P.I.W.O. – Potężny Indeksowany Wyświetlacz oknowy 1

Filip Rus
P.I.W.O. – Potężny Indeksowany Wyświetlacz
oknowy
1.
1.1
Teoretyczne przedstawienie zagadnień
projektowych
Główna idea projektu
Projekt Potężnego Indeksowanego Wyświetlacza Oknowego ma
spełniać głównie zadanie rozrywkowe i promocyjne. Zakłada on
wykorzystanie jednego (lub kilku) akademików z osiedla „Wittigowo”,
zwanych potocznie „tekami”, jako wielkogabarytowego wyświetlacza o
niskiej rozdzielczości.
Rysunek 1: Przykład wykorzystania akademika jako wyświetlacza
Każdy akademik wspomnianego osiedla liczy 10 pięter wysokości, a na
każde piętro przypada po 12 pokoi (na ścianę frontową i tylną). Daje to
łącznie 120 okien rozłożonych symetrycznie na powierzchni całej ściany
frontowej akademika. W każdym z pokoi znajduje się górne oświetlenie w
postaci żyrandola z żarówkami o łącznej mocy co najmniej 100W. Przy
założeniu, że każde okno staje się jednym punktem wyświetlacza sterując
oświetleniem pokoi można uzyskać dowolny obraz o rozdzielczości 12x10
1
pikseli. Zapaleniec światła w pokoju jest równoznaczne z jasnym
pikselem, a zgaszenie z zaciemnieniem piksela dając w efekcie duży
kontrast.
1.2
Przegląd rozwiązań indeksowania
Indeksowanie w wyświetlacza tych rozmiarów jest sprawą kluczową i
można ją przeprowadzić na kilka sposobów przy uwzględnieniu
istniejącego wyposażenia akademika.
Pierwszym i najprostszym pod względem sprzętowym rozwiązaniem
jest wykorzystanie 120 komputerów klasy PC połączonych siecią LAN.
Każdy pokój akademika jest zamieszkiwany przez 2 lub 3 studentów
Politechniki Wrocławskiej więc sprawą oczywistą jest, że w pokoju
znajduje się co najmniej 1 komputer. Każdy z nich poprzez port szeregowy
lub równoległy połączony byłby z terminalem końcowym krótkim
odcinkiem przewodu i w ten sposób sterował jedną komórką wyświetlacza.
Rozwiązanie to wymaga rozbudowanej i niezawodnej części
programowej projektu, która miałaby za zadanie przesyłanie do każdego
komputera danych o jednym pikselu i synchronizacje dużej liczby maszyn.
W przypadku istnienia w akademiku sieci LAN o topologii gwiazdy,
gdzie kable z każdego pokoju schodzą się w jednym punkcie, istnieje
możliwość podłączenia terminali końcowych bezpośrednio do kabli
sieciowych. W centralnym miejscu sieci ustawiony byłby 1 komputer wraz
z zestawem odpowiednich rejestrów przesuwnych sterowanych z portu
równoległego, który sterowałby wszystkimi 120 pikselami wyświetlacza.
Pierwszy sposób indeksowania można uprościć zmniejszając liczbę
komputerów do 10 – po jednym na piętro. Port równoległy komputera
posiada 12 lini wyjściowych, co idealnie pasuje do liczby pokoi na piętrze.
Ustawiony w jednym z pokoi komputer połączony byłby dodatkowymi
przewodami z terminalami w każdym z 12 pokoi. Komputery zaś
połączone byłyby siecią LAN, a protokół komunikacji uległby znacznemu
uproszczeniu.
Powyższy sposób można zmodyfikować zastępując komputery
mikrokontrolerami (po jednym na piętro) i łącząc je z jednym centralnym
komputerem sterującym za pośrednictwem interfejsu RS232 lub RS485.
2
1.3
Terminale końcowe
Terminal końcowy bezpośrednio sterujący napięciem sieciowym
zasilającym oświetlenie powinien w założeniu charakteryzować się jak
największą prostotą i łatwością wykonania ze względu na konieczność
wykonania dużej liczby takich terminali.
