Projekt P.I.W.O.

Projekt liczy sobie już trzy lata. Początkowo realizowany był przez kilku studentów wykorzystujących oświetlenie pokoju. Potem ewoluował do niezależnej instalacji, która umożliwiała wyświetlanie pokazu w dwóch kolorach. W zeszłym roku świetlne animacje były już wyświetlane w czterech barwach. Tak duże przedsięwzięcie wymaga jednak bardzo poważnego podejścia. Każdy szczegół musi być w pełni dopracowany, by nie zawieść oczekiwań kilkutysięcznej grupy widzów.

 

Dlaczego „P.I.W.O.”?

Skrót P.I.W.O. ma podwójne uzasadnienie. Od razu zwraca na siebie uwagę każdego studenta, a rozwinięcie poszczególnych liter to Potężny Indeksowany Wyświetlacz Oknowy. Potężny, ponieważ jego gabaryty są ogromne. Indeksowany oznacza możliwość adresowania poszczególnych okien, Wyświetlacz - bo projekt zamienia budynek w duży ekran, Oknowy - ponieważ pikselami są okna budynku.

Skąd bierzemy światło?

Nawet tak z pozoru proste zadanie, jak dobór źródła światła w tak dużym projekcie staje się zagadnieniem wymagającym licznych dyskusji popartych przeprowadzonymi doświadczeniami.

W pierwszej edycji wykorzystaliśmy żyrandole znajdujące się we wszystkich pokojach. Takie rozwiązanie sprawiło, że jasność świecenia poszczególnych okien była różna, a skonstruowany przez nas wyświetlacz był jednokolorowy. Do realizacji drugiej edycji opracowaliśmy własne moduły, a w każdym z nich zamieściliśmy dwie żarówki (zwykłą i pomalowaną na czerwono), co pozwoliło na wyświetlenie pokazu w dwóch kolorach. Pracując nad trzecią edycją mieliśmy już spory bagaż doświadczeń.

Wiedzieliśmy już, że zastosowanie żarówek do wyświetlania ruchomych animacji nie jest dobrym rozwiązaniem ze względu na długi czas zapalania i gaśnięcia. Włókno żarówki podłączone do napięcia nie emituje światła do razu (musi najpierw się rozgrzać). Po odłączeniu zasilania, również potrzebuje czasu na ostygnięcie. Najlepszym sposobem realizacji wydawało się zastosowanie diod LED, ale ich wysoka cena zmusiła nas do pozostania przy dawnym rozwiązaniu. Chcąc jednak ulepszyć pokaz, postanowiliśmy wypróbować kilka rodzajów żarówek, biorąc pod uwagę czas zaświecania i gaśnięcia.

Zbudowaliśmy układ pomiarowy składający się z fotorezystora w układzie dzielnika napięciowego umieszczonego w odległości 10 cm od żarówki. Przebieg napięcia w funkcji czasu od włączenia/wyłączenia zasilania badaliśmy oscyloskopem. Okazało się, że czasy zapalania żarówek są podobne, ale czas gaśnięcia żarówki o mocy 100 W jest dwa razy dłuższy niż żarówki o mocy 60 W. To skłoniło nas do zastosowania dwóch żarówek o mocy 60 W w każdym z kolorów. Ponieważ trzecią edycję pokazu chcieliśmy wz ogacić o kolejne kolory (czerwony, zielony, niebieski, żółty), w projekcie wykorzystano 960 żarówek (120 okien × 8 żarówek).

Testy żarówek

Ze względów ekonomicznych żarówki malowaliśmy domowym sposobem. Trochę trudności przysporzył nam dobór odpowiedniej farby. Wszystkie zakupione preparaty nie wytrzymywały wysokich temperatur. W drugiej edycji projektu, pod presją czasu - szybko zbliżającego się dnia premiery, użyliśmy farb do szkła w sprayu. Niestety już po kilku minutach świecenia farba zaczynała się wyraźnie wypalać. Był to jednak na tyle wolny proces, że tak pomalowane żarówki z powodzeniem mogły wytrzymać godzinny pokaz.

W trzeciej edycji projektu sprawę kolorowych żarówek postawiliśmy sobie za punkt honoru. Zwróciliśmy się do chemika, który zajmuje się też produkcją farb do malowania zniczy. Zaoferował nam farbę wykorzystującą bezbarwną bazę silikonową, przeznaczoną do pracy w temperaturze do 600 °C, zmieszaną z odpowiednim barwnikiem. W efekcie miało to dać dopuszczalną temperaturę pracy na poziomie 160 °C. Wkrótce otrzymaliśmy cztery puszki farby w kolorach czerwonym, niebieskim, zielonym i żółtym. Przystąpiliśmy do opracowania techniki malowania. Bardzo dobre rezultaty dało malowanie przez zanurzenie w farbie, a następnie podłączenie na 3 minuty do prądu. Tyle czasu wystarczało, by farba wyschła pod wpływem temperatury.

