Borg Ventilator: Unterschied zwischen den Versionen

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Dieses Projekt steht unter der [http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/ creative commons Lizenz]. (cc-nc) Eine kommerzielle Nutzung ist ausdrücklich verboten
 
 
Dieses Projekt steht unter der [http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/ creative commons Lizenz]. (cc-nc) Eine Kommerzielle Nutzung ist ausdrücklich Verboten
 
  
 
== Das Projekt ==
 
== 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.
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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 Flügel ==
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"An Bord" befinden sich ein FPGA von Xilinx aus der Spartan Baureihe, Plattform Flash, LED Treiber und jede menge smd rgb Led's. Es gibt 4 Flügel, die mit RGB Led's bestückt sind. Insgesamt werden 244 Led's verbaut. Da die normalen LED's einfach viel zu gross sind, werden smd Teile verwendet.
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"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 Led's je flügel leicht versetzt. Dadurch verschwinden die Dunklen Streifen zwischen den Led's und die Auflösung steigt. Theoretisch möglich wäre dann eine Auflösung von 512 Bildpunkten in der Diagonalen.
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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 ==
 
== 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.
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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.
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== Stromversorgung ==
 
== Stromversorgung ==
  
Der Nötige Strom soll über einen Satz Schleifringe übertragen werden. Die nötige Mechanik wird gerade von Bilex geplant.
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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 ==
 
== Datenübertragung ==
  
 
[[Bild:Videokopf.JPG|150px|thumb|Umgebauter Kopf eines Videorekorders]]
 
[[Bild:Videokopf.JPG|150px|thumb|Umgebauter Kopf eines Videorekorders]]
Die Daten werden berührungslos Induktiv Übertragen. Das Prinzip funktioniert wie ein Trafo, mit dem Umterschied das sich hier die Sekundärseite dreht.
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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.
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Je weniger Windungen, desto höhere Datenraten werden möglich. Passende Spulen findet man in jeder Kopftrommel eines Videorekorders.
Da ein Trafo keine Gleichspannung übertragen kann, müssen die anzahl Hi Signale gleich der anzahl Low Signale sein. Theoretisch kann das Taktsignal aus den Datensignalen zurückgewonnen werden (praktisch leider nicht). Ich verwende den B8B10 Code, der all diese eigenschaften vereint, und 8 Bits in 10 Bits darstellt.  
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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. 
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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.
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Die Daten werden mit 11,3 MB pro Sec. (= 90 Mbit/s) übertragen.
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== Bedieninterface ==
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[[Bild:Borgventilator bedieneinheit 1445.JPG |150px|thumb|left|Bedienpanel]]
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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.
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==Plasma==
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Sollte mal kein Videosignal anliegen, so stellt der Borg einen schönen bunten Plasmaeffekt da. Dadurch lässt sich der Borg auch ohne PC betreiben.
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== Video ==
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[http://www.youtube.com/watch?v=k-I3tt8SvKA hier gibt es das Video]
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== Technische Daten ==
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=== Unterstützte Auflösungen ===
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* 640  X  480  max 100 Hz
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* 800  X  600  max 100 Hz
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*1024  X  768  max 100 Hz
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*1280  X 1024  max  60 Hz
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Andere Auflösungen können funktionieren, da der Borg grundsätzlich versucht ein Bild darzustellen, auch wenn eine exotische Auflösung gewählt wird.
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Überschreitet der Pixeltakt aber ca. 160 Mhz kommt es zu aussetzern.
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=== Bildwiederholrate ===
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Die Bildwiederholrate ist identisch mit der am PC eingestellten Bildwiederholrate.
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Empfehlung: 60 Hz.
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=== Farbtiefe ===
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Darstellbare Farben: 65535
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Theoretisch möglich wären auch 16,7 Mil. Farben, dann jedoch mit etwas geringerer Auflösung
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=== Gamma korrektur ===
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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.
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=== Drehzahl ===
  
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 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.
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Empfehlung: 1000 U/min
  
Die Rohdaten werden mit 4 mal 20 Mbit übertragen, das entspricht etwas 7,5 MByte pro Sec.
 
