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Der multimediale Auftritt des „Elektronischen Würfel“

Bausatz“Elektronischer Würfel“

Im Rahmen meiner beruflichen Tätigkeit bin ich immer wieder bei In-House- Veranstaltungen mit dabei und zusammen mit meinen Kollegen versuchen wir, in Hands-on Workshops, den Besuchern Elektronik näher zu bringen.  „Die Besucher“ sind meist Jugendliche aus Schulen, die sich auf der Suche nach ihrem beruflichen Werdegang und ihren zukünftigen Möglichkeiten, informieren wollen. Dazu bieten wir aus dem Elektronik-Bereich beispielsweise Lötübungen an, in denen die Jugendlichen einen kleinen Bausatz zusammenbauen und in Betrieb nehmen dürfen. Einer dieser Bausätze ist der Elektronische Würfel.

In dem Beitrag werde ich jetzt nicht über den Würfel selbst berichten, sondern über dessen multimediale Aufbereitung. Genauer gesagt, soll ein kleiner Einblick hinter die Kulissen entstehen, wie mit geringstem Hardwareaufwand ein kurzes Aufbauvideo des Bausatzes erstellt wurde.

Das Set sieht wie folgt aus: Auf dem Arbeitstisch wird ein weißer Papierhintergrund angebracht, der wie bei Photoshootings die Wand und den Boden bedeckt. Der Übergang von Wand zu Boden ist in einem großzügigen Bogen ausgelegt. Man kann sich das wie eine Quarter-Pipe vorstellen.  Das zu filmende Objekt wird dann im vorderen Bereich auf dem weißen Boden platziert. Vom Objekt zur Rückwand sollte ausreichend Platz sein, sodass es beim Ausleuchten dann keine Probleme mit Schatten auf der Rückwand gibt. In diesem Fall ist es einfach, da der Bausatz nicht sehr groß ist.

Anordnung des Hintergrundes

Die Ausleuchtung, der mitunter wichtigste Teil, für eine Bildaufnahme war hier etwas Bastelei. Normalerweise verwendet man zum Ausleuchten Videoleuchten mit einstellbarer Farbtemperatur bzw. Dauerlichtsoftboxen.  Für diese Aufnahmen hatte ich aber nur eine Kamerakopfleuchte und die „normale“ Arbeitsplatzbeleuchtung zur Verfügung. Aber mit einer Diffusorplatte für das Kopflicht (das zumindest in der Farbtemperatur einstellbar ist) war schon mal für ausreichend Frontallicht gesorgt. Für die Ausleuchtung des Hintergrundes habe ich einfach auf die Arbeitsplatzleuchte ein dünnes Blatt weißes Papier geklebt, das ebenfalls als Diffusor dient. Die Arbeitsplatzleuchte ist glücklicherweise mit einer Leuchtstofflampe, mit fast Tageslichtfarbtemperatur als Leuchtmittel ausgestattet. So konnte ich das einstellbare Kopflicht gut an die Farbtemperatur der Hintergrundbeleuchtung anpassen.

Detailaufnahme für Stop-Motion Sequenz

Jetzt fehlt nur mehr die Kamera. Hier verwende ich meine alte Panasonic HDC-TM700 Videokamera, die im AVCHD Codec auf SD-Karte aufzeichnet. Als Stativ kommt ein kleines Manfrotto Videostativ zum Einsatz, das für die statischen Aufnahmen vollkommen ausreichend ist. Nach der Komplettierung des Aufbaus konnte mit den Bestückungsarbeiten der Platine begonnen werden. Hierzu habe ich ein einfaches Skript erstellt, das im Wesentlichen den chronologischen und logischen Aufbau der Schaltung beinhaltet. Ein paar Szenen in Stop-Motion Technik sollen wiederholte Tätigkeiten beschleunigt und aufgelockert darstellen. Das sind zum Beispiel die Leuchtdioden. Hier wird gezeigt, wie ein Stück eingelötet wird und die restlichen tauchen dann im Stoptrick Stil auf.  Nach dem fertig aufgebauten Würfel und den abgedrehten Szenen beginnen jetzt die Schneidearbeiten.

Nahaufnahme auf die LEDs

Heutzutage einfach und üblich im digitalen NLE – Schnitt (Nonlinear Editing), wird das Videomaterial vom Speichermedium der Kamera in ein Schnittprogramm auf die Arbeitsfestplatte (oder heute eher SSD) des Schnittrechners importiert. Die hier gängigen Programme sind Adobe Premiere und Davinci Resolve von Blackmagicdesign. Es gibt auch noch viele andere Schnittprogramme die für den schnellen, unkomplizierten Schnitt für Heim und Hobby geeignet sind, aber bei aufwendigeren Schnittarangements und Bildmanipulationen unbrauchbar sind. Dazu zählen Apple Imovie, der Moviemaker von Windows und leider auch Finalcut.

