Atmo-plugin

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Version vom 17. September 2006, 20:43 Uhr

Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine Funktionsbeschreibung 1.1 Status 1.2 Bilder 2 Hardware 2.1 Hardwareanforderungen 2.2 LED-Variante 2.2.1 Was brauche ich an zusätzlicher Hardware? 2.2.2 LED-Module 2.2.2.1 Selbstgebaute LED-Module 2.2.2.2 Gekaufte LED-Module 2.2.3 Ansteuerplatinen 2.2.3.1 Funktionsbeschreibung 2.2.3.2 Nachbau der Ansteuerplatine 2.2.3.2.1 Bauteilliste 2.2.3.2.2 Schaltplan 2.2.3.2.3 Layout 2.2.3.2.4 Bestückung 2.2.3.2.5 Aufspielen der Firmware 2.2.3.2.6 Inbetriebnahme der Ansteuerplatine 2.3 CCFL-Variante 2.3.1 CCFL-Röhren 3 Software 3.1 Installation 3.2 Softwareanforderungen 3.3 Parameter 3.4 Bedienung 3.5 Interne Funktionsweise 3.5.1 Farberkennung 3.5.2 Filter 3.5.3 Serielles Protokoll 3.6 Sonstiges 3.7 Probleme 4 Links

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

Demnächst wird eine neue Release des Plugins, sowie eine Nachbauanleitung für die Ansteuerplatine hier erscheinen.

Bilder

Datei:Atmo1.jpg	Datei:Atmo2.jpg	Datei:Atmo3.jpg
Datei:Atmo4.jpg	Datei:Atmo5.jpg	Datei:Atmo6.jpg

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. Sollte sich jemand bereit erklären Ansteuerplatinen für andere VDR-Benutzer herzustellen möchte er es bitte kundtun.

LED-Module

Um an die passenden LED-Module zu kommen gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Selberbauen
2. Kaufen

Selbstgebaute LED-Module

Für den Selbstbau existiert ein Platinenlayout. Der LED-Streifen (ca. 200x25mm) wird mit jeweils 12 roten, blauen und grünen bestückt, durch Hintereinanderschalten lassen sich fast beliebig lange LED-Streifen herstellen: Die Superflux-LEDs können preisgünstig über ebay bezogen werden, 150 Stück kosten ca. 35€ plus Versand, leider ist die Qualität sehr stark vom Anbieter anhängig. (TODO: link) Zusätzlich werden natürlich die Platinen benötigt, Kosten ca. 5€ pro Stück bei Herstellung durch einen Platinenhersteller. Passende Vorwiderstände werden auch benötigt, für den Selbstbaustreifen wurden 100 Ohm für Rot, 180 Ohm für Blau und 270 Ohm für Grün verwendet (Tip: bei manchen ebay-Anbietern werden Vorwiderstände gleich mit angeboten). Ein Aufbau auf Lochraster ist zwar möglich, aber bei größerer LED-Stückzahl nicht zu empfehlen.

Vor die LED-Streifen wird eine Streuscheibe montiert, sodaß eine möglichst homogene Farbmischung entsteht.

Gekaufte LED-Module

Momentan wurde atmolight mit spezielle 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.

Ansteuerplatinen

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:

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 zB. die "Alpha Tec" Streifen, als auch gemeinsamer Anode(+) verwendet werden können. Es können LEDs mit Versorgungsspannungen zwischn 12V und 48V betrieben werden. Bei der Variante mit gemeinsamer Kathode müssen die verwendeten Z-Dioden an die Betriebsspannugn 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, für 48V Versorgungsspannung bitte stattdessen ZD36 verwenden!
Widerstand 1K	1/4W 1K	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

Datei:Schaltplan V2.25.jpg Schaltplan der Ansteuerplatine

Layout

Datei:Layout V2.25.jpg Layout der Ansteuerplatine

Bestückung

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.

Stückliste für die "common kathode" Version:

Name	Wert
C1	100nF
C2	100nF
C3	22pF
C4	22pF
C5	2,2uF
C6	2,2uF
C7	2,2uF
C8	2,2uF
C9	100nF
C10	2,2uF
C11	220uF
C12	220uF
C13	100nF
C14	2,2uF
C15	220uF
D1-D6	Z-Diode 12V (36V)
D8	1N5822
F1	SICHERUNG 0,315A
IC1	ATMEGA8
IC2	MAX232E
IC3	ULN2003
IC4	LM2574 (HV)N5
L1	2.2mH
Q1	14,7456MHz
R1	100R
R2	1K5
R3	100R
R4	1K5
R5	100R
R6	1K5
R7	100R
R8	1K5
R9	100R
R10	1K5
R11	100R
R12	1K5
R13	10K
T1-T6	IRF9540N

Stückliste für die "common anode" Version:

Name	Wert
C1	100nF
C2	100nF
C3	22pF
C4	22pF
C5	2,2uF
C6	2,2uF
C7	2,2uF
C8	2,2uF
C9	100nF
C10	2,2uF
C11	220uF
C12	220uF
C13	100nF
C14	2,2uF
C15	220uF
D1-D6	Brücke
D8	1N5822
F1	SICHERUNG 0,315A
IC1	ATMEGA8
IC2	MAX232E
IC3	6 Brücken, zwischen:
	1-16, 2-15, 3-14, 4-13,
	5-12, 6-11
IC4	LM2574 (HV)N5
L1	2.2mH
Q1	14,7456MHz
R1	100R
R2	entfällt
R3	100R
R4	entfällt
R5	100R
R6	entfällt
R7	100R
R8	entfällt
R9	100R
R10	entfällt
R11	100R
R12	entfällt
R13	10K
T1-T6	IRF540N

ACHTUNG: Zusätzlich müssen in Abhängigkeit von der Variante die Brücken bei J1/J2 so eingelötet 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.

Inbetriebnahme der Ansteuerplatine

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
<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

• Hue

1. Erzeuge Histogramm des Hue Kanals unter Berücksichtigung von Gewichtungsfaktoren und Gewichtungsfunktionen:
   • Position des Pixels im Bild.
   • Value des Pixels.
2. Wende Fensterung mit Dreiecks-Fenster auf Hue-Histogramm an.
3. Finde Maximum im gefensterten Hue-Histogramm.
4. Damit ist der Farbton bestimmt.

• Saturation

1. Erzeuge Histogramm verwendeten Saturation in der Umgebung der gefundenen Hue nter Berücksichtigung von Gewichtungsfaktoren und Gewichtungsfunktionen:
   • Position des Pixels im Bild.
   • Value des Pixels.
2. Wende Fensterung mit Dreiecks-Fenster auf Saturation-Histogramm an.
3. Finde Maximum im gefensterten Saturation-Histogramm.
4. Damit ist die "Sättigung" bestimmt.

• Value

• 2 Modi

1. Value Peak
   • Bestimme Maximum von Value im Bild, sprich die höchste vorkommende "Helligkeit"
2. Value Average
   • Bestimme Mittelwert von Value im Bild, sprich die durchschnittliche "Helligkeit"

• Helligkeitsanpassung

• Zurückrechnen von HSV-Farbraum in RGB-Farbraum

• Gammakorrektur

• Weißabgleich

Filter

Serielles Protokoll

Kanalnummer	Kanalbeschreibung
0	Mitte
1	Links
2	Rechts
3	Oben
4	Unten

Sonstiges

Probleme

Links

1. Homepage des Plugins
2. atmolight für LED Development-Thread