Atmo-plugin
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Allgemeine Funktionsbeschreibung
Maintainer: Eike Edener, Daniel König
Autor(en): Eike Edener, Daniel König, Simon Canins, Peter Ippy
Das Atmolight-Plugin dient zum Ansteuern einer farbigen Hintergrundbeleuchtung für Fernsehgeräte. Die angezeigte Farbe hängt dabei vom Bildschirminhalt ab. Als Vorlage diente das Ambilight von Philips. Die Ansteuerung der Beleuchtung erfolgt über einen Mikrocontroller. Dieser wird über eine serielle Schnittstelle (oder über einen USB<->Seriell-Wandler) mit dem VDR verbunden. Als Lichtquellen kommen RGB Anordnungen aus CCFL Kaltlichtkathodenröhren oder Leuchtdioden (LEDs) zum Einsatz. Das Plugin ist in der Lage für jede der vier Kanten des Fernsehgerätes (also links/rechts/oben/unten) eine individuell berechnete Farbe auszugeben. Die Beleuchtung wird dann quasi als "Verlängerung" des Bildes über die Grenzen des Fernsehers hinaus genutzt. Zusätlich wird eine "Summenfarbe" ausgegeben, die verwendung findet, wenn nur eine RGB-Leuchte zentral hinter dem Fernsehgerät plaziert werden soll.
Es werden also laufend fünf verschiedene RGB Farbkanäle ausgegeben.
Status
Es ist eine neue Release erschienen: atmo-0.0.2.tgz Diskussion in: VDR-Portal
Die Nachbauanleitung für die Ansteuerplatine ist erstmal fast vollständig.
Bilder
Hardware
Hardwareanforderungen
- VDR mit full featured DVB-Karte mit freiem /dev/video0 Device (momentan die einzige Möglichkeit atmolight zu nutzen, more to come...)
- mind. 1 Ansteuerplatine mit Mikrocontroller
- LEDs als Leuchtmittel (CCFLs können auch verwendet werden, ihr Einsatz ist aber nicht zu empfehlen und wird im Moment nicht unterstützt)
- evtl. Netzteil
LED-Variante
Was brauche ich an zusätzlicher Hardware?
Um atmolight zu benutzen sind in erster Linie externe "Lampen" erforderlich, mit denen die Wand ringsherum um den Fernseher beleuchtet wird. In der Stereo-Variante werden zwei solche benötigt, eine links und eine rechts vom Fernseher. Zusätzlich ist ein spezieller "Dimmer" (=Ansteuerplatine/Controller) erforderlich, der vom vdr Informationen darüber erhält, welche Farben dargestellt werden sollen. Das Ganze wird über ein Netzteil mit Strom versorgt.
Benötigt wird also:
- 1-4 LED-Lichtquellen (je nach Anzahl gewünschter Kanäle und verfügbarer Controller)
- 1 oder 2 Ansteuerplatinen (jede Ansteuerplatine bietet 2 Kanäle)
- 1x Netzteil
Die LED-Lichtquellen bestehen in der Regel aus LED-Modulen und passenden Gehäusen.
Weiter unten wird auf die einzelnen Komponenten genauer eingegangen und Bezugsquellen werden genannt.
Papsi hat sich freundlicherweise bereiterklärt eine Sammelbestellung der benötigten Komponenten zu organisieren: Sammelbestellung Interessenten sollten sich bitte melden!
LED-Module
Um an die passenden LED-Module zu kommen gibt es zwei Möglichkeiten:
- Selberbauen
- Kaufen
Selbstgebaute LED-Module
Für den Selbstbau existiert ein Platinenlayout. Der LED-Streifen (ca. 200x25mm) wird mit jeweils 12 roten, blauen und grünenVor die LED-Streifen wird eine Streuscheibe montiert, sodaß eine möglichst homogene Farbmischung entsteht.
Die selbstgebauten LED-Streifen benötigen eine Versorgungsspannung von 12V und sind "common anode".
