Un afișaj POV pentru a-i conduce pe toți !: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Motivație

Îmi plac foarte mult afișajele POV (persistența vederii)! Ele nu sunt doar interesante de privit, ci și o mare provocare pentru a le dezvolta. Este o sarcină cu adevărat interdisciplinară. Ai nevoie de o mulțime de abilități: mecanice, electronice, de programare și așa mai departe!

Întotdeauna mi-am dorit să-mi construiesc propria mea și să o fac cât mai mare și cât mai capabilă. Acum un an am făcut-o! A fost multă muncă și foarte complex de făcut. Îmi plac acest gen de provocări. Deci a fost distractiv;-)

Acum vreau și tu să construiești unul singur. Puteți lua acest lucru ca ghid pentru a vă dezvolta propriul sau pur și simplu urmați instrucțiunile pentru a obține o copie a afișajului meu POV. Voi încerca să subliniez toate provocările pe care a trebuit să le depășesc pentru a le face a mea.

Am iterat pe designul meu pentru a face reconstrucția cât mai ușoară posibil. Nu există componente SMT și totul ar trebui să poată fi soldat de începători. Nu mă înțelegeți greșit, este totuși o provocare foarte mare să punem totul la punct. Dar ar trebui să fie realizabil!

AVERTISMENT: Acest proiect conține LED-uri care sunt actualizate cu viteze mari și pot declanșa convulsii pentru persoanele cu epilepsie fotosensibilă

Cum functioneazã?

Aici puteți citi cum funcționează un afișaj POV în general.

Mai întâi avem nevoie de o sursă care transmite un semnal video. În designul original am făcut-o prin WIFI. Am scris un program pentru a captura ecranul unui computer și a trimite aceste date către un ESP8266 prin WIFI. Problema acestei abordări este că ESP8266 a fost prea lent și lățimea de bandă WIFI a fost suficientă pentru 16 FPS. Deci, acum folosim un ESP32. Mă gândeam că toate problemele sunt rezolvate, dar s-a dovedit că și ESP32 nu oferă mai multă lățime de bandă prin WIFI decât ESP8266. Totuși, ESP32 are suficientă putere de calcul pentru a decoda un flux video. Așa că am ajuns să trimit imagini JPEG prin WIFI către ESP32. Prin urmare, ESP32 găzduiește un site web. Pe acest site puteți selecta imagini sau videoclipuri, iar site-ul web va transmite apoi fișiere JPEG către ESP32. Decodarea JPEG are nevoie de multă memorie, așa că avem și o problemă acolo. Dar funcționează pentru moment. Poate că voi veni cu o soluție mai bună mai târziu.

Apoi, trebuie să controlăm LED-urile singuri. Pentru ca acest lucru să funcționeze, trebuie să cunoaștem poziția exactă a LED-urilor în fiecare moment. Prin urmare, am adăugat un senzor de efect Hall. La fiecare rotație trece de un magnet și astfel permite detectarea. Apoi măsurăm timpul de rotație. Presupunem că următoarea rotație va dura același timp. Prin urmare, ne putem calcula poziția. Acest proces se repetă mereu. Pentru a controla LED-urile folosim un FPGA. Am putea folosi și un microprocesor, dar probabil va fi prea lent. Cele mai exterioare LED-uri trebuie actualizate de aproximativ 10.000 de ori pe secundă. Un FPGA este ușor de îndeplinit sarcina și va face asta cu mai puțină jitter.

Dacă LED-urile trebuie actualizate atât de des, avem nevoie și de LED-uri rapide. În designul meu original, foloseam LED-uri APA102. Au o rată de reîmprospătare de aproximativ 20KHz. Am încercat să obțin benzi LED cu aceste LED-uri, însă vânzătorul online mi-a trimis SK9822 și mi-a spus că sunt la fel (s-a întâmplat de două ori …) Deci vom folosi SK9822. Au doar o rată de reîmprospătare de 4,7 kHz, dar sperăm că va fi suficient. De asemenea, au un protocol ușor diferit. Fiți conștienți. Deci, ESP32 împinge cadrele de imagine către FPGA. FPGA controlează apoi LED-urile.