Videonachbearbeitung mit Resolve

Für den Schnitt dieses Videos habe ich mir einmal die freie Testversion von Davinci-Resolve angesehen. Und ich muss sagen, ich bin begeistert, wenn man nicht komplexe Titel und Effect-Templates benötigt, dann kann man in der Testversion schon ziemlich komplexe Projekte realisieren. Nach etwa 16 bis 2o Stunden war das ca.  fünf Minuten lange Filmchen fertig geschnitten. Jetzt fehlte noch eine Introsequenz, die mein Kollege als Computeranimation in Blender modelliert und animiert hat. Nach dem Rendern und Einbauen in das Würfelfilmchen, fehlte jetzt nur mehr der Ton. Hier wurde kein Originalton der Videoaufnahmen verwendet, sondern nur nachvertont. Beginnend mit Geräuschen zur Intro Animation und zu einigen Bewegungen im Film während des Lötens, wurde als weitere Tonspur (bzw. Spuren) die Hintergrundmusik und die Beats taktsynchron zu einigen Sequenzen (zum Bsp. die Stopmotions) angepasst. Um den Film zu komplettieren, fehlt noch die Stimme aus dem Off – also der Filmkommentar. Da meine Stimme und Sprechweise als Kommentarstimme für einen Film absolut ungeeignet ist und schrecklich klingt, haben wir unter den Kollegen einige Sprechproben durchgeführt. Und wir wurden auch fündig. Danke Fritz. Mit einem digitalen portablen Audiorecorder (früher wurde das mit dem Uher Reporter gemacht) mit geeignetem Mikrophon in einem geeigneten, echofreien, ruhigen Raum hat es geklappt, die ca. zwei Seiten Text einzusprechen. Mit dem freien Audiosoftware-Tool Audacity wurde das Audiomaterial nachbearbeitet und dann in das finale Projekt übernommen und alles eingepegelt. Endlich konnte das Projekt gerendert und als finale Datei gespeichert werden.

 

 

Die Binäruhr

Im Rahmen der beruflichen Tätigkeit ist, als Bausatz für FH-Veranstaltungen und Schnuppertage für Schüler konzipiert, eine Uhr entstanden. Diese Uhr zeigt die Zeit aber nicht in analoger Form, mit Zeigern, auch nicht in digitaler Form, mit Siebensegment- oder LCD-Anzeige an, sondern mit Leuchtdioden im Dualen Zahlensystem.

Man kennt solche Uhren schon in vielfachen Ausführungen (als Binäruhren). Es gibt sie mittlerweile bereits auch als Armbanduhr. Das bedeutet, die Zeit wird nicht als Ziffer, sondern als Leuchtcode einer Reihe von Leuchtdioden angezeigt. Der Leuchtcode wird nach dem dualen (binären) Zahlensystem auf der Basis 2 ermittelt. Dieses Zahlensystem ist der Standard in der Digitaltechnik, da hier mit dem Zustand „0“ und „1“ (AUS und EIN, oder LOW und HIGH, oder Spannung, keine Spannung, oder eben Leuchtdiode LEUCHTET, oder LEUCHTET NICHT) gearbeitet wird. Die Tabelle zeigt die Funktionsweise des binären Zählens. So kann zum Beispiel mit 4 Bit (zB. 4 Leuchtdioden) eine Dezimalzahl von 0 (alle AUS) bis 16 (alle EIN) also 2^4 (2hoch4) dargestellt werden.

Bit3
(2^3)
Bit2
(2^2)
Bit2
(2^1)
Bit0
(1^0)
Dezimal
AUS AUS AUS AUS 0
AUS AUS AUS EIN 1
AUS AUS EIN AUS 2
AUS AUS EIN EIN 3
AUS EIN AUS AUS 4
AUS EIN AUS EIN 5
usw…        
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Die Frontseite der Binäruhr

Eine Uhr mit der Darstellung der Zeitinformation mit Reihen von Leuchtdioden habe ich hier gebastelt. Die LED-Reihen zur Anzeige sollten im Kreis angeordnet werden, um die Uhr im ersten Blick nicht als Binäruhr zu erkennen. Sie sollte aussehen wie eine herkömmliche Uhr, wo anstelle der Zeiger einfach Leuchtdioden im Kreis laufen. Eine tolle Umsetzung der Frontplattenbeschriftung- und grafik hatte hier ein Kollege aus dem Grafikdesign.

Von der elektronischen Seite her, habe ich einen MEGA8 Microcontroller von Atmel eingesetzt, der die insgesamt 18 Leuchtdioden über ein 6×3 Multiplexing angesteuert. Dabei werden 5 Leds für die Anzeige der Stunden, 6 Leds für die Anzeige der Minuten und 6 Leds für die Anzeige der Minuten verwendet. Die verbleibende Led dient zu Anzeige eines „Betriebsmodus“ (Läuft die Uhr oder ist sie im Einstellmodus).

schaltplan
Schaltplan der Uhr

Ein weiterer Ausgang dient zur Ansteuerung eines kleinen Lautsprechers (für. akkustische Ausgaben wie Wecker etc.). Zwei Ports des uC dienen als Eingänge für einen Konfigurationstaster und einen Kontakt für einen Schüttelschalter. Der Schüttelschalter kann dann beispielsweise als Quittierung des Alarms eingesetzt werden.

Die Stromversorgung kommt praktischerweise von einer USB-Quelle, die mittlerweile jeder irgendwo zur Verfügung haben sollte.

IMAG1734
Fertig zusammengebaute Binäruhr

Das Layout und der Aufbau der Schaltung wurde im Design ausschließlich mit bedrahteten Bauteilen erstellt, um einen einfachen und unkomplizierten Zusammenbau zu realisieren. Die Software selbst wurde mit AVR Studio und dem WINAVR Compiler erstellt. Der Uhrentakt wird durch Teilen der internen Oszillatorfrequenz (gesetzt auf 1MHz) des Microcontroller erreicht. Das ist zwar nicht die genaueste Variante, funktioniert aber auch und spart einen weiteren Taktgenerator. Die Platine selbst wird nach dem fertigen Bestücken in einen gebogenen Kunststoffwinkel gesteckt, der mit dem cool designten Weckerlogo auf der Frontseite beklebt ist. Das Einstellen der Uhr- und Weckzeit kann einfach durch einen auf der Rückseite der Platine angebrachten Taster realisiert werden…

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Uhrenplatine bestückt