Gekaufte LED-Module
Momentan wurde atmolight mit speziellen RGB-LED-Streifen getestet, die über die über die Firma Alpha Tec zu einem Sonderpreis bezogen werden können. Der Vorteil dieser Module ist, daß optional passende Diffusorröhren erworben werden können. In diese Rohren mit 40mm Durchmesser werden die Module einfach eingeschoben; die Röhren können mit simplen Rohrschellen befestigt werden. So ist eine einfache und saubere Montage möglich und zusätzlich wird für eine optimale Streuung und Farbmischung gesorgt.
Die Röhren haben eine minimale Länge von 48cm und beinhalten jeweils ein 43cm LED-Modul.
Es können mehrere LED-Module in eine Röhre eingebaut werden, für einen 40" Fernseher kann zB. eine Röhre mit 2 LED-Modulen installiert werden. Diese hat dann eine Länge von ca. 92cm. Auch Zwichenmaße sind möglich, da jedes 43cm LED-Modul in 3 Teile geteilet werden kann zu je ca. 14,5cm.
Wie die LED-Module an die Ansteuerplatine angeschlossen werden können wird weiter unten erklärt. Für diese LED-Module ist eine Ansteuerplatine in der "common cathode" Variante notwendig. Die Betriebsspannung der Module beträgt 24V, es ist also ein zusätzliches Netzteil erforderlich.
Netzteil
Wenn LED-Module mit einer Betriebsspannug von 12V verwendet werden können diese grundsätzlich aus dem PC-Netzteil versorgt werden.
Für die bei Alpha Tec erhältlichen Module ist ein zusätzliches 24V Netzteil erforderlich.
Für je 4 solcher Streifen sollte das Netzteil ca. 1A liefern können. Passend Netzteile sind zB. bei Reichelt oder Conrad erhältlich.
| Distributor | BestNr | Beschreibung | Preis | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|
| Reichelt | SNT MW25-24M | Mini Schaltnetzteil geschlossen 24V/1,1A | 15,90 € | getestet: pfeift bei kleiner Last aber sehr kompakt; offen Klemmen! |
| Conrad | 510824 | Steckernetzteil Conrad 24V/1A | 12,90 € | ungetestet; Netzspannung nicht berührbar |
| Reichelt | HEBL21 | Netzteilbuchse passen zu Steckernetzteil | 0,48 € | es sind auch einige stärkere Netzteile erhältlich die in diese Buchse passen |
Ansteuerplatine
Funktionsbeschreibung
Als Mikrocontroller kommt ein ATMega8 der Firma ATMEL zum Einsatz. Eine Ansteuerplatine mit Mikrocontroller und Leistungsteil kann jeweils 2 RGB-Kanäle ansteuern. Für eine Einkanal-Variante kann die Platine ebenfalls verwendet werden, eine vollständige Bestückung ist dann nicht erforderlich (halber Leistungsteil). Durch Kaskadierung von 2 Platinen kann eine 4-Kanal-Variante hergestellt werden; der serielle Datenstrom wird dann einfach von der ersten Platine an die zweite Platine durchgereicht. Beispiele für solche Aufbauten:
Datei:Schaubild mono.jpg Mono-Variante |
Datei:Schaubild stereo.jpg Stereo-Variante |
Datei:Schaubild quattro.jpg Quattro-Variante |
Die Helligkeitsregulierung der Leuchtmittel erfolgt dabei durch PWM (Pulsweitenmodulation). Für einen definierten Strom durch die LEDs wird mit Vorwiderständen und einer geregelten Versorgungsspannung gesorgt.
Das Layout der Ansteuerplatine wurde so universell gestaltet, dass durch Variation in der Bestückung sowohl LED-Module mit gemeinsamer Kathode(-), wie z.B. die "Alpha Tec" Streifen, als auch gemeinsamer Anode(+), wie z.B. die Selbstbaustreifen, verwendet werden können. Es können LED-Streifen mit Versorgungsspannungen zwischen 12V und 48V betrieben werden. Bei der Variante mit gemeinsamer Kathode müssen die verwendeten Z-Dioden an die Betriebsspannung angepasst werden.
