[Making of 1.25usec demo]

Technical commentary

技術解説

 1996年のTDFにふらっと気まぐれで参加した時、「自走するデモを作る」と 冗談めいて言ったのが、これを制作するきっかけでした。最終的に時間が足りず 自走機能までは間に合っていませんが、見れるレベルの物は出来たかな? と思います。 使われている技術の詳細はとても語り切れないので、 ここでは技術の触りだけでも、さらっと解説していこうと思います。





■1.Functional overview■

1.機能概要


◇Power generator
 It is a circuit to make 5V, 3.3V and 3V from the 11.1V battery.Maximum output is 5V up to 2A, 3V up to 1A.

 11.1Vバッテリから5Vと3.3Vと3Vを作り出すための回路です。5Vは2Aくらい、3Vは1A位の容量があります。


◇Microcontroller
 It use RX 621 of microcomputer Renesas. When optimization is put in, it has about processing capacity of SH2. (About half of Sega Saturn) Since processing of about 1usec is required for motor control and LED processing, An fast microcomputer is necessary.

 マイコンです。ルネサスのRX621を使用しています。(CLOCK 96Mhz ROM 320kb)、 最適化を入れると、SH2程の処理能力があります。(セガサターンの半分程度) モーター制御と、LEDの処理で1μsec程度の処理が必要なため、 そこそこ早いマイコンが必要でした。
選定した理由は「たまたま家にちょうどいい基板があったから」という…


◇Hall ic
In order to measure the timing of LED update, the rotation speed is counted.

ホールセンサICです。回転数を測定するもので、LEDの更新タイミングを測っています。


◇Full color LEDs
 It is WS 2812 compatible IC. 24-bit coloring is possible with 1 wire serial communication. However, although it is 24 bit in the data sheet, it did not move unless data of 32 bits was transmitted. why?
By sifting the height of the LED on the front and back, we fill the gap of LED display. The demo title is this control cycle interval.

 WS2812互換のIC入りLEDです。1線のシリアル通信で、24bitの発色が可能です。 しかし、データシートには24bitとあるのに、32bit分データーを送信しないと動かない謎仕様。 デモのタイトルはこの制御周期間隔です。
LEDは前と後ろで半ブロックほどずらしてあり、 1回転させるとLED間の隙間が埋まるように設計されています。


◇Brushless motor
 a2212/13t 1000kv used. It is drone motor. When turning at full speed, parts will be scattered and it will be disastrous, so we will turn it with less than 10% output. It sends and controls the PWM signal to the motor controller called ESC.

 a2212/13t 1000kv を使用、ドローン用のモータです。 フルスピードで回すと、部品が飛び散り悲惨なことになるため、10%以下の出力で回しています。 ESCと呼ばれるモーターコントローラへPWM信号を送信し、制御しています。

◇Terminal block
It is a terminal block. fix the brush and wire it. Fastening is screw and hot bond.
端子台です。ブラシの固定と、配線をしています。固定はネジ止めとホットボンド。


◇On the joining of rotating parts
Since the LEDs are lit while rotating, "wiring that connects even if they rotate" is necessary. Copper tape is wrapped around the motor, and a brush of a brush motor is applied to convey electric signals. The brush removed from FA-130 motor.

回転部分の接合について
LEDを回転させながら点灯させているので、「回転してても繋がる配線」が必要です。 図のようにモーターに銅テープを巻いて、ブラシモーターのブラシを当てて電気信号を伝えています。 ブラシはFA-130モーターを分解しました。




■2.Function explanation■

2.機能説明

It is a circuit diagram. Circuits were made, but there are some things that do not work due to lack of time or adjustment. move function is gave up because power distribution adjustment and implementation did not make it in time. Infrared control also abandoned it because I could not secure the time to make a signal analyzer. Speqakers (probably causing power shortage) was also without being able to put in the function.

 回路図です。回路は作ったものの、時間不足や調整不足で機能しないものがいくつかあります。 自走機能は電力配分の調整と機能実装が間に合わず断念、赤外線によるコントロールも信号解析機を作るまでの 時間が確保できずに断念してます。スピーカー機能(おそらく電力不足になる)も機能を入れられずに断念しています。




■About LED update timing■

LEDの更新タイミングについて

This express pixels by turning LEDs while blinking. One pixel is illuminated for 1 msec and blinks for 40 msec in one rotation and 20 msec (20 pixels) in half rotation. There is a virtual screen of 20 * 20 dots in the memory of the program. After drawing it there, this hand the processing to LED control. Imqages can also be displayed.

