Beschriftungen zu den 2wickl Exponaten

Der Übersichtlichkeit ausgelagert.

Vorschlag: Titel, ganz kurze Beschreibung, Ausführlicherer Erleuterungstext mit Hintergründen usw. Allgemeinverständlich

Hier die Schilder als PDF & ODT: beschriftungen.7z

Frühes Videospiel aus dem Jahr 1958

„Tennis For Two“ ist zwar nicht das aller erste Videospiel, aber angeblich das Erste, bei dem das erklärte Ziel war, Spaß damit zu haben. Es wurde als Exponat für einen Tag der offenen Tür, 1958 von William Higinbotham, Direktor der Instrumentation Division des Brookhaven National Laboratory in Upton, New York, entworfen. Der damalige Stand der Technik nutzte einen analogen Röhren-Computer. Bei Analogrechnern werden die Rechengößen durch Spannungen repräsentiert, die von elektronischen Schaltungen entsprechend ihrer „Programmierung“ weiterverarbeitet werden. „Programmierung“ bedeutete in diesem Zusammenhang hauptsächlich die Dimensionierung elektronischer Bauelemente. Damit werden die Parameter der durch die Elektronik abgebildeten mathematischen Funktion bestimmt. So lassen sich die im Spiel simulierten physikalischen Zusammenhänge darstellen. Heute arbeiten „Computer“ fast ausschließlich digital und verbergen sich in allen Größen und Formen überall, z.B. in Geräten des täglichen Lebens. Ein solcher Mikrokontroller (ATMega16) wird in diesem Ausstellungsstück benutzt, um die Funktion des damaligen Analogrechners digital nachzubilden. Zur Anzeige gebracht wird das Spiel auf einem Heathkit Oszilloskop aus dem Jahr 1965, das noch in der Lage ist, den Charme der originalen Analogtechnik zu versprühen.

Brookhaven National Laboratory: http://www.bnl.gov/about/history/firstvideo.php
Programm für den Kontroller von: http://www.evilmadscientist.com/article.php/tennis

Würfelförmige Matrix aus 512 Leuchtdioden

Der Würfel besteht aus insgesamt 512 roten LEDs, die in 8 horizonalen Ebenen á 64 LEDs unterteilt sind. Die Ebenen werden von einem ATMEGA32 im Zeitmultiplexing-Verfahren angesteuert, sodass zu jedem Zeitpunkt immer nur eine einzige Ebene aktiv ist. Aus der Geschwindigkeit der Ansteuerung und der Trägheit des Auges ergibt sich am Ende das vollständige Bild.

Die Helligkeit dieses Bildes hängt für unser Auge(logarithmisch) von der Menge der emittierten Photonen ab. In diesem Setup mit 8 Zeitscheiben emittiert eine LED nur 1/8 der Photonen und wäre damit für das Auge erkennbar weniger hell. Man wirkt dem entgegen, indem man die LED mit einem höheren Strom betreibt und dafür die Abklingphase berücksichtigt, in der die LED auskühlt.

Der Würfel unterstützt pro LED ausserdem drei Helligkeitsstufen, die erzeugt werden, indem je nach Helligkeit für eine LED einzelne Zyklen ausgelassen werden. Im Endeffekt ergibt sich dadurch eine Pulse-Width-Modulation.

Der Controller läuft mit einer Taktfrequentz von 8 Mhz und alle dargestellten Animationen werden vom Controller live berechnet.

Weitere Infos und Tipps zum Nachbau: http://mrks.de/19

Ein Wortspiel, das ausser mir niemand komisch findet

Die elektrische Mobfackel entstand als Teil der Partybeleuchtung für die Einweihungsparty unseres frisch gegründeten Hackspaces Binary Kitchen in Regensburg. Sie besteht aus einem Stück Abflussrohr, um das ca. 6 Meter RGB-LED Band gewickelt sind. Dieses Band wird von einem Mikrocontroller gesteuert, der eine Feueranimation darauf berechnet, sodass es eben nach einer Fackel aussieht. Das Ganze steckt auf einem Wischmob.

Im Gegensatz zu „normalen“ LED-Bändern aus dem Baumarkt lassen sich auf diesem Band alle LEDs unabhängig voneinander ansteuern. Die LEDs, die hier verbaut sind, heißen WS2812b und haben jeweils einen eigenen Controller in ihrem kleinen Gehäuse, der das PWM Signal für die einzelnen Farben (RGB) erzeugt und seriell programmiert wird. Hierzu verfügt jede LED-Einheit über einen seriellen Ein- und Ausgang. Sobald eine LED 24 Bit (je 8 Bit RGB) über ihren Eingang empfangen hat, verhält sie sich transparent und schaltet das Eingangssignal auf den Ausgang durch. Da alle LED-Einheiten auf dem Streifen in Reihe geschaltet sind, bekommt dann die nächste LED das Signal, und so weiter. Man beschreibt den Streifen mit einer konstanten Bitrate von 800 kHz. Ein neuer Frame beginnt nach 50 μs Sendepause auf der Datenleitung.

