация

Много харесвам POV (постоянство на зрението) дисплеи! Те са не само интересни за разглеждане, но и голямо предизвикателство за развитието им. Това е наистина интердисциплинарна задача. Нуждаете се от много умения: механични, електронни, програмиране и така нататък!

Винаги съм искал да изградя свой собствен и да го направя възможно най -голям и възможно най -способен. Преди една година го направих! Беше много работа и много сложна работа. Харесвам подобни предизвикателства. Така че беше забавно;-)

Сега искам и вие сами да изградите такъв. Можете да вземете това като ръководство за разработване на свой собствен или просто да следвате инструкциите, за да получите копие от моя POV дисплей. Ще се опитам да посоча всички предизвикателства, които трябваше да преодолея, за да стана мой.

Повторих дизайна си, за да направя възможно най -лесното възстановяване. Няма SMT компоненти и всичко трябва да бъде запоено от начинаещи. Не ме разбирайте погрешно, все още е много голямо предизвикателство да съберете всичко заедно. Но трябва да е изпълнимо!

ВНИМАНИЕ: Този проект съдържа светодиоди, които се актуализират с висока скорост и потенциално предизвикват припадъци при хора с фоточувствителна епилепсия

Как работи?

Тук можете да прочетете как POV дисплеят работи като цяло.

Първо се нуждаем от източник, който предава видео сигнал. В оригиналния дизайн го направих през WIFI. Написах програма за заснемане на екрана на компютър и изпращане на тези данни до ESP8266 чрез WIFI. Проблемът на този подход е, че ESP8266 беше твърде бавен и честотната лента на WIFI беше достатъчно за 16 FPS. Така че сега използваме ESP32. Мислех, че всички проблеми са отстранени, но се оказа, че ESP32 също не предлага по -голяма честотна лента през WIFI от ESP8266. ESP32 обаче има достатъчно изчислителна мощ за декодиране на видео поток. Така че в крайна сметка изпратих JPEG изображения през WIFI до ESP32. Следователно ESP32 хоства уебсайт. На този сайт можете да избирате изображения или видеоклипове и след това уебсайтът ще предава JPEG в ESP32. JPEG декодирането се нуждае от много памет, така че и там имаме проблем. Но за момента работи. Може би по -късно ще измисля по -добро решение.

След това трябва сами да контролираме светодиодите. За да работи това, трябва да знаем точното положение на светодиодите във всеки един момент. Затова добавих сензор за ефект на Хол. Всяко въртене преминава магнит и по този начин дава възможност за откриване. След това измерваме времето на въртене. Предполагаме, че следващото завъртане ще отнеме същото време. Следователно можем да изчислим нашата позиция. Този процес се повтаря отново и отново. За управление на светодиодите използваме FPGA. Можем да използваме и микропроцесор, но той вероятно ще бъде твърде бавен. Повечето външни светодиоди трябва да се обновяват около 10 000 пъти в секунда. FPGA лесно се справя със задачата и ще го направи с по -малко трептене.

Ако светодиодите трябва да се актуализират толкова често, имаме нужда и от бързи светодиоди. В оригиналния си дизайн използвах светодиоди APA102. Те имат честота на опресняване около 20KHz. Опитах се да получа LED ленти с тези светодиоди, но онлайн продавачът ми изпрати SK9822 и ще ми каже, че са еднакви (случи се два пъти …) Така че ще използваме SK9822. Те имат само честота на опресняване от 4,7 kHz, но се надяваме, че това ще бъде достатъчно. Те също имат малко по -различен протокол. Просто бъдете наясно. Така ESP32 избутва кадрите за изображения към FPGA. След това FPGA контролира светодиодите.

Сега светодиодите просто трябва да се въртят. Затова използваме DC мотор. Този двигател се управлява чрез PWM сигнал от ESP8266. ESP8266 също е свързан през WIFI към ESP32. Следователно имаме нужда само от един сензор за измерване на скоростта на въртене. В оригиналния дизайн използвах две.