Acum LED-urile trebuie doar să se rotească. Prin urmare, folosim un motor de curent continuu. Acest motor este controlat printr-un semnal PWM de la un ESP8266. ESP8266 este, de asemenea, conectat prin WIFI la ESP32. Prin urmare, avem nevoie de un singur senzor pentru a măsura viteza de rotație. În designul original am folosit două.

Mai multe informații despre sistem pot fi găsite în videoclipul meu despre designul original.

Instrumente

Am folosit următoarele instrumente:

• imprimantă 3d
• Fier de lipit
• Lipici fierbinte
• super-lipici
• Cablu micro USB
• Foarfece
• Burghiu + burghiu pentru lemn 3 4 8 și 12 mm
• Şurubelniţă
• Cleste plate
• Cutter lateral
• Dispozitiv de sârmă
• Consumabile de vopsea
• Hârtie de nisip

Ordin

Am deschis un magazin TINDIE. Deci, puteți cumpăra un kit dacă doriți și ajutați-mă să fac mai multe proiecte de genul acesta;-)

SSM

Ca întotdeauna, tot ce vedeți aici este publicat ca open source.

Actualizări

Există câteva lucruri pe care vreau să le îmbunătățesc în viitor:

• Rezoluție de culoare mai mare de la 12 biți la 24 biți => de aceea avem nevoie de un FPGA cu mai multă RAM =>

  Cmod A7, sunt compatibile cu pin:-)

• ESP32 cu PSRAM pentru a evita problemele de memorie
• Remediați problema pensulei …

Provizii

Piese la comandă

Trebuie să le comandați sau să comandați un kit de la mine!

1 * PCB principal (fișierele gerber sunt sub folderul gerber main.zip)

1 * PCB driver de motor (fișierele gerber sunt sub folderul gerber motor.zip)

4 * Corners 3D 1 Print (fișierul stl se află sub folderul 3D corner.stl)

1 * Main PCB Holder 3D 3 Print (fișierele stl sunt sub folderul 3D holder1.stl, holder2.stl, holder3.stl)

1 * Brush Holder 3D 2 Print (fișierele stl sunt sub folderul 3D brush1.stl și brush2.stl)

Piese standard

Aveți grijă, unele dintre link-uri includ pachete de 10 sau chiar 100 de bucăți.

1m * SK9822 LED Strip cu 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 * Motor DC 775

44 * 100nf 50V

9 * 220uf 16V

10 * Magnet de neodim 10mmx2mm

1 * senzor de efect Hall

2 * Carbon Bruches Dremel 4000

2 * Perii de carbon pentru motor

2 * Rulmenți 6803ZZ

2 * Suport motor 775

2 * muf DC 5,5 x 2,1 mm

1 * sursa de alimentare

1 * Buton 8mm

2 * XT30PB mufă și mamă PCB mufă

2 * cablu XT30 tată și tată

Rezistor 2 * 130Ohm 1 / 4W

2 * MOSFET IRF3708PBF

2 * 1N5400

1 * antet pin unic rând

1 * antet feminin

1 * cablu 30AWG

1 * cablu 22AWG

Magazin de hardware

1 * MDF 500mm x 500mm x 10mm

1 * MDF 100mm x 500mm x 10mm

4 * MDF 200mm x 510mm x 10mm

1 * sticlă acrilică 500mm x 500mm x 2mm

12 * Colț metalic 40mm x 40mm x 40mm

40 * Șurub pentru lemn 3mm x 10mm

6 * distanțier M3 12 mm

Șuruburi M3 și M4

3m * Cablu 2.5mm2 fir simplu / rigid

Vopsea neagră pentru lemnul MDF

Timp de construire: ~ 10 ore

Costul construcției: ~ 300 €

Pasul 1: Descărcați fișiere

Pentru început, mai întâi trebuie să descărcăm tot ce este necesar pentru acest proiect.

Accesați pagina de lansare a depozitului aici.

Apoi descărcați Release.zip din ultima versiune și despachetați-l de pe computer.

