Матриця з світлодіодів для літери ж. Динамічна індикація

Переваги світлодіодів незаперечні, сьогодні вони скрізь, у тому числі годинник. Що уявляє себе годинник на світлодіодних матрицях, про плюси і недоліки розберемо в рамках статті. Наприкінці статті представлено докладний покроковий посібник для виготовлення пристрою своїми руками.

Що це таке

Годинник на світлодіодних матрицях - це електронний годинник, В яких для індикації використовуються матриці з безлічі світлодіодів. Застосування індикаторів іншого типу - єдина їхня відмінність.

Матриця - це набір світлодіодів, зібраних у вигляді сітки з єдиним анодом чи катодом. Як правило, роздільна здатність таких індикаторів - кількість точок по вертикалі та горизонталі - 8×8.

Чому ж такий годинник набирає популярності, переваги:

1. Ціна. Світлодіодні матриці дешевші від семисегментних індикаторів аналогічних розмірів.
2. Яскравість. Світлодіоди горять яскравіше, ніж семисегментні індикатори, їх краще видно у місцях, освітлених сонячним промінням. Багато виробників також передбачають конструктивний захист діода від дії сонця.
3. Функціональність. За допомогою матриці зі світлодіодів можна виводити не тільки цифри, але також різні літери, розділові знаки, символи. За допомогою набору LED-матриць можна виводити деяку інформацію у вигляді рядка, що біжить.

Світлодіодні матриці мають і недоліки:

• Збільшена складність керування. Через велику кількість елементів (у стандартній матриці їх 64) керувати матричними індикаторами ніж семисегментними. Для цього застосовуються мікроконтролери, динамічна індикація та зсувні регістри.
• Кут огляду. Особливість світлодіодів у тому, що вони фокусують світло одному напрямі. Це призводить до того, що зображення на світлодіодній матриці добре видно тільки під певним кутом.
• Непереносимість високих температур. Нагрівання знижує ефективність світлодіодів та зменшує термін служби.
• Перегорання окремих світлодіодів призведе до ефекту. битого пікселя» та погіршення якості зображення.

Саморобний годинник на світлодіодних матрицях

Незважаючи на велику популярність годинника на світлодіодних матрицях, в Рунеті не так вже й багато схем для їх самостійного виготовлення. Розглянемо найпопулярнішу.

Необхідні навички для збирання пристрою:

• виготовлення друкованих плат;
• паяння елементів: схема передбачає SMD-виконання, це означає, що елементи встановлюватимуться прямо на поверхню плати;
• прошивка мікроконтролерів: у схемі використовується МК ATMega16A;
• програмування МК: це не обов'язково, оскільки для даного пристроювже є прошивка контролера. Ця навичка стане в нагоді, якщо ви захочете змінити режим роботи годинника або розширити його функціонал, наприклад, додавши додаткові елементи такі, як датчики температури або вологості.

З інструментів знадобляться:

• набір для виготовлення плат;
• програматор МК;
• паяльник.

Розглянемо докладніше схему пристрою. Головним керуючим елементом є МК ATMega16A, він забезпечує такі можливості приладу:

1. Відлік часу та календар. Ведеться навіть за відключення живлення.
2. Будильник. Тут їх 9 штук, можна запрограмувати на роботу днями тижня.
3. Вимірювання температури. Конструкція годинника дозволяє встановити два датчики температури для вимірювань у кімнаті та на вулиці.
4. Режим рядка, що біжить. Видає таку інформацію: день тижня, місяць, рік, температура.
5. Коригування ходу годинника.

Більшість функцій покладено на мікроконтролер, що дозволяє максимально розвантажити схему і використовувати мінімальну кількість елементів.

У пристрої використовується лише дві мікросхеми: мікроконтролер та зсувний регістр TPIC6B595, також можна підключити два датчики температури DS18B20 - один вуличний і другий кімнатний.

Для індикації використовуються три світлодіодні матриці 8×8. Як діод D1 краще використовувати діод Шоттки. Діод у схемі забезпечує перехід на аварійне живлення, а діод Шоттки має найменше падіння напруги і високу швидкість перемикання.

Процес виготовлення:

Про деякі особливості при складанні годинника на світлодіодній матриці з ATMega 16A доступно розповідається в наступному відео.

Годинник на світлодіодних матрицях має багато переваг перед приладами з іншим типом індикації: дешевше, не засвічується сонцем, з їх допомогою можна вивести Велика кількістьінформації. Існує велика кількість моделей годинників на led матрицях, і кожен знайде для себе девайс з необхідним функціоналом. Також такий годинник нескладно виготовити самому, як ви побачили з покрокового керівництвавище, це вимагає особливих інструментів чи спеціальних навичок.

