Устройство отображения информации при помощи синхронизации скорости вращения и бликов светодиодов

1. Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профес

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР)
Факультет вычислительных систем (ФВС)
Кафедра моделирования и системного анализа (МиСА)
«УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПОМОЩИ СИНХРОНИЗАЦИИ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
И БЛИКОВ СВЕТОДИОДОВ»
Диссертация на соискание степени
магистра
Студент гр. 555-М2
Д.В. Долбня
Научный руководитель:
Доцент каф. МиСА,
к.т.н. В.Г. Баранник
Томск 2017

2. Актуальность

В настоящее время в мире рекламы стали
широко использоваться светодиоды, создаются
рекламные баннеры со светящимися экранами,
бегущие строки. Но очень мало 3D рекламы, и
либо она стоит очень больших денег, либо нет
возможности редактировать 3D изображение.
Использование светодиодной
трехмерной
графики в рекламе придаст прирост покупателей
организациям, что быстро оправдает и так вполне
недорогой проект.
2

3. 2D реклама

3

4. 3D реклама

4

5. Цели и задачи

Целью является создание устройства отображения
информации на вращательной рамке, реализовывать
программу
на
Arduino
,
ориентированную
на
конечного пользователя.
Задачами являются:
1.Составить и проанализировать алгоритм
зажжения светодиодов при помощи ArduinoMega
2560;
2.Проиктирование и сборка устройства , с целью
отображения трехмерного изображения;
3.Программирование изображений на языке C++.
5

6. Устройство отображения информации на вращательной рамке

В данном проекте используется так называемый POV
(Persistence Of Vision)-эффект или эффект персистенции.
Эффект основан на возможности нашего мозга и глаз
соединять в одно изображение быстро меняющиеся
(движущиеся или мерцающие) картинки. К примеру на
этом основан эффект кинематографа.
6

7. Изготовление источника питания

Изготовления вращающегося трансформатора.
Берем вентилятор от компьютера. Места соединения
лопастей с ротором обрабатываем напильником и мелкой
наждачной
бумагой,
чтобы
получилась
ровная
поверхность. Сверху ротора сверлим три отверстия
диаметром 3,2 мм. Через эти отверстия будем соединять
ротор с платой управления. Далее мотаем вторичную
обмотку. Обмотку мотаем виток к витку, периодически
пропитывая лаком, чтобы витки не сползали.
7

8. Изготовление источника питания

Далее вставляем ротор на место, а
сверху надеваем получившийся каркас
с обмоткой. Трансформатор готов.
Зазор должен быть примерно 2 мм.
8

9. Схема устройства

Схема устройства не сложная и содержит три
основных компонента: преобразователь 7805 в
источнике питания, микроконтроллер ATmega 2560,
регистр 374 для управления светодиодами ,
инфракрасный - диод и фототранзистор для
отслеживания нулевой точки.
9

10. Управления светодиодами

В ATmega 2560 использована 8-бит
шина данных с 2 линиями управления
374, которые включают или выключают
светодиоды, в зависимости от пришедших
данных. При данном схемотехническом
решении в один момент времени
возможно управление только одной
микросхемой 374, поэтому светодиоды
загораются не со 100% синхронностью.
10

11. Расчет таймингов

Для того, чтобы в определенном положении отображать
соответствующие данные, мы должны очень точно рассчитать все
тайминги и задержки. К счастью, контроллер содержит встроенный
таймер, который мы и будем использовать.
Частота вращения вентилятора = 3800 об/мин
Найдем частоту вращения в секунду 3800/60 = 63.3 об/сек.
1 полный круг = 1/63 = 0.01секунд
1° вращения = 0.01360 = 0.00004 секунд
Частота выполнения инструкции 40 МГц/4 = 10 МГц
Инструкций на 1° вращения = 43.86 мкс*10=438.6
Получается 438 инструкций на каждый 1° вращения
Зная частоту вращения вентилятора, мы можем найти время
для поворота на 1°.
Устройство будет работать даже при низкой частоте
вращения вентилятора (2000 об/мин) , но будет сильно мерцать.
10

12. Отслеживание нулевой позиции

Для того, чтобы проект был более точен в отображении
картинки, нужно использовать контроль нулевой точки при
помощи инфракрасного - светодиода и фототранзистора. После
того, как точка 0° пройдена, изображение сбрасывается и
начинается новый цикл. Когда инфракрасный - светодиод
включен, фототранзистор детектирует излучение и выключает
красный светодиод. Такой же принцип и используется в
проекте для обнаружения нулевой позиции.
12

13. Сборка устройства

1. Сверлим отверстия в плате и закрепляем ее.
2.Обрезаем плату до нужных размеров
13

14. Сборка устройства

3. Устанавливаем все детали на плату
После того как все детали были
установлены, одна сторона стала тяжелее.
Чтобы было равновесие, пришлось установить
противовесы на второй стороне.
14

15. Заключение

В данной работе был изучен алгоритм зажжения
светодиодов и построено устройство отображения
трехмерной графики. Для достижения поставленной
цели удалось разобрать принцип работы устройства,
методы пайки, основан метод программированияC++
на Arduino, в результате чего получено:
Построен алгоритм зажжения светодиодов;
Собрано устройство на вращательной рамке со
всеми комплектующими;
Написана программа управления на языке C++ ;
Произведено
подключение
управляющей
программы и произведены испытания конструкции.
15

16. Перспективы развития

В дальнейшем планируется:
Усовершенствование
устройства,
разработка
алгоритма
передачи
информации
по
беспроводным сетям.
Удешевление затрат на производство.
16

17. Проверка устройства

17

18.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
18