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studentische_arbeiten:ss26_led_3d_wuerfel [2026/03/09 02:08] – mexleadminstudentische_arbeiten:ss26_led_3d_wuerfel [2026/03/09 04:06] (current) – [Zielgruppe] mexleadmin
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-====== Thema: Entwicklung eines LED-3D-Würfels auf Basis von WS2812-Platinen ======+====== Thema: Weiterentwicklung eines LED-3D-Würfels auf Basis von WS2812-Platinen ======
  
 ==== Motivation/Hintergrund ==== ==== Motivation/Hintergrund ====
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 {{drawio>studentische_arbeiten:SS26_LED_3D_WuerfelV02.svg}} {{drawio>studentische_arbeiten:SS26_LED_3D_WuerfelV02.svg}}
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-Dreidimensionale LED-Displays sind eine spannende Plattform für Visualisierung, interaktive Demonstratoren und die Entwicklung eingebetteter Systeme. Im Rahmen dieses Projekts soll ein 8 x 8 x 8 LED-Würfel entwickelt werden, der aus vielen dünnen, beidseitig mit WS2812-LEDs bestückten Platinen aufgebaut ist. 
  
-Die besondere Herausforderung besteht dabei nicht nur in der elektronischen Ansteuerung, sondern auch in der mechanischen und fertigungsgerechten Realisierung: Die Platinen müssen geeignet angeordnet, kontaktiert und stabil befestigt werden. Zusätzlich sind eine Halterung, eine Grundplatine sowie ein geeignetes Stecksystem auszuwählen bzw. zu entwickeln. Für die Ansteuerung kommen Mikrocontroller wie SAMD21 oder ESP01/ESP32 in Frage. Optional kann zudem eine drahtlose Anbindung an Mobiltelefone per WLAN vorgesehen werden.+Dreidimensionale LED-Displays sind eine anschauliche Plattform für eingebettete Systeme, Elektronikentwicklung, Visualisierung und interaktive Anwendungen. In einem vorangegangenen Projekt wurde bereits ein erster Prototyp für einen 8 x 8 x 8 LED-Würfel aufgebaut. Grundlage sind viele dünne Platinen, die beidseitig mit WS2812-LEDs bestückt sind und so angeordnet werden, dass ein räumlicher LED-Würfel entsteht. 
 + 
 +Zusätzlich existieren bereits geeignete LED-Streifen, eine erste Softwarebasis auf einem ESP32-WROOM sowie ein integrierter BMI270-Inertialsensor. Erste interaktive Ansätze wurden ebenfalls bereits umgesetzt, unter anderem in Form einer rudimentären Fluidsimulation, die Sensordaten des BMI270 nutzt. 
 + 
 +Der bisherige Stand bietet damit eine gute Ausgangsbasis, erfordert aber noch eine systematische Weiterentwicklung sowohl der Hardware als auch der Software. Insbesondere fehlen ein robustes mechanisches Gesamtkonzept, die Integration aller Platinen in ein geeignetes Gehäuse sowie eine leistungsfähigere Softwarearchitektur, idealerweise inklusive einer Anbindung an Mobiltelefone per WLAN.
  
 ==== Ziel ==== ==== Ziel ====
-Ziel des Masterprojekts ist die Konzeption, Entwicklung und Inbetriebnahme eines 8 x 8 x 8 LED-Würfels auf Basis dünner, beidseitig bestückter WS2812-Platinen. Dabei sollen insbesondere +Ziel des Masterprojekts ist die Weiterentwicklung eines interaktiven 8 x 8 x 8 LED-Würfels auf Basis vorhandener Vorarbeiten bis zu einem fertigen Demonstrator. Dabei sollen insbesondere: 
-  * ein geeigneter mechanischer Aufbau, +  * die Hardware und mechanische Integration verbessert, 
-  * ein robustes elektrisches Kontaktierungs- und Steckkonzept, +  * ein geeignetes Halterungs- und Gehäusekonzept entwickelt, 
-  * eine passende Grundplatine, +  * die bestehende ESP32-Software erweitert und strukturiert, 
-  * sowie eine geeignete Ansteuerungshardware und Software +  * sowie optional eine WLAN-Anbindung an Mobiltelefone realisiert werden.
-entwickelt und als Demonstrator umgesetzt werden.+
  
 ==== Aufgabenstellung ==== ==== Aufgabenstellung ====
-Im Rahmen des Projekts sollen je nach Schwerpunktsetzung insbesondere folgende Aufgaben bearbeitet werden: +Im Rahmen des Projekts sollen insbesondere folgende Aufgaben bearbeitet werden:
- +
-  * Erarbeitung eines Gesamtkonzepts für einen 8 x 8 x 8 LED-Würfel auf Basis dünner, beidseitig mit WS2812 bestückter Platinen. +
-  * Entwurf der LED-Platinen hinsichtlich Geometrie, elektrischer Verschaltung und Fertigbarkeit. +
-  * Entwicklung einer mechanischen Halterung zur präzisen und stabilen Anordnung der Platinen im dreidimensionalen Aufbau. +
-  * Entwurf einer Grundplatine zur Versorgung und Ansteuerung des Würfels. +
-  * Recherche, Auswahl und Bewertung eines geeigneten Stecksystems für Kontaktierung, Montage und Wartbarkeit. +
-  * Auswahl und Integration eines geeigneten Mikrocontrollers, z. B. SAMD21 oder ESP01/ESP32. +
-  * Entwicklung von Firmware zur Ansteuerung des LED-Würfels und zur Darstellung von Animationen oder Visualisierungen. +
-  * Optional: Implementierung einer WLAN-Anbindung zur Steuerung über Mobiltelefone. +
-  * Aufbau eines Funktionsmusters und experimentelle Evaluation hinsichtlich Stabilität, Stromversorgung, Ansteuerbarkeit und visueller Qualität.+
  
-Je nach Interessenlage der Studierenden kann der Schwerpunkt stärker auf Hardware-/PCB-Entwicklung, Mechanik/Konstruktion, eingebetteten Systemen oder drahtloser Kommunikation liegen.+  * Analyse und Bewertung des vorhandenen Hardware- und Softwarestands. 
 +  * Weiterentwicklung des mechanischen Aufbaus für den 8 x 8 x 8 LED-Würfel. 
 +  * Entwurf eines Konzepts zur Integration aller Platinen, der Verkabelung und der Steuerelektronik in ein stabiles Gehäuse. 
 +  * Überarbeitung und Erweiterung der bestehenden Software auf dem ESP32-WROOM. 
 +  * Verbesserung der Ansteuerung der LEDs hinsichtlich Struktur, Wartbarkeit und Performanz. 
 +  * Einbindung und Nutzung des BMI270 für interaktive Effekte und bewegungsabhängige Visualisierungen. 
 +  * Weiterentwicklung der vorhandenen Fluidsimulation auf Basis der Sensordaten. 
 +  * Entwicklung einer WLAN-Schnittstelle zur Anbindung an Mobiltelefone, z. B. zur Parametrierung, Animationserstellung oder Steuerung. 
 +  * Aufbau, Test und Evaluation eines funktionsfähigen Demonstrators.
  
 ==== Betreuer/Ansprechpartner mit Kontaktdaten ==== ==== Betreuer/Ansprechpartner mit Kontaktdaten ====
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   * ESE Master   * ESE Master
   * ASE Master   * ASE Master
-  * Mechatronik+  * Mechatronik Master