基于XIAO的翻页显示器设计

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。       

过年在网上逛的时候,看到一个叫Vestaboard的翻盖显示器,挺酷的一个翻盖展示,但价格贵得要死。我琢磨了一下,决定自己动手做一个,就当满足一下小兴趣。

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。

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

Arduino 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。

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。

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。

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。

第三步：翻页帘制作

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）

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。   

第五步：组装搭建

在整体组装值之前需要先对单独的转轮进行测试，看看它们是否可以流畅的转动

总的打印零件包括

转轮架36‍个‍‍

转轮 36个翻页帘 36*64个

第六步：代码

为方便后期更新固件，代码可以使用OTA的方式升级

目前代码运作逻辑是：

上电归位

显示完成后展示白色背景

翻转到指定页面

之后代码会陆续更新日历显示、天气状况、时钟等信息，如果大家对作品感兴趣欢迎访问链接：https://github.com/drtonis/FlapClock

小贴士

Fab Academy 是一个由麻省理工学院比特与原子中心的 NeilGershenfeld 主导的数字化制造项目，基于麻省理工的快速原型课程——MAS 863：如何制造（几乎）任何东西。它提供长达5个月的数字制造项目，可以在任意一个参与的实验室里开展。2023年，XIAO首次作为Fab Academy 学员学习课程中的指定教具，支持学员进行项目学习和创作，今年的毕业项目如果大家有兴趣，欢迎移步进行了解。

关于XIAO开发板

Seeed Studio XIAO是一系列紧凑型开发板，拥有强大的微控制器和丰富的外设。所有XIAO开发板均采用SAMD21、nRF52840和ESP32C3等功能强大的流行芯片，特别适合应用于物联网、机器学习、可穿戴设备的原型开发。此外，它所有表面的电子元器件都放置在电路板的同一侧，邮票孔和贴片封装设计可以让用户轻松地将XIAO集成到自己的电路板中，以实现快速批量生产，如果大家有兴趣，欢迎移步进行了解。

审核编辑：汤梓红