Студенти програми "Мікроконтролерні пристрої" презентували світлодіодну кулю

Новорічний настрій ще витає в повітрі, а ми в Noosphere Engineering School вже складаємо плани на 2016 рік! І один з пунктів списку - частіше знайомити передплатників з розробками наших студентів.

Сьогодні мова піде про світлодіодну кулю, проєкт Олексія Квасникова і Сергія Тищенка, студентів лабораторії Робототехники і електроніки, програми "Мікроконтролерні пристрої".

Принцип роботи "магічної кулі" заснований на здатності людського ока з'єднувати швидко змінювані зображення в одне - нерухоме. Людина сприймає зображення завдяки інерції зору і споглядає картинку, яка з'являється внаслідок активної роботи крутного елемента - кулі.

Куля може використовуватися на презентаціях, виставках і конференціях - там, де необхідно візуалізувати логотип, рекламний слоган. Але хлопці поки не ставили перед собою мету масового виробництва. Вони зробили свій проєкт спеціально для Noosphere.

Хлопці, як з'явилася ідея створити світлодіодну кулю?

Льоша: Ідея з'явилася в стінах Noosphere Engineering School. Спочатку нас навчили роботі з мікроконтролерами. Потім потрібно було застосувати знання на практиці. І ми задумалися, який проєкт краще зробити. Рішення було нелегким, самою привабливою виявилася перспектива створити проєкт з використанням світлодіодів. Адже він зачіпає багато різних аспектів розробки: програмування мікроконтролерів, електроніку, механіку.

Розкажіть про свою команду. Як розподілили обов'язки? Хто вам допомагав у розробці пристрою?

Сергій: У команді розробників ми вдвох. Обов'язки у нас чітко розподілені. Я писав програму для глобуса, а Льоша робив механіку і електроніку.

Льоша: Нам допомагають ментори школи Михайло Фесенко та Ігор Володимирович Гомілко. Міша більше допомагав по механіці і електроніці, а Ігор - по програмуванню.

Скільки часу пройшло від ідеї до її реалізації?

Льоша: У березні 2015 року ми вийшли на старт і до грудня цього ж року зробили повністю робочий прототип. Це 8 місяців.

Як проходили робочі будні? Скільки часу приділяли проєкту?

Сергій: По-різному. Працювали над проєктом як вдома, так і в Інжинірингової школі. Іноді ми тижнями не з'являлися в Noosphere: робили проєкт будинку, коли для роботи був потрібен лише комп'ютер. Бували періоди, коли ми приходили в школу вранці, а йшли після 22:00. Коли ви захоплені ідеєю, час летить непомітно.

Виділіть ключові етапи розробки продукту.

На шляху до працюючого прототипу ми пройшли 5 основних етапів:

1. Ідея, її презентація Ментором школи, утвердження;

2. Розробка Cофт, закупівля деталей;

3. Розробка електроніки;

4. Розробка механіки;

5. Налагодження прототипу.

Кожен етап досить трудомісткий, але більше зусиль ми доклали на стадії розробки механіки. Її переробляли 7 разів.

Спочатку планували зробити всі деталі пластмасовими і надрукували їх на 3D принтері. Перші кілька разів навіть не виходило зібрати їх воєдино, тому що принтер видавав результат з неточностями.

Після того, як вдалося надрукувати механізм правильно, ми зіткнулися з черговою проблемою. Момент, що обертає механізм в процесі роботи нагрівався, пластмаса плавилася і конструкція ламалася. Це була третя (з семи) версія експериментів з механікою.

У підсумку ми прийшли до конструкції з металу. З нього виконана кожна деталь, яка нагрівається в процесі роботи. На 3D принтері надрукували тільки корпус.

Опишіть механізм: з чого він складається і як працює?

Сергій: Комплекс складається з програмного забезпечення, світлодіодів, драйвера світлодіодів, мікросхеми, яка управляє потужністю світіння кожного з каналів світлодіодів. І мікроконтролера, який «командує» всім пристроєм. Кожен світлодіод - це 3 кольори: зелений, червоний, синій. Комбінуючи їх в різних пропорціях, можна отримати будь-який колір.

Для того, щоб зрозуміти принцип дії, спочатку потрібно пояснити, що таке зображення і як ми його бачимо. Зображення - це двомірна матриця точок. Ми дивимося на цю матрицю і бачимо цілісне зображення.

