Kleines volumetrisches Display

Zusammenfassung: Entwicklung einer ultrakompakten LED-Matrix-Platine für ein 3D-Display

• In Gesprächen mit kreativen Menschen entstand die Idee einer elektronischen Kerze; das Ziel war, etwas zu bauen, das aus jedem Blickwinkel wie eine flackernde Kerze aussieht.
• Ein Persistence-of-Vision-Display wurde vorgeschlagen, aber es gab die Meinung, dass dafür zu viele Hilfsmechaniken nötig wären.
• Mit dem Gedanken, dass sich das Ganze drehen könnte, wenn Motor und Batterie klein genug wären, wurde schnell eine LED-Matrix-Platine entworfen und bestellt.

Herstellungsprozess

• Kleine Leiterplatten wurden günstig in China bestellt, wobei eine schnelle Lieferung wichtig war.
• Die Leiterplatten wurden mit einer Charmhigh CHM-T36VA Pick-and-Place-Maschine schnell bestückt.
• Die einfache LED-Matrix bestand nur aus einem einzigen Bauteiltyp, wodurch das Laden der Rollen sehr schnell ging.
• Für den Prototyp wurde eine lasergeätzte Schablone verwendet; es wurde erwartet, dass die LED-Matrix auch künftig nützlich sein würde.

Auswahl von Mikrocontroller und Batterie

• Es wurde ein Mikrocontroller mit ausreichend Flash-Speicher benötigt; der Raspberry Pi Pico war ein Kandidat, erwies sich aber wegen seiner Größe als ungeeignet.
• Gewählt wurde das Waveshare RP2040-tiny-Board, das mit minimalen Komponenten ausgelegt ist und sich gut für einen Prototyp eignet.
• Verwendet wurde eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie vom Typ LIR2450, die gegenüber kleineren Batterien bessere Kapazität und höhere Stromlieferfähigkeit bietet.

Prototypenbau

• Es wurde ein per 3D-Druck aus PETG gefertigter Batteriehalter verwendet, dessen dünne Wände jedes Mal brachen, wenn der Prototyp herunterfiel.
• Der Prototyp wurde durch das Verlöten an der Leiterplatte mit IR-Sensor und LED fertiggestellt.
• Für Motorsteuerung und Stromversorgung wurde eine einfache Schaltung aufgebaut.

Softwareentwicklung

• Durch Überwachung des IR-Sensors wurde die Rotationsgeschwindigkeit gemessen und die Anzeigegeschwindigkeit angepasst.
• Mithilfe des Dual-Core-ARM-Cortex-M0 des RP2040 wurde die LED-Matrix mit präzisem Timing gesteuert.
• Eine einfache Logik zur Motordrehzahlregelung wurde implementiert, um eine konstante Bildrate zu halten.

Batterieüberwachung und Laden

• Zur Überwachung der Batteriespannung wurde ein Spannungsteiler ergänzt, der über GPIO ausgelesen wird.
• Zum Laden der Batterie wurde ein eigenständiges Ladegerät verwendet; als dieses ausfiel, wurde nach einer alternativen Lademethode gesucht.
• Mit dem RP2040-tiny-USB-Adapter-Board konnte die Batterie im Prototyp geladen und gleichzeitig programmiert werden.

Erzeugung von 3D-Daten

• Mit Blender wurden 3D-Polarkoordinatendaten erzeugt und für die LED-Matrix umgewandelt.
• Mithilfe von Fluid- und Feuersimulationen wurden volumetrische Daten erzeugt und auf dem Prototyp dargestellt.