Moduły oświetleniowe

Decydując się w projekcie P.I.W.O.3 na zastosowanie aż czterech kolorów, stanęliśmy przed zadaniem przesyłania zwiększonej ilości danych. Nie mogliśmy wzorować się na rozwiązaniach poprzedniej edycji i do każdego modułu doprowadzać osobny przewód dla każdego koloru. Ogromna liczba przewodów za bardzo skomplikowałaby montaż i wykonanie. Zatem nowa wersja modułów została wyposażona w mikrokontroler, który po odebraniu ramki informacji steruje odpowiednimi żarówkami. Sygnał zaświecania trafia na optotriak, który stanowi separację galwaniczną napięć niskich i wysokich. Optotriak załącza triak, który bezpośrednio steruje pracą żarówki.

Sieć sterująca

Architektura sieci, za pomocą której przekazywane są dane, wykorzystuje standard RS-485 FullDuplex. Jest to popularny standard, który ze względu na zastosowanie symetrycznego, różnicowego łącza wykorzystuje się w miejscach narażonych na zakłócenia. Pozwala on na przesyłanie danych na odległości od 5 m do 1000 m przy prędkości transmisji sięgającej 1-2 Mbps.

Ze względu na rozległość sieci i jej dwuwymiarowy charakter konieczne okazało się zastosowanie koncentratorów. Każdy koncentrator ma jeden port wejściowy i pięć portów wyjściowych. Nie wpływają one na treść przesyłanych danych a jedynie regenerują sygnał i przekazują go na wszystkie porty wyjściowe (jeden koncentrator na dwa piętra). Sieć ma jednego zarządcę – komputer PC. Żadne urządzenie poza nim nie ma prawa rozpocząć nadawania, chyba że odpowiada na pytanie zarządcy. Sieć jest w pełni skalowalna, a huby mogą zostać wpięte w praktycznie dowolnym miejscu, także między modułami oświetleniowymi.

Programator modułów oświetleniowych

Każdy ze 120 modułów oświetleniowych wyposażony jest  w mikrokontroler, w związku z czym potrzebne jest narzędzie do szybkiego i wygodnego programowania. Co prawda do programowania pamięci flash można wykorzystać komputer przenośny - laptop, jednak w takim przypadku kłopot stanowi programowanie pamięci EEPROM, w której zapisany jest indywidualny adres każdego modułu. Problem polega na tym, że adres jest przydzielany i wgrywany dopiero w trakcie instalacji modułu w danym pokoju.

Dlatego zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy kilka sztuk mobilnych programatorów. Mają one wyświetlacz LCD 4×16, klawiaturę numeryczną oraz dwa gniazda RJ25. Jedno z gniazd służy do podłączenia modułu oświetleniowego. Umożliwia ono zaprogramowanie modułu oraz uruchomienie programu diagnostycznego.

Montaż

Ze względu na nasze duże doświadczenie, montaż sieci w akademiku nie był trudny. Został rozpoczęty zaledwie cztery dni przed pokazem. Dzięki dobremu przygotowaniu i ustaleniu planu działania było to wystarczająco dużo czasu. Całość sieci udało się uruchomić dopiero w dniu premiery, ale było to spowodowane głównie trudnościami w dostępie do pokoi. Rozpoczęcie pokazu odbyło się planowo, a całość trwała około godziny i składała się z 55 animacji.

Projekt po raz kolejny udowodnił, jak wiele może osiągnąć grupa ambitnych studentów. Projekt zachęcił do aktywnego działania nie tylko całe Koło Naukowe MOS ale również liczne organizacje pomagające w przygotowaniach, organizacji i reklamie całego przedsięwzięcia.

Podsumowanie

Nasz projekt może wydać się niepoważny, niezasługujący na miano projektu koła naukowego. My mamy inne zdanie. Projekt P.I.W.O. to duże przedsięwzięcie, które można porównać do zorganizowania wielkiego koncertu. Dla wielu studentów stanowi dodatkową rozrywkę w czasie Juwenaliów, a uczelni zapewnia doskonałą reklamę. Dla nas to okazja do zdobycia bezcennego doświadczenia, wynikającego z rozwiązania trudnych problemów technicznych i logistycznych.

Opracowana sieć, przy zastosowaniu zamiast modułów oświetleniowych innych urządzeń końcowych, może posłużyć do wymiany informacji z poszczególnymi pokojami w budynku, np. do odczytu stanów czujników przeciwpożarowych.

W 2010 r. zamierzamy równie ambitnie podejść do organizacji projektu, dopracować zaobserwowane niedociągnięcia i jak co roku, rozbudować go o kolejny nowy element. Już dzisiaj zapraszamy na ten wyjątkowy pokaz. Miejsce, które wybraliśmy do realizacji naszego projektu, wydaje się być stworzone do tego celu: to osiedle akademickie – Wittigowo, prawdziwie studencka aglomeracja! I tylko tam może dojść do skutku tak szalona inicjatywa. Nasz system oświetlenia zostanie zainstalowany w akademiku T-16.

Pokaz projektu P.I.W.O.4 odbędzie się podczas Juwenaliów 2010 organizowanych przez Samorząd Studencki Politechniki Wrocławskiej. Święto każdego studenta, czyli Juwenalia tradycyjnie odbywają się w maju. Zapraszamy!

Strona projektu: http://projekt-piwo.pl
Strona SKN MOS: http://www.mos.pwr.wroc.pl