En zaslon POV, da jim vlada vse!: 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Motivacija

Zelo rad imam zaslone POV (vztrajnost vida)! Niso le zanimive na pogled, ampak tudi velik izziv za njihov razvoj. To je res interdisciplinarna naloga. Potrebujete veliko spretnosti: mehanično, elektronsko, programiranje itd.

Vedno sem si želel zgraditi svojega in ga narediti čim večjega in čim bolj sposobnega. Pred enim letom mi je uspelo! Bilo je veliko dela in zelo zapleteno. Všeč so mi tovrstni izzivi. Tako da je bilo zabavno;-)

Zdaj želim tudi, da si ga sami zgradite. To lahko vzamete kot vodilo za razvoj lastnega ali preprosto sledite navodilom, da dobite kopijo mojega zaslona POV. Poskušal bom izpostaviti vse izzive, ki sem jih moral premagati, da bi postal moj.

Ponovil sem svojo zasnovo, da bi jo čim lažje obnovil. Komponent SMT ni in bi morali začetniki vse spajkati. Ne razumite me narobe, vseeno je vse skupaj zelo velik izziv. Ampak to bi moralo biti izvedljivo!

OPOZORILO: Ta projekt vsebuje LED diode, ki se posodabljajo z velikimi hitrostmi in potencialno sprožijo napade pri ljudeh s fotoobčutljivo epilepsijo

Kako deluje?

Tukaj lahko preberete, kako zaslon POV deluje na splošno.

Najprej potrebujemo vir, ki pretaka video signal. V prvotni zasnovi sem to naredil prek WIFI. Napisal sem program za zajem zaslona računalnika in pošiljanje teh podatkov na ESP8266 prek WIFI. Težava tega pristopa je v tem, da je bil ESP8266 prepočasen in da je pasovna širina WIFI ravno dovolj za 16 FPS. Zdaj uporabljamo ESP32. Mislil sem, da so vse težave odpravljene, vendar se je izkazalo, da tudi ESP32 ne ponuja več pasovne širine prek WIFI kot ESP8266. ESP32 ima dovolj računalniške moči za dekodiranje videotoka. Tako sem na koncu poslal slike JPEG prek WIFI na ESP32. Zato ESP32 gosti spletno mesto. Na tem spletnem mestu lahko izberete slike ali video posnetke, nato pa bo spletno mesto pretakalo JPEG v ESP32. Dekodiranje JPEG potrebuje veliko pomnilnika, zato imamo tudi tam težave. Ampak zaenkrat deluje. Mogoče bom kasneje našel boljšo rešitev.

Nato moramo sami upravljati LED. Da bi to delovalo, moramo v vsakem trenutku poznati natančen položaj LED. Zato sem dodal senzor Hall učinka. Vsako vrtenje mine magnet in tako omogoči zaznavanje. Nato izmerimo čas vrtenja. Predvidevamo, da bo naslednja rotacija trajala enako dolgo. Zato lahko izračunamo svoj položaj. Ta postopek se vedno znova ponavlja. Za nadzor LED uporabljamo FPGA. Lahko bi uporabili tudi mikroprocesor, vendar bo verjetno prepočasen. Večino zunanjih LED je treba osvežiti približno 10.000 -krat na sekundo. FPGA je enostavno kos nalogi in bo to naredil z manj tresenja.

Če je treba LED tako pogosto posodabljati, potrebujemo tudi hitre LED. V svoji prvotni zasnovi sem uporabljal LED diode APA102. Imajo osveževalno frekvenco okoli 20KHz. Poskušal sem dobiti LED trakove s temi LED, vendar mi je spletni prodajalec poslal SK9822 in mi povedal, da so enaki (zgodilo se je dvakrat …) Zato bomo uporabili SK9822. Imajo samo frekvenco osveževanja 4,7 kHz, vendar bo to, upajmo, dovolj. Imajo tudi nekoliko drugačen protokol. Samo zavedajte se. Tako ESP32 potisne okvirje slik na FPGA. FPGA nato nadzira LED.

