Zemāk lasāms tehniskais apraksts

Tātad, uzdevums tika stādīts priekšā gaužām vienkāršs no pirmā acu uzmetiena – bija nepieciešams diviem butaforiskiem lauvām izgaismot acis. Lauvu figūras nebija pārlieku lielas, aptuveni 1.5 metri augstumā, līdz ar to arī acis bija tieši tik mazas lai pietiktu ar pāris gaismas diodēm uz katru aci. Tomēr pats interesantākais sākās prasībā pēc iespējas, pirmkārt, gaismu pilnībā kontrolēt. Tas nozīmē nepieciešamību vadīt gan gaismas intensitāti gan arī krāsu pilnā RGB krāsu spektrā. Otrkārt, gaismas vadības panelim vajadzēja atrasties pietiekamā attālumā no pašiem objektiem, tā lai cilvēks, kurš kontrolē efektus atrastos skatītāju zālē, vai pat aiz skatītāju zāles – gaismotāja kabīnē. Šāda situācija būtībā radīja divus iespējamos risinājumus. Pirmais, mazāk vēlamais, ievilkt garu vadu no kontroles pults līdz gaismas diodēm. Otrais variants izmantojot bezvadu savienojumu starp kontroles pulti un gaismas avotiem. Salīdzinot dažādu variantu materiālu izmaksas tika secināts, ka tik būtiskas atšķirības nav, un no radio vadītas sistēmas būtu vairāk ieguvumi dotajā situācijā. Par cik „Argus” radio detaļu veikals nu jau kādu laiciņu atpakaļ sāka piedāvāt tirdzniecībā gatavus radiofrekvences pārraides un uztveršanas moduļus, tad tika pieņemts lēmums izgatavot kontroles sistēmu pašrocīgi, izglītošanās nolūkā un arīdzan ar mērķi notestēt konkrētās RF shēmas.

Sistēmas uzbūve

Visa shēma sastāvēja no vadības pults, kurai bija jābūt ar gana vienkāršu un intuitīvi uztveramu interfeisu lai varētu kontrolēt visus gaismas kanālus gan reizē gan katru atsevišķi. Kā arī diviem neatkarīgiem uztveršanas moduļiem, no kuriem katrs bija paredzēts iemontēšanai objektu aizmugurē. Attiecīgi vienam modulim tika pieslēgtas divas RGB gaismas diožu matricas, kuras, savukārt tika ievietotas lauviņu acīs.

Nu, lūk, ņemot vērā, ka elektroniskās shēmas nācās izgatavot specifiskas un atbilstošas dotajam pielietojumam, tad skaidrs, ka bija nepieciešams arī vienkāršs un ātrs veids kā apstrādāt ierīču loģiku - vadības pultij, tie būtu signāli no pogām un potenciometriem, bet uztvērēja moduļiem, savukārt bija jāģenerē gaismas kontroles signāli. Pie tam shēmai bija uzdevums arī sarunāties ar radiopārraides/uztveršanas moduļiem. Šiem uzdevumiem tika izvēlēts universāls mikrokontrolieris ATmega8, un ATmega88 vadības pultij. Šie mikrokontrolieri ir viegli un ātri savienojami ar visdažādākajām ievad- un izvad- ierīcēm (pogām, potenciometriem, gaismas diodēm, u.c.), un to loģika ir programmējama C programmēšanas valodā.

Radiofrekvences pārraides un uztveršanas moduļu izvēle pārdošanā nav visai liela tomēr starp tiem, kuri bija pieejami ir dažas būtiskas atšķirības. Pirmā izvēle bija par to vai izmantot universālu transceiveri, vai uztvērēja/raidītāja kombināciju. Par cik dotajā risinājumā bija nepieciešama tikai vienvirziena komunikācija tad otrais variants likās loģisks. Nākamais jautājums radās par veidu kā šie gatavie RF moduļi komunicē ar pārējo shēmu (mikrokontrolieri), jebšu veids kā ir iespējams piekļūt saņemtajiem datiem vai nosūtīt jaunus datus. Piedāvājumā esošajiem produktiem tika izmantoti divi komunikācijas principi, viens no tiem izmanto parastu seriālo komunikāciju, ar tipisko ātrumu 4800 biti/sekundē. Izmantojot šādu shēmu pašam nāktos veidot datu protokolu un pārbaudīt saņemto datu pareizību, tas nozīmē mazliet vairāk darba programmēšanas līmenī, tomēr pozitīvais aspekts šāda tipa moduļiem ir savienojuma shēmas vienkāršība un arīdzan protokola caurspīdība. Otrs moduļu tips izmanto jau nedaudz sarežģītāku komunikācijas protokolu - SPI (Serial Peripheral Interface). Caur SPI pieslēgumu tiek dota iespēja moduļos iestatīt parametrus, un tas nozīmē, ka ir plašākas konfigurācijas iespējas un arīdzan caur šo pieslēgumu tiek sūtīti un saņemti dati.
Dotajā gadījumā izvēlē krita par labu SPI pieslēguma moduļiem no kompānijas „HopeRF”, jo tie izraisīja interesi tādēļ, ka bija lēti, maza izmēra, un teorētiski bija konfigurējami darbībai četrās dažādās frekvencēs. Jāatzīst gan, ka ražotājs jau iepriekš brīdināja par to, ka katrs no moduļiem ir pielāgots noteiktas frekvences pārraidei/uztveršanai un konfigurējot tos darbībai citā frekvencē var ietekmēt pārraides stabilitāti un distanci, tomēr praksē šādas problēmas novērot nenācās.