Повече информация за системата може да бъде намерена във видеото ми за оригиналния дизайн.

Инструменти

Използвах следните инструменти:

• 3D принтер
• Поялник
• Горещо лепило
• супер лепило
• Micro USB кабел
• Ножици
• Свредло + бормашина за дърво 3 4 8 и 12 мм
• Отвертка
• Плоски клещи
• Страничен нож
• Машина за сваляне на тел
• Консумативи за боя
• Шкурка

Поръчка

Отворих магазин TINDIE. Така че можете да си купите комплект, ако искате, и да ми помогнете да направя още такива проекти;-)

БЗР

Както винаги всичко, което виждате тук, се публикува като отворен код.

Актуализации

Има някои неща, които искам да подобря в бъдеще:

• По -висока цветова разделителна способност от 12 бита до 24 бита => следователно се нуждаем от FPGA с повече RAM =>

  Cmod A7, те са съвместими с щифтове:-)

• ESP32 с PSRAM, за да избегнете проблеми с паметта
• Поправете проблема с четката …

Консумативи

Части по поръчка

Трябва да ги поръчате или да поръчате комплект от мен!

1 * Основна печатна платка (гербер файловете са в папката gerber main.zip)

1 * PCB на драйвер за мотор (гербер файловете са в папката gerber motor.zip)

4 * ъгли 3D 1 печат (stl файлът е в папката 3D corner.stl)

1 * Основен държач за печатна платка 3D 3 Печат (stl файловете са в папката 3D държател1.stl, държач2.stl, държател3.stl)

1 * Стойка за четки 3D 2 Печат (stl файловете са в папката 3D brush1.stl и brush2.stl)

Стандартни части

Внимавайте, някои от връзките включват 10 или дори 100 парчета.

1m * SK9822 LED лента с 144 LED/m

1 * Cmod S6 FPGA

1 * Geekcreit 30 Pin ESP32 Development

1 * Geekcreit D1 mini V2.2.0 ESP8266

4 * 74HCT04

5 * DC-DC 5V 4A

1 * DC двигател 775

44 * 100nf 50V

9 * 220uf 16V

10 * Неодимов магнит 10mmx2mm

1 * Сензор за ефект на Хол

2 * Carbon Bruches Dremel 4000

2 * Моторни въглеродни четки

2 * Лагери 6803ZZ

2 * Стойка за мотор 775

2 * DC жак 5,5 x 2,1 мм

1 * Захранване

1 * Бутон 8 мм

2 * XT30PB щепсел мъжка и женска печатна платка

2 * XT30 щепсел мъжки и женски кабел

2 * 130Ohm 1/4W резистор

2 * MOSFET IRF3708PBF

2 * 1N5400

1 * Едноредов заглавен щифт

1 * Женска заглавка

1 * Кабел 30AWG

1 * Кабел 22AWG

Магазин за хардуер

1 * MDF 500 мм x 500 мм x 10 мм

1 * MDF 100mm x 500mm x 10mm

4 * MDF 200 мм x 510 мм x 10 мм

1 * акрилно стъкло 500 мм х 500 мм х 2 мм

12 * Метален ъгъл 40 мм х 40 мм х 40 мм

40 * Винт за дърво 3 мм х 10 мм

6 * М3 дистанционер 12 мм

Винтове М3 и М4

3m * Кабел 2.5mm2 единичен проводник/ твърд

Черна боя за MDF дърво

Време за изграждане: ~ 10 часа

Разходи за изграждане: ~ 300 €

Стъпка 1: Изтеглете файлове

За да започнем, първо трябва да изтеглим всичко необходимо за този проект.

Отидете на страницата за освобождаване на хранилището тук.

След това изтеглете Release.zip от последната версия и го разопаковайте на компютъра си.

