Persistència de Vision Fidget Spinner: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Es tracta d’un spinner fidget que utilitza l’efecte Persistència de la Visió, que és una il·lusió òptica mitjançant la qual diverses imatges discretes es fonen en una sola imatge de la ment humana.

El text o els gràfics es poden canviar mitjançant l'enllaç Bluetooth Low Energy mitjançant una aplicació de PC que he programat a LabVIEW o mitjançant una aplicació BLE per a telèfons intel·ligents de lliure accés.

Tots els fitxers estan disponibles. A aquest manual es poden adjuntar esquemes i firmware. Els fitxers Gerber estan disponibles en aquest enllaç, ja que no puc carregar fitxers zip aquí: Gerbers

Pas 1: diferència entre altres dispositius POV al mercat

Una de les característiques més importants és que els gràfics visualitzats no depenen de la velocitat de rotació gràcies a la seva innovadora solució per mantenir la pista de l’angle de rotació. És a dir, que el gràfic que es visualitza es percep de la mateixa manera, tant a velocitats de rotació més altes com a baixes (per exemple, quan el giravolts es ralentitza quan es manté a la mà). Més informació al pas 3.

Aquesta és també una de les diferències principals entre diversos dispositius POV del mercat (rellotges POV, etc.) que han de tenir una velocitat de rotació constant perquè la imatge es mostri correctament. També val la pena assenyalar que tots els components estan seleccionats per tenir el mínim consum d’energia possible per tal d’allargar la vida de la bateria

Pas 2: Descripció tècnica

Utilitza un microcontrolador Microchip PIC 16F1619 millorat com a nucli. La MCU té un perifèric de temporitzador angular incorporat que utilitza el sensor Hall omnipolar DRV5033 i un imant per mantenir la pista de l’angle de rotació actual.

Els gràfics es mostren mitjançant un total de 32 LEDs, 16 díodes emissors de llum verda i 16 vermells (corrent nominal 2 mA). Els díodes són impulsats per dos controladors de registre de desplaçament de corrent constant de 16 canals TLC59282 connectats en cadena de margarides. Per tenir accés remot al dispositiu, hi ha un mòdul Bluetooth de baix consum RN4871 que es comunica amb el microcontrolador mitjançant la interfície UART. Es pot accedir al dispositiu des d’un ordinador personal o des d’un telèfon intel·ligent. El dispositiu s’encén mitjançant un botó tàctil capacitiu que s’incrusta sota la màscara de soldadura de la placa de circuits impresos. La sortida de l'IC capacitiu PCF8883 s'alimenta a la porta lògica OR BU4S71G2. L’altra entrada a les portes OR és un senyal de la MCU. La sortida des de les portes OR està connectada al pin Habilita un convertidor reductor TPS62745. En utilitzar aquesta configuració, puc engegar / apagar el dispositiu amb només un botó tàctil. El botó capacitiu també es pot utilitzar per canviar entre diferents modes de funcionament o, per exemple, per encendre la ràdio bluetooth només quan sigui necessari per estalviar energia.

El convertidor Step Down TPS62745 converteix 6V nominal de les bateries en un 3.3V estable. He escollit aquest convertidor perquè té una alta eficiència amb càrregues lleugeres, un baix corrent en repòs, funciona amb una petita bobina de 4,7 uH, té un interruptor de tensió d’entrada integrat que faig servir per mesurar la capacitat de la bateria amb un mínim consum de corrent i el voltatge de sortida és l’usuari. seleccionable per quatre entrades en lloc de resistències de retroalimentació (redueix la BOM). El dispositiu torna a dormir automàticament després de 5 minuts d'inactivitat. El consum actual en son és inferior a 7uA.

Les bateries es troben a la part posterior, tal com es mostra a la foto.

Pas 3: mantenir la pista de l'angle de rotació

L'angle de rotació es fa un seguiment "per maquinari", més aviat per programari, cosa que significa que la CPU té molt més temps a la seva disposició per fer altres tasques. Per a això he utilitzat un perifèric de temporitzador angular integrat al microcontrolador utilitzat PIC 16F1619.

L’entrada al temporitzador angular és un senyal del sensor Hall DRV5033. El sensor Hall generarà un pols cada vegada que hi passi un imant. El sensor Hall es troba a la part giratòria del dispositiu mentre l'imant es troba en una part estàtica per a la qual l'usuari sosté el dispositiu. Com que només he utilitzat un imant, això significa que el sensor Hall produirà un pols que es repeteix cada 360 °. Al mateix temps, el temporitzador angular generarà 180 polsos per volta en què cada pols representa 2 ° de rotació. Trio 180 polsos, i no 360 ° per exemple, perquè he trobat que 2 ° és la distància perfecta entre les dues columnes d'un caràcter imprès. El temporitzador angular gestiona tot aquest càlcul automàticament i s’ajustarà automàticament si el temps entre els dos polsos del sensor canvia a causa del canvi de velocitat de rotació. El positó de l'imant i del sensor Hall es mostra a la foto adjunta.

