Постоянство Vision Fidget Spinner: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Это прядильщик непоседы, который использует эффект Persistence of Vision, который представляет собой оптическую иллюзию, при которой несколько дискретных изображений сливаются в одно изображение в человеческом сознании.

Текст или графику можно изменить через соединение Bluetooth Low Energy с помощью приложения для ПК, которое я запрограммировал в LabVIEW, или с помощью свободно доступного приложения BLE для смартфона.

Все файлы доступны. Схема и прошивка прилагаются к данному Руководству. Файлы Gerber доступны по этой ссылке, так как я не могу загружать сюда zip-файлы: Gerbers

Шаг 1. Разница между другими устройствами POV на рынке

Одной из наиболее важных характеристик является то, что отображаемая графика не зависит от скорости вращения благодаря инновационному решению для отслеживания угла поворота. Это означает, что отображаемая графика воспринимается одинаково как на более высоких, так и на более низких скоростях вращения (например, когда прядильщик непоседы замедляется, когда его держат в руке). Подробнее об этом в шаге 3.

Это также одно из основных различий между различными устройствами POV на рынке (часы POV и т. Д.), Которые должны иметь постоянную скорость вращения для правильного отображения изображения. Также стоит отметить, что все компоненты выбраны так, чтобы потреблять минимально возможное количество энергии, чтобы продлить срок службы батареи.

Шаг 2: Техническое описание

В качестве ядра используется усовершенствованный микроконтроллер Microchip PIC 16F1619. MCU имеет встроенное периферийное устройство углового таймера, в котором используется многополярный датчик Холла DRV5033 и один магнит для отслеживания текущего угла поворота.

Графика отображается с использованием всего 32 светодиодов, 16 зеленых и 16 красных светодиодов (номинальный ток 2 мА). Диоды управляются двумя 16-канальными драйверами сдвигового регистра постоянного тока TLC59282, соединенными в гирляндную цепь. Для удаленного доступа к устройству используется модуль Bluetooth Low Energy RN4871, который связывается с микроконтроллером через интерфейс UART. Доступ к устройству можно получить как с персонального компьютера, так и со смартфона. Устройство включается с помощью емкостной сенсорной кнопки, которая встроена под паяльную маску на печатной плате. Выход емкостной ИМС PCF8883 поступает на логический вентиль ИЛИ BU4S71G2. Другой вход для логических элементов ИЛИ - это сигнал от MCU. Выход логических элементов ИЛИ подключен к выводу включения понижающего преобразователя TPS62745. Используя эту настройку, я могу включать / выключать устройство, используя только одну сенсорную кнопку. Емкостная кнопка также может использоваться для переключения между различными режимами работы или, например, для включения радио Bluetooth только при необходимости в целях экономии энергии.

Понижающий преобразователь TPS62745 преобразует номинальное напряжение 6 В от батарей в стабильное 3,3 В. Я выбрал этот преобразователь, потому что он имеет высокий КПД при небольших нагрузках, низкий ток покоя, работает с крошечной катушкой 4,7 мкГн, имеет встроенный переключатель входного напряжения, который я использую для измерения емкости батареи с минимальным потреблением тока, а выходное напряжение настраивается пользователем. выбирается четырьмя входами, а не резисторами обратной связи (уменьшает BOM). Устройство автоматически переходит в спящий режим после 5 минут бездействия. Ток потребления в спящем режиме менее 7uA.

Батарейки расположены сзади, как показано на фото.

Шаг 3: отслеживание угла поворота

Угол поворота отслеживается «аппаратно», а не программно, что означает, что у ЦП гораздо больше времени для выполнения других задач. Для этого я использовал периферийное устройство углового таймера, встроенное в используемый микроконтроллер PIC 16F1619.

Входом в угловой таймер является сигнал датчика Холла DRV5033. Датчик Холла будет генерировать импульс каждый раз, когда магнит проходит мимо него. Датчик Холла расположен на вращающейся части устройства, а магнит - на неподвижной части, за которую пользователь держит устройство. Поскольку я использовал только один магнит, это означает, что датчик Холла будет генерировать импульс, повторяющийся каждые 360 °. В то же время угловой таймер будет генерировать 180 импульсов на оборот, в котором каждый импульс представляет собой 2 ° вращения. Я выбираю 180 импульсов, а не 360 °, например, потому что я обнаружил, что 2 ° - идеальное расстояние между двумя столбцами печатного символа. Угловой таймер автоматически обрабатывает все эти вычисления и автоматически настраивается, если время между двумя импульсами датчика изменяется из-за изменения скорости вращения. Положение магнита и датчика Холла показано на прилагаемой фотографии.

