Độ bền của Vision Fidget Spinner: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Đây là một con quay fidget spinner sử dụng hiệu ứng Persistence of Vision, một ảo ảnh quang học theo đó nhiều hình ảnh rời rạc hòa trộn thành một hình ảnh duy nhất trong tâm trí con người.

Văn bản hoặc đồ họa có thể được thay đổi thông qua liên kết Bluetooth Low Energy bằng cách sử dụng ứng dụng PC mà tôi đã lập trình trong LabVIEW hoặc bằng ứng dụng BLE trên điện thoại thông minh có sẵn miễn phí.

Tất cả các tệp đều có sẵn. Sơ đồ và chương trình cơ sở được đính kèm với Bản hướng dẫn này. Tệp Gerber có sẵn tại liên kết này vì tôi không thể tải tệp zip lên đây:

Bước 1: Sự khác biệt giữa các thiết bị POV khác trên thị trường

Một trong những đặc điểm quan trọng nhất là đồ họa hiển thị không phụ thuộc vào tốc độ quay nhờ giải pháp sáng tạo để theo dõi góc quay. Có nghĩa là đồ họa được hiển thị được cảm nhận như nhau ở cả hai, tốc độ quay cao hơn và thấp hơn (ví dụ: khi con quay fidget spinner chậm lại khi cầm trên tay). Tìm hiểu thêm về điều này trong Bước 3.

Đây cũng là một trong những điểm khác biệt chính giữa các thiết bị POV khác nhau trên thị trường (đồng hồ POV, v.v.) phải có tốc độ quay không đổi để hình ảnh được hiển thị chính xác. Cũng cần lưu ý rằng tất cả các thành phần đều được lựa chọn để sử dụng năng lượng thấp nhất có thể nhằm nỗ lực kéo dài tuổi thọ pin

Bước 2: Mô tả kỹ thuật

Nó sử dụng bộ vi điều khiển Microchip PIC 16F1619 nâng cao làm cốt lõi của nó. MCU được tích hợp thiết bị ngoại vi Angular Timer sử dụng cảm biến Hall đa cực DRV5033 và một nam châm để theo dõi góc quay hiện tại.

Đồ họa được hiển thị bằng cách sử dụng tổng cộng 32 đèn LED, 16 điốt phát ra ánh sáng màu xanh lá cây và 16 màu đỏ (dòng điện danh định 2mA). Các điốt được điều khiển bởi hai trình điều khiển thanh ghi dịch chuyển dòng điện không đổi 16 kênh TLC59282 được kết nối trong chuỗi daisy. Để có thể truy cập từ xa vào thiết bị, có một mô-đun năng lượng thấp Bluetooth RN4871 giao tiếp với bộ vi điều khiển thông qua giao diện UART. Thiết bị có thể được truy cập từ máy tính cá nhân hoặc điện thoại thông minh. Thiết bị được bật bằng cách sử dụng nút cảm ứng điện dung được nhúng dưới mặt nạ hàn trên bảng mạch in. Đầu ra từ IC điện dung PCF8883 được đưa đến cổng logic HOẶC BU4S71G2. Đầu vào khác cho các cổng OR là tín hiệu từ MCU. Đầu ra từ cổng OR được kết nối với chân Bật của bộ chuyển đổi bậc xuống TPS62745. Bằng cách sử dụng thiết lập này, tôi có thể bật / tắt thiết bị chỉ bằng một nút chạm. Nút điện dung cũng có thể được sử dụng để thay đổi giữa các chế độ hoạt động khác nhau hoặc chẳng hạn như chỉ bật radio bluetooth khi cần để tiết kiệm năng lượng.