Світлодіодні дисплеї-матриці 8х8 бувають різних розмірів та з ними цікаво працювати. Великі промислові збирання мають розмір близько 60 х 60 мм. Однак, якщо ви шукаєте набагато більші LED матриці, їх знайти важко.

У цьому проекті ми будуватимемо реально велику світлодіодну матрицю LED дисплея, що складається з кількох великих 8х8 світлодіодних модулів, які послідовно з'єднані один з одним. Кожен із цих модулів за розміром близько 144 х 144 мм.

Особливість цього дисплея полягає в тому, що при необхідності можна дивитися на задньому фоні. Це дає свободу у творчому використанні цих дисплеїв, наприклад, розміщення їх спереду від скляних панелей, щоб була можливість побачити те, що відбувається позаду дисплея.

Для цього проекту ми будемо використовувати 10 мм. Ви можете використовувати інші розміри. Зазвичай доступні розміри 3 мм, 5 мм, 8 мм та 10 мм.

Хоча дисплей не призначений для роботи з будь-яким мікроконтролером, ми будемо використовувати популярні плати Arduinoі підключати його через SPI використовуючи лише 3 сигнальні дроти.

Щоб побудувати цей проект, потрібні базові знання електроніки та пайки компонентів, а також деякі знання щодо використання Arduino. Прошивка.

Тут потрібно спаяти світлодіоди разом, використовуючи довгі ніжки світлодіодів. Ви можете використовувати будь-який розмір і колір LED, але довжина ноги (понад 23 мм) повинна бути достатньою, щоб зігнути та спаяти їх між собою. Світлодіоди розташовані у вигляді матриці 8х8, де катоди спаяні між собою для рядків, а для стовпців - аноди.

Драйвер MAX7219 керує динамічною індикацією світлодіодної матриці. При проектуванні кожна світлодіодна матриця 8х8 буде спиратися на схему, використовуючи наступні компоненти:

• 1 х MAX7219
• 1 х 10 мкф 16В електролітичний конденсатор
• 1 х 0.1 UF керамічний конденсатор
• 1 х 12 ком резистор (0,25 ВТ)
• 1 х 24-контактне гніздо DIP IC

Зверніть увагу, що вам може знадобитися вибрати інше значення резистора для роботи з LED, що використовуватимете. Цей резистор обмежує максимальний струм на MAX7219, який на виході подаватиметься на світлодіоди.

А це відео показує наочно, як відбувається монтаж світлодіодної матриці, електронної плати керування та простий тест, щоб запустити її за допомогою популярної плати Ардуїно UNO/Nano.

Складання рядка, що біжить, на базі світлодіодної матриці і Arduino - це нескладне завдання, яке можна виконати навіть в домашніх умовах. Щоб змусити літери переміщатися на світлодіодному табло, не потрібно бути програмістом і володіти поглибленими знаннями електроніки. У цій статті розберемо, як зібрати рядок з готових світлодіодних матриць і Arduino Nano.

Що потрібно?

Для реалізації ідеї потрібно зовсім небагато деталей:

• два світлодіодні модулі, що складаються з чотирьох матриць 8 на 8 пікселів;
• тримач для батареї типорозміру «Крона»;
• батарейка на 9 вольт (CR-9V, ER-9V або їх аналоги);
• двоконтактний перемикач;
• сполучні дроти;
• плата Arduino Nano;
• термоклею.

Схема

На друкованій платі світлодіодного модуля, що використовується, розташовано 4 матриці розміром 8 на 8 пікселів. Кожне світлодіодне табло керується інтегральною мікросхемою (ІМС) MAX7219. Дана ІМС є контролером управління led-дисплеями, матрицями із загальним катодом і дискретними світлодіодами в кількості до 64 шт.

Для комфортнішого сприйняття інформації, що виводиться на світлодіодне табло, рекомендується встановлювати кілька модулів. Для цього їх поєднують у послідовно включені групи, тобто вихід першого модуля (out) підключають до входу другого модуля (in). Ця збірка складається з двох модулів (16 матриць), довжини яких цілком вистачить для зручного прочитання цілих пропозицій.

Складання

Матричний модуль може мати штиркове з'єднання або контакти на платі як друкованих провідників. Від цього залежить спосіб їхнього з'єднання. У першому випадку для отримання надійного електричного контакту задіють джгут із проводків з конекторами, а в другому доведеться встановити та запаяти перемички.

