Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Computer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wyświetlacz widmowy do deskorolki

Kubald 22 Lis 2012 19:41 8082 0
  • Wyświetlacz widmowy do deskorolki

    Autor, jako mieszkaniec Seattle, gdzie organizowany jest cyklicznie przejazd przez plażę na deskorolkach czy rowerach, skonstruował gadżet – wyświetlacz widmowy – do swojej deskorolki.

    Jako że autorowi idea wyświetlaczy widmowych nie była obca – postanowił wykorzystać ten efekt w konstruowanym gadżecie. Idea działania wyświetlacza polega na szybkim przesuwaniu rzędu diod LED i cyklicznym ich zapalaniu w odpowiedni sposób. Dzięki wolnej odpowiedzi oka uzyskuje się stały obraz.

    Pierwszym skonstruowanym przez autora wyświetlaczem było urządzenie do roweru, oparte na procesorze 8051 z zewnętrznymi pamięciami ROM oraz RAM (na zdjęciu poniżej). Wyzwaniem przy tym projekcie było stworzenie urządzenia wystarczająco małego, aby zmieściło się na kole deskorolki o rozmiarze 72 mm oraz aby układ był na tyle tani, aby była możliwa jego masowa produkcja i sprzedaż. Reasumując, autor postanowił stworzyć gotowe do użycia przez konsumentów urządzenie, sterowane mikroprocesorem i z czujnikiem prędkości obrotów koła za najmniejszą z możliwych kwot. Niestety, nie wszystkie z opisanych celów zostały osiągnięte, a autor zaprzestał dalszego rozwoju projektu – lecz powstałe, w pełni funkcjonalne urządzenie może być inspiracją dla innych konstruktorów.

    Wyświetlacz widmowy do deskorolki

    Schemat urządzenia można zobaczyć poniżej.

    Wyświetlacz widmowy do deskorolki

    Także jedną z zalet tworzenia wyświetlacza do deskorolki jest fakt, że koła w deskorolce obracają się o wiele szybciej niż np. koła rowerowe, co sprawia, że o wiele prościej jest osiągnąć właściwą częstość odświeżania diod LED – i w efekcie uzyskać stały obraz. Ponieważ w urządzeniu zastosowano tylko jeden słupek diodowy, wymagają one odświeżenia raz na pełny obrót koła.

    Autor chciał uzyskać rozdzielczość obrazu większą niż 8 px, ale użyty mikrokontroler (ATTiny24) nie jest wyposażony w odpowiednio dużą ilość portów, więc niemożliwe było niemultipleksowane połączenie diod. Stąd powstała obawa, czy takie rozwiązanie pozwoli na stabilne wyświetlanie obrazu – z zasady działania sam wyświetlacz widmowy wykorzystuje niejako „multipleksowanie”, a tutaj każdy słupek wyświetlanego obrazu musiał zostać dodatkowo podzielony na 3 oddzielne „sektory” – dlatego też nie wiadomo było, czy mikroprocesor sprosta pod względem szybkości obsłudze trzech oddzielnych „banków” diod w czasie niezbędnym do wyświetlania jednego słupka obrazu. Na szczęście okazało się, że nie jest to problem i procesor ATTiny jest wystarczająco szybki. Z powodu redukcji kosztów w urządzeniu zostały użyte najtańsze diody LED. Zastosowanie droższych elementów poprawiłoby jasność wyświetlacza, jednakże użyte diody wystarczyły do dobrego wyświetlania obrazów w nocy.

    Kolejnym istotnym elementem urządzenia jest sensor określający szybkość obracania się koła. Aby wyświetlany obraz był stabilny, mikroprocesor musi w przybliżeniu znać prędkość obrotową, aby zapalać i gasić diody we właściwym momencie. Jest kilka sposobów wykrywania prędkości – np. poprzez użycie czujników kontaktowych bądź optycznych. Autor spotkał się nawet z użyciem scalonego układu kompasu pozwalającego obliczyć prędkość obrotową na podstawie zmiany kierunku układu względem północnego bieguna magnetycznego. Użycie scalonego akcelerometru byłoby również dobrym rozwiązaniem, ale wibracje powstające w czasie jazdy deskorolką znacznie przekraczałyby pod względem wartości przyspieszenia przyspieszenie ziemskie, co sprawiłoby, że wyniki z akcelerometru byłyby bezużyteczne. Dlatego autor zdecydował się użyć prostego czujnika odbiciowego (90°) na podczerwień.

    Wyświetlacz widmowy do deskorolki

    Sensor taki składa się z diody IR i odbiornika – fototranzystora. Kiedy światło diody odbije się od podłoża, tranzystor zaczyna przewodzić prąd, co jest sygnałem przerwania dla mikrokontrolera. Raz na obrót koła sensor będzie skierowany wprost na podłoże, co stanowi nie tylko podstawę do obliczenia prędkości, ale także niesie informację o położeniu całego urządzenia względem podłoża. Niestety, takie rozwiązanie okazało się zawodne – ilość światła odbitego od podłoża mocno zależała od jego rodzaju – betonowe, jasne chodniki odbijały więcej światła niż np. podłoża ciemne. Dlatego też autor zmienił miejsce położenia czujnika i zamontował mały reflektor na osi koła, a sam czujnik skierowany do wewnątrz.

    Prototypową płytkę drukowaną można zobaczyć poniżej. W finalnym rozwiązaniu, ze zmodyfikowanym położeniem sensora (również poniżej), słupek diod został nieco przesunięty w stronę brzegu płytki z jej środka – co nie wpłynęło na jakość wyświetlanego obrazu, a bateria została zamontowana u góry płytki. Z tego względu całość nie była dobrze zbalansowana, dlatego też autor – jako przeciwwagę – wykorzystał wolframowe kulki (zakupione tanio w serwisie Amazon). Kulki takie mają średnicę ok. 4,5 mm i każda z nich waży ok. 1 g.

    Wyświetlacz widmowy do deskorolki Wyświetlacz widmowy do deskorolki Wyświetlacz widmowy do deskorolki

    Celem wydłużenia działania baterii każdorazowo po naciśnięciu przycisku albo po odebraniu sygnału z czujnika odbiciowego timer w oprogramowaniu jest resetowany i zaczyna odliczać dwie minuty. Po tym czasie urządzenie się wyłącza. Niestety, czas życia na jednej baterii nie jest zadowalający – z powodu dużej odległości czujnika od reflektora dioda IR musi generować względnie „jasne” światło, co powoduje, że urządzenie w stanie spoczynku zużywa ok. 13 mA prądu.

    Na poniższym filmie można zobaczyć działające urządzenie.


    Link


    Podsumowując, jak wspomniano, nie wszystkie stawiane cele zostały osiągnięte, ale autor stworzył działające urządzenie i zgromadził mnóstwo informacji na temat wykonania i ewentualnych ulepszeń w czasie wdrażania do masowej produkcji. Ponieważ głównym założeniem była absolutna „taniość” urządzenia, przy produkcji 50 jego sztuk potrzebne materiały kosztowałyby zaledwie $3,22. Doliczywszy do tego koszt wykonania płytki drukowanej i jej zmontowania, całość mogłaby się zamknąć w kwocie $6-10.

    Więcej szczegółów na temat działania urządzenia, sposobu projektowania obrazów i ich wyświetlania można znaleźć na stronie źródłowej.


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Computer Controls