Привет Хабр! Эта история началась в 2017 году, тогда все было иначе. Я только учился программировать и собирать что-то на микроконтроллерах, это была увлекательная часть моего детства.
В то время у меня был заказ на такой светодиодный костюм, а точнее на целых 3 таких. Но в те времена я не смог оправдать свои ожидания и выполнить этот заказ, спустя месяцы работы первая моя версия была сожжена в считанные минуты — светодиоды сгорели и огонь в глазах погас, хотя начиналось все вроде не плохо.
И тут, внезапно, спустя почти 10 лет, я решил закрыть этот гештальт. У меня появилось достаточно свободного времени и денег, чтобы сделать вторую попытку. Зачем — да фиг его знает, потому что могу. В этой статье не будет детальной инструкции, это просто рассказ о том как это было и с какими сложностями я столкнулся.
В этот раз все конечно же будет по-другому сказал я себе и не спеша стал собирать корзину на Aliexpress.
Из того что у меня уже было на тот момент я собрал небольшой стенд для испытаний, дабы не повторилась печальная история 1917 года. Этот стенд проработал 2-3 недели без перерыва и все оказалось хорошо.
А потом мне пришло все что нужно для сборки уже чего-то посерьезней, а именно большая пачка светодиодов 5мм и 3мм, моточерепаха, резисторы и соединения (которые в моем случае оказались мусором но об этом позже).
Также я не стал экономить на проводах и взял МГТФ провод, так как считаю его самым надёжным и удобным.
Первое с чего я решил начать отобрать все светодиоды в ручную чтобы в последствии не сталкиваться с проблемными и из-за эстетических соображений убрал свечение которое мне просто не нравится.
Пока остальные жизненно важные детали мне везут из Китая я решил что пора начать что-то собирать.
Вполне понимаю какие эмоции может вызвать у некоторых моя технология и пайка, картон и тд.. Но все работает уже несколько лет исправно, конечно никто в этом костюме под дождем не бегает и в океане не плавает, а также не падает с обрыва и в целом обращается довольно аккуратно. Ну и о картоне: это довольно практично и удобно. (если от вашего произведения не зависят жизни других людей)
С начала я собирал разные части намеренно чтобы понять где какие проблемы возникают по ходу сборки, технология в целом у всех одна, но есть нюансы — например ноги существенно отличаются. Но собрав уже какую-то часть пришло время испытать что получилось.
Все бы было так просто если бы на одном картоне можно было далеко уехать. И вот пришла следующая партия запчастей, это платы управления светодиодными рядами. В общем, это было и в прошлый раз только немного примитивней, в этот раз используются двухсторонние платы по разным сторонам которых расположены ULN2003A и 74HC595 собственно и все.
Пора наделить пластиковые «латы» мозгами. Некоторые латы имеют по несколько таких управляющих плат.
И как ожидалось все работает.
Спустя немного времени я допаял целую руку.
А за ней и одну часть груди и все остальное.
Одна из проблем прошлой версии была в том что она просто зависала, не столько от потребления, сколько из за возможностей контроллера, в нем просто кончалась память. Какой нибудь Atmega328 для таких целей я не рассматривал с самого начала, разве что для экспериментов. Мне пришлось довольно долго выбирать, я даже смотрел в сторону Raspberry Pi Zero и Raspberry Pi Pico.
Raspberry Pi Zero 2 W казался самым перспективным, потому что это целый компьютер который можно программировать, он имеет свои Raspberry Pi OS как старшие модели, умеет запускать linux, а значит работать с интерпретаторами на всех языках и наконец файловая система которая также играет роль в этом проекте уже имеется в linux, а так как я больше по JavaScript я обдумывал возможность написания прошивки именно на нем и я сделал это в надежде что производительность сильно страдать не будет, мне казалось что помигать около 1000~ задача не такая и сложная для машины которая может быть хоть не большим но сервером. Но это оказалось слишком медленно, я не замерял ничего точно но визуально это казалось слишком медленно, в моей архитектуре есть что-то вроде «тика» и этот тик был слишком медленным.
Потом я сделал тот же самый тест на C и это оказалось примерно также медленно, но JS даже был быстрей. Не смотря на все эти проблемы с скоростью, рабочее напряжение Raspberry Pi Zero 2 W — 5v, а это значит что ему нужен отдельный стабильный источник питания, на этом я окончательно решил отказаться от этого контроллера.
К слову, о Raspberry Pi. Версия попроще, а именно Pico был бы идеален если бы оказался достаточно быстрым в условных тиках и пинов он имеет больше, но как показала практика, ESP32 все равно оказался быстрее.
В итоге я остановился на ESP32 потому что он показал лучшую скорость тика и лучше всего подошел для задачи так как не требовал отдельного питания и помимо всего прочего оставляет возможность использовать WiFi.
В то же время у меня открылись новые проблемы с количеством пинов, у меня просто не осталось пинов чтобы управлять свечением всех конечностей которых уже было 8, а именно две руки, две груди, обе ноги, спина и голова. Каждая конечность имеет 3 линии все по даташиту 74hc595. Итого 24 пина, а ведь еще флешка и контроллер.
