Kegigihan Vision Fidget Spinner: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Ini adalah pemintal gelisah yang menggunakan efek Persistence of Vision yang merupakan ilusi optik di mana beberapa gambar terpisah menyatu menjadi satu gambar dalam pikiran manusia.

Teks atau grafik dapat diubah melalui tautan Bluetooth Low Energy dengan menggunakan aplikasi PC yang telah saya program di LabVIEW atau dengan menggunakan aplikasi BLE smartphone yang tersedia secara gratis.

Semua file tersedia. Skema dan firmware dilampirkan ke Instructable ini. File Gerber tersedia di tautan ini karena saya tidak dapat mengunggah file zip di sini: Gerbers

Langkah 1: Perbedaan Antara Perangkat POV Lain di Pasar

Salah satu karakteristik terpenting adalah grafik yang ditampilkan tidak bergantung pada kecepatan rotasi berkat solusi inovatifnya untuk melacak sudut rotasi. Artinya, grafik yang ditampilkan dianggap sama pada kecepatan rotasi yang lebih tinggi dan lebih rendah (misalnya, saat fidget spinner melambat saat dipegang di tangan). Lebih lanjut tentang ini di Langkah 3.

Ini juga salah satu perbedaan utama antara berbagai perangkat POV di pasaran (jam POV, dll.) yang harus memiliki kecepatan rotasi konstan agar gambar dapat ditampilkan dengan benar. Perlu juga dicatat bahwa semua komponen dipilih untuk memiliki penggunaan energi serendah mungkin dalam upaya untuk memperpanjang masa pakai baterai.

Langkah 2: Deskripsi Teknis

Ini menggunakan mikrokontroler Microchip PIC 16F1619 yang disempurnakan sebagai intinya. MCU memiliki periferal Angular Timer built-in yang menggunakan sensor Hall omnipolar DRV5033 dan satu magnet untuk melacak sudut rotasi saat ini.

Grafik ditampilkan menggunakan total 32 LED, 16 hijau dan 16 dioda pemancar cahaya merah (arus nominal 2mA). Dioda digerakkan oleh dua driver register geser arus konstan 16 saluran TLC59282 yang terhubung dalam rantai daisy. Untuk memiliki akses jarak jauh ke perangkat, ada modul Bluetooth Low Energy RN4871 yang berkomunikasi dengan mikrokontroler melalui antarmuka UART. Perangkat dapat diakses baik dari komputer pribadi atau smartphone. Perangkat dihidupkan dengan menggunakan tombol sentuh kapasitif yang tertanam di bawah topeng solder pada papan sirkuit tercetak. Keluaran dari IC kapasitif PCF8883 diumpankan ke gerbang logika OR BU4S71G2. Input lain ke gerbang OR adalah sinyal dari MCU. Keluaran dari gerbang OR dihubungkan ke pin Enable dari konverter step-down TPS62745. Dengan menggunakan pengaturan ini, saya dapat menghidupkan/mematikan perangkat hanya dengan menggunakan satu tombol sentuh. Tombol kapasitif juga dapat digunakan untuk beralih antara mode operasi yang berbeda atau misalnya untuk menyalakan radio bluetooth hanya bila diperlukan untuk menghemat energi.

Konverter step down TPS62745 mengubah nominal 6V dari baterai menjadi 3.3V yang stabil. Saya telah memilih konverter ini karena memiliki efisiensi tinggi dengan beban ringan, arus diam rendah, beroperasi dengan kumparan kecil 4.7uH, memiliki saklar tegangan input terintegrasi yang saya gunakan untuk mengukur kapasitas baterai dengan konsumsi arus minimal dan tegangan output pengguna- dipilih oleh empat input daripada resistor umpan balik (mengurangi BOM). Perangkat akan tidur secara otomatis setelah 5 menit tidak aktif. Konsumsi saat ini dalam tidur kurang dari 7uA.

Baterai terletak di bagian belakang seperti yang ditunjukkan pada foto.

Langkah 3: Menjaga Jalur Sudut Rotasi

Sudut rotasi dilacak "oleh perangkat keras" bukan oleh perangkat lunak yang berarti bahwa CPU memiliki lebih banyak waktu untuk melakukan tugas-tugas lain. Untuk itu saya telah menggunakan perangkat Pengatur Waktu Sudut yang dibangun ke dalam mikrokontroler PIC 16F1619 yang digunakan.

Input ke Angular Timer adalah sinyal dari sensor Hall DRV5033. Sensor Hall akan menghasilkan pulsa setiap kali magnet melewatinya. Sensor Hall terletak di bagian perangkat yang berputar sedangkan magnet terletak di bagian statis tempat pengguna memegang perangkat. Karena saya hanya menggunakan satu magnet itu berarti sensor Hall akan menghasilkan pulsa yang berulang setiap 360°. Pada saat yang sama, Timer Sudut akan menghasilkan 180 pulsa per putaran di mana setiap pulsa mewakili 2° rotasi. Saya memilih 180 pulsa, dan bukan 360° misalnya, karena saya menemukan 2° sebagai jarak sempurna antara dua kolom karakter yang dicetak. Pengatur Waktu Sudut menangani semua perhitungan itu secara otomatis dan akan menyesuaikan secara otomatis jika waktu antara dua pulsa sensor berubah karena perubahan kecepatan putaran. Posisi magnet dan sensor Hall ditunjukkan pada foto terlampir.

