Developer blog / Software

Amikor a jelvényt faragtam még nem merült fel bennem, hogy elektronikát is rakjak bele. Aztán elkezdtem mélyebben foglalkozni az Arduino-val és ekkor született az ötlet, hogy ebből simán meg lehetne csinálni, ráadásul egészen kicsiben. A cél, hogy az elektronikát hangszóróval és elemmel együtt belesűrítsem a jelvénybe, és ha a viselője „megnyomja“, akkor csipogjon, akár csak a filmben.

DS9-Voyager komjelvény

A korábban kifaragott DS9-Voyager korszakbéli komjelvény.

Mikrovezérlő

A projekthez egy ATtiny85 mikrovezérlőt használtam fel, ennek az üzemi feszültsége 2,7 - 5,5 Volt, így tökéletesen alkalmas arra, hogy egy lítiumos gombelemről járassam, és mindössze 8 lába van, így rendkívül kicsi, még DIP tokozásban is.

kapcsolási rajz

A teljes kapcsolási rajz.

A kapcsoló

A filmben a jelvények műanyagból voltak és a hangot utólag keverték alá. Az én megoldásomnál a jelvény alumíniumból van, és noha az arany része itt is festve van, az ezüstös részén meghagytam csupaszon, hogy valódi fémes hatása legyen. Ebből kiindulva született az ötlet: érintés érzékelő! Legegyszerűbb esetben egyetlen bemenet kellene egy MΩ-os felhúzóellenállással, és mivel az emberi test ellenállása ennél jóval kisebb, ha hozzáér, azzal a földre köti. Ez viszont csak közös földpotenciál esetén működik.

Erre találtam meg Paul Badger kapacitív érzékelős library-ját. Itt egészen más irányból közelíti meg a problémát, egy soros RC kört épít, ahol a két tag között van az érzékelő, és ha bárki belenyúl ebbe a rendszerbe, növeli annak a kapacitását, így az időállandó – ami a kondenzátor feltöltődési illetve kisülési ideje – meghosszabbodik. Ezt az időt mérve el tudjuk dönteni, hogy „meg lett-e nyomva“ a gomb.

Ehhez az Arduino két lábára lesz szükség, az adó lábon (2-es láb a kapcsolási rajzon) megváltozik a jelszint, a vevő lábon (3-as) pedig várja, hogy az mikor kerül azonos állapotba az adóval. A két lábat egy nagy értékű ellenállás (100 kΩ - 50 MΩ) köti össze, a vevő lábról egy 100 pF körüli kondenzátor megy a föld felé, és ide csatlakozik az érzékelő, ami jelen esetben a jelvény csupasz alumínium felülete.

A beépített védődiódák és az RC kör kondenzátora megvédik a mikrovezérlőt az érintés során az esetleges statikus kisülésektől.

 Első prototípus bemutató, alumínium érintkezővel.

Hanglejátszás

A hangszórót egy PWM (Pulse Width Modulation) jellel hajtja meg. Ez egy változtatható kitöltési tényezőjű négyszögjelet generál 8 bites bontásban, ami nullán végig alacsony jelet ad, felénél egyenletes a kitöltés, 255-nél pedig végig magas a jel. Erre egy az egyben ráküldhető egy 8 bites hang épp aktuális mintája, amiket egy a program memóriában tárolt tömbből olvas ki, és ezzel nagyjából fel is éli az ATtiny 8 kilobájtos tárterületét.

A kimenet persze nem analóg jel lesz, hanem egy azt nagyjából közelítő digitális jel; ezt finomíthatjuk egy aluláteresztő szűrővel, de enélkül is kielégítő eredményt ad, úgyhogy ezt elvetettem, mert csak plusz alkatrész lett volna.

