3D-LED-Display
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Idee
Was soll man eigentlich dazu sagen? Irgendwann bin ich beim Rumstöbern im Internet auf ein paar Seiten gestossen, die komischen Spielereien mit LEDs beschrieben. U.a. waren da auch Bilder von dreidimensional angeordneten LEDs dabei, die lustige Animationen anzeigen konnten. Für mich stellte sich gleich die Frage, wie funktioniert das?
Nach einigen Überlegungen um die Funktionsweise eines solchen "Display" (eigentlich handelt es sich ja um eine solche "Geräteklasse", oder?), merkte ich, dass man sich in Wissensgebiete einarbeiten muß, die ich schon immer mal betreten wollte! Super, also nichts wie ran an eine solche Aufgabe und das Projekt "Uwe's LED-Cube" war geboren!
Falls jemand die Frage nach dem Sinn eines solchen Displays stellt: ich betrachte die ganze Sachen als Studie und letztendlich kann man die Sachen ja auch als "Kunstobjekt" bezeichnen :-). Aber mit der Zeit sind auch ein paar sinnvolle Ideen vorhanden, die man mit einem solchen Ding machen könnte, wenn es mal fertig ist..., schauen wir dann mal!
Eins noch vorweg, wer denkt, dass soetwas ohne viel Zeitaufwand und aus dem Stehgreif realisierbar ist, der soll es am besten gleich lassen! Ich habe das am Anfang auch nicht richtig einschätzen können, aber auf halben Weg mache ich jetzt keinen Rückzieher mehr...
Konzept
In kurzen Stichpunkten:
- Ein Würfel mit einer Dimension von 8x8x8 LEDs (also insgesamt 512 Stk.!).
- Um die Verdrahtung der LEDs in Grenzen zu halten (512 LEDs!), muß eine Schaltung her, die die LEDs in Gruppen zusammenfasst und eine Adressierung in (z.B.) Spalten, Zeilen und Ebenen ermöglicht.
- Die Ansteuerung dieser Spalten, Zeilen und Ebenen erfolgt durch einen Mikrocontroller. Die LEDs werden also nicht statisch an-/ausgeschaltet, sondern es werden zeitlich nacheinander alle Ebenen, Spalten, Zeilen angesteuert (Stichwort Multiplexverfahren). Erfolgt dies entsprechend schnell hintereinander (> 50 mal in der Sekunde pro LED), hat man wieder den Eindruck, ein statischens Bild vor sich zu haben. Ähnlich funktionieren z.B. auch Fernseher.
- Der Mikrocontroller bekommt seine Daten, welche LED an bzw. aus ist, via TCP/IP über das Ethernet von einem PC.
- Auf dem PC läuft eine Clientsoftware, die die einzelnen "3D-Bilder" generiert und zum Mikrocontroller sendet.
Ein schematisches Bild kommt noch...
Umsetzung
Simulator
Bevor man viel Geld für die Hardware ausgiebt sowie unnötig Zeit investiert, möchte man natürlich wissen, ob sich der ganze Aufwand überhaupt lohnt. Deshalb entstand die Idee, einen Cube-Simulator zu entwickeln, mit dem man schon mal erste Eindrücke gewinnen kann, wie das Ding später in der Realität aussieht und was man theoretisch damit anstellen kann.
Konzeptionell handelt es sich um eine Client-/Server-Anwendung. Die Client-Seite generiert dabei die vom Server grafisch darzustellenden Bilder und sendet diese via TCP/IP an die Server-Applikation. Der Server setzt die gesendeten Daten (hauptsächlich der Schaltzustand jeder einzelnen LED) in die grafische Darstellung des LED-Würfels um. Der virtuelle Würfel kann vom Anwender im Raum gedreht/bewegt werden.
Die Kommunikation zwischen Client und Server erfolgt über spezielle Kommandos und ist so ausgelegt, dass später der Client auch mit der realen Hardware kommunizieren kann, also von der Seite keine Änderungen erfolgen müssen. Dazu wurden in der Steuerungssoftware für das Etherrape die gleichen Befehle implementiert.
Auf eine eingehende Beschreibung der Simulator-Software wird an dieser Stelle verzichtet und auf die, im Programmpaket vorhandene Kurzdokumentation verwiesen.
Hier der Quelltext der TCL/Tk-Applikation.
Hardware
(Schaltplan LEDs plus Decoder...)
Display-Steuerung mit Etherrape
Kurzbeschreibung Etherrape....
Software
PC-Client (Kommunikationsprotokoll Client/Server)
mögliche Kommandos und deren Reihenfolge...
Etherrape
Software auf Etherrape...
Derzeitiger Stand
Erledigt
- Simulator (mit einigen Clientprogrammen, die mehr oder weniger sinnvolle Bildsequenzen generieren)
- Etherrape (Bausatz zusammengelötet und gestestet)
- Steuerungssoftware für Etherrape (Client-Kommandos, Ansteuerung der LED-Hardware)
Offen
- LED-Hardwareaufbau
Erweiterungsideen
- Das Etherrape besitzt auch einen Dataflash auf der Platine, in dem man ein Filesystem anlegen und Daten ablegen kann. Hier könnte man die einzelnen "Bilder" ablegen und auf dem LED-Display anzeigen, ohne dass ein Client angeschlossen sein muß.