Але спочатку необхідно об'єднати обидва модулі в єдине ціле за допомогою термоклею. Термопластичний клей не проводить електричний струм, Отже, його можна сміливо наносити на друковану плату. Клей наносять з торців обох плат, притискають та залишають на кілька хвилин. Після затвердіння вихідні контакти першого блоку підключають до вхідних контактів другого блоку за схемою:

• VCC – VCC
• GND – GND
• D IN – D OUT
• CS – CS
• CLK – CLK

На звороті друкованої плати за допомогою термоклею прикріплюють Arduino Nano, відсік для батарейки та вимикач. Деталі мають у своєму розпорядженні таким чином, щоб можна було зручно ними користуватися.
На наступному етапі виробляють підключення Arduinoзі світлодіодним модулем, приєднуючи дроти на вхід першої матриці. Залежно від варіанту виконання модуля операцію виконують через роз'ємне з'єднання або шляхом паяння за наведеною схемою:

• VCC - 5V
• GND – GND
• D IN – PIN 11
• CS – PIN 10
• CLK-PIN 13.

На заключній стадії збирання необхідно підключити живлення від батарейки. Для цього мінусовий контакт (чорний провід) із відсіку для крони підключається на висновок GND Arduino. Плюсовий контакт (червоний дріт) з'єднують з вимикачем, а потім з виведенням №30 Arduino, призначений для подачі напруги живлення від нерегульованого джерела. У тестовому режимі зроблений своїми руками рядок, що біжить, може бути запитаний через мікро USB від комп'ютера.
Переконавшись у надійності кріплень та якості електричних з'єднань, приступають до збирання корпусу. Його можна зробити з алюмінієвого чи пластикового профілю, оскільки елементи схеми не гріються. Колір, розміри, ступінь захисту та кріплення корпусу залежить від майбутнього призначення пристрою. У найпростішому випадку підійде захисний екран із будівельного пластикового кутового профілю з вирізом під вимикач.

Програмування рядка, що біжить

Рядок, що біжить з Arduino і світлодіодних модулів під управлінням MAX7219 практично готова. Настав час перейти до програмної частини. На комп'ютері має бути встановлено програмне забезпечення(ПЗ) для використовуваного Arduino та драйвер до нього. Далі необхідно скачати дві бібліотеки та скетч ( спеціальну програму, яка завантажуватиметься і виконуватиметься процесором Arduino). Установку бібліотек проводять при закритому Arduino IDE у папку "Documents - Arduino - Libraries". Потім завантажують і запускають скетч і перевіряють наявність бібліотек та коректність інших даних.

Налаштування скетчу:

• "number of horizontal displays" вказують кількість рядків, у нашому випадку 1;
• "number of vertical displays" вказують кількість матриць, у нашому випадку 8;
• "string tape" вказують напис, що виводиться на дисплей;
• "int wait" задають швидкість виведення в мілісекундах.

Після перевірки введених даних залишається клацнути мишкою кнопку «завантажити». Потім відключитися від ПЕОМ, вставити батарейку та зробити запуск пристрою.

На закінчення хочеться додати, що рядок, що біжить, своїми руками збирається досить швидко навіть без навичок роботи з Arduino. Тому боятися цієї хитромудрої плати не варто. Також варто відзначити, що зробити рядок, що біжить, можна довше, збільшивши кількість світлодіодних матриць.

Читайте також

Світлодіоди все швидше займає своє місце серед джерел освітлення.
Низьке споживання електроенергії, яскравість дозволили світлодіодам витіснити традиційні лампи розжарювання та досить впевнено змагатися з енергозберігаючими.
Піддавшись загальної тенденції, вирішив власними рукамипомацати і на власні очі подивитися на світлодіодну матрицю, що не вимагає якихось окремих драйверів, а 220 вольт, що підключаються безпосередньо до мережі. Кому цікава дана тема, прошу під кат.
В результаті зупинив свій вибір на наступному екземплярі:

З опису на сторінці випливає, що дане джерелосвітла:
- Виготовляється за технологією LED СОВ;
- напруга живлення 220 вольт;
- споживана потужність 30 Вт;
- колірна температура 2500-3200К;
- матеріал підкладки (підстави) алюміній;
- габаритні розміри 40*60мм;

Поки їхала посилка, вивчив теорію.
Що таке технологія LED СОВ?

Приблизно до 2009 року світлодіодна продукція мала лише один напрямок розвитку – збільшення потужності світлодіода або Power LED. Удосконалення даної технології дозволило досягти потужності одного світлодіода на рівні 10 Вт.
Як виявилося подальше нарощування потужності не має сенсу через високої вартостівиробництва окремого потужного світлодіода Важливу роль у пошуках іншого шляху розвитку так само послужило те, що світлодіод є точковим джерелом світла і домогтися засвітки великої площі поверхні за допомогою потужних світлодіодів виявилося не просто і недешево. Для отримання більш-менш прийнятних результатів потрібно застосування оптичних системдля того, щоб зробити світло розсіяним.
Наступним кроком було застосування для створення прийнятних джерел розсіяного світла SMD світлодіодів – на одну плату припаювали велику кількість світлодіодів. Недоліками є загальна трудомісткість процесу – виробництво окремих світлодіодів (кожен на своїй керамічній підкладці + персональний шар люмінофора тощо). Крім того, недоліками методу була невисока надійність окремих світлодіодів і необхідність ремонту при виході хоча б одного з них з ладу.
У результаті, до інженерів прийшла думка про необхідність виробництва світлодіодів без персональних атрибутів та розміщення їх на одній платі невеликій відстанідруг від друга під загальним шаром люмінофора, тобто. технологія LED СОВ. Зрештою це дозволило знизити вартість джерела світла загалом у разі виходу з ладу окремих світлодіодів змінювати весь модуль (матрицю).

