Persistencia de la visión Fidget Spinner: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Este es un spinner inquieto que utiliza el efecto Persistencia de la visión, que es una ilusión óptica mediante la cual múltiples imágenes discretas se mezclan en una sola imagen en la mente humana.

El texto o los gráficos se pueden cambiar a través del enlace Bluetooth Low Energy usando una aplicación para PC que he programado en LabVIEW o usando una aplicación BLE para teléfonos inteligentes disponible gratuitamente.

Todos los archivos están disponibles. El esquema y el firmware se adjuntan a este Instructable. Los archivos Gerber están disponibles en este enlace ya que no puedo cargar archivos zip aquí: Gerbers

Paso 1: diferencia entre otros dispositivos POV en el mercado

Una de las características más importantes es que los gráficos mostrados no dependen de la velocidad de rotación gracias a su innovadora solución para mantener el seguimiento del ángulo de rotación. Lo que significa que el gráfico mostrado se percibe de la misma manera a velocidades de rotación mayores y menores (por ejemplo, cuando el fidget spinner se ralentiza cuando se lo sostiene en la mano). Más sobre esto en el Paso 3.

Esta es también una de las principales diferencias entre varios dispositivos POV del mercado (relojes POV, etc.) que deben tener una velocidad de rotación constante para que la imagen se muestre correctamente. También vale la pena señalar que todos los componentes se seleccionan para tener el menor uso de energía posible en un esfuerzo por prolongar la vida útil de la batería.

Paso 2: descripción técnica

Utiliza un microcontrolador Microchip PIC 16F1619 mejorado como su núcleo. La MCU tiene un periférico de temporizador angular integrado que utiliza un sensor de pasillo omnipolar DRV5033 y un imán para realizar un seguimiento del ángulo de rotación actual.

Los gráficos se muestran utilizando un total de 32 LED, 16 diodos emisores de luz verdes y 16 rojos (corriente nominal 2 mA). Los diodos son impulsados por dos controladores de registro de desplazamiento de corriente constante de 16 canales TLC59282 conectados en cadena. Para tener un acceso remoto al dispositivo, existe un módulo Bluetooth Low Energy RN4871 que se comunica con el microcontrolador a través de la interfaz UART. Se puede acceder al dispositivo desde una computadora personal o un teléfono inteligente. El dispositivo se enciende mediante un botón táctil capacitivo que está incrustado debajo de la máscara de soldadura en la placa de circuito impreso. La salida del IC capacitivo PCF8883 se alimenta a la puerta lógica OR BU4S71G2. La otra entrada a las puertas OR es una señal de la MCU. La salida de las puertas OR se conecta al pin de habilitación de un convertidor reductor TPS62745. Al usar esta configuración, puedo encender / apagar el dispositivo usando solo un botón táctil. El botón capacitivo también se puede usar para cambiar entre diferentes modos de operación o, por ejemplo, para encender la radio bluetooth solo cuando sea necesario para ahorrar energía.

El convertidor reductor TPS62745 convierte 6V nominales de las baterías a 3.3V estables. Elegí este convertidor porque tiene una alta eficiencia con cargas ligeras, baja corriente de reposo, funciona con una pequeña bobina de 4.7uH, tiene un interruptor de voltaje de entrada integrado que utilizo para medir la capacidad de la batería con un consumo de corriente mínimo y el voltaje de salida es el usuario- seleccionable por cuatro entradas en lugar de resistencias de retroalimentación (reduce BOM). El dispositivo se apaga automáticamente después de 5 minutos de inactividad. El consumo de corriente durante el sueño es inferior a 7uA.

Las baterías están ubicadas en la parte posterior como se muestra en la foto.

Paso 3: Seguimiento del ángulo de rotación

El ángulo de rotación se rastrea "por hardware" en lugar de por software, lo que significa que la CPU tiene mucho más tiempo a su disposición para hacer otras tareas. Para eso he usado el periférico Angular Timer que está integrado en el microcontrolador usado PIC 16F1619.

La entrada al temporizador angular es una señal del sensor Hall DRV5033. El sensor Hall generará un pulso cada vez que pase un imán. El sensor Hall está ubicado en la parte giratoria del dispositivo, mientras que el imán está ubicado en una parte estática para la cual el usuario sostiene el dispositivo. Como utilicé solo un imán, eso significa que el sensor Hall producirá un pulso que se repite cada 360 °. Al mismo tiempo, el temporizador angular generará 180 pulsos por revolución en los que cada pulso representa 2 ° de rotación. Elijo 180 pulsos, y no 360 °, por ejemplo, porque encontré que 2 ° es la distancia perfecta entre las dos columnas de un carácter impreso. El temporizador angular maneja todo ese cálculo automáticamente y se ajustará automáticamente si el tiempo entre los dos pulsos del sensor cambia debido al cambio de velocidad de rotación. La posición del imán y el sensor Hall se muestra en la foto adjunta.