Das Feuer ist keine statische Animation sondern wird live berechnet.

Alle Infos zum Algorithmus und der Hardware: http://mrks.de/22

Ein Display aus einer sich drehenden Festplatte

Das Ganze funktioniert so: Alle Platter (so heißen die einzelnen rotierend gelagerten Scheiben einer Festplatte), bis auf die Oberste, wurden entfernt. In die verbleibende Scheibe ist ein Schlitz gesägt und unter der Scheibe sind mehrere lichtstarke LEDs angebracht. Da die Scheibe undurchsichtig ist, scheint das Licht der LEDs ausschließlich durch den ausgesägten Schlitz. Wenn sich die Scheibe dreht und die LEDs schnell unter der Scheibe je nach aktueller Position des Schlitzes auf eine bestimmte Farbe geschaltet werden, ergibt sich durch die Trägheit des Auges auf der Plattenoberfläche das zusammenhängende Bild.

Das Display wird von einem ATMEGA168 gesteuert, der mit einer Taktfrequenz von 16Mhz läuft. Die Festplatte dreht sich mit 10.000 Umdrehungen pro Minute (sehr schnell). Auf der Platte klebt ein kleines Stück Klebeband, das bei jeder Umdrehung eine winzige Lichtschranke (unten rechts) unterbricht. Dadurch misst der Controller die aktuelle Geschwindigkeit und berechnet fortwährend die aktuelle Position des Schlitzes.

Wenn Sie den Knopf drücken, beginnt sich die Platte zu drehen und der Controller startet eine Animation. Denken Sie daran: Die Platte ist nach wie vor undurchsichtig! Alles Licht was Sie sehen, kommt nur durch den kleinen Schlitz. Die verschiedenen Farben und Muster ergeben sich aus der zeitgerechten Ansteuerung der LEDs - den Rest erledigt die Trägheit Ihres Auges. Um die Platte anzuhalten, drücken Sie den Knopf ein weiteres Mal.

Fotos vom Aufbau und weitere Infos: http://mrks.de/21

Spielerische Demonstration der Umwandlung einer einstelligen Hexadezimalzahl in eine vierstellige Binärzahl

Die in digitalen Computern verwendete binäre Zahlendarstellung kennt pro Stelle nur die zwei Zustände 1 und 0. Diese lassen sich einfach durch „Strom an“ und „Strom aus“ darstellen. Im Gegensatz zum bekannten dezimalen Zahlensystem, bei dem mit einer Stelle bis 9 gezählt werden kann. ist im Binärsystem schon beim Erreichen der Zahl 2d (das „d“ deutet die dezimale Schreibweise an) eine weitere Stelle notwendig. Die entsprechede Darstellung wäre also 10b („b“ für binär). Die Notation größerer Zahlen in Binärschreibweise verbraucht viel Platz und wird schnell unübersichtlich. Man weicht daher oft auf die hexadezimale Schreibweise aus. Der Wertebereich einer Gruppe von vier Binärstellen, also 4 bit oder ein Nibble, wird in einer Hexadezimalziffer zusammengefasst. Der entsprechende Bereich von 0d bis 15d wird ducht die Ziffern 0 bis 9 und die Buchateben A (=10d) bis F (=15d) dargestellt. Es ist sowohl Groß- als auch Kleinschreibung üblich. Hexadezimalziffern werden meist durch vorangestelltes „0x“ oder angehängtes „h“ kenntlich gemacht, falls dies nicht aus dem Kontext eindeutig hervorgeht.

Beispiel einer Zahl in Binär- und entsprechender Hexadezimaldarstellung:

1010 1111 1111 1110 0000 1000 0001 0101b
AFFE0815h

Spielanleitung: Auf einer 7-Segmant Anzeige wird eine Hexadezimalziffer vorgegeben. Sie müssen nun das entsprechende binäre Bitmuster eingeben. Dazu betätigen Sie bitte alle Fußschalter, deren Binärstelle mit einer 1 belegt ist.

Beispiel:
Anzeige: „b“ (kleines B) → Binärmuster 1011b
Fußschalter: X3=betätigt X2=nicht betätigt X1=betätigt X0=betätigt

Wenn Sie alles richtig machen, wird Ihnen der Applaus sicher sein.

Lauflicht mit Impulswahl (Irgendwo hier sollte eine Wählscheibe sein. Wählen Sie mal!)