Всеки път, когато се позова на файл в тази инструкция, ще го намерите там;-)

Стъпка 2: Програмирайте фърмуера

Стъпка 2.1: Програмирайте FPGA

За да програмираме FPGA, трябва да инсталираме софтуер от xilinx:

За Windows 10 трябва да инсталирате: ISE Design Suite за Windows 10 (~ 7GB)

За Windows 7 или XP можете да инсталирате: Lab Tools (~ 1GB)

След като инсталирате Open ISE iMPACT и натиснете „No“, ако бъдете попитани, и също „Cancel“за нов формуляр за проект. Свържете FPGA Board Cmod S6 и изчакайте драйверите да се инсталират. Щракнете двукратно върху сканиране на границата. След това щракнете с десния бутон върху новия прозорец и изберете „Initialize Chain“. Кликнете отново върху „Не“и затворете новия формуляр. Сега трябва да видите символ "SPI/BPI", щракнете двукратно върху него. Изберете файла "SPIFlash.mcs". В новата форма изберете „SPI PROM“и „S25FL128S“и ширина на данните „4“. Щракнете върху „OK“. След това отново щракнете върху еднократно върху символа "FLASH". Сега трябва да е зелено. След това натиснете „Програма“. Кликнете върху „OK“в новия формуляр и изчакайте. Това може да отнеме няколко минути.

Браво, FPGA е готов;-) Можете да го изключите отново!

Стъпка 2.2: Програмирайте ESP32

Инсталирайте esp32 ядрото на Arduino ID, можете да следвате този урок. Препоръчва се V1.0.2.

Необходими библиотеки:

• AutoPID от Ryan Downing V1.0.3 (може да се инсталира през мениджъра на библиотеката)
• ArduinoWebsockets от Gil Maimon, модифициран от мен (изтеглете zip файла и го инсталирайте)

Отворете файла povdisplay.ino в папката povdisplay.

Изберете под таблото с инструменти: „DOIT ESP32 DEVKIT V1“. Оставете другите настройки такива, каквито са.

Свържете платката esp32 през USB и изтеглете програмата.

Стъпка 2.3: Програмирайте ESP8266

Инсталирайте ядрото ESP8266 на ID на Arduino, можете да следвате този урок.

Не са необходими библиотеки!

Отворете файла motordrive.ino в папката motordrive.

Изберете под Инструментална дъска: „Общ модул ESP8266“. Оставете другите настройки такива, каквито са.

Свържете платката esp8266 през USB и изтеглете програмата.

Стъпка 3: Запояване на печатни платки

СТЪПКА 3.1 Плата за задвижване на запояващия двигател

Следните компоненти са запоени:

• WEMOS1 (Geekcreit D1 mini V2.2.0 ESP8266)

  • Запоявайте заглавките на щифтовете към платката WEMOS
  • Запоявайте женските заглавки на печатната платка

• DCDC (DC-DC 5V 4A)

  • Използвайте 4 пина от заглавката на щифтовете и запоявайте DC-DC преобразувателя директно към платката
  • Внимавайте с ориентацията, тя трябва да съответства на копринения екран
• CN1 (DC жак 5,5 x 2,1 мм)

• 1N5400

  Внимавайте с ориентацията, бялата линия на диода трябва да е от същата страна като линията на копринения екран

• 220u (220uf 16V)

  Внимавайте с ориентацията, бялата линия трябва да е от противоположната страна на плюс на копринения екран

• R1 и R1 (130Ohm 1/4W резистор)

• Q1 и Q2 (MOSFET IRF3708PBF)

  Внимавайте с ориентацията, металният гръб трябва да е отстрани с дебелата линия на копринения екран

• МОТОР (XT30PB щепсел, женска печатна платка)

  Внимавайте с ориентацията, закръгленият край трябва да е от страната, отбелязана върху копринения екран

• LED и TASTER (XT30PB щепсел мъжка печатна платка)