Спустя продолжительные эксперименты я пришел к тому чтобы отправлять данные через еще один промежуточный 74hc595 узел который передавал бы те самые биты данных которые и отвечают за каждую линию, это было очень удачное решение которое избавило меня от проблем с пинами.
Проблема разъемов и соединений. Не понимаю по какой причине разъемы которые я закупил изначально так успешно используются в машинах и другом движемом транспорте который трясётся и гудит, может не так критично потерять соединение. Но в моем случае совершенно не годится, поэтому заменил их при первой же возможности на авиационные разъемы, видимо в авиации что-то понимают им респект.
Прошивка. Изначально задумывалось что костюм будет своего рода плеером того что записано на флешку, поэтому сама прошивка не содержит никаких предустановленных анимаций, а исключительно читает с флешки, на флешку записаны кадры анимации, каждая конечность имеет свою выделенную секцию и работают они как отдельные блоки. Прошивка на каждом кадре формирует данные сразу для всех восьми секций и синхронно отправляет их в каскад регистров 74HC595. Для быстрого чтения и экономии памяти анимации хранятся не в бинарном виде, а в компактном шестнадцатеричном формате. Во время воспроизведения каждая строка файла преобразуется в битовую маску, после чего распределяется между секциями костюма, благодаря тому что каждая строка читается и исполняется тут же, затем следующая и так далее. Такой подход позволил хранить бесконечно большое количество кадров и не расходовать оперативную память контроллера.
Пример кадра:
F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F00EF0┌──────────┬──────────┬──────┬──────┬────────┬────────┬──────────────────┬────────┐
│F0F0F0F0 │F0F0F0F0 │F0F0 │F0F0 │F0F0F0 │F0F0F0 │F0F0F0F0F0F0F0F0 │F00EF0 │
└──────────┴──────────┴──────┴──────┴────────┴────────┴──────────────────┴────────┘
Рука Рука Грудь Грудь Нога Нога Спина ГоловаТакже в прошивке есть возможность управлять переключением анимаций.
Настало время заставить все это светиться так как это должно быть, но сначала нужно записать анимации, а чтобы записать их нужно разработать … в общем нужен редактор анимаций!
Спустя непродолжительное время, я сделал простой веб интерфейс и вот что у меня получилось. Он формировал сразу готовый файл который можно было просто скопировать на флешку без лишней возни — будто собирается это делать каждый день по много раз
Но через некоторое время я отказался от этого интерфейса в пользу Adobe Flash, ныне Adobe Animate, ничего интересного просто есть слой маски над которым на другом слое происходят векторные анимации, далее это по пикселям превращается в файл с расширением .lda который контроллер читает с флешки.
И так он выглядит:
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
8080808080808080808080808080808080808080808080808080800880
8080808080808080808080808080808080808080808080808080800880
C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C00CC0
C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C00CC0
E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E00EE0
E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E00EE0
F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F00EF0
F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F00EF0
F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F0F0F0F8F8F8F0F80EF8
F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F0F0F0F8F8F8F0F80EF8
FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8F0F0F0FCF8F8F0F80EFC
FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8F0F0F0FCF8F8F0F80EFC
FCFCF8FCF8FCF8FCFEF8FEF8FEF8FEFEF8FEF8F0F0F0FEF8F8F0F80EFE
FCFCF8FCF8FCF8FCFEF8FEF8FEF8FEFEF8FEF8F0F0F0FEF8F8F0F80EFE
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
8080808080808080808080808080808080808080808080808080800880
8080808080808080808080808080808080808080808080808080800880
C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C00CC0
C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C00CC0
E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E00EE0
E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E00EE0
F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F00EF0
F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F00EF0
F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F0F0F0F8F8F8F0F80EF8
F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F0F0F0F8F8F8F0F80EF8
FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8F0F0F0FCF8F8F0F80EFC
FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8F0F0F0FCF8F8F0F80EFC
FCFCF8FCF8FCF8FCFEF8FEF8FEF8FEFEF8FEF8F0F0F0FEF8F8F0F80EFE
FCFCF8FCF8FCF8FCFEF8FEF8FEF8FEFEF8FEF8F0F0F0FEF8F8F0F80EFE
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
8080808080808080808080808080808080808080808080808080800880
8080808080808080808080808080808080808080808080808080800880
C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C00CC0
C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C0C00CC0
E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E00EE0
E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E0E00EE0
F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F00EF0
F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F0F00EF0
F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F0F0F0F8F8F8F0F80EF8
F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F8F0F0F0F8F8F8F0F80EF8
FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8F0F0F0FCF8F8F0F80EFC
FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8FCF8FCFCF8FCF8F0F0F0FCF8F8F0F80EFC
FCFCF8FCF8FCF8FCFEF8FEF8FEF8FEFEF8FEF8F0F0F0FEF8F8F0F80EFE
FCFCF8FCF8FCF8FCFEF8FEF8FEF8FEFEF8FEF8F0F0F0FEF8F8F0F80EFEЭто были интересные пол года, большую часть которого я паял или обдумывал как лучше сделать, я наконец закрыл этого гештальт.
Дальнейшая судьба костюма была пылиться в коробке … но потом я купил моноколесо и иногда я выгуливаю его.
Кстати если у вас есть интересные проекты или работа с светодиодами обязательно пишите @prohetamine
>>> ⌬ʲˢ³