Zemāk attēlos redzami – raidītāja un uztvērēja moduļi (RFM01, RFM02), paredzēti SMT montāžai (uz virsmas). Lai varētu ar šīm shēmām strādāt prototipu platē, vajadzēja tās pielāgot DIP tipa pakotnei, ar iespraužamām kājiņām.

Uztvērēja modulis

Kā jau augstāk tika minēts, moduļa darbības loģika balstījās uz ATmega8 mikrokontroliera, kura uzdevums bija pirmkārt nolasīt datus no radio uztveršanas shēmas (RFM01), saglabāt tos masīvā lai vēlāk vadoties no tā varētu ģenerēt kontroles signālu katram no gaismas krāsu kanāliem, katrai acij.

RGB gaismas diožu spilgtuma regulācijai bija nepieciešami 6 pulsa ģeneratori – pa trim krāsas kanāliem uz katru aci, attiecīgi katra krāsas komponenta spilgtumu regulējot ar pulsa platuma palīdzību. Diemžēl ATmega8 dzelžu līmenī uztur tikai 3 PWM kanālus tādēļ bija nepieciešams izveidot tos programmatūras līmenī izmantojot vienu Atmegas 16bitu taimeri. Taimeris tika darbināts ar aptuveni 18 kHz frekvenci, tādējādi lai izlaižot 256 taktis tiktu iegūts aptuveni 70Hz frekvences pulss. Tādā veidā skaitot soļus bija iespējams variēt pulsa platumu.

Katra acs, savukārt tika izgatavota no četrām RGB gaismas diodēm, kurām katrai vidējais katras krāsas spožums bija 3 kandelas. Šāda gaismas intensitāte bija pilnībā pietiekoša dotajā risinājumā.

Kā barošanas avots moduļiem tika izmantotas 4 AA tipa 1.2 voltu baterijas. Šeit gan jāatzīmē, ka patīkami pārsteidza Argus piedāvātās Eneloop lādējamās baterijas ar 2400mAh ietilpību. Salīdzinot ar citām, parastajām supermārketa NiMH fotobaterijām, Eneloop baterijas tiek pārdotas jau pilnībā uzlādētas un tās neizlādējas no dīkstāves, tik ļoti kā citas. Kopumā šīs baterijas izrādīja pārsteidzoši labu performanci, lai arī dotais projekts nebija ļoti jaudas prasīgs. Vienīgais negatīvais aspekts ir lādēšanās laiks, kurš ir tik pat ilgs kā visām citām NiMH batčām.

Vadības pults

Tātad pults uzdevums bija attālināti kontrolēt četru gaismas avotu intensitāti un krāsu, kā arī dot iespēju pārslēgties starp diviem dotajiem moduļiem un arīdzan starp atsevišķiem gaismas kanāliem katrā modulī, tādējādi vadot katru no tiem individuāli, vai arī visus reizē.
Gaismas krāsas kontrole pavēra divus iespējumos risinājumus lietotāja interfeisam, abos gadījumos izmantojot trīs potenciometrus parametru uzstādīšanai. Pirmā iespēja bija dot lietotājam tiešā veidā kontrolēt RGB krāsu vērtības, Otrs variants savukārt bija izmantot HSL krāsu telpu, kura arīdzan sastāv no trim vērtībām, tāpat kā RGB telpa, tomēr ir daudz intuitīvi vieglāk uztverama un kontrolējama. HSL ir saīsinājums no angļu „Hue, Saturation, Luminosity”, ko varētu tulkot kā „tonalitāte, piesātinājums, spilgtums”. Šajā gadījumā lietotājs uz vadības paneļa var kontrolēt atsevišķi krāsas tonalitāti ar pirmo potenciometru, piesātinājumu, jebšu to cik tonis ir spilgts, vai pelēks – ar otro potenciometru, un ar trešo potci vadīt gaismas spožuma pakāpi. Pogas savukārt tika izmantotas lai pārslēgtos starp atsevišķi kontrolējamiem moduļiem un kanāliem.

Dotā izmēra korpusā, kurš tāpat tika iegādāts Argus’ā, bija paredzēta vieta divām AA tipa baterijām, vai vienai Kronas baterijai. Shēmas vienkāršības labad tika izmantota 9 voltu Kronas baterija ar voltāžas regulatoru uz 5 voltiem.

Rezultāts

Visbeidzot uztveršanas moduļi tika iemontēti lauviņu aizmugurē, un vadi ar gaismas diodēm izvilkti uz katru aci. Tāpat moduļa aizmugurē tika pieskrūvēta neliela antena.
Jāatzīst gan, ka moduļu darbībā bija arī savas problēmas, galvenokārt ar datu zudumiem pie pārraides, un ieslēgšanu/pārstartēšanu, kas ne vienmēr nodrošināja pareizu parametru uzstādījumus RF modulī. Tomēr šīs problēmas ir risināmas elektronikas līmenī.
Kopumā izstrādātā sistēma savu darbu veica atbilstoši prasībām, vēl jo vairāk ņemot vērā nelielo budžetu, kurā nācās iekļauties, tādējādi maksimāli optimizējot izmantoto detaļu skaitu un cenu. Runājot par pašiem RFM moduļiem no „HopeRF Electronics”, jāatzīmē to universālais darbības princips un zemā cena. Šie moduļi ir perfekti piemēroti izmantošanai nelielos hobija tipa elektronikas projektos, kur ir nepieciešama attālināta vadība, divpusēja komunikācija vai attālināta datu reģistrēšana.

AVRStudio4 projekta faili - C kods
AVRSource.zip

Resursi:
argus.lv
www.hoperf.com