Was sagt Ihr Fidget Spinner?

Die Persistence of Vision (POV) optische Täuschung ist heutzutage bei billigen Spielzeugen weit verbreitet, aber wie cool wäre es, ein eigenes programmierbares POV-Forum zu haben? Der deutsche Elektronikstudent [Matej] hat glücklicherweise einen Open-Source-Fidget-Spinner mit einer vollständig anpassbaren POV-Anzeige entwickelt, mit der Sie alle Gedanken teilen können, die Sie Ihren Fidget-Spinner-Freunden mitteilen möchten.

Dank einer Lösung, die den Drehwinkel verfolgt, sind die angezeigten Grafiken nicht auf die Rotationsgeschwindigkeit angewiesen. Im Gegensatz zu POV-Geräten zeigt der POV-Fidget-Spinner bei höheren und niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten die gleichen Grafiken an, was nützlich ist, wenn man bedenkt, dass der Fidget-Spinner nicht automatisch für jeden Benutzer mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit dreht. Im Gegensatz zu POV-Lüftern oder Uhren ist auch keine konstante Geschwindigkeit erforderlich, damit das Bild korrekt angezeigt wird.

Das Projekt verwendet einen verbesserten Mikrocontroller PIC 16F1619 von Microchip für den Kern, der über ein integriertes Angular Time-Peripheriegerät mit einem omnipolaren Hall-Sensor (DRV5033) und einem Magneten verfügt, um den aktuellen Drehwinkel zu verfolgen. Der Hall-Sensor erzeugt jedes Mal einen Impuls, wenn ein Magnet ihn passiert (alle 360°), während der Winkeltimer 180 Impulse pro Umdrehung (alle 2°) erzeugt. Dadurch entstehen Spaltengrößen von 2° für die gedruckten Zeichen. Der Angular Timer verarbeitet Änderungen automatisch, wenn sich die Zeit zwischen den beiden Sensorimpulsen aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit ändert.

Die Grafiken werden mit 32 LEDs (16 grün, 16 rot) mit einem Nennstrom von 1 mA angezeigt, die von zwei 16-Kanal-Konstantstrom-Schieberegistertreibern (TLC59282) angesteuert werden, die miteinander verkettet sind. [Matej] nutzte die kostenlose Software „The Dot Factory“ zum Generieren der Buchstaben, allerdings mussten einige Anpassungen vorgenommen werden, um die Reihenfolge der LEDs auf dem PCB-Layout zu berücksichtigen (einige Bits wurden verschoben und die Schriftart musste geändert werden). 16 Bit hoch statt 8 Bit hoch sein).

Für den Fernzugriff auf das Gerät kommuniziert ein Bluetooth Low Energy-Modul (RN4871) über eine UART-Schnittstelle mit den Mikrocontrollern, auf die über eine LabVIEW-PC-Anwendung oder eine Smartphone-BLE-Anwendung zugegriffen werden kann.

[Matej] nutzt eine clevere Lösung, um den Zugriff auf die Stromversorgung über nur eine kapazitive Touch-Taste zu ermöglichen. Ein kapazitiver IC (PCF8883), der unter der Lötmaske der Leiterplatte eingebettet ist, steuert die Stromversorgung des Geräts. Das Ergebnis des kapazitiven IC wird zusammen mit einem Signal von der MCU dem ODER-Logikgatter (BU4S71G2) zugeführt und der Ausgang wird mit dem Enable-Pin eines Abwärtswandlers (TPS62745) verbunden. Die Taste kann auch zum Wechseln zwischen den Betriebsmodi (nur Einschalten des Bluetooth-Radios oder anderer Komponenten) verwendet werden, wenn Energieeinsparung erforderlich ist.

Beim Bau eines winzigen POV-Spielzeugs wie einem Fidget Spinner ist ein niedriger Energieverbrauch definitiv eine Notwendigkeit. Ein Abwärtswandler wird verwendet, um die 6 V Nennspannung der Batterien in eine 3,3 V-Quelle umzuwandeln. Die TPS62745-Komponente wurde aufgrund ihrer Effizienz bei leichten Lasten, niedrigem Ruhestrom, Betrieb mit einer winzigen 4,7uH-Spule, einem integrierten Eingangsspannungsschalter zur Messung der Batteriekapazität bei minimalem Stromverbrauch und einer vom Benutzer um vier wählbaren Ausgangsspannung ausgewählt Eingänge anstelle von Rückkopplungswiderständen, wodurch die Stückliste reduziert wird. Das Gerät geht nach 5 Minuten Inaktivität in den Ruhezustand und reduziert so den Stromverbrauch auf weniger als 7 uA.

Es ist interessant festzustellen, dass die erste Inspiration für [Matej] ein ähnlicher Fidget Spinner war, den Microchip auf der Embedded World Fair in Nürnberg, Deutschland, verschenkte, wo sie das Angular Timer-Peripheriegerät für ihre MCUs der PIC16-Serie vorführten. Man kann ziemlich einfach sagen, dass die resultierenden Geräte abgesehen von der MCU und dem BLE-Modul einander überhaupt nicht ähneln.