RGBike POV

RGBike POV - это устройство RGB POV эффектов, которое может сделать даже начинающий, в домашних условиях.

Продается несколько моделей готовых POV дисплеев:
- SpokePOV от производителя Adafruit
- m132s от Monkeylectric.
- Monkeylectric недавно анонсировала m464q.

Дисплей от SpokePOV одноцветный, а m132s, как я понял, не имеет возможности отображения изображений. Кроме того, я считаю, что эти дисплеи слишком дороги, тем более, что я не буду его использовать часто.

Я решил сделать POV-устройство самостоятельно, из тех компонентов которые у меня были, не тратя дополнительные деньги.

Характеристики RGBike POV:
- 16 RGB (Red (красный) + Green(зеленый) + Blue(синий)) светодиодов.
- Совместимость с Arduino (не проверено на поздней версии проекта).
- Односторонняя печатная плата, которую можно изготовить в домашних условиях. 
- Использование выводных компонентов, которые могут паять начинающие.
- Датчик Холла, используемый для синхронизации изображения;
- Наименьшее возможное количество компонентов.
- К сожалению, изображение есть только на одной стороне колеса (возможно, будет исправлено в будущем).
- Подходит для 26" колес, у меня не было возможности проверить его на 20" и 24" колесах.

Обновление: Я обновил печатную плату, теперь светодиоды освещают обе стороны колеса, однако на другой стороне текст будет отображаться неверно.

Для повторения устройства, показанного в этой статье вы должны уметь:
- паять
- делать печатные платы
- понимать основные принципы электроники
- знать немного о микроконтроллерах

Если вы не умеете что-либо из перечисленного выше, надеюсь данная статья будет хорошим мотиватором для изучения всего этого.

Инструменты и компоненты

Вы должны иметь основные инструменты для:
- изготовления печатной платы.
- пайки.
- программирования микроконтроллеров (оборудование и программное обеспечение)

Электронные компоненты
- 1x микроконтроллер ATmega328P/ATmega168.
- 1x светодиодный ШИМ драйвер TLC5940/TLC5941.
- 16x RGB светодиодов с общим катодом.
- 1x A3213.
- 3x NPN транзистора PN2222.
- Разные резисторы, конденсаторы, кнопки и разъемы (смотрите схему и плату).

Приблизительная стоимость с учетом изготовления платы в домашних условиях: ~35$

Принципиальная схема RGBike POV (2-ой вариант с освещением колеса с двух сторон):

Файлы схем и печатных плат для 1-го и 2-го варианта устройства вы можете скачать внизу статьи.

Принцип работы

Вы можете спросить, как я планирую управлять 48 светодиодами (16 красных, 16 зеленых, 16 синих) при помощи драйвера-микросхемы с IC с 16 выходами?
Я собираюсь зажигать только один цвет за один раз.

Представьте себе одну строку изображения в колесе. Эта строка состоит из красных, зеленых и синих точек. За один раз будет загораться один цвет, но они будут чередоваться так быстро, что вам будет казаться, что вы видите одну строку.

Если поочередно зажигать всю строку каждым из цветов, то вы не увидите эти цвета, а увидите белую строку.

Для контроля ширины этой строки в колесе, нам надо контролировать только то, сколько раз эта строка повторяется.

Поскольку драйвер светодиодов с открытым стоком, то он работает с RGB светодиодами с общим катодом. Я использовал дешевые RGB светодиоды из Китая.

Изготовление печатной платы

Для проекта понадобится изготовить печатную плату.

Если вы не знаете, как сделать печатную плату, то в интернете есть куча статей на эту тему.
Есть несколько методов изготовления печатных плат. Некоторые люди немного меняют технологию в рамках одного метода.

Методы известные мне:
Фоторезист - метод, который я использую. С помощью этого метода можно достичь высокого уровня детализации.
ЛУТ - вы будете использовать лазерный принтер.
"Press&Peel" – мне не нравиться этот метод и уровень получаемой детализации.

