Borg Ventilator

Borg Ventilator Release status: stable [box doku]

Description	Der Borg Ventilator ist ein rotierendes LED Display basierend auf einem FPGA-System
Author(s)	Sauron, Bilex
Platform	FPGA
License

Dieses Projekt steht unter der creative commons Lizenz. (cc-nc) Eine kommerzielle Nutzung ist ausdrücklich verboten

Das Projekt

Ziel des Projektes ist es ein Videosignal auf einem Ventilator darzustellen. Dazu besitzt der Ventilator insgesamt 244 RGB Led's verteilt auf 4 Flügel. Als Datenquelle verwende ich einen Standard VGA Anschluss. Dieses VGA Signal wird digitalisiert, aufbereitet und auf dem Ventilator dargestellt.

Der Flügel

Der Borg im neuen Gehäuse

"An Bord" befinden sich ein FPGA von Xilinx aus der Spartan Baureihe, Plattform Flash, LED Treiber und jede Menge SMD RGB LEDs . Es gibt 4 Flügel, die mit RGB LEDs bestückt sind. Insgesamt werden 244 LEDs verbaut. Da die normalen LEDs einfach viel zu gross sind, werden SMD Teile verwendet. Zusätzlich werden die LEDs je Flügel leicht versetzt. Dadurch verringern sich die dunklen Streifen zwischen den LEDs und die Auflösung steigt. Die Auflösung beträgt 512 Bildpunkte in der Diagonalen.

Video Signal

Der Borg wird wie ein Monitor an die Grafikkarte angeschlossen. Ein Treiber ist nicht erforderlich. Die Bildschirmauflösung muss dann zwischen 640 X 480 und 1280 X 1024 liegen. Das Videosignal wird mit der vollen Wiederholrate aktualisiert. Der Pixelclock sollte 140 MHz nicht wesentlich übersteigen.

Stromversorgung

Der nötige Strom wird über einen Satz Schleifringe übertragen. Die nötige Mechanik dafür hat Bilex geplant und gefertigt. Die eigentlichen Schleifringe bestehen aus standard Platinenmaterial. Die Schleifringe haben sich als erstaunlich langlebig erwiesen. Lediglich alle paar Monate sollten die Schleifringe mal gereinigt werden.

Datenübertragung

Umgebauter Kopf eines Videorekorders

Die Daten werden berührungslos induktiv Übertragen. Das Prinzip funktioniert wie ein Trafo, mit dem Unterschied, dass sich hier die Sekundärseite dreht. Je weniger Windungen, desto höhere Datenraten werden möglich. Passende Spulen findet man in jeder Kopftrommel eines Videorekorders. Da ein Trafo keine Gleichspannung übertragen kann, muss die übertragung Gleichspannungsfrei sein. Weiterhin kann das Taktsignal aus den Datensignalen zurückgewonnen werden. Damit dies funktioniert, wird der Leitungscode B8B10 verwendet.

Die Daten werden paketweise gesendet. Ein Paket besteht aus 512 Byte Nutzdaten. Danach folgt eine 6 Byte lange Magic Number und noch 2 Byte Checksumme. Mit der Magic Number kann der Empfänger erkennen, ob er immernoch synchron zum Sender arbeitet und sich notfalls auch neu synchronisieren. Bei Fehlern in der Checksumme wird das Datenpaket ignoriert.

Die Daten werden mit 11,3 MB pro Sec. (= 90 Mbit/s) übertragen.

Bedieninterface

Bedienpanel

Es gibt nun ein LCD Display und einen Drehencoder mit Taster. Hiermit lassen sich verschiedene Menüs aufrufen und Einstellungen tätigen. Ausserdem erleichtert es die Fehlersuche.

Plasma

Sollte mal kein Videosignal anliegen, so stellt der Borg einen schönen bunten Plasmaeffekt da. Dadurch lässt sich der Borg auch ohne PC betreiben.

Video

hier gibt es das Video

Technische Daten

Unterstützte Auflösungen

640 X 480 max 100 Hz
800 X 600 max 100 Hz
1024 X 768 max 100 Hz
1280 X 1024 max 60 Hz

Andere Auflösungen können funktionieren, da der Borg grundsätzlich versucht ein Bild darzustellen, auch wenn eine exotische Auflösung gewählt wird. Überschreitet der Pixeltakt aber ca. 160 Mhz kommt es zu aussetzern.

Bildwiederholrate

Die Bildwiederholrate ist identisch mit der am PC eingestellten Bildwiederholrate. Empfehlung: 60 Hz.

Farbtiefe

Darstellbare Farben: 65535 Theoretisch möglich wären auch 16,7 Mil. Farben, dann jedoch mit etwas geringerer Auflösung

Gamma korrektur

Ohne Korrektur sahen die Bilder sehr Flau aus, insbesondere bei Fotos und Videos. Nun lässt sich der Gammawert einstellen. Mit einem Gamma von 1,6 haben wir gute Erfahrungen gemacht.

Drehzahl

Die Drehzahl ist stufenlos einstellbar zwischen 0 und 2500 U/min. Der FPGA passt sich der aktuellen Drehzahl an und es ist ihm völlig egal wie schnell der Ventilator grade dreht. Jedoch macht ein schneller Ventilator viel Lärm. Empfehlung: 1000 U/min

Projektfortschritt

Demnächst wird er ein Plexiglasgehäuse bekommen, damit wird er hoffentlich so leise, dass er im Dauerbetrieb laufen kann.

Datei:BorgVentilator 27C3-2.jpg Datei:BorgVentilator 27C3-3.jpg

Probleme

Die Letzte LED (ganz aussen) zeigt etwas falsches an.
Der Motor ist sehr Laut
gelegentlich zeigen sich leichte Ringe im Bild

Weiterentwicklung

Hier sind einige Ideen, die vielleicht irgendwann mal einzug halten werden.

1) Eine LM32 CPU, die Animationen generiert, wie auf dem Farbborg
2) Einen sd Kartenslot für Animationen und Videos
3) Ein komfortables Bedieninterface  wurde bereits umgesetzt 
3b) OSD mit transparentem Hintergrund.
4) Ausgefallene LED's automatisch erkennen
5) Ein selbst Entwickeltes FPGA Board   wurde bereits umgesetzt
6) Taktrückgewinnung am Flügel   wurde bereits umgesetzt
7) Ein CAN Interface

Ausstellungen

12 / 2010 27C3 Berlin (Danke an Tesla, der in letzter Minute den Borg noch repariert hat.)
05 / 2011 Netzwoche Bielefeld
08 / 2011 Robot Unicorn Invasion
08 / 2012 Ideenpark Essen
12 / 2012 29C3 Hamburg