Tribal's Cube : Electronics

De elektronica
Al deze functies moeten natuurlijk ergens door bestuurd worden, dus werd het zoeken naar een eenvoudige een makkelijk zelf te maken besturing voor de RGB verlichting en de bewegende delen
Bij het zoeken naar besturingen voor RGB verlichting kwam ik al gauw op internet vele ontwerpen tegen gebaseerd op zogenaamde microcontrollers. Dit zijn kleine processoren die eenvoudig zelf zijn te programmeren
Nadat me in de verschillende soorten en merken microcontrollers verdiept had, koos ik uiteindelijk voor de AVR microcontrollers van Atmel, en in het bijzonder de ATTiny2313.
Foto Atmel AVR ATTiny2313
Deze heeft standaard 3 zogenaamde PWM uitgangen, Pulsbreedte gemoduleerd, welke gebruikt worden voor het sturen en dimmen van LED’s. LED’s kan men niet , of slechts beperkt dimmen door de spanning te wijzigen, echter door de LED te laten knippenen met een hoge frequentie, kan men het effect van dimmen bereiken. Door bijvoorbeeld een LED 1000 maal per seconde aan en uit te laten gaan, en de aan-tijd net zo lang te maken als de uit-tijd, is de (gemiddelde) lichtopbrengst van de LED maar de helft en lijkt hij dus voor de helft gedimd te zijn.
Maar hoe programmeert men nu zoiets….. Allereerst heb je hier een programmer voor nodig. Deze kun je zelf maken, maar er zijn ook diverse modellen te koop. Ik kocht zelf de STK-500 bij de leverancier Antratek, en ging aan de slag. Allereerst een aantal boeken over de taal C gekocht en vooral veel voorbeelden van internet afgehaald. En toen maar proberen….

Na heel wat experimenten met ledjes aan en uitschakelen, looplichtjes , elektronische dobbelstenen en meer van dat soort dingen werd het tijd om mijn eigen programma in elkaar te knutselen. Na nog wat gelees op sites over lichtkleuren mengen ging ik aan het werk…
Ik stelde een mooi flowdiagram op (altijd doen als je een programma schrijft..anders blijf je debuggen), en vertaalde dit vervolgens naar C. Toen kwam het spannende moment om het geheel in de microcontroller te proppen en te testen. Maar helaas…het paste niet in mijn controller….. wat nu??

Het programma was gebaseerd op een drietal in fase verschoven sinussen, een voor elke kleur een, met diverse variabelen werd vervolgens de juiste PWM waarde voor elke kleur berekend, niets fancy dus. Echter.. de ATTiny2313 is een 8 bits controller die 2K geheugen heeft en 32 registers. Dat de controller 8bit is betekend dus dat de controller in hele getallen tot 256 kan tellen, of in niet gehele getallen tot 1/125 ste. In de opzet werd de sinus doorlopen in 360 stappen en werdvervolgen met gehele getalen en breuken gerekend…en dat maal 3…al gauw te weinig plek in het register dus! Ik moest mn programma opnieuw maken, althans het berekeningalgoritme, en stapte af van de sinussen en bouwde de kleurmening op met hellende lijnen in plaats van sinussen
Vervolgens de boel wel in de microcontroller gekregen en vervolgens getest: Succes!!! Wel viel mij op dat het programma veel last had van dender, inschakel verschijnselen van drukknoppen, en moest hier en daar de inputtimers wat tweaken om hier zo min mogelijk last van te hebben.
Vervolgens moest er een touch-sensor schakeling gebouwd worden om alle functies van de Cube te kunnen bedienen. Hiervoor waren 10 op-amp schakelingen nodig op basis van de LM324 Quad OpAmp IC. Eerst even testen op een breadboard en daarna een ontwerpje voor de experimenteerprint, waarna het solderen los kon gaan.

Intussen ook de test breadboardschakeling voor de LED’s (de testversie had 9 LED’s) even in de grove kubus constructie ingebouwd, om te kijken naar de lichtopbrengst en voldoende afstand, voordat ik met dat ontwerp verder zou gaan

Intussen was het grote solderen van alle 150 RGB LED’s begonnen, minimaal 150 x 4 draadjes >> 400 draadje, met krimpkous natuurlijk. Gelukkig had ik veel hulp van Hedder die na afloop geen LED meer kon zien…en zeker niet blauwe ;-)

Dit solderen was ongeveer een week werk (s’avonds) met 2 personen en een echt monniken werk Telkens ook de LED’s testen met het breadbordje, aangezien er met zulke dunne draadjes nog wel een kortsluiting ontstond door het fohnen van de krimpkous. Ondertussen ook de LED schakeling van het breadboard afgehaald en op een experimenteerprint gezet. Hierna nog wat tests gedaan met hele platen op de kubus, om het effect te testen Het het effect was hetgeen wat ik voor ogen had en heb daarna dan ook de print ontworpen en gebouwd, waarna ik deze op ietwat grotere schaal heb getest