Bộ chuyển đổi bước xuống TPS62745 chuyển đổi danh định 6V từ pin thành 3,3V ổn định. Tôi đã chọn bộ chuyển đổi này vì nó có hiệu suất cao với tải nhẹ, dòng điện tĩnh thấp, hoạt động với cuộn dây 4,7uH nhỏ, nó có công tắc điện áp đầu vào tích hợp mà tôi sử dụng để đo dung lượng của pin với mức tiêu thụ dòng điện tối thiểu và điện áp đầu ra là do người sử dụng- có thể lựa chọn bằng bốn đầu vào thay vì điện trở phản hồi (giảm BOM). Thiết bị sẽ tự động chuyển sang chế độ ngủ sau 5 phút không hoạt động. Mức tiêu thụ hiện tại khi ngủ nhỏ hơn 7uA.

Pin được đặt ở mặt sau như trong ảnh.

Bước 3: Theo dõi góc quay

Góc quay được theo dõi "bằng phần cứng" chứ không phải bằng phần mềm, nghĩa là CPU có nhiều thời gian hơn để thực hiện các tác vụ khác. Vì vậy, tôi đã sử dụng thiết bị ngoại vi Angular Timer được tích hợp trong bộ vi điều khiển đã qua sử dụng PIC 16F1619.

Đầu vào cho Angular Timer là tín hiệu từ cảm biến Hall DRV5033. Cảm biến Hall sẽ tạo ra một xung mỗi khi có nam châm đi qua nó. Cảm biến Hall được đặt ở phần quay của thiết bị trong khi nam châm nằm trên phần tĩnh mà người dùng giữ thiết bị. Vì tôi chỉ sử dụng một nam châm nên cảm biến Hall sẽ tạo ra một xung lặp lại sau mỗi 360 °. Đồng thời Angular Timer sẽ tạo ra 180 xung trên mỗi vòng quay trong đó mỗi xung đại diện cho 2 ° quay. Tôi chọn 180 xung, chứ không phải 360 ° chẳng hạn, vì tôi thấy 2 ° là khoảng cách hoàn hảo giữa hai cột của một ký tự được in. Angular Timer tự động xử lý tất cả các phép tính đó và sẽ tự động điều chỉnh nếu thời gian giữa hai xung cảm biến thay đổi do vận tốc quay thay đổi. Vị trí của nam châm và cảm biến Hall được hiển thị trong ảnh đính kèm.

Bước 4: Truy cập từ xa

Tôi muốn có một cách để thay đổi văn bản đang hiển thị một cách linh hoạt chứ không phải chỉ viết cứng nó thành mã. Tôi đã chọn BLE vì nó sử dụng một lượng năng lượng rất nhỏ và con chip được sử dụng RN4871 chỉ có kích thước 9x11,5 mm.

Thông qua liên kết BT, có thể thay đổi văn bản hiển thị và màu của nó - đỏ hoặc xanh lá cây. Mức pin cũng có thể được theo dõi để biết khi nào cần thay pin. Thiết bị có thể được điều khiển thông qua ứng dụng máy tính được lập trình trong môi trường lập trình đồ họa LabVIEW hoặc bằng cách sử dụng các ứng dụng BLE trên điện thoại thông minh miễn phí có khả năng ghi trực tiếp vào các Đặc tính BLE đã chọn của thiết bị được kết nối. Để gửi thông tin từ PC / điện thoại thông minh đến thiết bị, tôi đã sử dụng một Dịch vụ có ba Đặc điểm, mỗi Đặc điểm được xác định bởi một Tay cầm.

Bước 5: Ứng dụng PC

Ở góc trên cùng bên trái, chúng tôi có các điều khiển để khởi động ứng dụng máy chủ National Instruments BLE. Đó là một ứng dụng dòng lệnh của NI tạo cầu nối giữa mô-đun BLE trên máy tính và LabVIEW. Nó sử dụng giao thức HTTP để giao tiếp. Lý do sử dụng ứng dụng này là LabVIEW chỉ có hỗ trợ gốc cho Bluetooth Classic chứ không phải cho BLE.