Zdaj se morajo LED samo vrteti. Zato uporabljamo enosmerni motor. Ta motor se krmili prek PWM signala iz ESP8266. ESP8266 je prek WIFI -ja povezan tudi z ESP32. Zato potrebujemo samo en senzor za merjenje hitrosti vrtenja. V prvotni zasnovi sem uporabil dva.

Več informacij o sistemu najdete v mojem videu o izvirni zasnovi.

Orodja

Uporabil sem naslednja orodja:

• 3D tiskalnik
• Spajkalno železo
• Vroče lepilo
• super lepilo
• Kabel mikro USB
• Škarje
• Vrtalnik + vrtalnik za les 3 4 8 in 12 mm
• Izvijač
• Ravne klešče
• Stranski rezalnik
• Odstranjevalec žice
• Zaloge barv
• Brusni papir

Naročite

Odprla sem trgovino TINDIE. Tako da lahko kupiš komplet, če želiš, in mi pomagaj narediti več takih projektov;-)

Varnosti in zdravja pri delu

Kot vedno je vse, kar vidite tukaj, objavljeno kot odprtokodna koda.

Posodobitve

Nekaj stvari bi rad izboljšal v prihodnosti:

• Višja barvna ločljivost od 12 bitov do 24 bitov => zato potrebujemo FPGA z več RAM -a =>

  Cmod A7, združljivi so z zatiči:-)

• ESP32 s PSRAM -om, da se izognete težavam s pomnilnikom
• Odpravite težavo s čopičem …

Zaloge

Deli po meri

Morate jih naročiti ali naročiti komplet pri meni!

1 * glavno tiskano vezje (datoteke gerber so v mapi gerber main.zip)

1 * PCB gonilnika motorja (datoteke gerber so v mapi gerber motor.zip)

4 * Vogali 3D 1 Print (stl datoteka je pod mapo 3D corner.stl)

1 * Nosilec glavnega tiskanega vezja 3D 3 Natisni (datoteke stl so pod mapo 3D nosilec1.stl, nosilec2.stl, nosilec3.stl)

1 * Nosilec čopiča 3D 2 Tiskanje (datoteke stl so pod mapo 3D brush1.stl in brush2.stl)

Standardni deli

Bodite previdni, nekatere povezave vključujejo 10 ali celo 100 kosov paketov.

1m * SK9822 LED trak s 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 * enosmerni motor 775

44 * 100nf 50V

9 * 220uf 16V

10 * Neodimijski magnet 10 mm x 2 mm

1 * Senzor Hall učinka

2 * Carbon Bruches Dremel 4000

2 * Motorne ogljikove ščetke

2 * Ležaji 6803ZZ

2 * Nosilec motorja 775

2 * DC priključek 5,5 x 2,1 mm

1 * Napajanje

1 * Gumb 8 mm

2 * XT30PB vtič moški in ženski tiskano vezje

2 * Moški in ženski kabel za vtič XT30

2 * 130Ohm 1/4 W upor

2 * MOSFET IRF3708PBF

2 * 1N5400

1 * Glava z enojnim vrstnim zatičem

1 * ženska glava

1 * Kabel 30AWG

1 * Kabel 22AWG

Trgovina s strojno opremo

1 * MDF 500 mm x 500 mm x 10 mm

1 * MDF 100 mm x 500 mm x 10 mm

4 * MDF 200 mm x 510 mm x 10 mm

1 * akrilno steklo 500 mm x 500 mm x 2 mm

12 * Kovinski vogal 40 mm x 40 mm x 40 mm

40 * Leseni vijak 3 mm x 10 mm

6 * distančnik M3 12 mm

Vijaki M3 in M4

3m * Kabel 2,5 mm2 enojna/ trda

Črna barva za les MDF

Čas izdelave: ~ 10 ur

Stroški gradnje: ~ 300 €

Korak: Prenesite datoteke

Za začetek moramo najprej prenesti vse, kar je potrebno za ta projekt.

Tukaj pojdite na stran za izdajo skladišča.