LEDを、点滅させながら回転をすることによりピクセルを表現しています。 1ピクセルを1msecの点灯で表現し、1週は40msec、半回転で20msec(20ピクセル)分点滅します。
プログラムの内部で、20*20ドットの仮想画面があり、そこへ描画してから LED制御に処理を渡しています。画像も表示可能です。


■Parts■

◇Parts explanation
CQ-FRK-RX62N: RX 621 microcomputer
WS 2812: LED
LM317, NJM7800: 3 terminal regulator
TXB 0104: Bidirectional level shifter
US 1881: Hall sensor IC
ESC_A 2212: Brushless motor controller
7402: General NOT circuit

◇主な部品の説明:
CQ-FRK-RX62N : RX621マイコン
WS2812:LED
LM317,NJM7800:3端子レギュレータ
TXB0104:双方向レベルシフタ
qUS1881:ホールセンサIC
ESC_A2212:ブラシレスモータコントローラ
7402:汎用NOT回路


■Tools■


◇測定器など
Multimeter:LDM81B
Oscilloscope:DS203
Power supply:PBA/PBW50F
Chip Debugger:E2 lite
Charger:B3 PRO 2S-3S
Other:many ic datasheet
その他:データシート沢山


Most parts are available at Amazon. The microcomputer be available in "Akizuki denshi". in the spherical case it bought a 170 mm ball with the mail order of "Tokyu Hands". all dimensions are designed based on it.

ほとんどの部品はAmazonで入手可能です。 マイコンは「秋月」で手に入るでしょう。 球形のケースは「東急ハンズ」の通販で170mm球を購入しました。 全ての寸法は球をもとに設計されています。




■3.Scene commentary■

3.デモのシーン説明


◇secen0
This is the time for evacuation from installation to startup. The LED flashes in a sense of 0.5 seconds. Music is made at 144 bps...oh! but I noticed now that it is not synchronized with music.

起動準備です。 設置してから起動するまでの退避用の時間です。 おまけで付けたLEDを0.5秒感覚で点滅させています。 音楽は144bpsで作ってあり、よくよく考えてみたら 音楽と全く同期していませんでした。


◇scene1
It is a simple effect that just lights up from the bottom. the place which is shining other than green is a phenomenon that occurs due to motor noise on the Serial line. this white part is one that the data did not reach the last LED and was not updated due to noise.

 単純に下から上に点灯させているだけです。 緑以外、光っている個所は、通信線にモータノイズが乗っているために起こる現象です。 白色の部分はノイズで末端までデータが届かず更新されなかった状態です。 もう少し時間と良いオシロがあれば、ノイズの解析までできたのですが…


◇scene2
LEDs are lit sequentially from top to bottom, and stacked. If you continue to send the lighting pattern all the time, the noise will be canceled and the appearance will be better.

 上から下に順番に点灯させ、積み重ねているだけです。 ずっと点灯パターンを送り続けているとノイズが打ち消されるので見栄えも良くなります。


◇scene3
this opened 2 dots and scrolled from bottom to top, but it was not very beautiful. so, it switches to the next scene in a short number of seconds.

 2ドット開けて下から上にスクロールさせているのですが、あまり綺麗ではありませんでした。 そのため、短い秒数で次のシーンに切り替わります。


◇scene4
It is change the color in the HSV color space while lighting all. Perhaps it is a place where this scene takes a picture and it looks good. It has a lot of light intensity, it glows beautifully.

 全点灯し、HSVで、色空間を移動しています。 おそらくこのシーンが写真で撮ると見栄えがする場所ではないでしょうか、 光量も多く、きれいに光ります。


◇scene5
This moves the HSV color space while moving the lighting pattern diagonally. I think that the sense of pico pico was out.

 点灯パターンを斜めに移動させながら、HSV色空間を移動しています。 ピコピコした感じが出てそれなりに見栄えがします。


◇scene6
The ascii of "TOKYO TDF 2017" are switched and displayed. It is difficult to capture with cameras, but it is distinguished by eye. It think would have been more difficult for they to take pictures ...

 「TOKYO TDF 2017」の文字パターンを切り替えて表示しています。 カメラだとあまりよく見えないのですが、肉眼では区別がつきます。 写真を撮る方も難しかったのではないでしょうか…


◇scene7
This is "katakana" 「イ」 At first, I tried to display the northern hemisphere of the globe, but I abandoned it because the resolution was low. 「イ」 is the shape that is most easily recognized in shape. which was used for Japan's first TV transmission test.

 「イ」です。 最初は、地球儀の北半球を表示させようとしたのですが、解像度が低くて よく分からないパターンになったので、もっと区別しやすい単純な形に変えました。 やはりテレビの伝送実験に使われたパターンだけのことはあります。判別しやすいです。


Besides this, classic fire effect and 3D figure of wire frame etc. I was trying to display, but I am abandoning the adjustment due to time. While finding time, I am thinking to add patterns when I make new videos.

このほかにも、古典であるファイアーエフェクトや、ワイアーフレームの3D図形など 表示を試みていたのですが、時間の関係で調整を断念しています。 これから時間を見つけつつ、新しい動画を作るときにパターンを加えて行こうかなと考えています。






Thank you for reading so far.