Paso 4: acceso remoto

Quería una forma de cambiar el texto que se muestra de forma dinámica y no simplemente codificándolo en el código. Elegí BLE porque usa una cantidad muy pequeña de energía y el chip usado RN4871 tiene una dimensión de solo 9x11.5 mm.

A través del enlace BT es posible cambiar el texto que se muestra y su color: rojo o verde. El nivel de la batería también se puede monitorear para saber cuándo es el momento de reemplazar las baterías. El dispositivo se puede controlar a través de una aplicación de computadora programada en el entorno de programación de gráficos de LabVIEW o mediante el uso de aplicaciones BLE disponibles para teléfonos inteligentes que tienen la capacidad de escribir directamente en las características BLE seleccionadas de un dispositivo conectado. Para enviar la información desde una PC / teléfono inteligente al dispositivo, utilicé un Servicio con tres Características, cada una identificada por un Identificador.

Paso 5: Aplicación para PC

En la esquina superior izquierda tenemos los controles para iniciar la aplicación del servidor BLE de National Instruments. Esa es una aplicación de línea de comandos de NI que crea un puente entre el módulo BLE en una computadora y LabVIEW. Utiliza el protocolo HTTP para comunicarse. La razón para usar esta aplicación es que LabVIEW solo tiene soporte nativo para Bluetooth Classic y no para BLE.

Tras la conexión exitosa, la dirección MAC de un dispositivo conectado se muestra a la derecha y esa parte ya no está atenuada. Allí podemos configurar los gráficos en movimiento y su color o simplemente enviar algún patrón para encender o apagar los LED cuando el dispositivo no está girando, lo he usado para propósitos de prueba.

Paso 6: fuente

La fuente del alfabeto inglés se generó utilizando un software disponible gratuitamente "The Dot Factory", pero necesitaba hacer algunas modificaciones antes de cargarlo en el microcontrolador.

La razón de esto es el diseño de la PCB que "no está en orden", lo que significa que la salida 0 del controlador LED tal vez no esté conectada al LED 0 en la PCB, la SALIDA 1 no está conectada al LED 1 sino al LED15, por ejemplo, y etc. La otra razón es que el software solo permite generar fuentes de 2x8 bits, pero el dispositivo tiene 16 LED para cada color, por lo que necesitaba una fuente de 16 bits de alto. Así que necesitaba hacer un software que cambiara algunos bits para compensar el diseño de PCB y combinarlos en un valor de 16. Por eso desarrollé una aplicación separada en LabVIEW que toma la fuente generada en "The Dot Factory" como entrada y la transforma para satisfacer las necesidades de este proyecto. Dado que los diseños de PCB de LED rojo y verde son diferentes, necesitaba usar dos fuentes. La salida de la fuente verde se muestra en la siguiente imagen.

Paso 7: Plantilla de programación

En la imagen puede ver la plantilla de programación que se utilizó para programar el dispositivo.

Dado que, después de cada programación, necesito levantar el dispositivo y girarlo para ver los cambios, no quería usar encabezados de programación estándar o simplemente soldar los cables de programación. Usé pines Pogo que tienen un pequeño resorte dentro de ellos para que encajen muy bien en las vías de la PCB. Al usar esta configuración, puedo programar el microcontrolador muy rápido y no tengo que preocuparme por programar cables o la soldadura sobrante después de desoldar esos cables.

Paso 8: Conclusión

Para resumir, me gustaría señalar que al usar el periférico Angul Timer logré con éxito un dispositivo POV que no depende de la velocidad de rotación, por lo que la calidad de los gráficos mostrados se mantiene igual a velocidades más altas y más bajas.

Mediante un diseño cuidadoso, se logró implementar una solución de bajo consumo de energía que prolongará la vida útil de las baterías. En cuanto a las desventajas de este proyecto, me gustaría señalar que no hay forma de cargar las baterías usadas, por lo que es necesario reemplazarlas de vez en cuando. Las baterías sin nombre de la tienda local duraron aproximadamente 1 mes con el uso diario. Usos: Este dispositivo se puede utilizar con diversos fines promocionales o como ayuda didáctica en clases de electrotecnia o física, por ejemplo. También se puede utilizar como ayuda terapéutica para aumentar la atención de las personas con trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) o calmar los síntomas de ansiedad.

Primer premio en el PCB Design Challenge