[项目分享]使用SPRESENSE电路板的POV显示器

dfrobot

我使用SPRESENSE和DotStar LED编带制作了全彩POV显示器。

此项目用到的工具材料

硬件组件

• 索尼Spresense主板（主板及扩展件）
• QTR-1A反射传感器
• DotStar数字LED编带
• DFRobot无线充电模块5V / 1A
• 直流电机RS-540SH
• SPRESENSE迷你扩展板KASPI001
• 电压电平转换器TXB0104
  

软件应用程序和在线服务

• Arduino IDE
  

故事

我使用SPRESENSE、无线充电模块和DotStar LED编带制作了全彩POV（视觉暂留）显示器。

搭建过程

LED胶带、SPRESENSE和反射传感器安装在旋转组件上，并且LED编带采用DotStar。使用无线充电模块执行对旋转部件的无线供电过程。

一节AA电池用于电机供电，三节AA电池用于向旋转部件提供无线电源。

POV显示设备

电机采用金属配件固定，手柄采用黑色木材制成，电池插座和电源开/关滑动开关固定。

旋转组件完全独立，如下所示。

我使用了两个Dotstar LED编带。29芯LED灯带经由SPI4进行控制。28芯LED编导由SPI5进行控制。

我敷设了一层乳白色的薄膜，用于光的传播。

电压电平转换器TXB0104用于将SPRESENSE的逻辑电平从1.8V转换为5V。

我使用无线充电模块为LED旋转组件供电。它只是将传动线圈面向电动机旋转轴，而几乎不需要执行任何操作。

Arduino IDE代码

以下库用于Dotstar.https://github.com/adafruit/Adafruit_DotStar

Adafruit_DotStar_SPI5.h是对Adafruit_DotStar.h的修改，以便能够使用SPI5。

当反射传感器检测到标记信号时，它会减小输出，因此它会在附加中断中检测到标记信号，并测量中断处理一圈所需的时间。

它通过将一圈的时间除以150使得LED闪烁切换。LED显示模式以阵列形式存储在graphics.h中。

[mw_shl_code=applescript,true]#include <SPI.h>

#include "Adafruit_DotStar_SPI5.h"

#include <Adafruit_DotStar.h>

#include "graphics.h"

#define NUMPIXELS2 29 // Number of LEDs in strip

#define NUMPIXELS 57 // Number of LEDs in 2 strips

#define Frame 16

#define Div 150

#define Fclk 26000000

#define itrPin 19

int numRot = 0;

int numDiv = 0, numDiv2 = 0;

int stateDiv = 0;

unsigned long rotTime, timeOld, timeNow;

Adafruit_DotStar_SPI5 strip5 = Adafruit_DotStar_SPI5(NUMPIXELS2, DOTSTAR_BGR);

Adafruit_DotStar strip4 = Adafruit_DotStar(NUMPIXELS2, DOTSTAR_BGR);

void setup() {

Serial.begin(115200);

strip5.begin();

SPI5.beginTransaction(SPISettings(Fclk, MSBFIRST, SPI_MODE0));

strip4.begin();

SPI.beginTransaction(SPISettings(Fclk, MSBFIRST, SPI_MODE0));

strip5.clear();

strip4.clear();

strip5.show();

strip4.show();

delay(500);

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(itrPin), RotCount, FALLING );

}

void loop() {

if(stateDiv == 1 && micros() - timeOld > rotTime / Div * (numDiv)){

   stateDiv = 0;

}

if(stateDiv == 0 && micros() - timeOld < rotTime / Div * (numDiv + 1)){

   stateDiv = 1;

   strip5.clear();

   strip4.clear();

   for(int i=0;i<NUMPIXELS2; i++){

     numDiv2 = numDiv+2;

     if(numDiv2 >= Div) numDiv2 -= Div;

     strip5.setPixelColor(i, pic[numRot][numDiv2][i*2]);

     strip4.setPixelColor(i, pic[numRot][numDiv][i*2+1]);

   }

   strip5.show();

   strip4.show();

   numDiv++;

   if(numDiv >= Div ) numDiv = 0;