Nachbau der Ansteuerplatine
Um die Ansteuerplatine nachzubauen muss eine einseitige Platine hergestellt werden mit den Maßen 77mm x 90mm. Ein Aufbau auf Lochraster ist sicher möglich jedoch nicht empfehlenswert.
Alle zur Bestückung notwendigen Bauteile können bei der Firma Reichelt bezogen werden.
Bauteilliste
| Bauteil | BestNr | EP | Menge | GP | Bemerkung |
| Folgende Bauteile sind sowohl bei einem „common cathode“ als auch „common anode“ Aufbau notwendig: | |||||
| Spule für Schaltregler | 09P 2,2m | 0,36 € | 1 | 0,36 € | |
| Widerstand 100Ohm | 1/4W 100Ohm | 0,03 € | 6 | 0,20 € | |
| Widerstand 10KOhm | 1/4W 10K | 0,03 € | 1 | 0,03 € | |
| Quarz | 14,7456-HC18 | 0,16 € | 1 | 0,16 € | |
| Diode für Schaltregler | 1N 5819 | 0,15 € | 1 | 0,15 € | |
| Klemme | AKL 169-10 | 1,85 € | 1 | 1,85 € | |
| Wannenstecker für Klemme | AKL 183-10 | 0,83 € | 1 | 0,83 € | |
| ATMega8 | ATMega 8-16 DIP | 1,65 € | 1 | 1,65 € | |
| Kondensator 22p Glimmer | CY22-222P | 0,49 € | 2 | 0,98 € | |
| DSUB Buchse | D-SUBBU09EU | 0,27 € | 1 | 0,27 € | |
| DSUB Stecker | D-SUBST09EU | 0,27 € | 1 | 0,27 € | |
| IC Sockel 16pol | GS 16P | 0,18 € | 2 | 0,36 € | |
| IC Sockel 28pol | GS 28P-S | 0,33 € | 1 | 0,33 € | |
| IC Sockel 8pol | GS 8 P | 0,09 € | 1 | 0,09 € | |
| Jumper mit Fahne | Jumper 2,54GL RT | 0,05 € | 6 | 0,30 € | |
| Schaltregler 500mA | LM 2574 N5 | 0,97 € | 1 | 0,97 € | Ab einer Versorgungsspannung von 40V bis max. 60V muss der Typ LM2574 HVN5 verwendet werden! |
| RS232 Treiber | MAX 232 EPE | 1,85 € | 1 | 1,85 € | |
| Sicherung | MINITRÄGE 0,315 | 0,34 € | 2 | 0,68 € | |
| Kondensator 100n folie | MKS-2100N | 0,07 € | 4 | 0,28 € | |
| Sicherungshalter | PL 166600 | 0,28 € | 1 | 0,28 € | |
| Elko 2,2µ/100V | RAD 105 2,2/100 | 0,04 € | 6 | 0,24 € | |
| Elko 220µ/100V | RAD 105 220/63 | 0,10 € | 3 | 0,30 € | |
| Stiftleiste | SL 2X10G 2,54 | 0,13 € | 1 | 0,13 € | |
| Stecker 10pol | WSL 10G | 0,07 € | 1 | 0,07 € | |
| Summe | 12,63 € | ||||
| Für den „common anode“ Aufbau sind zusätzlich folgende Bauteile notwendig: | |||||
| MOSFET | IRF 540N | 0,52 € | 6 | 3,12 € | |
| Summe | 3,12 € | ||||
| Für den „common cathode“ Aufbau sind zusätzlich folgende Bauteile notwendig: | |||||
| Treiber IC | ULN2003A | 0,17 € | 1 | 0,17 € | |
| Z-Diode | ZD12 | 0,06 € | 6 | 0,36 € | ZD12 = 12V Z-Diode, passend für 24V Versorgungsspannung. Für 48V Versorgungsspannung bitte stattdessen ZD36 verwenden! |
| Widerstand 1K5 | 1/4W 1K5 | 0,03 € | 6 | 0,20 € | |
| MOSFET | IRF 9540N | 0,66 € | 6 | 3,96 € | |
| Summe | 4,69 € | ||||
| Gesamtsumme „common anode“ | 15,75 € | ||||
| Gesamtsumme „common cathode“ | 17,32 € | ||||
Schaltplan
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Datei:Schaltplan V2.25.jpg Schaltplan der Ansteuerplatine |
Layout
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Datei:Layout V2.25.jpg Layout der Ansteuerplatine |
Bestückung
