Borg Ventilator

Borg Ventilator Release status: beta [box doku]

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

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 will ich ein Standard VGA Anschluss verwenden. Dieses VGA Signal wird digitalisiert, aufbereitet und auf dem Ventilator dargestellt.

Der Flügel

"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 bedürfen auch noch einer überarbeitung, da sie schnell korrodieren.

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.

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.

Bildwiderholrate

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

Farbtiefe

Darstellbare Farben: 65535

Gamma korrektur

ohne Korrektur sahen die Bilder sehr Flau aus, insbesondere bei Fotos und Videos. Nun lässt sich der Gamma wert einstellen. Mit einem Gamma con 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

Mal wieder ist der Motor kaputt. Ventilatoren sind für das Projekt denkbar ungeeignet.
Das Labor arbeitet an einer Provisorischen Lösung,damit der Venti mit zum 27C3 kommen kann.
Demnächst wird er ein Plexiglasgehäuse bekommen, damit wird er hoffentlich so leise, dass er im Dauerbetrieb laufen kann.

Probleme

Nach einigen Monaten Oxidiert der Schleifring dadurch kommt es zu Aussetzern. An einer Lösung wird gearbeitet
Die Spannung an den Flügeln ist nicht stabil genug. Jeder Flügel wird demnächst einen eigenen Spg. Regler haben

Weiterentwicklung

Hier sind einige Ideen, die vielleicht irgendwann mal einzug halten werden. (Eine konkrete
Umsetzung ist erstmal nicht geplant)

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