Nato prenesite Release.zip iz zadnje izdaje in ga razpakirajte v računalnik.

Vsakič, ko se sklicujem na datoteko v tem navodilu, jo boste našli tam;-)

2. korak: Programirajte vdelano programsko opremo

Korak 2.1: Programirajte FPGA

Za programiranje FPGA moramo namestiti programsko opremo iz xilinxa:

Za Windows 10 morate namestiti: ISE Design Suite za Windows 10 (~ 7 GB)

Za Windows 7 ali XP lahko namestite: Lab Tools (~ 1 GB)

Po namestitvi Odprite ISE iMPACT in kliknite »Ne«, če vas vpraša, in tudi »Prekliči« za nov obrazec projekta. Priključite ploščo FPGA Cmod S6 in počakajte, da se gonilniki namestijo. Dvokliknite skeniranje meja. Nato z desno miškino tipko kliknite novo okno in izberite "Inicializiraj verigo". Znova kliknite »Ne« in zaprite nov obrazec. Zdaj bi morali videti simbol "SPI/BPI", dvokliknite nanj. Izberite datoteko "SPIFlash.mcs". V novem obrazcu izberite "SPI PROM" in "S25FL128S" ter širino podatkov "4". Kliknite "V redu". Nato znova enkrat kliknite simbol "FLASH". Zdaj bi morala biti zelena. Nato pritisnite "Program". Na novem obrazcu kliknite »V redu« in počakajte. To lahko traja nekaj minut.

Bravo, FPGA je pripravljen;-) Lahko ga znova odklopite!

Korak 2.2: Program ESP32

Namestite jedro esp32 na ID Arduino, lahko sledite tej vadnici. Priporočamo V1.0.2.

Potrebne knjižnice:

• AutoPID avtorja Ryan Downing V1.0.3 (lahko ga namestite prek upravitelja knjižnice)
• ArduinoWebsockets avtorja Gil Maimon, ki sem ga spremenil (prenesite datoteko zip in jo namestite)

Odprite datoteko povdisplay.ino v mapi povdisplay.

Izberite pod ploščo z orodji: "DOIT ESP32 DEVKIT V1". Ostale nastavitve pustite takšne, kot so.

Ploščo esp32 povežite prek USB -ja in prenesite program.

Korak 2.3: Program ESP8266

Namestite jedro ESP8266 na ID Arduino, lahko sledite tej vadnici.

Knjižnice niso potrebne!

Odprite datoteko motordrive.ino v mapi motordrive.

V orodni plošči izberite: "Splošni modul ESP8266". Ostale nastavitve pustite takšne, kot so.

Ploščo esp8266 povežite prek USB -ja in prenesite program.

3. korak: Spajkajte tiskana vezja

KORAK 3.1 PCB gonilnik spajkalnika

Spajkane so naslednje komponente:

• WEMOS1 (Geekcreit D1 mini V2.2.0 ESP8266)

  • Spojite glave zatičev na ploščo WEMOS
  • Spajkajte ženske glave na tiskano vezje

• DCDC (DC-DC 5V 4A)

  • Uporabite 4 zatiče iz glave zatiča in spajkajte pretvornik DC-DC neposredno na ploščo
  • Bodite pozorni na orientacijo, naj se ujema s svilenim zaslonom
• CN1 (DC priključek 5,5 x 2,1 mm)

• 1N5400

  Bodite previdni pri orientaciji, bela črta na diodi mora biti na isti strani kot črta na sitotisku

• 220u (220uf 16V)

  Bodite previdni pri orientaciji, bela črta mora biti na nasprotni strani plusa na svilenem platnu

• R1 in R1 (130Ohm 1/4 W upor)

• Q1 in Q2 (MOSFET IRF3708PBF)

  Bodite previdni pri orientaciji, kovinski hrbet mora biti na strani z debelo črto na svilenem platnu

• MOTOR (vtičnica XT30PB, žensko tiskano vezje)

  Bodite previdni pri orientaciji, okrogli konec mora biti na strani, označeni na svilenem platnu

• LED in TASTER (vtič XT30PB, moško tiskano vezje)