Terminal składający się jedynie z kilku elementów, którego elementem
wykonawczym byłby przekaźnik, umieścić można w oprawie oświetlenia
lub lepiej w puszce wyłącznika światła. Te dwa sposoby różnią się między
sobą jedynie sposobem włączenia w obwód odpowiednio szeregowo i
równolegle.
3
2.
2.1
Możliwości realizacji praktycznej
Indeksowanie
Wszystkie przedstawione w części teoretycznej sposoby realizacji
indeksowania mają zalety i wady. Przy wyborze najodpowiedniejszego
rozwiązania należy kierować się przede wszystkim dwoma kryteriami, tj.
względami administracyjnymi i kosztami.
Pod względem kosztów najlepiej wypada metoda pierwsza, zakładająca
użycie 120 komputerów. Nie ma tu także przeciwwskazań
administracyjnych, jednakże skłonienie 120 osób do użyczenia swojego
mienia w jednym czasie i synchronizacja wszystkich związanych z tym
zadań, a także konieczność stworzenia rozbudowanego środowiska
sterującego pracą wyświetlacza powoduje odsunięcie tej metody na dalszy
plan.
Metoda wykorzystania bezpośrednio kabli sieciowych spotka się z
przeszkodami administracyjnymi, a do tego gwieździsta topologia sieci jest
usuwana z akademików.
Do wykorzystania pozostają więc metody z 10 komputerami lub
procesorami, przy czym ta pierwsza jest nieco prostsza pod względem
okablowania, za to nieco bardziej skomplikowana, jeśli chodzi o
oprogramowanie. Ponieważ jednak jest to projekt studencki, to
oprogramowanie nie naraża projektu na koszty, w przeciwieństwie
do konieczności zakupu procesorów i dodatkowego okablowania.
Wybierając zatem metodę z dziesięcioma komputerami, należy
wykonać dziesięć jednakowych układów sterujących terminalami
końcowymi. Do 12 linii wyjściowych złącza równoległego należy
podłączyć 12 buforów w postaci tranzystorów małej mocy. Przekaźniki
terminali końcowych załączane tymi buforami zasilane mogą być
z jednego ze złączy typu MOLEX zasilacza komputera sterującego.
Przewody sterujące pracą terminali przeciągnąć należy wewnątrz bądź
na zewnątrz budynku. Za przeciągnięciem kabli na zewnątrz i
doprowadzanie ich oknami do pokojów przemawia wiele czynników.
Przede wszystkim nie są one wtedy w tak dużym stopniu narażone na
wandalizm, a także wymagana ich długość ulega zmniejszeniu ze względu
na specyficzny układ pomieszczeń akademika.
4
2.2
Terminale
Ze względu na konieczność wykonania dużej ilości terminali
końcowych muszą się one odznaczać daleko idącą prostotą skracającą czas
wykonania i minimalizującą koszty elementów.
Zasadniczo rozważyć należałoby sposób wysterowania żarówek.
Eleganckim sposobem, zwłaszcza przy często przełączanych obwodach,
byłoby użycie triaków. Powiększyłoby to niestety znacznie koszty, gdyż
oprócz samego triaka konieczne stałoby się zastosowanie także optotriaka
dla odizolowania komputerów sterujących.
Z przeprowadzonych prób wynika, że zwykły niskonapięciowy
przekaźnik, jest wstanie przełączać swoje styki z częstotliwością około
25Hz, nie wykazując przy tym znaczącego zużycia po kilkugodzinnej
pracy. Ze względu na bezwładność włókna żarowego żarówkę można
włączyć i wyłączyć (przy zachowaniu prawie całkowitego wygaszenia
włókna) około 3-4 razy w ciągu sekundy. Wynika stąd, że zwykły
przekaźnik poradzi sobie z tym zadaniem bez trudu.
Podsumowując, dla maksymalnego uproszczenia. terminal końcowy
składa się jedynie z przekaźnika niskonapięciowego (5-12 V) i diody
włączonej zaporowo, równolegle do styków cewki przekaźnika. Ma ona na
celu zabezpieczenie tranzystorów sterujących pracą przekaźnika przed
indukowanymi wysokimi napięciami w momencie przełączania.
5
3.
3.1
problemy techniczne, administracyjne i
socjologiczne
Technikalia i koszty
Podczas realizacji, projekt może napotkać szereg problemów
technicznych, które należy wyeliminować dla zapewnienia dobrego efektu
końcowego.
