Зимой 2017 ребята из Warsabers заказали нам разработку трех видов плат для световых мечей («лайтсаберов», оружия из вселенной «Звездных войн»).

• Простая плата
• RGB-плата
• Звуковая плата
• Neocore (управление светодиодной лентой)

 

Самая простая плата функционально умеет всего лишь включаться и выключаться по кнопке без фиксации. Включенный меч просто светится определенным светом, но и такие весьма востребованы. Из технических нюансов есть стабилизация тока светодиода: независимо от параметров светодиода через него будет идти ток в 1А, что хорошо сказывается на сроке службы и стабильности работы. На этой плате нет микроконтроллера и программируемой прошивки. Стабилизация тока светодиода осуществляется драйвером светодиода с высоким КПД, мы не тратим энергию на нагревание балластных резисторов (как это часто бывает в других мечах).

 

Вторую плату мы называем RGB-платой, она все еще управляет светодиодами при помощи тех же драйверов, но теперь есть микроконтроллер, и, как следствие, более широкие возможности:

• В штатном режиме работы меч может светиться любым цветом (стоит RGB-светодиод, микроконтроллер управляет компонентами RGB);
• По нажатию кнопки меч начинает моргать;
• На плате есть акселерометр, при помощи которого можно определять удары. При ударе меч вспыхивает другим цветом (или тем же, но более ярко);
• У меча есть режим настройки, в нем можно менять цвета свечения. Цвет свечения (около 15 вариантов) запоминается в энергонезависимой памяти, и дальше меч будет всегда включаться с этим цветом, пока его не перенастроить.

 

Основное функциональное отличие звуковой платы от RGB — в возможности воспроизведения музыки и реакции на различные движения мечом. Техническое задание включало в себя требования качественного звука, отзывчивой реакции на жесты, возможности распознавания движений, реализации световых и звуковых эффектов, возможности обновления прошивки легким для пользователя способом. 

Для меча предусмотрено три режима — спящий, в котором энергопотребление минимально, режим настроек и режим работы. В спящем режиме меч находится, когда выключен или когда подключен к компьютеру по USB. В режиме настроек пользователь может сменить цвета свечения меча или звуковой профиль. В режиме работы меч реагирует на движения и кнопки воспроизведения эффектов. 

Плата включает в себя

• Систему управления RGB-светодиодом, реализованную аналогично RGB-плате; сильноточные драйверы со стабилизацией тока и высоким КПД отлично себя зарекомендовали;
• Достаточно мощный процессор Cortex-M4;
• MicroSD карту для хранения обновления текущей прошивки, файлов звуковых эффектов и настроек меча;
• Специальную микросхему для воспроизведения звука. По сути это звуковая карта, позволяющая проигрывать музыкальные файлы с достаточно высоким качеством. Мы используем  формат 16 bit, 22 kHz;
• Разъем microUSB для подключения меча к компьютеру для записи новых файлов, смены настроек или зарядки аккумулятора;
• микросхему зарядки: для питания используется Li-ion аккумулятор напряжением 3,7 В, зарядка происходит через USB, меч автоматически входит в спящий режим, сделана индикация разрядки и полной зарядки аккмулятора;
• Трехосевые акселерометр и гироскоп для возможности распознавания движений и реакции на них.

Анализируя данные с датчиков движения меч умеет распознавать следующие движения:

• Взмах (Swing) — любое движение мечом с достаточной скоростью. Каждый новый взмах сопровождается звуковым эффектом; 
• Удар (Clash) — столкновение меча с любым объектом. Сопровождается световым и звуковым эффектом;
• Тычок (Stab) — выпад мечом. Cопровождается звуковым эффектом;
• Вращение (Spin) — быстрое вращение меча по кругу, в которое переходят взмахи, при снижении скорости превращается во взмахи обратно. Cопровождается звуковыми эффектами;
• Вкручивание — вращение клинка вокруг своей оси. Сопровождается звуковыми эффектами. 

Для распознавания жестов используются наши авторские алгоритмы, разработанные специально для этой задачи, что позволило  повысить отзывчивость меча  и настраивать его поведение согласно желаниям владельца. 

Так же реализованы звуковые эффекты Force и Blaster по нажатию соответствующих кнопок, мерцающий режим работы меча и вход в клинч — состояние, в котором меч не реагирует на движения и эффекты. 

При помощи разъема microUsb меч можно подключить к компьютеру без извлечения microSD-карты и использования внешнего картридера. Таким образом можно отредактировать звуковые файлы меча, файлы настроек, а так же записать новую прошивку. Для обновления проишвки меча и добавления новых функций теперь не нужно использовать специальное устройство. Достаточно просто положить файл с новой  программой на microSD карту, что позволяет присылать новые версии прошивки заказчикам, например, по электронной почте. 

Меч использует огромное количество пользовательских настроек, можно настроить как цвета свечения различных эффектов, так и звуковые профили и чувствительность меча на тот или иной жест. 

 

Новая плата предназначена для управления светодиодной лентой. Она сделана на основе звуковой платы и унаследовала все ее возможности(качественные звуковые эффекты, распознавание движений, microSD, подключение к компьютеру по microUSB, управление зарядкой, высокая гибкость настроек), только стала еще компактней за счет того, что отпала необходимость в драйверах светодиодов.

К ней можно подключить:

• основной клинок, в котором может быть одна или несколько светодиодных лент, подключенных параллельно или последовательно;
• второй клинок, который может идти в обратную сторону от рукояти (меч Дарта Мола) или как гарда (меч Кайло Рена). Также на его место можно подключить специальные диоды подсветки.

За счет ленты в лезвии все эффекты стали более настраиваемыми:

• меч включается, будто разворачивается. Можно настроить скорость и направление развертки — меч может как убираться в рукоять, так и втягиваться в кончик;
• бластер и удар (clash) отображаются вспышками в различных местах клинка;
• тычок (stab) вспыхивает на кончике;
• клинч (lockup) мерцает и вспыхивает по всему клинку;
• новый эффект «пламенный меч» — волны «пламени» бегут по основному клинку. Могут быть любого цвета, ширины и скорости.

На плате есть 8 дополнительных диодов,поведением которых тоже можно управлять, создавая последовательности шагов для каждого эффекта и основного режима работы.

В начале 2020 года мы сделали новый звуковой алгоритм для платы Neocore. Он позволяет микшировать музыкальные дорожки. Звучание меча при взмахах становится не отрывистым, как раньше, а непрерывным. Смотрите и слушайте видео :)

Постановка задачи: warsabers.ru;
Печатная плата: Крэйл;
Программирование: Крэйл, Илья Тагунов;
Алгоритмика: Нотиэль;
Сборка: Крэйл, Дабро, Ильмаяр, Оками, Хьёрдис, Саша Занделова. Для звуковых и NeoCore плат с середины 2017 года используется заводская сборка;
Текст статьи: Нотиэль;
Менеджмент проекта: Нотиэль.