Sau khi kết nối thành công, địa chỉ MAC của thiết bị được kết nối sẽ hiển thị ở bên phải và phần đó không bị chuyển sang màu xám nữa. Ở đó, chúng tôi có thể đặt đồ họa chuyển động và màu sắc của nó hoặc chỉ gửi một số mẫu để bật hoặc tắt đèn LED khi thiết bị không quay, tôi đã sử dụng điều đó cho mục đích thử nghiệm.

Bước 6: Phông chữ

Phông chữ bảng chữ cái tiếng Anh được tạo bằng phần mềm miễn phí có sẵn "The Dot Factory" nhưng tôi cần thực hiện một số sửa đổi trước khi tải nó lên vi điều khiển.

Lý do cho điều đó là bố trí PCB "không theo thứ tự", có nghĩa là đầu ra 0 từ trình điều khiển LED có thể không được kết nối với LED 0 trên PCB, OUT 1 không được kết nối với LED 1 mà là LED15 chẳng hạn, và vv.. Lý do khác là phần mềm chỉ cho phép tạo phông chữ 2x8bit nhưng thiết bị có 16 đèn LED cho mỗi màu nên tôi cần phông chữ cao 16 bit. Vì vậy, tôi cần tạo một phần mềm có thể thay đổi một vài bit để bù đắp cho bố cục PCB và kết hợp chúng thành một giá trị 16bit. Do đó, tôi đã phát triển một ứng dụng riêng trong LabVIEW lấy phông chữ được tạo trong "The Dot Factory" làm đầu vào và biến đổi nó cho phù hợp với nhu cầu của dự án này. Vì bố cục PCB LED màu đỏ và xanh lá cây khác nhau nên tôi cần sử dụng hai phông chữ. Đầu ra cho phông màu xanh lá cây được hiển thị trong hình dưới đây.

Bước 7: Lập trình Jig

Trên hình, bạn có thể thấy đồ gá lập trình được sử dụng để lập trình thiết bị.

Vì sau mỗi lần lập trình, tôi cần nhấc thiết bị lên và xoay nó để xem những thay đổi mà tôi không muốn sử dụng các tiêu đề lập trình tiêu chuẩn hoặc chỉ hàn các dây lập trình. Tôi đã sử dụng các chân Pogo có một lò xo nhỏ bên trong để chúng vừa khít với vias trên PCB. Bằng cách sử dụng thiết lập này, tôi có thể lập trình bộ vi điều khiển rất nhanh và không cần phải lo lắng về dây lập trình hoặc chất hàn thừa sau khi khử các dây đó.

Bước 8: Kết luận

Tóm lại, tôi muốn chỉ ra rằng bằng cách sử dụng thiết bị ngoại vi Angul Timer, tôi đã thành công trong việc tạo ra một thiết bị POV không phụ thuộc vào tốc độ quay, vì vậy chất lượng đồ họa hiển thị được giữ nguyên ở cả tốc độ cao hơn và thấp hơn.

Bằng cách thiết kế cẩn thận, nó đã được quản lý để thực hiện một giải pháp năng lượng thấp sẽ kéo dài tuổi thọ của pin. Đối với nhược điểm của dự án này, tôi muốn chỉ ra rằng không có cách nào để sạc pin đã qua sử dụng, vì vậy cần phải thay pin liên tục. Pin không tên tuổi từ cửa hàng địa phương kéo dài khoảng 1 tháng với thời gian sử dụng hàng ngày. Sử dụng: Thiết bị này có thể được sử dụng cho các mục đích quảng cáo khác nhau hoặc làm trợ giúp giảng dạy trong các lớp học kỹ thuật điện hoặc vật lý chẳng hạn. Nó cũng có thể được sử dụng như một phương pháp hỗ trợ điều trị để tăng sự chú ý cho những người mắc chứng Rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD) hoặc làm dịu các triệu chứng lo lắng.

Giải nhất trong Thử thách thiết kế PCB