}

}

void RotCount() {

timeNow = micros();

rotTime = timeNow - timeOld;

timeOld = timeNow;

numRot++;

if(numRot >= Frame) numRot = 0;

}

[/mw_shl_code]

显示图形数据创建方法(Python)

在Python代码中创建POV显示数据“graphics.h”。可以通过GIF或静止图像创建显示数据。

[mw_shl_code=applescript,true]# -*- coding: utf-8 -*-

import cv2

import os

import math

from PIL import Image

#Array setting

NUMPIXELS = 57 #Number of LEDs

Div = 150 #Number of divisions per lap

Bright = 30 #LED Brightness

Led0Bright = 3 #Brightness of center LED [%]

#File creation

file = open('graphics.h', 'w')

file.write('#define NUMPIXELS ' + str(NUMPIXELS) + '\n')

file.write('#define Div ' + str(Div) + '\n' + '\n')

#file.write('#define Frame ' + str(Frame) + '\n' + '\n')

file.write('const uint32_t pic [Frame][Div][NUMPIXELS] = {' + '\n')

# Read GIF file

gif_file_name = "xxx.gif"

gif = cv2.VideoCapture(gif_file_name)

#Image conversion function

def polarConv(pic, i):

   imgOrgin = cv2.imread(pic) #Read image data

   h, w, _ = imgOrgin.shape #Get image size

   #Image reduction

   imgRedu = cv2.resize(imgOrgin,(math.floor((NUMPIXELS * 2 -1)/h *w), NUMPIXELS * 2 -1))

   #cv2.imwrite(str(i) + '-resize.jpg',imgRedu)

   #Reduced image center coordinates

   h2, w2, _ = imgRedu.shape

   wC = math.floor(w2 / 2)

   hC = math.floor(h2 / 2)

   #Polar coordinate conversion image preparation

   imgPolar = Image.new('RGB', (NUMPIXELS, Div))

   #Polar transformation

   file.write('\t{\n')

   for j in range(0, Div):

       file.write('\t\t{')

       for i in range(0, hC+1):

           #Get coordinate color

           rP = int(imgRedu[hC + math.ceil(i * math.cos(2*math.pi/Div*j)),

                        wC - math.ceil(i * math.sin(2*math.pi/Div*j)), 2]

                    * ((100 - Led0Bright) / NUMPIXELS * i + Led0Bright) / 100 * Bright /100)

           gP = int(imgRedu[hC + math.ceil(i * math.cos(2*math.pi/Div*j)),

                        wC - math.ceil(i * math.sin(2*math.pi/Div*j)), 1]

                    * ((100 - Led0Bright) / NUMPIXELS * i + Led0Bright) / 100 * Bright /100)

           bP = int(imgRedu[hC + math.ceil(i * math.cos(2*math.pi/Div*j)),

                        wC - math.ceil(i * math.sin(2*math.pi/Div*j)), 0]

                    * ((100 - Led0Bright) / NUMPIXELS * i + Led0Bright) / 100 * Bright /100)

           file.write('0x%02X%02X%02X' % (rP,gP,bP))

           if i == hC:

               file.write('},\n')

           else:

               file.write(', ')

           imgPolar.putpixel((i,j), (rP, gP, bP))

   file.write('\t},\n\n')

#Generate directory to save screen capture

dir_name = "screen_caps"

if not os.path.exists(dir_name):

   os.mkdir(dir_name)

i = 0

while True:

   is_success, frame = gif.read()

   # Exit when the file can not be read

   if not is_success:

       break

   # Write out to an image file

   img_name = str(i) + ".jpg"

   img_path = os.path.join(dir_name, img_name)

   cv2.imwrite(img_path, frame)

   #conversion

   polarConv(img_path, i)

   i += 1

file.write('};' + '\n' + '\n')

file.close()

#Inserting the number of frames at the beginning of the file

with open('graphics.h') as f:

   l = f.readlines()

l.insert(0, '#define Frame ' + str(i) + '\n')

with open('graphics.h', mode='w') as f:

   f.writelines(l)[/mw_shl_code]

测试GIF文件

我使用了以下GIF文件。帧数是16。