Mushroom POV项目细节
Mushroom POV是一个基于ESP32的POV显示器，这是@Eloise本科毕业设计的硬件部分实现。本文主要介绍这个项目中的软件设计和硬件设计上的一些技术考量。
整体设计
Mushroom POV本质是一个视觉暂留 (POV) 显示器，其原理是通过快速旋转的LED灯条，使得人眼在一定时间内看到的是一个完整的图像。但由于我们需要其动态显示不同的内容，不能像网上可以找到的大多数实现那样，将显示内容直接编码进程序中生成。因此，我们需要让POV显示器能够接收到外部的数据，然后将其转换为LED灯条的控制信号。为了实现这一目标，我们需要完成以下几个步骤：
- 通过有线或无线方式接收到外部数据
- 将数据编码为LED灯条上的每个灯应该显示的颜色
- 在特定的时间点，控制LED灯条上的每个灯的颜色，使其显示出正确的图像
当然，这里面还包括要从上位机将视频或者图片编码成一个合适的协议，让POV显示器能够正确解析。这个部分我们会在后面的章节中详细介绍。
硬件设计
MCU选择
Mushroom POV的核心是一个MCU，它需要能够快速的接收到外部数据，然后将其转换为LED灯条的控制信号。因此，我们需要一个能够快速处理数据的MCU。在这里，我们选择了ESP32，它是一个双核的MCU，每个核的主频都可以达到240MHz，而且它还有一个硬件加速的DMA引擎，可以大大提高数据处理的速度。除此之外，ESP32还有一个WiFi模块，可以方便的实现无线传输。因此，ESP32是一个非常适合这个项目的MCU。我们还考虑过使用STM32F4，但是由于其没有WiFi模块，需要额外的外设，因此我们最终选择了ESP32。
LED灯条
我们的灯条使用APA102，这是一种数字可控的LED灯条，它的每个灯都有一个独立的控制芯片，可以通过SPI接口控制。这种灯条的优点是可以通过SPI接口控制，因此可以使用DMA引擎来加速数据的传输。而且，它的每个灯都有一个独立的控制芯片，因此可以通过串行的方式来控制，这样就可以大大减少控制信号的数量，从而减少了PCB的复杂度。但即使是APA102，也有不同的型号。在选择的时候需要特意选择有较高响应速度的，这样才能保证在高速旋转的时候，LED灯条的显示效果不会出现问题。同时，APA102还有不同的大小和封装规格，有些是带塑料外壳的，单个LED的大小会非常大，因此需要挑选那种仅包含一个小小的LED灯的，直接贴在PCV上的封装。我在某宝上买的灯条，型号是APA102-2020，这种灯条的尺寸非常小，每个灯的尺寸只有2mm x 2mm，因此可以在有限的空间内放置更多的灯，从而提高显示的分辨率。但这也意味着贴装的难度会更高，因为灯条的尺寸太小，需要使用更加精细的贴装设备。如果你自己有设备有动手能力可以自己贴，但如果没有的话，可以直接让PCB厂家代贴，这样可以保证贴装的质量。
电源
由于我们的灯条是数字可控的，因此需要提供3.3V的电源。但是，由于ESP32的工作电压是3.3V，因此我们需要提供两路电源，一路是3.3V，用于供电ESP32，另一路是5V，用于供电灯条。这里需要注意的是，由于ESP32的工作电压是3.3V，因此它的IO口输出的电压也是3.3V，而灯条的输入电压是5V，因此需要使用电平转换器将ESP32的IO口输出的3.3V电平转换为5V电平。这里我们使用了74HC245，它是一个8位的双向电平转换器，可以将ESP32的IO口输出的3.3V电平转换为5V电平，同时也可以将灯条的数据线上的5V电平转换为3.3V电平，从而实现双向的电平转换。除此之外，由于灯条的功耗较大，因此需要使用一个较大的电容来稳定电源，这里我们使用了1000uF的电容。
电机
如果你对图像显示有非常精确的要求，需要选择精度足够高的步进电机。但如果你只需要显示一些简单的纹理，直接使用普通的直流电机就行。如果是步进电机，还会涉及到步进电机驱动的问题。