  Bodite previdni pri orientaciji, okrogel konec mora biti na strani, označeni na svilenem platnu

KORAK 3.2 Spajkanje glavnega tiskanega vezja

Spajkane so naslednje komponente:

• CMODS6 (Cmod S6 FPGA)

  Vključeni morajo biti zatiči. Spajkajte jih na tiskano vezje

• ESP (Geekcreit 30 Pin ESP32 Development)

  Uporabite ženske glave in jih spajkajte na tiskano vezje

• DCDC1 - DCDC4 (DC -DC 5V 4A)

  • Uporabite 4 zatiče iz glave zatiča in spajkajte pretvornik DC-DC neposredno na ploščo
  • Bodite pozorni na orientacijo, naj se ujema s svilenim zaslonom
• POWER_TEST (DC priključek 5,5 x 2,1 mm)

• D1 (1N5400)

  Bodite pozorni na orientacijo, bela črta na diodi mora biti na isti strani kot črta na svilenem platnu

• POWER (vtič XT30PB, žensko tiskano vezje)

  Bodite previdni pri orientaciji, okrogli konec mora biti na strani, označeni na svilenem platnu

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

  Bodite previdni pri orientaciji, bela črta na kondenzatorju mora biti na nasprotni strani plusa na svilenem platnu

• C2, C5, C8, C12 (100nf 50V)

• IC1 - IC4 (74HCT04)

  Previdno poravnajte izrez IC z oznako na svilenem platnu

KORAK 3.3 Vroče lepilo

Glavno tiskano vezje se bo zelo hitro vrtelo. Zato moramo kondenzatorje (C1, C3, C4, C6, C7, C9, C10, C11) prilepiti na tiskano vezje, da se izognemo težavam. Za to uporabite samo vroče lepilo.

4. korak: Pripravite trakove

KORAK 4.1 Trak razrežite na koščke

Odstranite zaščito pred vodo s škarjami.

Potrebujemo štiri krila in vsako krilo vsebuje štiri skupine. En WING je poseben in ima eno LED več kot drugi.

KRILO 1:

• G1: 5 LED (najbolj zunanja skupina)
• G2: 6 LED
• G3: 8 LED
• G4: 14 LED

KRILO2 - KRILO4:

• G1: 5 LED (najbolj zunanja skupina)
• G2: 6 LED
• G3: 8 LED
• G4: 13 LED

Zato potrebujemo 129 LED in naš trak ima 144, zato imamo nekaj tolerance za napačen rez;-) V najslabšem primeru lahko rez spajkate.

Med LED diodami razrežite čim bolj na sredino.

KORAK 4.2 Spajkajte kable na LED trak

Na vsakem segmentu LED traku spajkajte dve žici 30AWG na uro in podatkovni zatič. To sta dva zatiča na sredini. Pazite, da jih spajkate na vhod LED traku. Običajno puščice prikazujejo smer pretoka podatkov. Kabli morajo biti dolgi približno pol metra

Odstranite vse z druge strani traku, da se izognete kratkemu prenosu podatkov in urnih zatičev različnih skupin, ko sestavimo krila.

KORAK 4.3 Spajkalni kondenzatorji

Na vsaki skupini spajkajte dva kondenzatorja (100nf 50V) na zadnji strani segmentov LED traku na vsakem koncu. Za G4 tudi spajkajte eno na sredini. Kabli morajo iti pod kondenzatorje, da pustijo nekaj prostora, vendar ne preveč.

KORAK 4.4 Sestavite KRILA skupaj

Za vsako krilo vodite žice od G1 do G2 in nato te žice skozi G3 in enako z G4.

KORAK 4.4 Spajajte skupine skupaj

Zdaj potrebujemo bakreni kabel (kabel 2,5 mm2, enožični/trd). Narežite ga na osem kosov dolžine približno 30 cm. Odstranite izolacijo vseh žic. Kable čim bolj poravnajte. En konec lahko pritrdite v vijačno sponko, drugega pa držite s ploščatimi kleščami, nato pa klešče udarite s kladivom.

