Студенты программы "Микроконтроллерные устройства" презентовали светодиодный шар

Новогоднее настроение ещё витает в воздухе, а мы в Noosphere Engineering School уже составляем планы на 2016 год! И один из пунктов списка – чаще знакомить подписчиков с разработками наших студентов.

Сегодня речь пойдет о светодиодном шаре, проекте Алексея Квасникова и Сергея Тищенко, студентов лаборатории Робототехники и электроники, программы "Микроконтроллерные устройства".

Принцип работы "магического шара" основан на способности человеческого глаза соединять быстро сменяющиеся изображения в одно – неподвижное. Человек воспринимает изображение благодаря инерции зрения и созерцает картинку, которая появляется вследствие активной работы крутящегося элемента – шара.

Шар может использоваться на презентациях, выставках и конференциях – там, где необходимо визуализировать логотип, рекламный слоган. Но ребята пока не ставили перед собой цель массового производства. Они сделали свой проект специально для Noosphere. 

Ребята, как появилась идея создать светодиодный шар?

Леша: Идея появилась в стенах Noosphere Engineering School. Сначала нас обучили работе с микроконтроллерами. Потом нужно было применить знания на практике. И мы задумались, какой проект лучше сделать. Решение было нелегким, самой заманчивой оказалась перспектива создать проект с использованием светодиодов. Ведь он затрагивает много разных аспектов разработки: программирование микроконтроллеров, электронику, механику.

Расскажите о своей команде. Как распределили обязанности? Кто вам помогал в разработке устройства?

Сережа: В команде разработчиков мы вдвоем. Обязанности у нас четко распределены. Я писал программу для глобуса, а Лёша делал механику и электронику.

Леша: Нам помогают менторы школы Михаил Фесенко и Игорь Владимирович Гомилко. Миша больше помогал по механике и электронике, а Игорь – по программированию.

Сколько времени прошло от идеи до ее реализации?

Леша: В марте 2015 года мы вышли на старт и к декабрю этого же года сделали полностью рабочий прототип. Это 8 месяцев.

Как проходили рабочие будни? Сколько времени уделяли проекту?

Серёжа: По-разному. Работали над проектом как дома, так и в Инжиниринговой школе. Иногда мы неделями не появлялись в Noosphere: делали проект дома, когда для работы был нужен только компьютер. Бывали периоды, когда мы приходили в школу утром, а уходили после 22:00. Когда вы увлечены идеей, время летит незаметно.

Выделите ключевые этапы разработки продукта.

На пути к работающему прототипу мы прошли 5 основных этапов:

1. Идея, ее презентация менторам школы, утверждение;

2. Разработка cофта, закупка деталей;

3. Разработка электроники;

4. Разработка механики;

5. Отладка прототипа.

Каждый этап достаточно трудоемкий, но больше усилий мы приложили на стадии разработки механики. Ее переделывали 7 раз.

Изначально планировали сделать все детали пластмассовыми и напечатали их на 3D принтере. Первые несколько раз даже не получалось собрать их воедино, потому что принтер выдавал результат с неточностями.

После того, как удалось напечатать механизм правильно, мы столкнулись с очередной проблемой. Вращающий механизм в процессе работы нагревался, пластмасса плавилась и конструкция ломалась. Это была третья (из семи) версия экспериментов с механикой.

В итоге мы пришли к конструкции из металла. Из него выполнена каждая деталь, которая нагревается в процессе работы. На 3D принтере напечатали только корпус. 

Опишите механизм: из чего он состоит и как работает?

Сережа: Комплекс состоит из программного обеспечения, светодиодов, драйвера светодиодов, микросхемы, которая управляет мощностью свечения каждого из каналов светодиодов. И микроконтроллера, который «командует» всем устройством. Каждый светодиод – это 3 цвета: зелёный, красный, синий. Комбинируя их в разных пропорциях, можно получить любой цвет.

Для того, чтобы понять принцип действия, сначала нужно объяснить, что такое изображение и как мы его видим. Изображение – это двухмерная матрица точек. Мы издали смотрим на эту матрицу и видим целостное изображение.

