创客项目秀 | 基于XIAO的翻页显示器 - 极术社区

这次小编给大家带来的是来自瑞士的 Maker drtonis 博士的翻页显示器项目。

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MAKER：Thomas Burns /译：柴火创客空间

去年圣诞节前后，drtonis 博士在互联网上闲逛，看到了一个 Vestaboard——一个翻盖展示。外观非常精致以至于看起来像艺术品，是一个非常不错的的翻页显示器，但非常昂贵。作为一名具有硬件知识的理工男，drtonis 博士决定自己做一个。
我最初的计划很简单。我是做硬件的,所以我的DIY版本不会做得那么高端。控制器我觉得用ESP芯片做就行了,它可以连WiFi更新时间或者连网站。所以我的DIY版就主要集中在硬件方面,软件部分比较简单,以后可以慢慢改进。主要的设计用Fusion360画图,打印件我有3D打印机。一般人写这种成功项目的文章,但我这个有点不同。整个项目我忙活了将近7个月,结果还是不太满意。主要问题等下讨论。不过,我对我的构思和制作思路还是很满意的,就是一些结构需要重新设计。最后为了完成这个项目,我让显示部分勉强工作了。非常感谢Seeedstudio赞助了XIAO ESP32和PCBA,我真的需要他们的帮助,因为这个项目成本比我平时DIY要高多了。与Seeed的沟通非常专业,他们也给了很大支持。大家可以看看:https://www.seeedstudio.com/fusion.html

材料清单

硬件：

XIAOESP32C3 * 1
28BYJ-48 步进电机 5V *36
PCB 28BYJ-48 步进电机驱动板 *3
A3144霍尔传感器 *36

软件：

Fusion 360
Aeduino IDE

其他：

3D打印机
耗材
杜邦线若干M３螺丝３*１ｍｍ磁铁若干自贴纸
更多的时间、耐心

第一步：结构设计

在开始这个项目之前结构部分最重要的设计就是翻页装置，这里需要保持翻页帘的流畅性同时还要保证滚轮转动不会卡死，因为是DIY 3D打印很难保证每个翻页装置的精度可以让其流畅运行。
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Vestaboard的显示器的转轮使用了64个翻页帘，为了尽可能还原，因此也采用相同的数量，显示比例为22:6，翻页帘的制作数量为22_6_64，对于DIY来说确实是个天文数字，因此最终将翻页帘的数量控制在2304，显示比例为12:3。
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结构设计完成后就是漫长的3D打印制作环节

第二步：控制功能验证

对于需要同时控制大量步进电机的项目而言，普通开发板和步进电机驱动板直连的方式肯定是不可取的，因为没有哪一款开发板可以有上百个IO口，因此这里需要使用移位寄存器，这种方式几乎杜绝了引脚不够用的问题。电机的齿轮减速比为64：1，步距角为5.625度（360/5.625 = 64步）。这意味着一个电机需要 64*64 = 4096 步才能让输出轴转上一圈，因此移位寄存器使用 64 位/字符是比较合适的。
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关于归位——滚轮位置检测的问题，这里使用了A3144霍尔传感器通过检测滚轮上的磁铁的位置来判断当前滚轮是否归位。
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第三步：制作翻页帘

翻页帘是整个设计中最脆弱的部分，需要有足够的平整度还要足够轻薄，否则整个设备的重量和功耗就会成倍增加，在这里使用3D打印完成该环节的制作。翻页帘上的文字使用贴纸粘贴（虽然每张纸都很薄但是几千张纸加起来还是很厚）
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第四步：PCB设计

因为需要驱动多个步进电机传统的固定方式不太友好，包括线路整理，所以这里使用PCB打样，将电机的驱动、移位寄存器、霍尔传感器、供电全部集成在一块板子上，这里用到了Seeed Studio的Fusion业务，他们免费帮我制作了需要用到的PCB板。在使用A3144时一定需要正确安装，错误的安装方式会导致元件发热，严重时会让打印件发生形变，以至于转轮卡死。经过测试后将A3144与磁铁的距离控制在1.3毫米是比较合理的。
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