ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В последнее время все чаще можно услышать о применении различного рода эффектов, приемов, креативных идей для рекламы различной продукции, для привлечения внимания людей к мероприятиям и технологий. Это и переодетые в символические костюмы люди, приглашают посетить то или иное действо, и объемные объекты на рекламных щитах, и, конечно же, высокотехнологичные эффекты, например, прозрачный автомобиль, оборудованный с одной стороны видеокамерой, а с другой стороны — сплошным покрытием из светодиодов, которые транслируют картинку с видеокамеры в реальном времени [1].

1. Актуальность темы

Важнейшей задачей, конечно, является вывод информации. Даже не от самого содержания, а от того, насколько интересно и привлекательно представлена ​​информация, будет зависеть реакция людей на нее. Одной из идей визуализации графической информации, которая была предложена Джулиусом Поппом и получила название Bit.Fall, является использование воды для показа изображения, когда каждым его пикселем является капля [2]. Из-за практически полного отсутствия на украинском рынке подобных услуг и их вероятной дороговизны, было решено разработать установку для вывода графической информации с помощью воды исходя из собственных соображений и возможностей их реализации.

2. Цель и задачи исследования, запланированные результаты

Исходя из вышесказанного, задача состоит в рассмотрении возможности создания и выборе методов для разработки системы, которая представляет собой водный дисплей, который формирует растровое бинарное изображение путем управления падающими струями воды. Для исследования данной темы используются материалы и данные, которые доступны в сети Интернет.

Описанная система должна состоять из двух частей, которые взаимодействуют между собой: аппаратной и программной.

3. Разработка системы

Аппаратная часть установки представляет собой закрепленный на определенной высоте (2-3 метра) ряд электромагнитных соленоидных клапанов, открытие/закрытие которых происходит включением/выключением постоянного тока [3], расположенных близко друг к другу. Они подключены к резервуару с водой, который находится над ними. Открываясь и закрываясь в определенное для каждого клапана время, они пропускают небольшие капли или струи воды, движущиеся вертикально вниз. Таким образом, клапаны динамично управляют формированием изображения (отдельно взятый клапан формирует один столбец пикселей).

Падающая вода попадает во второй, более вместительный резервуар, который находится на земле под клапанами. Сначала водой заполняется нижняя емкость и с помощью постоянно работающего насоса вода подается по шлангу к верхней емкости. В случае полного заполнения последней, вода стекает вниз по обратному шлангу. Таким образом, описанная система является замкнутой. Функциональную схему установки можно увидеть на рисунке 1 (стрелками указано направление движения воды по шлангам: слева - обратный, справа - прямой шланг).

Функциональная схема графического водопада

Рисунок 1 — Функциональная схема графического водопада
(A, B — резервуары, C — насос, D — электромагнитные клапаны)

Работа клапанов обеспечивается платой управления. Она состоит из микроконтроллера Arduino [4], оборудованного портом USB, с помощью которого тот получает с компьютера информацию о выводимом изображении (или используются сохраненные в памяти контроллера изображения), и, анализируя ее, включает/выключает каждый клапан с помощью регистров сдвига и силовых ключей. Сдвиговые регистры используются для увеличения количества цифровых портов контроллера [5], которые и управляют состоянием силовых ключей [6]. В качестве последних планируется применять полевые транзисторы IRL2030, а в качестве регистров сдвига - микросхемы M74HC595.

Программная часть графического водопада должна представлять собой приложение, управляющее работой микроконтроллера по интерфейсу USB. Оно должно позволять загружать изображения из файла (рисовать их пользователю, или превращать введенный текст в изображение) и отправлять их побайтово микроконтроллеру (возможно в сжатом виде [9]). В качестве языка программирования планируется использовать графический язык G в среде разработки LabVIEW [7], или объектно-ориентированный Java [8].

Микропрограмма контроллера должна получать по последовательному порту данные, соответствующие переданному изображению, анализировать их и включать/выключать электромагнитные клапаны в зависимости от вида каждой строки изображения.

При этом есть вероятность столкнуться с нелинейной скоростью движения капель воды, так как она будет ускоряться под действием силы тяжести, и для уменьшения растяжения нижней части изображения придется, возможно, корректировать алгоритм работы контроллера.

Эмуляция работы реальной системы

Рисунок 2 – Эмуляция работы реальной системы
(цикличная анимация: 32 кадра, 700 КБ)

Выводы

После реализации описанная система во время работы должна формировать красивые динамические изображения из множества крошечных капель воды, привлекая внимание людей. При этом изображение является материальным лишь в течение нескольких секунд свободного полета капель. Может использоваться для проведения рекламных мероприятий, различных представлений, как элемент дизайна интерьера. Возможность повторного использования воды вследствие замкнутости системы делает ее работу экономической, ведь используется только электроэнергия для работы насоса и блока питания соленоидных клапанов и микроконтроллера.

В перспективе возможна реализация беспроводного управления графическим водопадом с помощью Android-устройства, используя технологии Bluetooth и/или Wi-Fi. Также можно обеспечить получение по Интернету актуальных ключевых слов и изображений, например, из социальной сети Twitter и вывод их на водяной дисплей в реальном времени.

Перечень ссылок

  1. Mercedes сделал «прозрачный» автомобиль (LED и видеокамера) / Хабрахабр. — Режим доступа: http://habrahabr.ru/post/139387/.
  2. Bit.Fall | Science Gallery. — Режим доступа: http://www.sciencegallery.com/surfacetension/bitfall.
  3. Электромагнитный (соленоидный) клапан — Википедия. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Электромагнитный_(соленоидный)_клапан.
  4. Arduino — Википедия. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Arduino.
  5. Аппаратная платформа Arduino | Arduino.ru — Режим доступа: http://arduino.ru/.
  6. Сдвиговый регистр | Электроника для всех. — Режим доступа: http://easyelectronics.ru/sdvigovyj-registr.html.
  7. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3. | Электроника для всех. — Режим доступа: http://easyelectronics.ru/upravlenie-moshhnoj-nagruzkoj-postoyannogo-toka-chast-3.html.
  8. LabVIEW — Википедия. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/LabVIEW.
  9. Java — Википедия. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Java.
  10. Бинарное изображение — Википедия. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Бинарное_изображение.