Общим для всех методов является то, что плату нужно травить.

Вот последовательность действий при изготовлении платы:
1 – Печать рисунка платы на прозрачной пленке. В Eagle перейдите в меню ULP -> CAMtoPrint;
2 – Подготовка текстолита и применение фоторезиста, например Positiv 20;
3 – Экспонирование меди с фоторезистом через прозрачную пленку с рисунком;
4 – Проявление фоторезиста;
5 – Проверка на ошибки;
6 – Травление платы;
7 – Обрезание платы;
8 – Сверление.

Пайка компонентов

После изготовления платы, необходимо припаять компоненты.

При пайке платы ориентируйтесь на схему и рисунок платы.
Я рекомендую сначала припаять микроконтроллер с обвязкой, и проверить его. Не забудьте припаять перемычку!

Затем припаяйте светодиоды, TLC5940 и все остальные компоненты.

Хорошо закрепите отсек для батарей, иначе они могут отлететь.

Драйвер TLC5940

TLC5940 это микросхема, которая управляет питанием 16 светодиодов. Она имеет 4096 уровней серого.

Максимальный ток светодиода
Вы можете ограничить ток, протекающий через светодиоды, меняя значение . Для расчета резистора, вы должны знать максимальное значение тока для светодиодов (I_max).
R_iref=39/I_max
Я использовал резистор 2.2Ом, ограничив ток 17.7мА.

Прошивка микроконтроллера

Теперь вы можете прошить микроконтроллер.
Я использую USBtinyISP от ladyada.

Я разрабатывал этот проект так, чтобы он был совместим с Arduino. Вы просто можете использовать FTDI USB- TTL232 кабель. Однако это может не работать, т.к. я не тестировал это.
Также есть TLC5940 библиотека для Arduino от Алекса Леоне.
Текущая прошивка может отображать только одно изображение, которое легко настроить. Графические данные считываются из программной памяти.
В будущем я планирую попробовать SPI EEPROM подключенный к последовательному порту. Таким образом, я смогу хранить очень много изображений и анимации.

В этой версии есть также небольшая обратная связь для синхронизации изображения со скоростью колеса.

Сколько места необходимо для изображения?
В зависимости от необходимого уровня детализации. Под уровнем детализации подразумевается количество делений на вашем колесе.
Если вы хотите использовать 100 делений, то вы делите колесо линиями каждые 3.6 градусов.
Чем больше делений, тем тоньше строка.

Для одного изображения 100 строк:
192 бит на цвет * 3 цвета на линию = 576 бит / 72 байт для каждой линии
72 байта / линия * 100 строк = 7200 байт / изображение, ~ 7 Кбайт / изображение.

Установка на колесо

Теперь мы установим POV на колесо.
Я думаю, что он может быть установлен на любое 20", 24" и 26" колесо. К сожалению, во время разработки у меня не было других колес, и я ориентировался на 26".

Для установки POV понадобится:
Куски пенопласта или резины.
Кабельные стяжки или другие крепления.
Магниты.
Любые другие вещи, которые могут оказаться полезными.

Сделайте отверстия в кусках пенопласта/резины и для стяжек.  Закрепите его на спицах, убедившись, что светодиоды перпендикулярны колесу.

Датчик Холла
Если вы, как и я, используете удлинитель для датчика, вы можете разместить датчик и магнит в любом месте, которое вы считаете нужным.

Убедитесь, что магнит находится в радиусе чувствительности датчика. Это важно, если вы хотите получить изображение.

Красочные колеса!

Ура! Теперь я могу рисовать картинки, анимацию и различные эффекты на колесах.

В будущем я надеюсь написать программу, которая будет преобразовывать изображение в матрицу данных, которая используется в прошивке. Кроме того, в будущем будет добавлен интерфейс связи между устройством и компьютером и добавлена память для хранения изображений. 

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Оригинал статьи

Теги:

• AVR
• Микроконтроллер
• Светодиод
• Eagle
• Atmel Studio
• Перевод