Ez viszont felvet egy másik problémát: mivel az alap állapot az 50%-nál nem egy nyugalmi állapot, ezért alapjáraton is lesz fogyasztása. Erre a megoldás, ha alapjáraton nullára tesszük a kimenetet. Ha ez hirtelen történik, egy kattanás fog hallatszani, ezért kell egy rámpa, ahol az 50%-os értékről szép lassan leúszik nullára, illetve a következő lejátszás elején nulláról vissza 50%-ra. Ennek az ideje legalább 12,5 ezredmásodperc kell legyen, hogy az ezáltal generált hang 20 Hz alatt maradjon, amit az emberi fül már nem hall.

Hangszórónak a kis méret miatt egy kikukázott mobiltelefon hangszóróját használtam fel. Mivel tekercset nem illik finom elektronikára kötni, mert visszaindukál, egy NPN tranzisztorral vezéreltem meg. Ennek a típusa jelen esetben lehet egy úgynevezett „mindegy” típusú (pl. BC338).

második prototípus

A második prototípus. Ez csupán egy kompaktabb változata az elsőnek, ezt még nem a jelvényhez méreteztem. A képen egy CR2032 lítiumos gombelemről megy.

Fogyasztás

A mikrovezérlő órajelét a beépített 8 MHz-es oszcillátor adja. Alapjáraton ezt az órajel előosztó 64-el leosztja, így valójában 125 Hz-en fut, és a szenzor minden mintavétele között alvó módba vált, amiből egy watchdog timer kelti fel 128 ms után, ezzel minimalizálva amennyire csak lehetséges az alapjárati fogyasztást. Hanglejátszás alatt kikapcsolja az előosztót és teljes sebességgel megy.

Az eszköz fogyasztása így alapjáraton körülbelül ~5 μA, lejátszás közben pedig ~4 mA. Ezzel elméletben napokig is kibírja egy gombelemről.

Tokozás és összeszerelés

Jelenleg csak prototípusként létezik az elektronika, jó nagyban, ugyanis még nem sikerült kitalálnom, hogy miként férhetne bele a jelvénybe. A legkisebb lítiumos gombelem amit találtam 12,5 mm átmérőjű és 2 mm vastag, ami még így is hatalmas, ráadásul könnyedén cserélhetőnek kell lennie. Meg aztán ott van hangszóró is. Az arduino és a többi alkatrész lehet SMD.

Eddig még a leginkább megvalósítható ötletem az, hogy az elemet kivezetném a hátán, át a ruhán, és akkor a ruha alatt a vezetéket már el lehet vezetni akárhova.

Jövőbeli fejlesztési lehetőségek

  • Az órajelnek lehet, hogy elég lenne a beépített 1 MHz-es oszcillátort használni, elvégre a hangeffekt mintavételi rátája csak 15 kHz. Ezzel szignifikánsan leesne a fogyasztás, mivel az nagyjából exponenciálisan arányos az órajel frekvenciával.
  • Potenciométerrel állítani a kapacitív érzékelő érzékenységét.
  • Megépíteni kisebbre.

Letöltés

A forráskódot szabadon rendelkezésre bocsájtom, lehet nyugodtan nézegetni, átírni, felhasználni saját projektre. Annyit kérek csak, hogy a forrásmegjelölés ne maradjon el, illetve a harmadik féltől származó kódoknak megvan a saját licenszük.

Forráskód letöltése:
http://vbstudio.hu/download/file/arduino_chirping_star_trek_combadge_v0.1.zip

Felhasznált források

Programming ATtiny85 with Arduino Uno
https://create.arduino.cc/projecthub/arjun/programming-attiny85-with-arduino-uno-afb829

PCM playback by Michael Smith
https://github.com/shatteredhaven/HauntedPumpkin/tree/master/damellis-PCM-ae3f463/damellis-PCM-ae3f463

Capacitive Sensing Arduino library by Paul Badger
http://playground.arduino.cc/Main/CapacitiveSensor

hu Megújult weboldal

November 19, 2016,Software

A sok-sok kézműves poszt mellett úgy tűnhet, hogy végleg felhagytam a szoftverekkel, de ne tévesszen meg senkit sem a látszat! Tény, hogy a munka mellett kevesebb időm van, és munkából hazajőve még kevesebb kedvem, elvégre bent is ugyanezt csinálom napi 8 órában, de ilyen könnyen nem adom fel.