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Datei:Bestückung V2.25.jpg Bestückungsdruck der Ansteuerplatine |
Je nachdem, ob die Variante für gemeinsame Kathode (common cathode) oder die für gemeinsame Anode (common anode) aufgebaut werden soll, müssen die Bauteile gemäß der folgenden beiden Listen bestückt werden:
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Stückliste für die "common cathode" Version:
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ACHTUNG: Zusätzlich müssen in Abhängigkeit von der Variante die Brücken bei J1 / J2 so eingelötet werden:
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Datei:J1J2kathode.jpg Brücken bei "common cathode" |
Datei:J1J2anode.jpg Brücken bei "common anode" |
Test des Aufbaus
Ist die Platine fertig bestückt, sollte das auf der Platine befindliche Schaltnetzteil getestet werden. Dazu ist es notwendig, IC1, IC2 und IC3 nicht zu bestücken. Da IC4 der Schaltregler ist muss dieser natürlich bestückt werden.
Anschließend muss die Platine mit Gleichspannung versorgt werden. Nun sollte z.B. zwischen den Pins 15 und 16 von IC2 eine Spannung von 5V anliegen.
Ist das der Fall, kann die Platine wieder von der Versorgungsspannung getrennt werden und die restlichen ICs können eingesteckt werden.
Aufspielen der Firmware
Das Aufspielen der Firmware auf den Mikrocontroller erfolgt über einen PC. Dazu wird ein Programmieradapter benötigt, der im einfachsten Falle nur aus einer handvoll Bauteilen besteht.
Es empfiehlt sich die frei verfügbare Programmiersoftware PonyProg zu verwenden.
Einstellung in Ponyprog:
"Setup->Interface Setup": Datei:InterfaceSetup.jpg "Setup->Calibration" "Device->AVR micro->ATmega8"
Danach den Programmieradapter zwischen Platine und PC anschließen. Jetzt sollten die sogenannten "Fuse Bits" eingestellt werden:
"Commands->Security and Configuration Bits" Dann unbedingt erst auf "Read" klicken! Anschließend alle Häkchen so setzen: Datei:PonyProg.jpg und mittels "Write" in den Prozessor übertragen.
Nun die Datei "softpwm.hex" über "File->Open Program(FLASH) file" laden und mit "Command->Write All" in den Mikroprozessor schreiben.
Inbetriebnahme der Ansteuerplatine
Mittels Jumpern muss eingestellt werden, wo sich die LED-Leuchten befinden, die an die jeweilige Ansteuerplatine angeschlossen werden sollen.
Die beiden Kanäle der Platine sind mit CH1 und CH2 bezeichnet. Für jeden dieser beiden Kanäle kann unabhängig eingestellt werden, welche Farbe sie anzeigen sollen.
Es sind folgende Einstellungen möglich, hier exemplarisch für CH1 aufgezeigt:
| Einstellung | Beschreibung |
|---|---|
| Datei:CH 0.jpg | Summenkanal |
| Datei:CH 1.jpg | rechts |
| Datei:CH 2.jpg | links |
| Datei:CH 3.jpg | oben |
| Datei:CH 4.jpg | unten |
Jetzt können die LED-Module und das Netzteil an die Ansteuerplatine angeschlossen werden. Das atmolight sollte nun betriebsbereit sein und kann über den linken RS232 Anschluß mittels einer SUBD 9pol Verlängerung an den vdr angeschlossen werden.