Pas 4: accés remot

Volia una manera de canviar el text que es mostra dinàmicament i no només codificant-lo al codi. He triat BLE perquè utilitza una quantitat molt petita d'energia i el xip RN4871 utilitzat té només 9x11,5 mm de dimensió.

Mitjançant l'enllaç BT és possible canviar el text que es mostra i el seu color: vermell o verd. També es pot controlar el nivell de la bateria per saber quan és hora de substituir les bateries. El dispositiu es pot controlar mitjançant una aplicació informàtica programada en entorns de programació de gràfics LabVIEW o mitjançant un telèfon intel·ligent lliure aplicacions BLE que té la capacitat d’escriure directament a les característiques BLE seleccionades d’un dispositiu connectat. Per enviar la informació des d’un PC / telèfon intel·ligent al dispositiu, he utilitzat un servei amb tres característiques, identificades cadascuna per un identificador.

Pas 5: Aplicació de PC

A l'extrem superior esquerre tenim controls per iniciar l'aplicació de servidor National Instruments BLE. Es tracta d’una aplicació de línia d’ordres de NI que crea un pont entre el mòdul BLE d’un ordinador i LabVIEW. Utilitza el protocol HTTP per comunicar-se. La raó per utilitzar aquesta aplicació és que LabVIEW només té suport natiu per a Bluetooth Classic i no per a BLE.

Quan es connecta amb èxit, es mostra l'adreça MAC d'un dispositiu connectat a la dreta i aquesta part ja no apareix en gris. Allà podem configurar els gràfics en moviment i el seu color o simplement enviar algun patró per encendre o apagar els LED quan el dispositiu no gira, ho he fet servir per provar.

Pas 6: tipus de lletra

El tipus de lletra alfabètic anglès es va generar mitjançant un programari de lliure disposició "The Dot Factory", però vaig haver de fer algunes modificacions abans de carregar-lo al microcontrolador.

La raó és la disposició del PCB que "no està en ordre", és a dir, la sortida 0 del controlador LED potser no està connectada al LED 0 del PCB, OUT 1 no està connectat al LED 1, sinó al LED15, per exemple, i etc. L'altra raó és que el programari només permet generar tipus de lletra de 2x8 bits, però el dispositiu té 16 LEDs per a cada color, de manera que necessitava una font de 16 bits d'altura. i combinar-los amb un valor de 16 bits. Per això, vaig desenvolupar una aplicació independent a LabVIEW que pren com a entrada la font generada a "The Dot Factory" i la transforma per adaptar-se a les necessitats d'aquest projecte. Com que els dissenys de PCB LED vermells i verds són diferents, calia utilitzar dos tipus de lletra. La sortida del tipus de lletra verda es mostra a la imatge següent.

Pas 7: programació de la plantilla

A la imatge podeu veure la plantilla de programació que es va utilitzar per programar el dispositiu.

Com que, després de cada programació, he d’agafar el dispositiu i fer-lo girar per veure els canvis que no volia fer servir capçaleres de programació estàndard o simplement soldar els cables de programació. He utilitzat pins Pogo que tenen una petita molla a dins perquè s’adaptin molt bé a les vies del PCB. En utilitzar aquesta configuració, puc programar el microcontrolador molt ràpidament i no necessito preocupar-me per programar cables ni per la soldadura que sobra després de dessoldar-los.

Pas 8: Conclusió

Per resumir, voldria assenyalar que mitjançant el perifèric Angul Timer he aconseguit amb èxit un dispositiu POV que no depèn de la velocitat de rotació, de manera que la qualitat dels gràfics mostrats es manté igual a velocitats més altes i inferiors.

Amb un disseny acurat es va aconseguir implementar una solució de baix consum energètic que allargés la vida de les bateries. Pel que fa als inconvenients d’aquest projecte, voldria assenyalar que no hi ha manera de carregar les bateries usades, de manera que cal substituir-les de tant en tant. Les bateries sense nom de la botiga local van durar aproximadament 1 mes amb un ús diari. Usos: aquest dispositiu es pot utilitzar en diversos propòsits promocionals o, per exemple, com a ajuda docent en classes d'electrotècnia o física. També es pot utilitzar com a ajuda terapèutica per augmentar l'atenció de les persones amb trastorn per dèficit d'atenció i hiperactivitat (TDAH) o per calmar els símptomes d'ansietat.

Primer premi al PCB Design Challenge