В традиционных экранах есть заданная матрица с параметрами высоты и ширины, а у нас есть только один столбец, который постоянно перемещается. Чтобы нам построить картинку, нужно первый столбец засветить, переместить, второй столбец засветить и т.д. Таким образом, в пространстве последовательно рисуются столбцы пикселей, и мы видим картинку.

Какие «фишки» проекта?

Сережа: Главная особенность и в том числе конкурентное преимущество проекта – это то, что устройством можно управлять через компьютер или смартфон с помощью Wi-Fi. Например, регулировать яркость изображения, менять картинку;

Изображения, записанные на флешку в формате bmp, можно показывать на глобусе и менять в считанные секунды.

Картинка, которая появляется перед зрителями, может состоять из двух элементов: первый из них – цилиндр, на котором удобно показывать текстовую информацию. Второй элемент – это сфера, на которой можно отображать фоновые изображения. Так как цилиндрическая поверхность немного выступает над сферической, это даёт возможность показывать одну картинку, «парящую» над другой.

Необходимые размеры картинок: для цилиндра – 25 px в высоту и 70 px в ширину, для сферы – 75 px в высоту и 120 px в ширину.

С помощью шара мы на презентации проекта в Инжиниринговой школе демонстрировали флаг и герб Украины, а также надпись «Слава труду».

Кроме шара, какую форму продукта можно сделать?

Леша: Изготовить можно любую форму, только при одном условии – она должна быть симметричной. Ведь мы имеем дело с вращающимся механизмом. Например, можем сделать ель, символ Нового года.

Изготовление новой формы займет гораздо больше времени, чем просто смена картинки. В этом случае нужно изготовить плату со светодиодами с нуля.

Какая стоимость компонентов и готового продукта, не учитывая работу?

Леша: Себестоимость прототипа обошлась примерно 5000 грн. Но если делать повторно, без «проб и ошибок», стоимость будет меньше где-то на четверть суммы.

В чем уникальность вашего изобретения?

Лёша: Эта идея не абсолютно новая, в интернете можно найти похожее. Но то, что сделали мы, ещё в СНГ никто не делал. У нас есть дополнительные «плюшечки»:

1. Трёхцветные светодиоды;

2. Управление через wi-fi;

3. Работа напрямую с растровыми изображениями, которые расположены на флешке, а не жёстко зашитые в микроконтроллер картинки.

Все подобные проекты, сделанные до нас, проигрывали в важном нюансе: для того, чтобы продемонстрировать новое изображение, нужно было переделывать программу. А в нашем устройстве мы просто копируем картинку на флешку – и шар ее сразу же демонстрирует. Пользователю не нужно знать программирование, чтобы заменить изображение.

Вы уже задумывались, какая область применения светодиодного шара?

Серёжа: Мы его планировали делать в единичном экземпляре для Noosphere Engineering School как уникальный продукт. У нас изначально была идея сделать что-то полезное для Noosphere: Noosphere даёт что-то нам, мы делаем что-то для Noosphere.

По поводу дальнейшего применения, глобус можно в городе поставить, сделать большую рекламу и выводить на нее заданные изображения. Думаю, этим бы заинтересовались.

Это уникальная реклама. Есть светодиодные экраны, есть просто биллборды. А это интерактивный шар.

Но для такого заказа придётся переработать механику и электронику, усовершенствовать ее.

Кем вы видите себя в будущем? Через 10 лет.

Леша: Я хочу продолжать и дальше развиваться в области электроники и низкоуровневого программирования. Есть очень много направлений на этом пути. Чем больше я в это углубляюсь, тем больше возникает вопросов.

Также у меня есть мечта основать свой hardware-стартап.

Сережа: Я думаю тоже развиваться в этом направлении, делать архитектуру каких-то решений. Если возникла в чём-то потребность, разработать систему… у нас сейчас актуальны военные системы, инновационные решения, которые нужны людям. Хочу работать инженером, на стыке между железом и софтом.

Желаем Сергею и Алексею осуществить задуманное! Благодарим наших менторов, которые помогают ребятам приблизиться к профессиональным целям!