Persistența viziunii Fidget Spinner: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Acesta este un spinner care folosește efectul Persistența viziunii, care este o iluzie optică prin care mai multe imagini discrete se amestecă într-o singură imagine din mintea umană.

Textul sau grafica pot fi modificate prin linkul Bluetooth Low Energy folosind o aplicație pentru computer pe care am programat-o în LabVIEW sau utilizând o aplicație BLE pentru smartphone disponibilă gratuit.

Toate fișierele sunt disponibile. Schema și firmware-ul sunt atașate la acest instructabil. Fișierele Gerber sunt disponibile la acest link, deoarece nu pot încărca fișiere zip aici: Gerbers

Pasul 1: Diferența dintre alte dispozitive POV de pe piață

Una dintre cele mai importante caracteristici este că grafica afișată nu depinde de viteza de rotație datorită soluției sale inovatoare pentru menținerea urmelor unghiului de rotație. Însemnând că graficul afișat este perceput la fel la ambele, la viteze de rotație mai mari și mai mici (de exemplu, atunci când spinner-ul încet încetinește când este ținut în mână). Mai multe despre acest lucru la Pasul 3.

Aceasta este, de asemenea, una dintre diferențele principale dintre diferitele dispozitive POV de pe piață (ceasuri POV etc.) care trebuie să aibă o viteză de rotație constantă pentru ca imaginea să fie afișată corect. De asemenea, este demn de remarcat faptul că toate componentele sunt selectate pentru a avea cel mai mic consum de energie posibil, într-un efort de a prelungi durata de viață a bateriei

Pasul 2: Descriere tehnică

Folosește microcontrolerul Microchip PIC 16F1619 îmbunătățit ca nucleu. MCU are un periferic încorporat cu timer angular care utilizează senzorul Hall omnipolar DRV5033 și un magnet pentru a păstra urmărirea unghiului de rotație curent.

Grafica este afișată folosind un total de 32 de LED-uri, 16 diode luminoase verzi și 16 roșii (curent nominal 2mA). Diodele sunt acționate de doi driveri de registru de deplasare a curentului constant de 16 canale TLC59282 conectați în lanțul de tip daisy. Pentru a avea un acces la distanță la dispozitiv, există un modul Bluetooth Low Energy RN4871 care comunică microcontrolerului prin interfața UART. Dispozitivul poate fi accesat fie de pe un computer personal, fie de pe un smartphone. Dispozitivul este pornit utilizând un buton tactil capacitiv care este încorporat sub masca de lipit de pe placa de circuit imprimat. Ieșirea din IC capacitiv PCF8883 este alimentată către poarta logică SAU BU4S71G2. Cealaltă intrare către porțile OR este un semnal de la MCU. Ieșirea de la porțile SAU este conectată la pinul Activare al unui convertor TPS62745. Prin utilizarea acestei setări, pot porni / opri dispozitivul folosind un singur buton tactil. Butonul capacitiv poate fi, de asemenea, utilizat pentru a comuta între diferite moduri de operare sau, de exemplu, pentru a porni radioul bluetooth numai atunci când este necesar pentru a economisi energie.

Convertorul Step Down TPS62745 convertește 6V nominal de la baterii la un 3.3V stabil. Am ales acest convertor deoarece are o eficiență ridicată cu sarcini ușoare, curent de repaus redus, funcționează cu o bobină mică de 4,7 uH, are un comutator de tensiune de intrare integrat pe care îl folosesc pentru a măsura capacitatea bateriei cu un consum minim de curent și tensiunea de ieșire este de utilizator - selectabil cu patru intrări, mai degrabă decât cu rezistențe de feedback (reduce distanța). Dispozitivul se culcă automat după 5 minute de inactivitate. Consumul actual în somn este mai mic de 7uA.

Bateriile sunt amplasate pe spate așa cum se arată în fotografie.

Pasul 3: Păstrarea urmăririi unghiului de rotație

Unghiul de rotație este urmărit "de hardware", mai degrabă de software, ceea ce înseamnă că procesorul are mult mai mult timp la dispoziție pentru a face alte sarcini.

Intrarea în temporizatorul unghiular este un semnal de la senzorul Hall DRV5033. Senzorul Hall va genera un impuls de fiecare dată când un magnet trece pe lângă el. Senzorul Hall este amplasat în partea rotitoare a dispozitivului, în timp ce magnetul este situat pe o parte statică pentru care utilizatorul deține dispozitivul. Deoarece am folosit un singur magnet, asta înseamnă că senzorul Hall va produce un impuls care se repetă la fiecare 360 °. În același timp, Angular Timer va genera 180 de impulsuri pe rotație, în care fiecare impuls reprezintă 2 ° de rotație. Aleg 180 de impulsuri și nu 360 °, de exemplu, pentru că am găsit că 2 ° este distanța perfectă între cele două coloane ale unui caracter tipărit. Temporizatorul unghiular gestionează automat toate aceste calcule și se va regla automat dacă timpul dintre cele două impulsuri ale senzorului se modifică din cauza schimbării vitezei de rotație. Pozitivul magnetului și al senzorului Hall este prezentat în fotografia atașată.