Az utóbbi hetekben a weboldalamat írtam át Bootstrap keretrendszer alá, ehhez a teljes dizájnt újra kellett írni, úgy, hogy minden tartalom automatikusan igazodjon az éppen aktuális képernyő mérethez. Ennek eredményeként a weboldalam mostantól elérhető asztali gépről, tabletről és telefonról is egyaránt!

A következő, amit ezután csinálni fogok – nem, még mindig nem Codename Z, de jön az is – hogy a körmére nézek a mostani publikált munkáimnak és kijavítok pár dolgot amit már egy ideje tervezek, elvégre nem a mennyiség, hanem a minőség a fontos.

Már 3 éve annak, hogy utoljára jelentkeztem a Codename Z-vel kapcsolatban. Még 2013. márciusában raktam ki a legutolsó állapotát a játéknak, amit le is lehetett tölteni, és utána úgy tűnhetett, hogy ennyi volt, vége, nem lesz már belőle semmi, vaporware lett... de nem! Tény, hogy nem foglalkoztam vele évekig, mert az egyetemen bejött a szakirány és a féléves programokat írtam, meg a szakdolgozat projektet, vagy ha pedig épp nem azt, akkor arduino-ra fejlesztettem és ez gyakorlatilag felemésztette minden időmet, de ennek most vége, az egyetemmel kész vagyok, így a hozzátartozó projektekkel is, és most az elmúlt 2 hónapban szinte nonstop a Codename Z fejlesztésével voltam elfoglalva.

Az eddigi fontosabb újdonságok:

  • Lua script rendszer, amellyel bármilyen komplex működést le lehet kódolni a pályáknak.
  • Mentés, ezzel egyúttal megoldottá vált, hogy át lehessen járni pályák között, és vissza is lehessen térni régi helyekre. (A Lua kódot is menti, majd onnan folytatja)
  • Brutális render optimalizáció, modern Intel processzorokon 40-90 frame/sec-el is elfut (és ez még nem a vége!).
  • Teljes joystic támogatás, lehet gamepad-al is játszani, ha valakinek ez a szíve vágya.
  • A falak rajzolása teljesen újra lett gondolva, a szerkesztőn belül voxelenként megrajzolhatóak az egyes csempék.

...na meg hát nagyjából a fél programot újraírtam, csak azok semmi említésre méltó újdonságot nem hoztak be, de a jövőbeli frissítéseket megalapozták. Inkább ezekkel ment el az idő java része, úgyhogy ezért tűnhet még úgy, hogy nincs olyan sok újdonság.

Ez egyelőre még az alpha verzió, de közeleg a béta, aminél már publikálni fogom a pályatervezőt is. Az lenne az ötlet, hogy bárki tudjon pályákat csinálni hozzá és remekül moddolható legyen. Az alap sztory kampányra is ez az elképzelésem, hogy alapvetően outsource-olom minél több embernek a pályák elkészítésének a feladatát, így azok igazán változatosak és kreatívak lesznek (elvégre ezen áll vagy bukik az egész, nem az engine-en).

Na és a lényeg, egy kis demó!

LED szalag vezérlőAz előző dobozolt változatban csak próba nyák volt, és az egész inkább prototípus volt, mint sem kész termék. Ezt most rendesen nyomtatott áramkörrel csináltam meg, és kijavítottam pár hiányosságot is, ami a gyakorlati tesztelés során merült fel, szoftver és hardver területen egyaránt. 4 példány készül most belőle, és ha van igény, továbbiak jöhetnek.

A nyomtatott áramkört noha „nyomtatottnak” hívják, ezt is kézzel rajzoltam, mint a korábbiakat, de nem is ez a lényeg, hanem hogy ezáltal hogy az alkatrészek közti összeköttetések vezetékek helyett a panel felületén futnak, így bírja a rázkódást, aminek főként szállítás közben lehet kitéve.