Za lažje delo pritrdite kabel na eni strani. Nato vanj spajkajte prvo skupino. Poravnajte segment LED traku s kablom in ga na eni strani spajkajte z dvema kondenzatorjema. Kabel mora ležati na LED traku. Nadaljujte z naslednjo skupino. Pazite, da je tudi razdalja med dvema skupinama LED 7 mm. Na koncu morajo imeti vse LED enake vrzeli. Nadaljujte z drugimi dvema skupinama. Na zadnji skupini spajite vse tri kondenzatorje na žico.

Nato prerežite kabel na koncu. Nadaljujte z drugim kablom na drugi strani traku.

Zdaj je prvo KRILO končano! Enako naredite za ostala tri krila.

KORAK 4.5 Upognite kondenzatorje

Vse jih samo upognite, da bodo trakovi tanki.

5. korak: Spajkajte trakove na glavno tiskano vezje

KORAK 5.1 Preverite polarizacijo

Najprej moramo poznati polarizacijo LED traku. Z drugimi besedami: Kjer je 5V in ozemljitev glede na tiskano vezje. To je res odvisno od LED traku, ki ga imate, in je lahko vse drugače.

Držite en WING na glavnem tiskanem vezju. Puščice na LED traku morajo kazati na sredino tiskanega vezja. Zdaj poglejte, če je 5V na strani PODATKI ali URA.

Če je 5V na strani DATA, ste dobri in lahko uporabite 2,5 mm2 baker za spajkanje LED traku neposredno na tiskano vezje.

V nasprotnem primeru morate prečrtati obe strani s kablom 22AWG. Zato spajkajte kabel na LED trak in prečrtajte levo in desno stran ter ga spajkajte na tiskano vezje.

STEP 5.2 Spajkajte 2,5 mm2 kabel

Uporabite preostanek 2,5 mm2 bakrenega kabla in vse odstranite. Spajkajte jih na zgornji strani tiskanega vezja. Spajkano žico odrežite na isti višini približno 1 cm.

KORAK 5.3 Spajkajte prvo KRILO

Uporabite daljši WING in ga postavite na tiskano vezje (LED1), kot je prikazano na svilenem platnu. Spajkajte ga na žice 2,5 mm2. Naredite res močne povezave, saj bo med rotacijo veliko sile! Nato priključite kable za skupino 1 na G1 Data in G1 Clock.

Ne pozabite spajkati napajalnega priključka, kot je opisano zgoraj.

Priključite ESP32 in FPGA (48 in 1 sta na označeni strani) in napajajte ploščo z napajanjem.

Večina zunanjih LED diod bi morala zdaj utripati modro (to lahko traja do 40 sekund). V nasprotnem primeru preverite, ali ste uro in podatke pravilno povezali.

KORAK 5.4 Senzor Hallovega učinka

Spojite glavo ženskega zatiča (s tremi zatiči) v dvorano. Kasneje bomo senzor priključili nanj.

Spajite senzor (senzor Hall učinka) na glavo moškega zatiča. Povezave s senzorjem in glavo zatiča morajo biti okoli 25 mm.

5. KORAK Nadaljujte z ostalimi KRILI

Za LED2 - LED4 == WING2 - WING4 naredite isti postopek kot pri WING1.

Občasno vklopite tiskano vezje in preverite, ali vse utripa. Vzorec se začne z najbolj zunanjo LED in gre navznoter in se začne znova.

KORAK 5.6 Stanje

Poskusite uravnotežiti glavno tiskano vezje na sredini s koničastim predmetom. Če ena stran tehta več, poskusite na drugo stran dodati spajkanje. Ni nujno, da je popoln, vendar bo čezmerno neravnovesje pozneje povzročilo veliko vibracij med delovanjem, kar lahko privede do mehanskih težav.

6. korak: Prva barva

Korak 6.1: Vrtanje

Izvrtati moramo nekaj lukenj:

Na plošči MDF 500*500 potrebujemo dve luknji. Oglejte si datoteko drill_wood_500_500.pdf in izvrtajte luknje v skladu z načrtom.

