Persistance de Vision Fidget Spinner : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Il s'agit d'une fidget spinner qui utilise l'effet Persistance de la vision qui est une illusion d'optique dans laquelle plusieurs images discrètes se fondent en une seule image dans l'esprit humain.

Le texte ou les graphiques peuvent être modifiés via une liaison Bluetooth Low Energy en utilisant une application PC que j'ai programmée dans LabVIEW ou en utilisant une application BLE pour smartphone disponible gratuitement.

Tous les fichiers sont disponibles. Le schéma et le firmware sont joints à ce Instructable. Les fichiers Gerber sont disponibles sur ce lien car je ne peux pas télécharger de fichiers zip ici: Gerbers

Étape 1: Différence entre les autres appareils POV sur le marché

L'une des caractéristiques les plus importantes est que les graphiques affichés ne dépendent pas de la vitesse de rotation grâce à sa solution innovante pour garder la trace de l'angle de rotation. Cela signifie que le graphique affiché est perçu de la même manière à des vitesses de rotation plus élevées et plus basses (par exemple, lorsque le fidget spinner ralentit lorsqu'il est tenu dans la main). Plus d'informations à ce sujet à l'étape 3.

C'est aussi l'une des principales différences entre les différents appareils POV du marché (horloges POV, etc.) qui doivent avoir une vitesse de rotation constante pour que l'image s'affiche correctement. Il convient également de noter que tous les composants sont sélectionnés pour avoir la plus faible consommation d'énergie possible dans le but de prolonger la durée de vie de la batterie.

Étape 2: Description technique

Il utilise le microcontrôleur Microchip PIC 16F1619 amélioré comme noyau. Le MCU dispose d'un périphérique de minuterie angulaire intégré qui utilise un capteur Hall omnipolaire DRV5033 et un aimant pour garder la trace de l'angle de rotation actuel.

Les graphiques sont affichés à l'aide d'un total de 32 LED, 16 diodes électroluminescentes vertes et 16 rouges (courant nominal 2mA). Les diodes sont pilotées par deux pilotes de registre à décalage à courant constant 16 canaux TLC59282 connectés en guirlande. Afin d'avoir un accès à distance à l'appareil, il existe un module Bluetooth Low Energy RN4871 qui communique avec le microcontrôleur via l'interface UART. L'appareil est accessible depuis un ordinateur personnel ou un smartphone. L'appareil est allumé à l'aide d'un bouton tactile capacitif qui est intégré sous le masque de soudure sur la carte de circuit imprimé. La sortie du circuit intégré capacitif PCF8883 est envoyée à la porte logique OU BU4S71G2. L'autre entrée des portes OU est un signal du MCU. La sortie des portes OU est connectée à la broche Enable d'un convertisseur abaisseur TPS62745. En utilisant cette configuration, je peux allumer/éteindre l'appareil en utilisant un seul bouton tactile. Le bouton capacitif peut également être utilisé pour basculer entre différents modes de fonctionnement ou, par exemple, pour allumer la radio Bluetooth uniquement en cas de besoin afin d'économiser de l'énergie.

Le convertisseur abaisseur TPS62745 convertit le 6V nominal des batteries en un 3,3V stable. J'ai choisi ce convertisseur car il a un rendement élevé avec des charges légères, un faible courant de repos, fonctionne avec une minuscule bobine de 4,7 uH, il a un commutateur de tension d'entrée intégré que j'utilise pour mesurer la capacité de la batterie avec une consommation de courant minimale et la tension de sortie est utilisateur- sélectionnable par quatre entrées plutôt que des résistances de rétroaction (réduit la nomenclature). L'appareil se met en veille automatiquement après 5 minutes d'inactivité. La consommation de courant en veille est inférieure à 7uA.

Les piles sont situées à l'arrière comme indiqué sur la photo.

Étape 3: Garder la trace de l'angle de rotation

L'angle de rotation est suivi "par matériel" plutôt que par logiciel, ce qui signifie que le processeur a beaucoup plus de temps à sa disposition pour faire d'autres tâches. Pour cela, j'ai utilisé le périphérique Angular Timer qui est intégré au microcontrôleur utilisé PIC 16F1619.

L'entrée de la minuterie angulaire est un signal du capteur à effet Hall DRV5033. Le capteur à effet Hall génère une impulsion à chaque passage d'un aimant. Le capteur Hall est situé sur la partie tournante de l'appareil tandis que l'aimant est situé sur une partie statique pour laquelle l'utilisateur tient l'appareil. Comme je n'ai utilisé qu'un seul aimant, cela signifie que le capteur Hall produira une impulsion qui se répétera tous les 360 °. En même temps, la minuterie angulaire générera 180 impulsions par tour, chaque impulsion représentant 2 ° de rotation. Je choisis 180 impulsions, et non 360° par exemple, car j'ai trouvé que 2° était la distance parfaite entre les deux colonnes d'un caractère imprimé. La minuterie angulaire gère tous ces calculs automatiquement et s'ajustera automatiquement si le temps entre les deux impulsions du capteur change en raison du changement de vitesse de rotation. La position de l'aimant et du capteur Hall est indiquée sur la photo ci-jointe.