Ami újdonság az előző verzióhoz képest:

  • A programok végigléptetésére most már két gomb van, mindkettő saját indikátor LED-el. Erre azért volt szükség, hogy az aktív (zenére reagáló) és passzív programokat külön tudjam választani, és könnyebben lehessen váltogatni közöttük.
  • A két gomb megléte egyúttal lehetővé tette többféle gombnyomás kombinációkkal további funkciók megvalósítását, úgy mint egyes programoknál a színváltás, vagy hogy az eszköznek be lehessen állítani, hogy bekapcsoláskor melyik programot indítsa elsőnek.
  • A gombok és a potenciométer elhelyezését most jobban átgondoltam, a kényelmes és esztétikus elhelyezés volt a fő szempont.

Aki kíváncsi mélyebben az eszköz képességeire, itt letöltheti a hozzá készített útmutatót.

A teljes funkcionalitást szemléltető videó megtekinthető lent a képgalériában!

VoltmérőNoha ilyet lehet kapni készen is, saját kezűleg elkészíteni mégis sokkal izgalmasabb. A lényege, hogy az autó akkumulátorának a feszültségét tudja mérni, anélkül, hogy a motorháztető alatt kéne kotorászni. Ehhez csupán a szivargyújtóba kell bedugni.

Az eszközt egy 8 lábú ATtiny85 mikrovezérlő működteti. A végleges kapcsolási rajz a tervezés során majdnem a felére redukálódott, ahogy haladtam végig a mikrovezérlő dokumentációján és jöttem rá, hogy több dolgot is meglehet sokkal egyszerűbben is csinálni a beépített okosságokkal.

Az egész eszköz 3,3 voltról üzemel, ezt a stabilizált feszültséget ugyanabból a feszültségből csinálja, mint amit mér, emiatt a mérési tartomány alsó határa körülbelül 4V. A felső határ bármekkora lehetne, de a kijelzőkhöz igazítva 19,9V-ra lett beállítva, így a 3 kijelző meghajtható két darab 8 bites sorosból párhuzamossá alakító IC-vel (két teljes kijelző = 2 ∙ 7, plusz az 1-es és a pont, az összesen 16 bit).

A tápfeszültséget az ATtiny analog-digital converter bemenete méri a belső 1,1V-os referenciafeszültségéhez képest. Mivel a mérendő feszültség magasabb, mint a referencia, ezért szükséges egy feszültségosztó. A mikrovezérlő rendelkezik beépített brownout védelemmel, azaz reset-be állítja saját magát, ha a tápfeszültség egy bizonyos szint alá esik. Erre felhasználja ezt az 1,1V referenciafeszültséget is, ugyanis ez bőven a működéshez szükséges szint alatt van. Épp emiatt a mérés során is amíg még megy, a referenciafeszültség mindig pontos lesz, és ezáltal a mérés is. Brownout reset-et a mikrovezérlő szoftveresen is megvalósít a kijelzőket meghajtó IC-k számára, így azok bekapcsoláskor, túl alacsony feszültségből való ébredéskor, vagy a ATtiny saját reset állapota alatt sem mutatnak helytelen információt.

Hogy kiküszöböljem a kijelzett érték esetleges oszcillálását, a kijelző az utolsó 128 mérés eredményét átlagolja ki és erre még Schmitt trigger-t használ. Ez utóbbi ugyan plusz-mínusz fél tizedessel meghamisítja a mérést, de jelen esetben nincs akkora jelentősége, és fontosabb, hogy vezetés közben az ember szeme sarkában ne villogjon.

Még karácsony előtt lőttünk pár új jelenetet a szakdolgozat projektben. Az egyik jobban sikerült jelenetből összeállítottam az alábbi kis videót. A helyszín az egyik egyetemi labor.

Ami a videón látszik: betölt fájlból egy korábban kimentett jelenetet, szeletenként, majd az egészet kitörli és a csúcspontokból generálja ki újra. A végén pedig végigrepül a csúcspotokon, ezzel követve azt az utat, amit eredetileg a kamera megtett.