CCFL-Variante
CCFL-Röhren
Bei den CCFLs gibt es aufgrund der temperaturabhängigen Lichtausbeute und des vorgeschalteten Inverters keinen direkten Zusammenhang zwischen Pulsbreite und Helligkeit, so daß eine Helligkeitsregelung erforderlich ist. Diese wird mit Hilfe von Fotodioden realisiert, die direkt an den CCFLs befestigt werden und so die die aktuelle Helligkeit an den Controller zurückliefern. Als CCFLs bieten sich die Modelle aus der Case-Modding-Szene an. Zur Montage der Fotodioden ist ein Zerlegen der Röhren erforderlich.
Zum jetzigen Zeitpunkt ist leider kein Prototyp vorhanden, der mit der aktuellen Version von atmolight funktioniert.
Software
Installation
Softwareanforderungen
Parameter
Folgende Kommandozeilenparameter gibt es:
| Parameter (kurz) | Parameter (lang) | Beschreibung |
|---|---|---|
| -s <DEV> | --serial=<DEV> | Gibt an, an welcher Schnittstelle die Ansteuerplatine(n) angeschlossen ist/sind (z.B. /dev/ttyS1) |
| -o <MODE> | --output=<MODE> | Legt fest, welche Art Ansteuerplatine(n) angeschlossen ist/sind, mögliche Optionen sind: |
| LED für eine der beiden Varianten der LED-Ansteuerplatine | ||
| CCFL für die Ausgabe an die ursprüngliche CCFL-Platine (wird im Moment nicht unterstützt) |
Das Plugin kann auch über SVDRP gesteuert werden:
| Befehl | Beschreibung |
|---|---|
| ON | schaltet das Atmolight an |
| OFF | schaltet das Atmolight aus |
| LIVE_HSV | schaltet in den Live-Mode |
| <color> | schaltet auf die angegebe Farbe um, möglich sind: |
| BLACK, WHITE, RED, GREEN, BLUE, YELLOW, CYAN, MAGENTA |
Bedienung
Interne Funktionsweise
Farberkennung
- Umrechnung von RGB-Farbraum in HSV-Farbraum
- Erzeuge Histogramm des Hue Kanals unter Berücksichtigung von Gewichtungsfaktoren und Gewichtungsfunktionen:
- Position des Pixels im Bild.
- Value des Pixels.
- Wende Fensterung mit Dreiecks-Fenster auf Hue-Histogramm an.
- Finde Maximum im gefensterten Hue-Histogramm.
- Damit ist der Farbton bestimmt.
- Erzeuge Histogramm verwendeten Saturation in der Umgebung der gefundenen Hue nter Berücksichtigung von Gewichtungsfaktoren und Gewichtungsfunktionen:
- Position des Pixels im Bild.
- Value des Pixels.
- Wende Fensterung mit Dreiecks-Fenster auf Saturation-Histogramm an.
- Finde Maximum im gefensterten Saturation-Histogramm.
- Damit ist die "Sättigung" bestimmt.
- 2 Modi
- Value Peak
- Bestimme Maximum von Value im Bild, sprich die höchste vorkommende "Helligkeit"
- Value Average
- Bestimme Mittelwert von Value im Bild, sprich die durchschnittliche "Helligkeit"
- Helligkeitsanpassung
- Zurückrechnen von HSV-Farbraum in RGB-Farbraum
Filter
Serielles Protokoll
| Kanalnummer | Kanalbeschreibung |
|---|---|
| 0 |
Mitte |
| 1 |
Links |
| 2 |
Rechts |
| 3 |
Oben |
| 4 |
Unten |