Étape 4: Accès à distance

Je voulais un moyen de modifier le texte affiché de manière dynamique et pas simplement en le codant en dur dans le code. J'ai choisi le BLE car il utilise une très petite quantité d'énergie et la puce utilisée RN4871 ne mesure que 9x11,5 mm.

Via BT link, il est possible de changer le texte d'affichage et sa couleur - rouge ou vert. Le niveau de la batterie peut également être surveillé pour savoir quand il est temps de remplacer les batteries. L'appareil peut être contrôlé via une application informatique programmée dans l'environnement de programmation graphique LabVIEW ou en utilisant des applications BLE pour smartphone disponibles gratuitement qui ont la capacité d'écrire directement dans les caractéristiques BLE sélectionnées d'un appareil connecté. Pour envoyer les informations d'un PC/smartphone à l'appareil, j'ai utilisé un service avec trois caractéristiques, chacune identifiée par un handle.

Étape 5: Application PC

Dans le coin supérieur gauche, nous avons des commandes pour démarrer l'application serveur National Instruments BLE. Il s'agit d'une application en ligne de commande de NI qui crée un pont entre le module BLE sur un ordinateur et LabVIEW. Il utilise le protocole HTTP pour communiquer. La raison de l'utilisation de cette application est que LabVIEW ne prend en charge nativement que Bluetooth Classic et non BLE.

Une fois la connexion réussie, l'adresse MAC d'un appareil connecté s'affiche à droite et cette partie n'est plus grisée. Là, nous pouvons définir les graphiques en mouvement et sa couleur ou simplement envoyer un motif pour allumer ou éteindre les LED lorsque l'appareil ne tourne pas, je l'ai utilisé à des fins de test.

Étape 6: Police

La police de l'alphabet anglais a été générée à l'aide d'un logiciel disponible gratuitement "The Dot Factory", mais j'ai dû apporter quelques modifications avant de la télécharger sur le microcontrôleur.

La raison en est la disposition du PCB qui n'est "pas en ordre", ce qui signifie que la sortie 0 du pilote LED n'est peut-être pas connectée à la LED 0 sur le PCB, OUT 1 n'est pas connectée à la LED 1 mais plutôt à la LED15 par exemple, et etc. L'autre raison est que le logiciel n'est autorisé à générer que des polices 2x8 bits, mais l'appareil dispose de 16 LED pour chaque couleur, j'avais donc besoin d'une police de 16 bits. et les combiner en une valeur de 16 bits. Pour cette raison, j'ai développé une application distincte dans LabVIEW qui prend la police générée dans "The Dot Factory" comme entrée et la transforme pour répondre aux besoins de ce projet. Étant donné que les dispositions des circuits imprimés à LED rouge et verte sont différentes, j'ai dû utiliser deux polices. La sortie de la police verte est illustrée dans l'image ci-dessous.

Étape 7: Jig de programmation

Sur la photo, vous pouvez voir le gabarit de programmation qui a été utilisé pour programmer l'appareil.

Étant donné qu'après chaque programmation, je dois prendre l'appareil et le faire tourner pour voir les changements, je ne voulais pas utiliser d'en-têtes de programmation standard ou simplement souder les fils de programmation. J'ai utilisé des broches Pogo qui ont un petit ressort à l'intérieur afin qu'elles s'adaptent très étroitement aux vias du PCB. En utilisant cette configuration, je suis capable de programmer le microcontrôleur très rapidement et je n'ai pas à me soucier de la programmation des fils ou de la soudure restante après avoir dessoudé ces fils.

Étape 8: Conclusion

Pour résumer, je voudrais souligner qu'en utilisant le périphérique Angul Timer, j'ai réussi à obtenir un périphérique POV qui ne dépend pas de la vitesse de rotation, de sorte que la qualité des graphiques affichés reste la même à des vitesses plus élevées et plus basses.

Grâce à une conception soignée, il a été réussi à mettre en œuvre une solution à faible consommation d'énergie qui prolongera la durée de vie des batteries. En ce qui concerne les inconvénients de ce projet, je tiens à souligner qu'il n'y a aucun moyen de charger les batteries usagées, donc le remplacement de la batterie de temps en temps est nécessaire. Les piles sans nom du magasin local ont duré environ 1 mois avec une utilisation quotidienne. Utilisations: Cet appareil peut être utilisé à diverses fins promotionnelles ou comme support pédagogique dans les cours d'électrotechnique ou de physique par exemple. Il peut également être utilisé comme aide thérapeutique pour augmenter l'attention des personnes souffrant de trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité (TDAH) ou de symptômes d'anxiété calme.

Premier prix du PCB Design Challenge