  Внимавайте с ориентацията, закръгленият край трябва да е от страната, отбелязана върху копринения екран

СТЪПКА 3.2 Основна печатна платка за запояване

Следните компоненти са запоени:

• CMODS6 (Cmod S6 FPGA)

  Трябва да има включени заглавки за щифтове. Запояйте ги върху печатната платка

• ESP (Geekcreit 30 Pin ESP32 Development)

  Използвайте женски заглавки и ги запоявайте върху печатната платка

• DCDC1 - DCDC4 (DC -DC 5V 4A)

  • Използвайте 4 пина от заглавката на щифтовете и запоявайте DC-DC преобразувателя директно към платката
  • Внимавайте с ориентацията, тя трябва да съответства на копринения екран
• POWER_TEST (DC жак 5,5 x 2,1 мм)

• D1 (1N5400)

  Внимавайте с ориентацията, бялата линия на диода трябва да е от същата страна като линията на копринения екран

• POWER (XT30PB Plug Female PCB)

  Внимавайте с ориентацията, закръгленият край трябва да е от страната, отбелязана върху копринения екран

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

  Внимавайте с ориентацията, бялата линия на кондензатора трябва да е от противоположната страна на плюса на копринения екран

• C2, C5, C8, C12 (100nf 50V)

• IC1 - IC4 (74HCT04)

  Бъдете внимателни, за да подравните изреза на ИС с маркировката на копринения екран

СТЪПКА 3.3 Горещо лепило

Основната платка ще се върти много бързо. Така че трябва да залепим кондензаторите (C1, C3, C4, C6, C7, C9, C10, C11) върху печатната платка, за да избегнем проблем. Просто използвайте горещо лепило за това.

Стъпка 4: Подгответе ленти

СТЪПКА 4.1 Нарежете лентата на парчета

Отстранете водозащитата с ножица.

Нуждаем се от четири крила и всяко крило съдържа четири групи. Едно WING е специално, има един светодиод повече от останалите.

КРИЛО1:

• G1: 5 светодиода (най -външната група)
• G2: 6 светодиода
• G3: 8 светодиода
• G4: 14 светодиода

WING2 - WING4:

• G1: 5 светодиода (най -външната група)
• G2: 6 светодиода
• G3: 8 светодиода
• G4: 13 светодиода

Следователно имаме нужда от 129 светодиода, а нашата лента има 144, така че имаме известна толерантност за грешно изрязване;-) В най-лошия случай можете да запоите среза.

Изрежете възможно най -центрирано между светодиодите.

СТЪПКА 4.2 Запоявайте кабелите към LED лентата

На всеки от сегментите на LED лентата запоявайте два проводника 30AWG на часовника и щифта за данни. Това са двата щифта в средата. Внимавайте да ги запоявате на входа на LED лентата. Обикновено стрелките показват посоката на потока от данни. Кабелите трябва да са дълги около половин метър

Изрежете всичко от другата страна на стрипто, избягвайте късо между данни и тактови пинове на различните групи, когато сглобяваме WINGs.

СТЪПКА 4.3 Кондензатори за запояване

На всяка група запоявайте два кондензатора (100nf 50V) на гърба на сегментите на LED лентата във всеки край. За G4 също запоявайте една в средата. Кабелите трябва да минават под кондензаторите, за да оставят малко място, но не прекалено много.

СТЪПКА 4.4 Сложете WINGS заедно

За всяко WING проведете проводниците от G1 до G2 и след това тези проводници през G3 и същото с G4.

СТЪПКА 4.4 Припойвайте групите заедно

Сега имаме нужда от меден кабел (кабел 2.5 мм2 единичен проводник/твърд). Нарежете го на осем парчета с дължина около 30 см. Отстранете изолацията на всички проводници. Изправете кабелите колкото е възможно повече. Можете да фиксирате единия край в винтова скоба, а другия да държите с плоски клещи и след това да удряте клещите с чук.