У традиційних екранах є задана матриця з параметрами висоти і ширини, а у нас є тільки один стовпець, який постійно переміщується. Щоб нам побудувати картинку, потрібно перший стовпець засвітити, перемістити, другий стовпець засвітити і т.д. Таким чином, в просторі послідовно малюються стовпці пікселів, і ми бачимо картинку.

Які «фішки» проєкту?

Сергій: Головна особливість і в тому числі конкурентна перевага проєкту - це те, що пристроєм можна керувати через комп'ютер або смартфон за допомогою Wi-Fi. Наприклад, регулювати яскравість зображення, змінювати картинку;

Зображення, записані на флешку в форматі bmp, можна показувати на глобусі і міняти в лічені секунди.

Картинка, яка з'являється перед глядачами, може складатися з двох елементів: перший з них - циліндр, на якому зручно показувати текстову інформацію. Другий елемент - це сфера, на якій можна відображати фонові зображення. Так як циліндрична поверхня трохи виступає над сферичної, це дає можливість показувати одну картинку, яка «парить» над іншою.

Необхідні розміри картинок: для циліндра - 25 px у висоту і 70 px в ширину, для сфери - 75 px у висоту і 120 px в ширину.
За допомогою кулі ми на презентації проєкту в Інжинірингової школі демонстрували прапор і герб України, а також напис «Слава труду».

Крім кулі, яку форму продукту можна зробити?

Льоша: Виготовити можна будь-яку форму, тільки за однієї умови - вона повинна бути симетричною. Адже ми маємо справу з обертовим механізмом. Наприклад, можемо зробити ялинку, символ Нового року.

Виготовлення нової форми займе набагато більше часу, ніж просто зміна картинки. В цьому випадку потрібно виготовити плату зі світлодіодами з нуля.

Яка вартість компонентів і готового продукту, не враховуючи роботу?

Льоша: Собівартість прототипу обійшлася приблизно 5000 грн. Але якщо робити повторно, без «проб і помилок», вартість буде менше десь на чверть суми.

У чому унікальність вашого винаходу?

Льоша: Ця ідея не абсолютно нова, в інтернеті можна знайти схоже. Але те, що зробили ми, ще в СНД ніхто не робив. У нас є додаткові «плюшечкі»:

1. Трибарвні світлодіоди;

2. Управління через wi-fi;

3. Робота безпосередньо з растровими зображеннями, які розташовані на флешці, а не жорстко зашиті в мікроконтролер картинки.

Всі подібні проєкти, зроблені до нас, програвали в важливому нюансі: для того, щоб продемонструвати нове зображення, потрібно було переробляти програму. А в нашому пристрої ми просто копіюємо картинку на флешку - і куля її відразу ж демонструє. Користувачеві не потрібно знати програмування, щоб замінити зображення.

Ви вже замислювалися, яка область застосування світлодіодного кулі?

Сергій: Ми його планували робити в одиничному екземплярі для Noosphere Engineering School як унікальний продукт. У нас спочатку була ідея зробити щось корисне для Noosphere: Noosphere дає щось нам, ми робимо щось для Noosphere.

З приводу подальшого застосування, глобус можна в місті поставити, зробити велику рекламу і виводити на неї задані зображення. Думаю, цим би зацікавилися.

Це унікальна реклама. Є світлодіодні екрани, є просто білборди. А це інтерактивна куля.

Але для такого замовлення доведеться переробити механіку і електроніку, вдосконалити її.

Ким ви бачите себе в майбутньому? Через 10 років.

Льоша: Я хочу продовжувати і далі розвиватися в області електроніки і низковірневого програмування. Є дуже багато напрямків на цьому шляху. Чим більше я в це заглиблююсь, тим більше виникає питань.

Також у мене є мрія заснувати свій hardware-стартап.

Сергій: Я думаю теж розвиватися в цьому напрямку, робити архітектуру якихось рішень. Якщо виникла в чомусь потреба, розробити систему ... у нас зараз є актуальними військові системи, інноваційні рішення, які потрібні людям. Хочу працювати інженером, на стику між залізом і софтом.
Бажаємо Сергію і Олексію здійснити задумане! Дякуємо нашим менторам, які допомагають дітям наблизитися до професійних цілей!