极客电视

云脑智库 2021-07-26 00:00


来源 | 悦智网

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用Wi-Fi和树莓派Zero挽救模拟设备。

如同黑胶唱片和盒式磁带,阴极射线管(CRT)正试图在某些圈子里卷土重来。复古游戏玩家想要在过去设计的模糊屏幕中体验老式字幕。创客们为了各种项目,对其进行重建:2020年1月,我们用一个示波器的阴极射线管制造了一个矢量图时钟。不过,示波器阴极射线管相对较少,而模拟电视则可以在废弃物中找到。所以当在eBay上看到一台价格低廉、几乎全新的5英寸屏幕黑白便携电视机时,我打算接受这项古老技术的挑战。
与示波器阴极射线管不同,电视阴极射线管的电子束不容易被直接控制。最佳方式是输入原本电路可以解码的视频信号。所以我决定制造一台极客电视,它没有广播频道,而是显示美国国家航空航天局(NASA)和欧洲核子研究组织(CERN)等机构发布的最新消息和图像,以及一些动画片。我希望它能体现最初电视的独立和简洁,不要外接线缆或盒子,当然,也不要键盘、鼠标或额外的控制开关。
我的“新”电视Coby CX-TV1有一个RCA复合视频接口和直流电源适配器供电,这两者都要求我在内部电路中找到合适的切入点。
将电视机的外壳拆下并观察内部结构后,我更踏实了。它的内部电路分为两部分:一个围绕AN5151电视芯片搭建的主印刷电路板(PCB)和一个直角安装的二级印刷电路板。电视机的旋钮可以旋转二级印刷电路板上的可变电容器轴。
我总想将这个侧面的旋钮作为“频道”选择控制装置,但最初我是想安装一个旋转编码器来检测旋钮的运动情况。不过,查看了印刷电路板的布置以后,我有了灵感。我将调谐板与主印刷电路板断开,然后将可变电容器的接头连接到了一个基于Adafruit MPR121的触控传感器上。
我想要用这个电容传感器对“手指是否触摸表面?”做出简单的“是/否”的响应。参照原始的传感测量数据,我可依据可变电容器的即时电容确定旋钮的位置。此外,这还意味着我可以不受干扰地保留原有的机械装置——一个漂亮的红色塑料条,它可以上下移动,显示电视调到了哪个频道。
我用在抽屉里找到一个闲置的有Wi-Fi功能的树莓派Zero W,为这台电视机增加了智能性。(如果重新设计,我可能会使用树莓派3或4计算模块以便获得更快的处理速度,不过我也很高兴能把树莓派Zero很好地利用起来。)每个树莓派都能够生成NTSC或PAL格式的复合视频。在树莓派Zero中,有一个未用的插座可以提供这个信号,我只需花了一点时间焊接一个接头即可。此外,我还焊接了从接头到电视机后部RCA接口的线路。由于电视机是黑白的,因此我在树莓派的配置文件中禁用了复合视频的色同步信号,以便获得略微清晰一些的图像。
接下来,唯一剩下的硬件部分就是电源。这台电视机的内部电路大多采用12伏电源,但这种电压会瞬间烧毁树莓派设备。我采用了一个降压变换器,把电压降低到了5伏。然后用多组焊片连接到电视机的电源开关和接地点(还要小心用于驱动阴极射线管本身的更高电压)。

我用Python编写了软件,搭建了一系列库,以方便用高级例程将硬件连接起来,在网络资源中提出和处理图像。首先,我安装了Adafruit的Blinka包,它是Circuit Python的后端口,最初设计用于将Python塞入微控制器。借助Blinka,我可以通过一个安装在SparkFun Qwiic pHat 2.0电路板(已插入到树莓派的通用输入输出接头)上的I2C接口与触控传感器进行通信。(pHat还有一对可连接到树莓派5伏电源和接地装置的螺丝接线柱,以便从降压变换器引入电源)。

从网络资源中获取图像需要组合多种技术。例如,欧洲核子研究组织的大型强子对撞机的状态仪表盘图像是可在静态URL中找到的PNG文件。树莓派只需要下载图像,并缩放成分辨率为720×480的NTSC复合视频即可。我的极客电视机的另一个频道是显示美国国家航空航天局的每日天文图。要下载该图像,树莓派必须查询返回元数据的应用程序接口,然后使用JSON库来进行解析以获取每日图像的URL。获取GOES East气象卫星的最新图像则要用Beautiful Soup库解析HTML。

此外,我还添加了一些动画。有一个频道可“播放”《康威生命游戏》。另一个频道可制造分辨率越来越高的Mandlebrot集。在频道之间,电视会显示为像素化的“静态”。

在焊接新连接点时,有些阴极射线管连接线由于弯曲而遭到了损坏。在完成之前,我必须修复这些连接线。然后,剩下的工作就是把所有部件装回电视机外壳,盖上后盖。现在,要了解最新的科学进展,我只需要打开这台电视机,调到相应的频道即可。 

作者:Stephen Cass

- The End

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