De fiecare dată când fac referire la un fișier din acest instructibles îl veți găsi acolo;-)

Pasul 2: Programați firmware-ul

Pasul 2.1: Programați FPGA

Pentru a programa FPGA, trebuie să instalăm un software de la xilinx:

Pentru Windows 10 trebuie să instalați: ISE Design Suite pentru Windows 10 (~ 7 GB)

Pentru Windows 7 sau XP puteți instala: Instrumente de laborator (~ 1 GB)

După instalarea Open ISE iMPACT și faceți clic pe „Nu” dacă vi se solicită și, de asemenea, „Anulați” pentru un nou formular de proiect. Conectați placa FPGA Cmod S6 și așteptați instalarea driverelor. Faceți dublu clic pe scanarea la graniță. Apoi faceți clic dreapta pe noua fereastră și alegeți „Inițializați lanțul”. Faceți clic din nou pe „Nu” și închideți noul formular. Acum ar trebui să vedeți un simbol „SPI / BPI”, faceți dublu clic pe el. Alegeți fișierul „SPIFlash.mcs”. În noua formă alegeți „SPI PROM” și „S25FL128S” și Lățimea datelor „4”. Faceți clic pe „OK”. Apoi faceți din nou clic pe simbolul „FLASH”. Ar trebui să fie verde acum. Apoi apăsați „Program”. Faceți clic pe „OK” pe noul formular și așteptați. Acest lucru poate dura câteva minute.

Bravo, FPGA este gata;-) Puteți să-l deconectați din nou!

Pasul 2.2: Programați ESP32

Instalați nucleul esp32 pe ID-ul Arduino, puteți urma acest tutorial. Se recomandă V1.0.2.

Biblioteci necesare:

• AutoPID de Ryan Downing V1.0.3 (poate fi instalat peste managerul de bibliotecă)
• ArduinoWebsockets de Gil Maimon, modificat de mine (descărcați fișierul zip și instalați-l)

Deschideți fișierul povdisplay.ino din folderul povdisplay.

Alegeți sub tabloul de instrumente: "DOIT ESP32 DEVKIT V1". Lăsați celelalte setări așa cum sunt.

Conectați placa esp32 prin USB și descărcați programul.

Pasul 2.3: Programați ESP8266

Instalați nucleul ESP8266 pe ID-ul Arduino, puteți urma acest tutorial.

Nu este nevoie de biblioteci!

Deschideți fișierul motordrive.ino în dosarul motordrive.

Alegeți sub Instrumente: „Modul ESP8266 generic”. Lăsați celelalte setări așa cum sunt.

Conectați placa esp8266 prin USB și descărcați programul.

Pasul 3: PCB-uri de lipit

PASUL 3.1 PCB driverul motorului de lipit

Următoarele componente sunt lipite:

• WEMOS1 (Geekcreit D1 mini V2.2.0 ESP8266)

  • Lipiți anteturile pinului pe placa WEMOS
  • Lipiți antetele feminine de pe PCB

• DCDC (DC-DC 5V 4A)

  • Folosiți 4 pini din antetul pinului și lipiți convertorul DC-DC direct pe placă
  • Aveți grijă la orientare, ar trebui să se potrivească cu ecranul de mătase
• CN1 (mufa DC 5,5 x 2,1 mm)

• 1N5400

  Aveți grijă la orientare, linia albă pe diodă trebuie să fie pe aceeași parte cu linia de pe ecranul de mătase

• 220u (220uf 16V)

  Aveți grijă la orientare, linia albă trebuie să fie pe partea opusă a plusului pe ecranul de mătase

• R1 și R1 (rezistor 130Ohm 1 / 4W)

• Q1 și Q2 (MOSFET IRF3708PBF)

  Aveți grijă la orientare, spatele metalic trebuie să fie lateral cu linia groasă de pe ecranul de mătase

• MOTOR (PCB mufă XT30PB)

  Aveți grijă la orientare, capătul rotund trebuie să fie pe partea marcată pe ecranul de mătase

• LED-uri și TASTER (PCB tată XT30PB plug)

  Aveți grijă la orientare, capătul rotund trebuie să fie pe partea marcată pe ecranul de mătase

PASUL 3.2 PCB principal de lipit

Următoarele componente sunt lipite:

• CMODS6 (Cmod S6 FPGA)