Na plošči MDF 500*100 potrebujemo veliko lukenj. Zato natisnite datoteko drill_wood_500_100_A4.pdf in jo poravnajte na plošči. Samo vrtajte tam, kjer so luknje označene na papirju.

Korak 6.2: Barvanje

Barvajte eno stran vsakega lesa. Za plošče MDF 500 x 500 je stran, na kateri ste izvrtali.

Pobarvajte obe strani lesa 100x500.

Kovinske vogale lahko tudi pobarvate v črno. To bo videti bolje;-)

Ostalo bomo pobarvali, ko bomo vse sestavili (zunanjost škatle).

7. korak: Mehanska montaža

Korak 7.1 Namestite tiskano vezjo gonilnika motorja

PCB je nameščen na ploščo MDF 100 x 500. Uporabite distančnike (distančnik M3 12 mm) ter nekaj m3 vijakov in matic.

Korak 7.2 Montirajte nosilce

Dva nosilca (nosilec motorja 775) pritrdite na ploščo MDF 100 x 500 z vijaki M4.

Korak 7.3 Pripravite držalo

Dva pregrada (ležaji 6803ZZ) je treba onemogočiti. Od njega potrebujemo le dva zunanja obroča.

Spajkajte žice 22AWG na vsakem obroču. Eno črno in eno rdečo.

Vzemite Holder 3D natisnjene dele in jih sestavite.

Vstavite vseh sedem matic M3 v ustrezne luknje in potisnite obroč z rdečo žico najprej na držalo, nato distančnik in nato obroč s črno žico. Na vrh dodajte tretji kos in vstavite vijake.

Prerežite dve žici na razdalji 2 cm in nanjo spajkajte vtičnico (XT30 vtični moški kabel). Črni kabel gre na ukrivljeno stran.

Korak 7.4 Montirajte motor

Privijte motor (enosmerni motor 775) na nosilec motorja na sredini plošče MDF 100 x 500.

Nosilec namestite na motor in ga trdno privijte.

Korak 7.5 Namestite čopiče

Nameraval sem uporabiti krtačo Dremel (Carbon Brushes Dremel 4000). Potrebujemo uporabo drugega premoga (Motor Carbon Brushes), ker ima premog za ščetke Dremel previsoko odpornost. To sem v razvojnem procesu spregledal. Zato uporabljamo motorne ščetke in jih brusimo do velikosti ščetk dremel.

Odrežite žico iz motorne krtače 5 mm stran od premoga.

Nato z brusnim papirjem razrežemo premog na naslednje dimenzije: 8,4 x 6,3 x 4,8 mm

Ena stran motorne krtače je 6,1 mm, zato moramo brusiti samo dve strani.

Lahko poskusite, če enostavno zdrsne v držalo krtače, potem je v redu.

Poskusite tudi brušiti krivuljo na vrhu, da izboljšate povezavo s kovinskimi obroči.

Spajkajte žico 22AWG na premog za oba premoga. Uporabite rdečo in črno žico. Vstavite vzmet iz čopiča dremel.

Krtače vstavite v držalo krtač. Krtača z rdečo žico gre na vrh. Zgornja stran držala je nekoliko debelejša. Pazite, da se obe vzmeti ne dotikata.

Nosilec pritrdite na podlago z maticami in vijaki m3.

Dno nosilca krtače namestite na nosilec drugega motorja. Uporabite vijake in matice M4, ki so priloženi nosilcu.

Motor se mora prosto vrteti.

Vodi dve žici med nosilce.

Prerežite obe žici po dolžini, tako da lahko le dosežeta tiskano vezje in nanjo spajkate vtičnico (XT30 vtični moški kabel). Črni kabel gre na ukrivljeno stran.

Spajamo dve žici 22AWG na motorje in ju prerežemo na daljavo, da zlahka dosežemo tiskano vezje in nanjo spajkamo vtičnico (ženski kabel XT30). Črni kabel gre na ukrivljeno stran.

8. korak: Dokončaj