Закрепете кабела от едната страна, за да улесните работата с него. След това запойте първата група към него. Подравнете сегмента на LED лентата с кабела и го запоявайте от едната страна към двата кондензатора. Кабелът трябва да лежи на LED лентата. Продължете със следващата група. Внимавайте разстоянието между две LED групи също да е 7 мм. В крайна сметка всички светодиоди трябва да имат еднаква разлика между тях. Продължете с другите две групи. На последната група запойте и трите кондензатора към проводника.

След това отрежете кабела в края. Продължете с друг кабел от другата страна на лентата.

Сега първото крило е завършено! Направете същото за другите три крила.

СТЪПКА 4.5 Огънете кондензаторите

Просто ги огънете, за да направите лентите тънки.

Стъпка 5: Запоявайте лентите на основната печатна платка

СТЪПКА 5.1 Проверете поляризацията

Първо трябва да знаем поляризацията на LED лентата. С други думи: Където 5V и земята са спрямо печатната платка. Това наистина зависи от LED лентата, която имате, и може да бъде наоколо.

Задръжте едно WING върху основната платка. Стрелките на LED лентата трябва да сочат към центъра на печатната платка. Сега вижте дали 5V е от страната на DATA или от часовника на щифтовете.

Ако 5V е от страната на DATA, вие сте добре и можете да използвате мед 2,5 mm2, за да запоявате LED лентата директно към печатната платка.

Ако не, трябва да използвате кабел 22AWG, за да зачеркнете двете страни. Следователно, запоявайте кабела към LED лентата и зачеркнете лявата и дясната страна и я запойте към печатната платка.

СТЪПКА 5.2 Припой 2,5 мм2 кабел

Използвайте останалата част от 2.5 мм2 меден кабел и отстранете всички. Запояйте ги от горната страна на печатната платка. Нарежете запоената жица на същата височина около 1 см.

СТЪПКА 5.3 Запоявайте първото КРИЛО

Използвайте по -дългото WING и го поставете върху печатната платка (LED1), както е показано на копринения екран. Запояйте го към проводниците от 2,5 мм2. Направете наистина силни връзки, това ще види много сила по време на въртене! След това свържете кабелите за група 1 към G1 данни и G1 часовник.

Не забравяйте да запоите захранващата връзка, както е описано по -горе.

Свържете ESP32 и FPGA (48 и 1 са от маркираната страна) и захранвайте платката с захранването.

Повечето външни светодиоди трябва да мигат в синьо сега (това може да отнеме до 40 секунди). Ако не, проверете дали сте свързали CLOCK и DATA по правилния начин.

СТЪПКА 5.4 Сензор за ефект на Хол

Запояйте женски щифт (с три щифта) към залата. По -късно ще свържем сензора към него.

Запоявайте сензора (сензор за ефект на Хол) към мъжки щифт. Връзките със сензора и заглавката на щифта трябва да са около 25 мм.

СТЪПКА 5.5 Продължете с останалите КРИЛА

За светодиоди2 - светодиоди4 == WING2 - WING4 направете същия процес като при WING1.

От време на време захранвайте платката и проверявайте дали всичко мига. Моделът започва с най -външния светодиод и отива навътре и започва отново.

СТЪПКА 5.6 Баланс

Опитайте се да балансирате основната печатна платка в средата с остър предмет. Ако едната страна тежи повече, опитайте да добавите спойка към другата страна. Не е задължително да е перфектен, но твърде големият дисбаланс по -късно ще доведе до много вибрации по време на работа, което може да доведе до механични проблеми.

Стъпка 6: Първа боя

Стъпка 6.1: Пробийте

Трябва да пробием няколко дупки:

На MDF плоскостта 500*500 се нуждаем от два отвора. Погледнете файла drill_wood_500_500.pdf и пробийте дупките според плана.