Приїхала посилка в жовтому конверті з пухирцем усередині. Сама матриця вкладена у пропорційний пластиковий пакет.

Як бачимо, дійсно світлодіоди розташовані близько один до одного, покриті загальним шаром люмінофора та захищені масою, що нагадує пластичний клей.
Біла субстанція по периметру матриці і драйвера, що захищає схему, схожа на гуму або термоклей - не тверда, пружна маса. Це дозволило зняти її з найвидатніших корпусів і визначити, що один з них діодний міст MB10S з максимальною постійною зворотною напругою 1000 вольт і максимальним прямим струмом 0,5 ампер.
Даташит:

Розміри відповідають зазначеним в описі.

Товщина підкладки 1 мм та вага матриці аж 8 грам.

Зрозуміло, що, як і для потужних світлодіодів, матрицям так само необхідний радіатор. Як таке було обрано радіатор від процесора.


Саморізами через термопасту КПТ -8 матриця була закріплена на радіаторі.
У цій послідовності дій була допущена помилка - провід слід було припаювати до кріплення матриці до радіатора - тепло від паяльника йшло в тепловідведення. Результат паяння видно на фото. Проте дроти трималися надійно, і знімати матрицю вже не став.


Перше включення справило незабутнє враження - сказати "яскраво", нічого не сказати. Навіть якщо дивитися з відстані під невеликим кутом до площини матриці зайці забезпечені. Порівняно з наявними енергозберігаючими лампамитемпературою 2800К світло біле та його багато.

Кімната площею 14 кв. метрів висвітлюється більш ніж добре.

Після 20 хвилин температура піднялася до 85 градусів. Далі випробувати на міцність матрицю не став, хоча чіпи управління можуть контролювати струм через світлодіоди при сильному нагріванні.

Далі тести проводилися з використанням примусового охолодження штатним кулером від даного радіатора та платою контролю частоти обертання вентилятора. Останню зняв із старого блоку живлення ПК.

Температура протягом півтори години не піднімалася більше 31,5 градуса, а вентилятор працював на малих обертах, не розганяючись.

Після чого плату контролю частоти обертання вентилятора було виключено з конструкції, а блок живлення замінено на 9-вольтовий.

Збільшення напруги в мережі дозволило переконатися, що заявлена ​​споживана потужність відповідає дійсності.

Очікувано фотоапарат реагував на мерехтіння матриці частотою 100 герц. Відео не знімав, але зміг зафіксувати наступне

Можна було б поборотися з пульсаціями, припаяючи до діодного мосту конденсатор. Це викликало б підвищення напруги до 220 * 1,41 = 310,2 вольта і потрібно було б грати з обмежуючими резисторами BP5132H, але оскільки спочатку усвідомлював, що дане джерело світла не для житлових приміщень, то починати цю боротьбу не став .
Сфера застосування матриці – загальне освітлення вулиці, підсобних приміщень тощо, і, отже, пульсації можна знехтувати.
За допомогою ЛАТР вдалося встановити (експеримент проводився на роботі і фото не робив, щоб не відповідати на запитання: «Навіщо?»), що нижній поріг, при якому матриця ще випромінює світло, 130 з невеликим вольт. Більше 250 вольт не подавав, але в тому випадку не завадить маска зварювальника.
У зв'язку з тим, що даний джерело світла має високу потужність і, якщо так можна висловитися, підвищену щільність світла, то зовсім не зайвим буде екран, що розсіює, перед матрицею.

У результаті до мінусів можна віднести:
- підвищене тепловиділення (витрати технології, але не конструкції) та необхідність застосування тепловідведення (переважно активного охолодження);
- Досить високу вартість.

Однак ці мінуси з лишком перекриваються яскравістю даної матриці, здатністю висвітлювати велику площу, відповідністю заявленим характеристикам.
Мерехтіння не можу віднести до негативних рис так, як область застосування матриці НЕ житлові приміщення.
Окремо хочу звернутися до адептів ордена "Ненависників пункту 18"). Друзі, прошу бути об'єктивними в оцінці викладеної в огляді інформації, тим більше, що для її збору, систематизації та викладу довелося витратити чимало зусиль та часу.

Товар надано для написання огляду магазином. Огляд опубліковано відповідно до п.18 Правил сайту.