Jednym z nich jest wspomniana już wcześniej bezwładność włókna
żarowego. Ze względu na tę niekorzystną właściwość należy ograniczyć
ilość klatek na sekundę w wyświetlanej prezentacji do co najwyżej 4.
Pamiętać także należy, iż absolutnie nie wchodzi w grę użycie tak zwanych
żarówek energooszczędnych będących w rzeczywistości świetlówkami,
gdyż nie są one przystosowane do szybkiego zapalania i wygaszania.
Sumaryczna moc wszystkich żarówek przekracza 10kW. Może to
powodować powstawanie silnych przepięć w sieci przy przełączaniu dużej
liczby żarówek jednocześnie i w skrajnych przypadkach koniecznym może
się okazać chwilowe odłączenie części zabezpieczeń instalacji sieciowej.
Wydaje się to być mało prawdopodobne, lecz wymaga wcześniejszego
zbadania podczas prób w rzeczywistych warunkach.
Najbardziej kosztowną częścią projektu będą przewody łączące
terminale z komputerami sterującymi. Dla jednego budynku wymagana
całkowita długość (przewodu jednożyłowego) przekracza 5km. Dla
obniżenia kosztów należałoby stosować przewody o jak największej
liczbie żył, jako że cena w przeliczeniu na łączną długość spada
proporcjonalnie do tejże ilości. Optymalnym rozwiązaniem będzie użycie
kabla 40-sto żyłowego ze względu na korzystny przelicznik
(długość)*(ilość żył) / (cena za mb) i stosunkowo łatwą dostępność.
3.2
Administracja i społeczność akademicka
Dużo większymi od technicznych i finansowych mogą okazać się
przeszkody związane z administracją akademików i samymi
mieszkańcami.
Głównym problemem administracyjnym będą warunki gwarancji
instalacji elektrycznej. Jeżeli nie udałoby się uzyskać zgody na „wpięcie”
w istniejącą instalację oświetleniową, konieczne stałoby się zakupienie
6
własnych żarówek, co zwiększyłoby koszty nawet o 40%. Nie przewiduję
jednak całkowitego uniemożliwienia realizacji projektu na poziomie
zarządu budynku.
W każdym ze 120 wykorzystywanych pokojów mieszka 2 lub 3
studentów. Każdego z nich należało będzie przekonać do udostępnienia
pokoju na czas instalacji oraz do odpowiedniego obchodzenia się z nią
przed prezentacją, a także o wyłączenie (lub włączenie – zależnie od
zastosowanej metody „wpięcia” w instalację) światła na czas prezentacji.
Przekonanie ponad dwóch setek osób do projektu nie jest zadaniem
łatwym i będzie wymagało przeprowadzenia szerokiej akcji promocyjnej,
włączając w to pokaz możliwości z wykorzystaniem jednego piętra.
Odpowiednia zachęta pozwoli zminimalizować, a może nawet
wykluczyć istnienie „martwych pikseli”, czyli pokoi gdzie z różnych
przyczyn zawiodło zdalne sterowanie oświetleniem.
7
4.
Podsumowanie - efekt końcowy
Projekt P.I.W.O. może podczas realizacji napotkać szereg problemów
trudnych do rozwiązania. Ich natura wbrew oczekiwaniom może wcale nie
być techniczna. Konieczność współpracy z dużą liczbą mieszkańców
akademika, a także sporą ekipą tworzącą niezbędne instalacje sprawia, że
projekt staje się także dużym przedsięwzięciem logistycznym.
Uważam jednak, że warto przezwyciężyć wszelkie trudności i dołożyć
wszelkich starań, aby końcowy efekt stał się niezapomnianą reklamą
Politechniki Wrocławskiej i jej akademickich obyczajów, jej studentów,
koła naukowego MOS, osiedla „Wittigowo”, oraz (a może przede
wszystkim) miasta Wrocławia. Przedsięwzięcie jest czymś niespotykanym
i unikalnym co najmniej w skali europejskiej i tym samym podkreśliłoby
charakter i atmosferę stolicy Dolnego Śląska.
Rysunek 2: Wybrane klatki prezentacji
8