Шаг 4: удаленный доступ

Мне нужен был способ динамически изменять отображаемый текст, а не просто жестко кодировать его в коде. Я выбрал BLE, потому что он потребляет очень мало энергии, а размер используемого чипа RN4871 составляет всего 9x11,5 мм.

По ссылке BT можно изменить отображаемый текст и его цвет - красный или зеленый. Также можно отслеживать уровень заряда батареи, чтобы знать, когда пора заменить батареи. Устройством можно управлять с помощью компьютерного приложения, запрограммированного в среде графического программирования LabVIEW, или с помощью свободно доступных приложений BLE для смартфонов, которые могут напрямую записывать выбранные характеристики BLE подключенного устройства. Для отправки информации с ПК / смартфона на устройство я использовал одну службу с тремя характеристиками, каждая из которых обозначена дескриптором.

Шаг 5: приложение для ПК

В верхнем левом углу у нас есть элементы управления для запуска серверного приложения National Instruments BLE. Это приложение командной строки от NI, которое создает мост между модулем BLE на компьютере и LabVIEW. Он использует протокол HTTP для связи. Причина использования этого приложения заключается в том, что LabVIEW имеет встроенную поддержку только для Bluetooth Classic, но не для BLE.

После успешного подключения MAC-адрес подключенного устройства отображается справа, и эта часть больше не отображается серым цветом. Там мы можем установить движущуюся графику и ее цвет или просто отправить какой-то шаблон для включения или выключения светодиодов, когда устройство не вращается, я использовал это для целей тестирования.

Шаг 6: Шрифт

Шрифт английского алфавита был создан с использованием свободно доступного программного обеспечения «The Dot Factory», но мне нужно было внести некоторые изменения, прежде чем загружать его в микроконтроллер.

Причина в том, что компоновка печатной платы «не в порядке», то есть выход 0 из драйвера светодиода, возможно, не подключен к светодиоду 0 на печатной плате, ВЫХОД 1 подключен не к светодиоду 1, а, например, к светодиоду 15, и и т.д.. Другая причина заключается в том, что программное обеспечение позволяет генерировать только 2x8-битный шрифт, но устройство имеет 16 светодиодов для каждого цвета, поэтому мне нужен был 16-битный шрифт. Поэтому мне нужно было сделать программное обеспечение, которое бы сдвигало несколько бит, чтобы компенсировать разводку печатной платы. и объединить их в одно 16-битное значение. По этой причине я разработал отдельное приложение в LabVIEW, которое принимает на входе шрифт, сгенерированный в «Фабрике точек», и преобразует его в соответствии с потребностями этого проекта. Поскольку схемы печатной платы красного и зеленого светодиода различаются, мне потребовалось использовать два шрифта. Результат для зеленого шрифта показан на рисунке ниже.

Шаг 7: Программирование приспособления

На картинке вы можете увидеть приспособление для программирования, которое использовалось для программирования устройства.

Поскольку после каждого программирования мне нужно брать устройство и вращать его, чтобы увидеть изменения, я не хотел использовать стандартные заголовки программирования или просто паять провода программирования. Я использовал штифты Pogo, внутри которых есть небольшая пружина, поэтому они очень плотно прилегают к переходным отверстиям на печатной плате. Используя эту установку, я могу очень быстро программировать микроконтроллер, и мне не нужно беспокоиться о программировании проводов или остатках припоя после распайки этих проводов.

Шаг 8: Заключение

Подводя итог, я хотел бы отметить, что с помощью периферийного устройства Angul Timer я успешно создал устройство POV, которое не зависит от скорости вращения, поэтому качество отображаемой графики остается неизменным как на более высоких, так и на более низких скоростях.

Благодаря тщательному проектированию удалось реализовать решение с низким энергопотреблением, которое продлит срок службы батарей. Что касается минусов этого проекта, я хотел бы отметить, что нет возможности заряжать использованные батареи, поэтому время от времени требуется их замена. Безымянных батареек из местного магазина хватило примерно на 1 месяц при повседневном использовании. Использование: Это устройство можно использовать в различных рекламных целях или в качестве учебного пособия, например, на уроках электротехники или физики. Его также можно использовать в качестве терапевтического средства для повышения внимания к людям с синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) или для успокоения симптомов тревоги.

Первый приз в конкурсе PCB Design Challenge