Jak działa projekt P.I.W.O 2?

Jak działa system P.I.W.O. 2 i dlaczego tak ciężko go skonfigurować a następnie uruchomić?

W tym poście, postaram się przybliżyć Ci aspekty techniczne projektu P.I.W.O.2. Aby zamienić akademik w ogromny wyświetlacz, w każdym ze 120 pokoi musimy zainstalować moduł z żarówkami. Każdą z żarówek będzie można sterować za pośrednictwem komputera. Na komputerze będzie zainstalowane dedykowane oprogramowanie (np. odtwarzacz animacji). Idea jest całkiem prosta, ale tak naprawdę, to kryje się za nią sporo elektroniki i setki metrów kabla.

Tylko dla dociekliwych:
Naszym celem jest wykorzystanie akademika w roli ogromnego wyświetlacza o rozdzielczości 12×10, co obrazuje poniższe zdjęcie:

Czego potrzeba do wykonania projektu P.I.W.O 2?

Aby to osiągnąć, w każdym ze stu dwudziestu pokoi zostanie zainstalowany moduł wykonawczy z dwiema żarówkami (planujemy zrobić wersję dwukolorową). Daje nam to 240 żarówek do wysterowania! Jest to duże wyzwanie. Po dokładnym zapoznaniu się z wewnętrzna zabudową i infrastrukturą akademika, postanowiliśmy problem sterowania rozwiązać następująco:

  • na każdym z dziesięciu pięter, zostanie umieszczony sterownik mikroprocesorowy. Od niego zostaną pociągnięte przewody do każdego z pokoi, tak więc jeden sterownik obsługuje 12 pokoi na piętrze (a w każdym pokoju po dwie żarówki),
  • wszystkie sterowniki zostaną podłączone do sieci typu RS485. Jest to sieć stosowana w przemyśle, wysoce odporna na zakłócenia,
  • poprzez sieć RS485, do wszystkich sterowników, dane będzie wysyłać jeden centralny komputer (na nim będzie uruchomiona aplikacja sterująca, np. do odtwarzania animacji).

Moduł wykonawczy

Moduł wykonawczy ma postać plastikowego pudełka z dwiema żarówkami. W środku zawarte są obwody wykonawcze mocy, dzięki którym sterownik może niezależnie włączać każdą żarówkę. W tej edycji projektu wyświetlacz będzie dwukolorowy. Każdy taki moduł będzie podłączony do lokalnego sterownika na danym piętrze.

Sterownik mikroprocesorowy

Na każdym piętrze akademika będzie umieszczony jeden sterownik. Sercem sterownika jest mały mikroporcesor. Do jednego sterownika są podłączone wszystkie moduły z żarówkami na piętrze. Natomiast sterowniki spięte są w sieć podłączoną do komputera, dzięki czemu mamy kontrolę nad każdą żarówką.

Makieta akademika

Michał Wysocki: Makieta akademika powstała tylko i wyłącznie, w celach promocyjno-testowych. Pozwoli na łatwiejsze i pozbawione zbędnych wyjaśnień zaprezentowanie idei projektu w różnych kręgach. Podczas właściwego pokazu urządzenie będzie pełniło funkcję kontrolną – obraz wyświetlany na akademiku, będzie jednocześnie prezentowany na makiecie, która będzie wychwytywać przesyłane dane. Mimo, że miał być to mało znaczący projekt pomocniczy, to jednak wymagał dużo zachodu i wysiłku w kwestii projektowania i wykonania (elektronika, obudowa). Ostatecznie, po finale PIWA, makieta zostanie umieszczona w gablocie, w jednym z budynków Politechniki Wrocławskiej, gdzie będzie samodzielnie odtwarzała wgraną wcześniej animację.

Sieć RS485

Sieć w standardzie RS485 składa się z rożnicowego nadajnika oraz odbiornika połączonego dwuprzewodową skrętką. Co to oznacza w praktyce? Gdy przesyłamy sygnał przez dwuprzewodowy kabel, to w jednej linii sygnał jest przesyłany normalnie, a drugiej linii sygnał jest zanegowany.

Jest to tzw. sygnał symetryczny. Jeśli teraz taki przewód znajdzie się w polu działania zakłóceń (np. od sieci ~230V), to zakłócenia (szum) nałożą się na sygnały w obu żyłach jednakowo. Teraz odbiornik odejmuje oba sygnały od siebie (stąd nazwa różnicowy), dzięki czemu pozbywa się sygnału wspólnego (czyli szumu). W praktyce mówimy po prostu, że wejście różnicowe tłumi wszelki sygnał wspólny (zakłócenia), a reaguje jedynie na użyteczny sygnał różnicowy.

Standard RS485 dopuszcza łącznie ze sobą wielu nadajników i odbiorników w ramach jednej magistrali, co też wykorzystaliśmy w naszym projekcie.

Konwerter USB<->RS485

Michał Wysocki: Ponieważ rdzeniem całego projektu jest odporna na zakłócenia i powszechnie stosowana magistrala RS485, konieczne było stworzenie urządzenia pozwalającego na połączenie jej z komputerem sterującym całym pokazem. Konwerter RS485-USB zapewnia obustronną komunikację między aplikacją odtwarzacza i sterownikami na piętrach akademika. Dzięki zastosowaniu interfejsu USB będziemy mogli wykorzystać do sterowania siecią, dowolnego laptopa nie posiadającego portu COM.