  Ar trebui să fie incluse anteturile pinului. Lipiți-le pe PCB

• ESP (Geekcreit 30 Pin ESP32 Development)

  Utilizați anteturi feminine și lipiți-le pe PCB

• DCDC1 - DCDC4 (DC-DC 5V 4A)

  • Utilizați 4 pini din antetul pinului și lipiți convertorul DC-DC direct pe placă
  • Aveți grijă la orientare, ar trebui să se potrivească cu ecranul de mătase
• POWER_TEST (Jack DC 5,5 x 2,1 mm)

• D1 (1N5400)

  Aveți grijă la orientare, linia albă pe diodă trebuie să fie pe aceeași parte cu linia de pe ecranul de mătase

• PUTERE (PCB mufă XT30PB)

  Aveți grijă la orientare, capătul rotund trebuie să fie pe partea marcată pe ecranul de mătase

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

  Aveți grijă la orientare, linia albă de pe condensator trebuie să fie pe partea opusă a plusului de pe ecranul de mătase

• C2, C5, C8, C12 (100nf 50V)

• IC1 - IC4 (74HCT04)

  Aveți grijă să aliniați decupajul IC cu marcajul de pe ecranul de mătase

PASUL 3.3 Adeziv fierbinte

PCB-ul principal se va roti foarte repede. Deci, trebuie să lipim condensatorii (C1, C3, C4, C6, C7, C9, C10, C11) pe PCB pentru a evita problemele. Folosiți doar un adeziv fierbinte pentru asta.

Pasul 4: Pregătiți benzi

PASUL 4.1 Tăiați banda în bucăți

Îndepărtați protecția împotriva apei cu foarfeca.

Avem nevoie de patru ALE și fiecare aripă conține patru grupuri. Un WING este special, are un LED mai mult decât celelalte.

Aripa 1:

• G1: 5 LED-uri (grupul cel mai exterior)
• G2: 6 LED-uri
• G3: 8 LED-uri
• G4: 14 LED-uri

WING2 - WING4:

• G1: 5 LED-uri (grupul cel mai exterior)
• G2: 6 LED-uri
• G3: 8 LED-uri
• G4: 13 LED-uri

Prin urmare, avem nevoie de 129 de LED-uri, iar banda noastră are 144, deci avem o anumită toleranță pentru o tăiere greșită;-) În cel mai rău caz, puteți lipi tăierea.

Tăiați cât mai centrat posibil între LED-uri.

PASUL 4.2 Cabluri de lipit pe banda LED

Pe fiecare dintre segmentele de benzi LED lipiți două fire de 30AWG pe ceas și pinul de date. Acestea sunt cele două știfturi din mijloc. Aveți grijă să le lipiți pe intrarea benzii LED. În mod normal, săgețile arată direcția fluxului de date. Cablurile ar trebui să aibă o lungime de aproximativ jumătate de metru

Tăiați totul de cealaltă parte a benzii pentru a evita scurtcircuitul între datele și pinii de ceas ai diferitelor grupuri atunci când punem WING-urile împreună.

PASUL 4.3 Condensatoare de lipit

Pe fiecare grup lipiți doi condensatori (100nf 50V) pe spatele segmentelor de benzi LED la fiecare capăt. Pentru G4 lipiți și unul în mijloc. Cablurile ar trebui să treacă sub condensatoare pentru a lăsa puțin spațiu, dar nu prea mult.

PASUL 4.4 Puneți aripile împreună

Pentru fiecare WING conduceți firele de la G1 la G2 și apoi aceste fire prin G3 și la fel cu G4.

PASUL 4.4 Lipiți grupurile împreună

Acum avem nevoie de cablul de cupru (cablu de 2,5 mm2 cu un singur fir / rigid). Tăiați-l în opt bucăți de aproximativ ~ 30cm lungime. Îndepărtați izolația tuturor firelor. Îndreptați cablurile cât mai mult posibil. Puteți fixa un capăt într-o clemă cu șurub și îl puteți ține pe celălalt cu clești plat și apoi loviți cleștele cu un ciocan.