  
 
== Projektfortschritt ==
 
== Projektfortschritt ==
  
1) Die Mechanik wird im Augenblick überarbeitet
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* Demnächst wird er ein Plexiglasgehäuse bekommen, damit wird er hoffentlich so leise, dass er im Dauerbetrieb laufen kann.
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2) Die Digitalisierung des VGA Signals funktioniert bis 1280 X 1024 @ 60 Hz
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== Probleme ==
  
3) Nun wird der Takt am Flügel zurückgewonnen. (Wurde bisher separat übertragen). Dadurch kann die Datenrate weiter gesteigert werden.
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* Die Letzte LED (ganz aussen) zeigt etwas falsches an.  
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* Der Motor ist sehr Laut
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* gelegentlich zeigen sich leichte Ringe im Bild
  
 
== Weiterentwicklung ==
 
== Weiterentwicklung ==
  
  Hier sind einige Ideen, die vielleicht irgendwann mal einzug halten werden. (Eine konkrete
+
  Hier sind einige Ideen, die vielleicht irgendwann mal einzug halten werden.
Umsetzung ist erstmal nicht geplant)
 
 
   
 
   
 
  1) Eine LM32 CPU, die Animationen generiert, wie auf dem Farbborg
 
  1) Eine LM32 CPU, die Animationen generiert, wie auf dem Farbborg
 
  2) Einen sd Kartenslot für Animationen und Videos
 
  2) Einen sd Kartenslot für Animationen und Videos
  3) Ein komfortables Bedieninterface
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  <S>3) Ein komfortables Bedieninterface</S> <B> wurde bereits umgesetzt </B>
 
  3b) OSD mit transparentem Hintergrund.
 
  3b) OSD mit transparentem Hintergrund.
 
  4) Ausgefallene LED's automatisch erkennen
 
  4) Ausgefallene LED's automatisch erkennen
  5) Ein selbst Entwickeltes FPGA Board anstelle der Fertigen Boards, das universell einsetzbar ist.
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  <S>5) Ein selbst Entwickeltes FPGA Board </S>  <B>wurde bereits umgesetzt</B>
  <S>6) Taktrückgewinnung am Flügel </S>  wurde bereits umgesetzt
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  <S>6) Taktrückgewinnung am Flügel </S>  <B>wurde bereits umgesetzt</B>
 
  7) Ein CAN Interface
 
  7) Ein CAN Interface
  
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== Ausstellungen ==
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* 12 / 2010  27C3 Berlin  (Danke an Tesla, der in letzter Minute den Borg noch repariert hat.)
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* 05 / 2011  Netzwoche Bielefeld
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* 08 / 2011  Robot Unicorn Invasion
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* 08 / 2012  Ideenpark Essen
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* 12 / 2012  29C3 Hamburg
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== Videos ==
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Hier noch ein Paar Videos.
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[http://www.youtube.com/watch?v=k-I3tt8SvKA hier gibt es das Video]
  
Hier noch ein Paar Videos, die bei der Simulation meines VHDL Codes entstanden sind.
 
  
 
[http://www.youtube.com/watch?v=vhsH37fDi48 Video des Bildaufbaus]  
 
[http://www.youtube.com/watch?v=vhsH37fDi48 Video des Bildaufbaus]  
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[http://www.youtube.com/watch?v=7luXyyBkFPQ First Light]
 
[http://www.youtube.com/watch?v=7luXyyBkFPQ First Light]
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[http://www.youtube.com/watch?v=wsvfa3yw6jQ Ventilator spielt Video ab]
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[http://www.youtube.com/watch?v=a0oqp8FZp7I Video 1 vom 27C3]
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[http://www.youtube.com/watch?v=e0lBvjDZGK0 Video 2 vom 27C3]
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[http://www.youtube.com/watch?v=rkMQSm3kIng&feature=related Video 3 vom 27C3]
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[http://picasaweb.google.com/erik.tews/DasLaborVentilator# Fotos vom 27C3]
  
 
[[Kategorie:BlinkenBorg]]
 
[[Kategorie:BlinkenBorg]]
 
[[Kategorie:FPGA]]
 
[[Kategorie:FPGA]]

Aktuelle Version vom 8. April 2017, 00:03 Uhr

       
Borg Ventilator

Release status: stable [box doku]

Borg beta 1.jpg
Description Der Borg Ventilator ist ein rotierendes LED Display basierend auf einem FPGA-System
Author(s)  Sauron, Bilex
Platform  FPGA
License  CC BY NC.png



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

Das Projekt[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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

Video[Bearbeiten]

hier gibt es das Video

Technische Daten[Bearbeiten]

Unterstützte Auflösungen[Bearbeiten]

  • 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[Bearbeiten]

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

Farbtiefe[Bearbeiten]

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

Gamma korrektur[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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


Borg ventilator 2.jpg BorgVentilator 27C3-1.jpg

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Probleme[Bearbeiten]

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

Weiterentwicklung[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

  • 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

Videos[Bearbeiten]

Hier noch ein Paar Videos.

hier gibt es das Video


Video des Bildaufbaus

Farbiger animierter Würfel (slowmotion)

Farbiger animierter Würfel (echtzeit)

First Light

Ventilator spielt Video ab

Video 1 vom 27C3

Video 2 vom 27C3

Video 3 vom 27C3

Fotos vom 27C3