Langkah 4: Akses Jarak Jauh

Saya ingin cara mengubah teks tampilan secara dinamis dan bukan hanya dengan mengkodekannya ke dalam kode. Saya memilih BLE karena menggunakan energi yang sangat kecil dan chip RN4871 yang digunakan hanya berukuran 9x11.5 mm.

Melalui tautan BT dimungkinkan untuk mengubah teks tampilan dan warnanya - merah atau hijau. Level baterai juga dapat dipantau untuk mengetahui kapan saatnya mengganti baterai. Perangkat dapat dikontrol melalui aplikasi komputer yang diprogram dalam lingkungan pemrograman grafis LabVIEW atau dengan menggunakan aplikasi BLE smartphone yang tersedia secara bebas yang memiliki kemampuan untuk menulis langsung ke Karakteristik BLE yang dipilih dari perangkat yang terhubung. Untuk mengirim informasi dari PC/smartphone ke perangkat, saya menggunakan satu Layanan dengan tiga Karakteristik, masing-masing diidentifikasi oleh Pegangan.

Langkah 5: Aplikasi PC

Di sudut kiri atas kami memiliki kontrol untuk memulai aplikasi server BLE Instrumen Nasional. Itulah aplikasi command line dari NI yang menjembatani antara modul BLE di komputer dengan LabVIEW. Ini menggunakan protokol HTTP untuk berkomunikasi. Alasan menggunakan aplikasi ini adalah karena LabVIEW hanya memiliki dukungan asli untuk Bluetooth Classic dan bukan untuk BLE.

Setelah berhasil terhubung, alamat MAC dari perangkat yang terhubung ditampilkan di sebelah kanan dan bagian itu tidak lagi berwarna abu-abu. Di sana kita dapat mengatur grafik bergerak dan warnanya atau hanya mengirim beberapa pola untuk menyalakan atau mematikan LED saat perangkat tidak berputar, saya telah menggunakannya untuk tujuan pengujian.

Langkah 6: Font

Font alfabet bahasa Inggris dihasilkan menggunakan perangkat lunak yang tersedia secara bebas "The Dot Factory" tetapi saya perlu melakukan beberapa modifikasi sebelum mengunggahnya ke mikrokontroler.

Penyebabnya adalah layout PCB yang "tidak berurutan", artinya output 0 dari driver LED mungkin tidak terhubung ke LED 0 pada PCB, OUT 1 tidak terhubung ke LED 1 melainkan ke LED15 misalnya, dan dll. Alasan lainnya adalah perangkat lunak hanya diizinkan untuk menghasilkan font 2x8bit tetapi perangkat memiliki 16 LED untuk setiap warna jadi saya membutuhkan font tinggi 16bit. Jadi saya perlu membuat perangkat lunak yang akan menggeser beberapa bit untuk mengimbangi tata letak PCB dan menggabungkannya menjadi satu nilai 16bit. Karena itu saya mengembangkan aplikasi terpisah di LabVIEW yang mengambil font yang dihasilkan di "The Dot Factory" sebagai input dan mengubahnya agar sesuai dengan kebutuhan proyek ini. Karena tata letak PCB LED merah dan hijau berbeda, saya perlu menggunakan dua font. Output untuk font hijau ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Langkah 7: Pemrograman Jig

Pada gambar Anda dapat melihat jig pemrograman yang digunakan untuk memprogram perangkat.

Karena, setelah setiap pemrograman, saya perlu mengambil perangkat dan memutarnya untuk melihat perubahan, saya tidak ingin menggunakan header pemrograman standar atau hanya menyolder kabel pemrograman. Saya menggunakan pin Pogo yang memiliki pegas kecil di dalamnya sehingga sangat pas dengan vias pada PCB. Dengan menggunakan pengaturan ini saya dapat memprogram mikrokontroler dengan sangat cepat dan tidak perlu khawatir tentang pemrograman kabel atau sisa solder setelah pematrian kabel tersebut.

Langkah 8: Kesimpulan

Untuk meringkas, saya ingin menunjukkan bahwa dengan menggunakan periferal Angul Timer saya berhasil mencapai perangkat POV yang tidak bergantung pada kecepatan rotasi, sehingga kualitas grafik yang ditampilkan tetap sama pada kecepatan yang lebih tinggi dan lebih rendah.

Dengan desain yang cermat, berhasil menerapkan solusi energi rendah yang akan memperpanjang masa pakai baterai. Adapun kontra dari proyek ini saya ingin menunjukkan tidak ada cara untuk mengisi baterai bekas, sehingga penggantian baterai sesekali diperlukan. Baterai tanpa nama dari toko lokal bertahan sekitar 1 bulan dengan penggunaan sehari-hari. Kegunaan: Alat ini dapat digunakan dalam berbagai tujuan promosi atau sebagai alat bantu mengajar di kelas elektroteknik atau fisika misalnya. Ini juga dapat digunakan sebagai bantuan terapeutik untuk meningkatkan perhatian bagi mereka yang menderita Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) atau gejala kecemasan yang menenangkan.

Hadiah Pertama dalam Tantangan Desain PCB