Fixați cablul pe o parte pentru a facilita lucrul cu acesta. Apoi lipiți primul grup. Aliniați segmentul benzii LED cu cablul și lipiți-l pe o parte cu cei doi condensatori. Cablul ar trebui să stea plat pe banda LED. Continuați cu grupul următor. Aveți grijă ca distanța dintre două grupuri de LED-uri să fie, de asemenea, de 7 mm. În cele din urmă, toate LED-urile ar trebui să aibă același decalaj între ele. Continuați cu celelalte două grupuri. Pe ultimul grup lipiți toți cei trei condensatori pe fir.

Apoi tăiați cablul la capăt. Continuați cu un alt cablu pe cealaltă parte a benzii.

Acum primul WING este terminat! Faceți același lucru și pentru celelalte trei aripi.

PASUL 4.5 Îndoiți condensatorii

Îndoiți-le pe toate pentru a face benzile subțiri.

Pasul 5: lipiți benzile de pe placa principală

PASUL 5.1 Verificați polarizarea

Mai întâi trebuie să cunoaștem polarizarea benzii LED. Cu alte cuvinte: În cazul în care 5V și solul sunt relative la PCB. Acest lucru depinde într-adevăr de banda LED pe care o aveți și poate fi în orice fel.

Țineți un WING pe placa principală. Săgețile de pe banda LED trebuie să indice spre centrul PCB-ului. Acum uitați-vă dacă 5V este pe partea DATA sau pe Ceasul pinilor.

Dacă 5V este pe partea DATA, ești bun și poți folosi cuprul de 2,5 mm2 pentru a lipi banda LED direct pe PCB.

Dacă nu, trebuie să utilizați un cablu 22AWG pentru a tăia cele două părți. Prin urmare, lipiți cablul pe banda LED și tăiați partea stângă și dreapta și lipiți-l pe PCB.

PASUL 5.2 Cablu de lipit 2,5 mm2

Folosiți restul cablului de cupru de 2,5 mm2 și îndepărtați-le pe toate. Lipiți-le pe partea superioară a PCB-ului. Tăiați firul lipit la aceeași înălțime în jur de 1cm.

PASUL 5.3 Lipiți primul Aripă

Utilizați WING mai lung și poziționați-l pe PCB (LED-uri1) așa cum se arată pe ecranul de mătase. Lipiți-l pe firele de 2,5 mm2. Faceți conexiuni foarte puternice, acest lucru va vedea multă forță în timpul rotației! Apoi conectați cablurile pentru Grupul 1 la G1 Data și G1 Clock.

Nu uitați să lipiți conexiunea de alimentare așa cum este descris mai sus.

Conectați ESP32 și FPGA (48 și 1 este pe partea marcată) și alimentați placa cu sursa de alimentare.

Cele mai exterioare LED-uri ar trebui să clipească în albastru acum (pot dura până la 40 de secunde pentru a face acest lucru). Dacă nu, verificați dacă ați conectat CLOCK și DATA în mod corect.

PASUL 5.4 Senzor de efect Hall

Lipiți un antet Pin feminin (cu trei pini) în hol. Mai târziu vom conecta senzorul la acesta.

Lipiți senzorul (senzor de efect Hall) la un antet pin masculin. Legăturile cu senorul și antetul pinului trebuie să fie de aproximativ 25 mm.

PASUL 5.5 Continuați cu restul Aripilor

Pentru LEDs2 - LEDs4 == WING2 - WING4 face același proces ca și cu WING1.

Din când în când alimentați PCB-ul și verificați dacă totul clipește. Modelul începe cu cel mai exterior led și merge spre interior și pornește din nou.

PASUL 5.6 Sold

Încercați să echilibrați PCB-ul principal din mijloc cu un obiect ascuțit. Dacă o parte cântărește mai mult, încercați să adăugați lipire pe cealaltă parte. Nu trebuie să fie perfect, dar prea mult dezechilibru va duce ulterior la o mulțime de vibrații în timpul funcționării, ceea ce poate duce la probleme mecanice.

Pasul 6: Prima vopsea

Pasul 6.1: burghiu

Trebuie să forăm câteva găuri:

Pe placa MDF de 500 * 500 avem nevoie de două găuri. Uitați-vă la fișierul drill_wood_500_500.pdf și găuriți găurile conform planului.