Das Programm auf dem Mikrocontroller generiert im Leerlauf zufällig verschiedenfarbige Leuchtpunkte und lässt sie in verschiedenen Geschwindigkeiten wie ein Lauflicht durchs Band laufen. Die Telefonwählscheibe generiert - auf natürliche Weise, denn so wählte man früher - Impulse, die ebenfalls als Leuchtpunkte auf dem Band visualisiert werden: Sobald man zu wählen beginnt, stoppt das Programm den Zufallsgenerator. Beim Loslassen der Scheibe erzeugen die Impulse der Wählscheibe Leuchtpunkte auf dem Streifen, je Wählvorgang in zufällig ausgewählter Farbe und Geschwindigkeit.

Um zu erfahren wie genau das LED-Band funktioniert, müssen Sie den „Fackelmob“ finden und dessen Schild lesen.

Ein Video und weitere Infos zum nochmal Nachlesen: http://mrks.de/34

Ein Geigerzähler, ein Teller aus Uranglas und ein Frequenzzähler mit Nixie-Röhren (Halten Sie den Taster gedrückt!)

Der kleine grüne Teller vor Ihnen ist ein Fundstück vom Regensburger Antikmarkt. Er besteht aus sog. „Uranglas“, einer Glasart, die Uranoxidverbindungen als Farbstoff enthält. Aufgrund dieses Farbstoffes strahlt der Teller leicht radioaktiv. Die Strahlung, die von ihm ausgeht (hauptsächlich Beta-Strahlung, also Elektronen) ist jedoch nur sehr schwach und ungefährlich. Sie können den Teller also bedenkenlos in die Hand nehmen.

Unser kleiner Geigerzähler befindet sich direkt unter dem Teller in dem kleinen Podest. Er misst die in seinem Geiger-Müller-Zählrohr auftretenden Ionisationen, die durch die eintretende Strahlung verursacht wird, und wandelt sie in Impulse um.

Unser Frequenzzähler ist ein älteres Modell und ein echtes Schätzchen. Er verwendet statt modernen LED-Elementen Nixie-Röhren zur Anzeige, dem Vorgänger moderner Segmentanzeigen, die nach dem Glimmlampen-Prinzip arbeiten. Der Nixie-Frequenzzähler kann leider keine Impulse zählen, sondern nur Frequenzen. Deshalb wandelt ein kleiner Mikrocontroller (direkt am Frequenzeingang des Zählers) die Impulse des Geigerzählers in eine Frequenz um, die der Frequenzzähler dann messen kann. Wie so oft, ist dieser unscheinbarste Teil des Projektes zugleich der technisch aufwendigste.

Während Sie den Taster gedrückt halten, ist der Geigerzähler aktiv und misst die Zerfälle des Tellers. Jeder „Tick“ den Sie hören, entspricht einem Zerfall. Zusätzlich bringt etwas indirektes UV-Licht den Teller durch Floureszenz zum Leuchten. Ein kleines optisches Highlight, das mit der radioaktiven Strahlung aber nichts zu tun hat.

Pac-Man in nur einer Dimension - geht das?

Scheinbar! Wir waren uns da selbst nicht ganz sicher. Pac-Man ist ein Arcade- und Videospiel aus den 80ern, das eigentlich auf einem 2-dimensionalen Spielfeld - in einem Labyrinth - statt findet. Hier versuchen wir es in einer Dimension auf einem LED-Streifen.

Pac-Man ist der kleine gelbe Pixel. Er versucht alle hellen Punkte auf dem Streifen zu fressen. Dabei wird er von den Geister gestört: Inky (blau), Pinky (pink), Blinky (orange) und Clyde (rot). Trifft Pac-Man mit einem der Geister zusammen, verliert er eines seiner drei Leben und startet wieder von rechts. Frisst Pac-Man einen der beiden helleren „Superpillen“, kann er selbst kurzzeitig Geister fressen. Gefressene Geister sind raus aus dem Spiel.

Pac-Man hat gewonnen, wenn alle hellen Punkte gefressen sind. Wurde Pac-Man dagegen drei mal von den Geistern angeknabbert, und hat damit alle seine Leben verloren, gewinnen die Geister. Das hält sich momentan so ungefähr in der Waage.

Aktuell läuft das „Spiel“ selbstständig als Animation, aber vielleicht bauen wir da irgendwann noch einen Joystick dran. Mal sehen.

Viele rote blinkende LED's, welche alle einzeln ansteuerbar sind.

Von einem befreundeten Hackspace aus Österreich haben wir letztes Jahr viele einzelne LED-Panels erhalten, die ursprünglich mal eine Spielstandsanzeige in einem Eishockeystadion waren. Daraus haben wir uns eine große LED Matrix gezimmert, auf der dargestellt werden kann was auch immer man möchte.

Normalerweise ist diese Matrix nach belieben online steuerbar, für's 2wickl wechseln wir automatisch durch verschiedene Animationen. Aber Vorsicht - nichts für Epileptiker