На MDF плоскостта 500*100 имаме нужда от много дупки. Затова отпечатайте файла drill_wood_500_100_A4.pdf и го подравнете на дъската. Просто пробийте там, където дупките са маркирани на хартията.

Стъпка 6.2: Боядисване

Боядисвайте едната страна на всяко дърво. За MDF плоскостта 500 x 500 това е страната, върху която сте пробили.

Боядисвайте двете страни на дървото 100x500.

Можете също така да боядисате металните ъгли в черно. Това ще изглежда по-добре;-)

Останалите ще бъдем боядисани, когато сме сглобили всичко (външната страна на кутията).

Стъпка 7: Механично сглобяване

Стъпка 7.1 Монтирайте платката на драйвера на двигателя

Печатната платка е монтирана върху MDF плоча 100 x 500. Използвайте дистанционните елементи (M3 дистанционер 12 mm) и някои м3 винтове и гайки.

Стъпка 7.2 Монтирайте скобите

Монтирайте двете скоби (Монтаж на двигателя 775) върху MDF плоскостта 100 x500 с винтове M4.

Стъпка 7.3 Подгответе държача

Двете прегради (Лагери 6803ZZ) трябва да бъдат деактивирани. Нуждаем се само от двата външни пръстена от него.

Запоявайте проводници 22AWG на всеки от пръстена. Една черна и една червена.

Вземете Holder 3D отпечатаните части и ги сглобете.

Поставете всичките седем гайки M3 в съответните им отвори и плъзнете пръстена с червения проводник първо върху държача, след това дистанционера и след това пръстена с черния проводник. Добавете третото парче отгоре и поставете винтовете.

Нарежете двата проводника на разстояние 2 см и запоявайте жака (XT30 Plug Male Cable) към него. Черният кабел отива към набраздената страна.

Стъпка 7.4 Монтиране на двигателя

Завийте двигателя (DC двигател 775) към стойката на двигателя в средата на MDF плочата 100 x500.

Монтирайте държача върху двигателя и го завийте здраво.

Стъпка 7.5 Инсталирайте четки

Планирах да използвам четка Dremel (Carbon Brushes Dremel 4000). Трябва да използваме друг въглен (моторни въглеродни четки), тъй като въглищата за четките Dremel имат твърде висока устойчивост. Пропуснах това в процеса на разработка. Затова използваме моторните четки и ги шлайфаме до размера на четките dremel.

Нарежете жицата от четката на двигателя на 5 мм от въглищата.

След това използваме шкурка за подрязване на въглищата до следните размери: 8,4 x 6,3 x 4,8 mm

Едната страна на четката на двигателя е 6,1 мм, така че трябва да шлайфаме само две страни.

Можете да опитате, ако лесно се плъзга в държача на четката, тогава е добре.

Опитайте се също да шлайфате крива отгоре, за да подобрите връзката с металните пръстени.

Запояйте проводник 22AWG към въглищата за двата въглища. Използвайте червен и черен проводник. Поставете пружината от четката dremel.

Поставете четките в държача за четки. Четката с червената жица върви отгоре. Горната страна на държача е малко по -дебела. Внимавайте двете пружини да не се допират една до друга.

Монтирайте държача към основата с гайки и м3 винтове.

Монтирайте основата на държача на четката към скобата на втория мотор. Използвайте винтове и гайки M4, включени в скобата.

Двигателят трябва да може да се върти свободно.

Проведете двата проводника между двете скоби.

Нарежете двата проводника по дължина, така че да могат да достигнат до печатната платка и да запоят жака (XT30 Plug Male Cable) към него. Черният кабел отива към извитата страна.

Запояйте два проводника 22AWG към двигателите и ги изрежете на разстояние, за да достигнете лесно до печатната платка и запоявайте жака (женски кабел за XT30) към него. Черният кабел отива към извитата страна.

Стъпка 8: Завършете