Pe placa MDF de 500 * 100 avem nevoie de multe găuri. Prin urmare, imprimați fișierul drill_wood_500_100_A4.pdf și aliniați-l pe tablă. Doar găuriți unde găurile sunt marcate pe hârtie.

Pasul 6.2: Vopsea

Vopsiți o parte din fiecare lemn. Pentru placa MDF 500 x 500 este partea pe care ați forat.

Vopsiți ambele părți ale lemnului de 100x500.

De asemenea, puteți vopsi colțurile metalice în negru. Acest lucru va arăta mai bine;-)

Restul vom fi vopsiți când vom asambla totul (exteriorul cutiei).

Pasul 7: Asamblare mecanică

Pasul 7.1 Montați placa driverului motorului

PCB-ul este montat pe placa MDF 100 x 500. Folosiți distanțieri (distanțier M3 12 mm) și câteva șuruburi și piulițe m3.

Pasul 7.2 Montați consolele

Montați cele două console (suport motor 775) pe placa MDF 100 x500 cu șuruburi M4.

Pasul 7.3 Pregătiți suportul

Cele două bare (rulmenți 6803ZZ) trebuie dezactivate. Avem nevoie doar de cele două inele exterioare din el.

Cabluri de lipit 22AWG pe fiecare inel. Unul negru și unul roșu.

Luați suportul pieselor imprimate 3D și asamblați-le.

Puneți toate cele șapte piulițe M3 în orificiile respective și glisați inelul cu firul roșu mai întâi pe suport, apoi distanțierul și apoi inelul cu firul negru. Adăugați a treia piesă deasupra și introduceți șuruburile.

Tăiați cele două fire la o distanță de 2 cm și lipiți jeck-ul (cablul tată XT30 Plug). Cablul negru merge spre partea curbată.

Pasul 7.4 Montați motorul

Înșurubați motorul (DC Motor 775) la suportul motorului în mijlocul plăcii MDF 100 x500.

Montați suportul pe motor și înșurubați-l strâns.

Pasul 7.5 Instalați pensule

Am planificat să folosesc o perie Dremel (Carbon Brushes Dremel 4000). Avem nevoie de un alt cărbune (Motor Carbon Brushes) deoarece cărbunele pentru periile Dremel are o rezistență prea mare. Am trecut cu vederea asta în procesul de dezvoltare. Deci, folosim periile motor și le șlefuim la dimensiunea periilor dremel.

Tăiați firul de la peria motorului la 5 mm distanță de cărbune.

Apoi folosim hârtie de nisip pentru a tăia cărbunele până la următoarele dimensiuni: 8,4 x 6,3 x 4,8 mm

O parte a periei motorului este de 6,1 mm, deci trebuie doar să șlefuim două părți.

Puteți încerca dacă alunecă ușor în suportul periei, atunci este bine.

De asemenea, încercați să șlefuiți o curbă în partea de sus pentru a îmbunătăți conexiunea cu inelele metalice.

Lipiți un fir de 22AWG la cărbune pentru ambii cărbuni. Folosiți un fir roșu și unul negru. Introduceți arcul din peria dremel.

Introduceți periile în suportul periei. Peria cu sârmă roșie merge în partea de sus. Partea superioară a suportului este puțin mai groasă. Aveți grijă ca cele două arcuri să nu se atingă.

Montați suportul pe bază cu piulițe și șuruburi m3.

Montați baza suportului periei pe suportul motor secundar fixat. Utilizați șuruburi și piulițe M4 incluse în suport.

Motorul ar trebui să poată roti liber.

Ghidați cele două fire între cele două console.

Tăiați cele două fire la o lungime, astfel încât să poată ajunge la PCB și lipiți jeck-ul (cablul tată XT30 Plug). Cablul negru merge în partea curbată.

Lipiți două fire 22AWG la motoare și tăiați-le la distanță pentru a ajunge ușor la PCB și lipiți jeck-ul (cablul feminin cu mufă XT30) la acesta. Cablul negru merge în partea curbată.

Pasul 8: Terminați