Meinung von GN⁺

Das Wichtigste an diesem Projekt ist der Prozess, eine kreative Idee tatsächlich umzusetzen, und das daraus entstehende Ergebnis. Die Entwicklung einer ultrakompakten LED-Matrix-Platine für ein 3D-Display bietet Menschen, die technische Herausforderungen und Innovation mögen, ein spannendes Thema. Der Prozess, komplexe Probleme zu lösen und neue Technologien zu erkunden, kann viele Softwareingenieure inspirieren, und solche Projekte können eine wichtige Rolle dabei spielen, die Zukunft der Technologie zu gestalten.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Vorschlag für eine Verbesserungsidee

  • Wenn man denselben Motor als Ersatzteil hat, könnte man zwei zerlegen und ein rotierendes Stromübertragungssystem bauen.
  • Dabei opfert man zwei Motoren, um jede Einheit zu bauen, aber mit Kappen und Kommutatoren passt alles perfekt, ist sehr zuverlässig und man muss sich keine Sorgen um Batterien machen.
  • Der Kommutator kann ein Signal liefern, dass die Baugruppe eine volle Umdrehung abgeschlossen hat, sodass die Bildstabilität auf Basis der tatsächlichen Position erhalten bleibt.
  • Stromübertragung per Induktion ist ebenfalls möglich, aber es gelang nicht, die Energie effizient zu übertragen, und man musste die Quellenspannung so weit erhöhen, dass Brandgefahr bestand.
  • Dieser Rat stammt aus einem Burning-Man-Kunstprojekt von 2001.

• Im Rückblick eine offensichtliche Idee

  • So charmant das Ergebnis auch ist, das aus vergleichsweise primitiven separaten Komponenten von Hand gebaut wurde, fragt man sich, warum man bis zum nächsten Weihnachten nicht bei allen zufälligen 7-Zeichen-Dropshipping-Anbietern auf Amazon eine vollfarbige Version mit hoher Auflösung sehen wird.

• Ein reizvolles kleines Projekt

  • Es wird empfohlen, sich auch die anderen Projekte anzusehen; einige davon wurden früher schon auf Hacker News vorgestellt.

• Ausstellung für in London Ansässige oder Besucher

  • 180 Studios veranstaltet häufig Kunstausstellungen, die diese Technologie nutzen, und wenn man sich für Kunst und Technologie interessiert, lohnt es sich, dort vorbeizuschauen.

• Funktionsweise von Hologramm-Lüftern

  • Die gesamte Elektronik befindet sich auf dem rotierenden Teil, und der Lüfter nutzt drahtlose Stromübertragung, um die obere Platine zu versorgen.

• Möglichkeit induktiver Stromübertragung

  • Es stellt sich die Frage, ob man induktive Stromübertragung einsetzen könnte, damit keine Batterie nötig ist.
  • Da nur die LEDs mit Strom versorgt werden müssen, könnte der Motor in der Basis montiert werden.
  • Zwei Spulen könnten ineinander angeordnet und auf einen Ferritkern gesetzt werden.

• Kreatives Projekt

  • Zwar fehlt einem vielleicht die Vorstellungskraft, um selbst solch coole Projekte zu erfinden, aber im Internet kann man beeindruckende Werke sehen, die andere geschaffen haben.

• Aktualisierungsrate von OLED-Displays

  • Es stellt sich die Frage, ob günstige OLED-Displays schnell genug aktualisiert werden können, um eine höhere Auflösung zu erreichen.
  • Funktionieren würde es, aber der Abstand zwischen den radialen Slices könnte viel größer sein als der Pixelabstand, wodurch es schlechter aussehen könnte.

• Einen Acrylwürfel oder eine Acrylkugel bauen

  • Im Inneren wird eine Projektionsfläche um eine drehbare Achse herum angebracht.
  • Man könnte die Luft absaugen, um es leiser zu machen und sehr dünne Folien verwenden zu können.
  • Mit einem externen Magnetfeld wird es gedreht, und mit 2–3 Projektoren werden aus verschiedenen Winkeln Bilder mit Verzerrungskorrektur und rotationssynchroner Projektion angezeigt.
  • So könnte man als Hobby sein eigenes Star-Wars-Display bauen.

• Das zentrale Problem lösen

  • Zwei LED-Boards werden oben spiegelverkehrt montiert.
  • Eine Platine könnte die LEDs um eine halbe Position versetzen, um durch einen Interlacing-Effekt die Auflösung zu verdoppeln.