Filip Rus P.I.W.O. Potężny Indeksowany Wyświetlacz oknowy 1. Teoretyczne przedstawienie zagadnień projektowych 1.1 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. Możliwości realizacji praktycznej 2.1 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. problemy techniczne, administracyjne i socjologiczne 3.1 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