Pasul 4: Acces la distanță

Mi-am dorit o modalitate de a schimba textul afișat dinamic și nu doar prin codificarea lui în cod. Am ales BLE pentru că folosește o cantitate foarte mică de energie, iar cipul folosit RN4871 are o dimensiune de doar 9x11,5 mm.

Prin linkul BT este posibil să schimbați textul afișat și culoarea acestuia - roșu sau verde. Nivelul bateriei poate fi, de asemenea, monitorizat pentru a afla când este timpul să înlocuiți bateriile. Dispozitivul poate fi controlat prin intermediul unei aplicații computerizate programate în mediul de programare grafică LabVIEW sau utilizând aplicații BLE pentru smartphone disponibile gratuit, care au capacitatea de a scrie direct în caracteristicile BLE selectate ale unui dispozitiv conectat. Pentru trimiterea informațiilor de pe un PC / smartphone pe dispozitiv, am folosit un serviciu cu trei caracteristici, fiecare identificat printr-un mâner.

Pasul 5: Aplicație PC

În colțul din stânga sus avem comenzi pentru pornirea aplicației de server National Instruments BLE. Aceasta este o aplicație de linie de comandă de la NI care creează o punte între modulul BLE de pe un computer și LabVIEW. Utilizează protocolul HTTP pentru a comunica. Motivul utilizării acestei aplicații este că LabVIEW are suport nativ numai pentru Bluetooth Classic și nu pentru BLE.

După conectarea cu succes, adresa MAC a unui dispozitiv conectat este afișată în partea dreaptă și acea parte nu mai este înnegrită. Acolo putem seta grafica în mișcare și culoarea acesteia sau doar să trimitem un model pentru a porni sau opri LED-urile atunci când dispozitivul nu se învârte, am folosit asta în scopuri de testare.

Pasul 6: Font

Fontul alfabet englez a fost generat folosind un software disponibil gratuit „The Dot Factory“, dar a trebuit să fac câteva modificări înainte de al încărca pe microcontroler.

Motivul pentru aceasta este aspectul PCB care „nu este în ordine“, ceea ce înseamnă că ieșirea 0 de la driverul LED poate să nu fie conectată la LED 0 de pe PCB, OUT 1 nu este conectat la LED 1, ci mai degrabă la LED15, de exemplu, și etc.. Celălalt motiv este că software-ul este permis doar să genereze font 2x8bit, dar dispozitivul are 16 LED-uri pentru fiecare culoare, așa că aveam nevoie de un font mare de 16 biți. și combinați-le la o valoare de 16 biți. Din acest motiv am dezvoltat o aplicație separată în LabVIEW care ia fontul generat în „The Dot Factory“ca intrare și îl transformă pentru a se potrivi nevoilor acestui proiect. Deoarece aspectele PCB roșu și verde sunt diferite, am avut nevoie să folosesc două fonturi. Ieșirea pentru fontul verde este prezentată în imaginea de mai jos.

Pasul 7: Programarea Jig

Pe imagine puteți vedea jigul de programare care a fost folosit pentru a programa dispozitivul.

Deoarece, după fiecare programare, trebuie să ridic dispozitivul și să-l rotesc pentru a vedea modificările, nu am vrut să folosesc anteturi de programare standard sau să lipesc doar firele de programare. Am folosit știfturi Pogo care au un arc mic în interior, astfel încât să se potrivească foarte bine la vias pe PCB. Utilizând această configurație, pot programa microcontrolerul foarte repede și nu trebuie să vă faceți griji cu privire la programarea firelor sau a lipirii rămase după desoldarea acestor fire.

Pasul 8: Concluzie

Pentru a rezuma, aș dori să subliniez că prin utilizarea perifericului Angul Timer am obținut cu succes un dispozitiv POV care nu depinde de viteza de rotație, astfel încât calitatea graficelor afișate este menținută la fel atât la viteze mai mari, cât și la viteze mai mici.

Prin proiectarea atentă a fost reușită implementarea unei soluții cu consum redus de energie, care va prelungi durata de viață a bateriilor. În ceea ce privește dezavantajele acestui proiect, aș dori să subliniez că nu există nicio modalitate de a încărca bateriile uzate, deci este necesară înlocuirea bateriei din când în când. Bateriile fără nume de la magazinul local au durat aproximativ 1 lună cu utilizare zilnică. Utilizări: Acest dispozitiv poate fi utilizat în diverse scopuri promoționale sau ca ajutor didactic în electrotehnică sau cursuri de fizică, de exemplu. Poate fi, de asemenea, utilizat ca un ajutor terapeutic pentru a crește atenția pentru cei cu tulburare de deficit de atenție și hiperactivitate (ADHD) sau simptome calme de anxietate.

Premiul I la PCB Design Challenge