Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Sklep HeluKabel
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Duży, segmentowy wyświetlacz LED

Hetzer 05 Sty 2013 13:19 20298 3
  • DUŻY SEGMENTOWY WYŚWIETLACZ LED DIY

    Duży, segmentowy wyświetlacz LED
    Kurt E. Clothier z instructables.com zaprezentował własnoręcznie wykonany wyświetlacz LED. Oto co sam pisze o projekcie:
    Mój przyjaciel, który wykłada nauki ścisłe w szkole średniej zlecił mi wykonanie kontrolera do gry, która miałaby mieć formę quizu w stylu teleturnieju "Jeopardy!". Kontroler ten powinien mieć timer z dużym wyświetlaczem oraz przyciski dla graczy. Pomyślałem, że jako timer dobrze sprawdzi się duży 7-segmentowy wyświetlacz LED z trzema cyframi oraz dwukropkiem. Ponieważ coś takiego mogłoby sporo kosztować, postanowiłem, że wykonam go sam przy pomocy siatki z diod LED.

    Nie jest to bardzo innowacyjny pomysł, widziałem ogromne segmentowe wyświetlacze LED wykonane z segmentów, na które składały się bardzo duże ilości pojedynczych diod LED. Jednak moim zdaniem to marnotrawstwo! Nie tylko z powodu kosztu dużej ilości LEDów, ale również sporego prądu pobieranego przez tyle diod świecących jednocześnie.

    Z tego powodu postanowiłem wykorzystać efekt rozpraszania się światła pochodzącego z jednego lub dwóch LEDów. To powinno zminimalizować ilość diod oraz całkowitego pobieranego przez nie prądu.

    Na filmiku diody LED wydają się mrugać, spowodowane jest to tym, że kamera jest w stanie wychwycić w tym samem czasie więcej obrazów niż ludzkie oko. Diody zapalają się i gasną - uroki multipleksowego sterowania, jednak człowiek gołym okiem nie jest w stanie tego zauważyć, ponieważ częstotliwość jest zbyt wysoka - około 100Hz (człowiek nie dostrzega już różnicy powyżej około 30Hz).

    Link


    Ostateczna wersja mojego wyświetlacza wykorzystuje 54 diody LED i zawiera trzy cyfry z dwukropkiem oddzielającym minuty od sekund. Format, w jakim wyświetlany jest czas to M:SS. Jak już wspominałem, sterowanie jest multipleksowe, więc wszystkie cyfry mają wspólną linię sterującą. Całkowity prąd pobierany przez każdy segment to 6mA, jednak każda cyfra to 1/3 całego wyświetlanego czasu, a każdy segment jest złożony z 2 diod LED, z czego wynika, że jedna dioda pobiera podczas świecenia około 1mA. Oczywiście prąd mógłby być wyższy, jednak moje diody są sterowane przez źródło o niskiej wydajności prądowej. Jeśli dostarczymy więcej prądu, możemy wykonać dużo większy wyświetlacz niż ten, zrobiony przeze mnie.






    Krok 1
    Duży, segmentowy wyświetlacz LED

    Potrzebne materiały:
    -Płyta piankowa - Jak w większości moich projektów z wykorzystaniem LEDów. Lubię używać płyty piankowej, jako bazy zamiast płytek PCB. Podstawowy powód to cena. Cały arkusz płyty piankowej możemy znaleźć w wielu sklepach typu "wszystko za 5 zł" lub w jakimkolwiek sklepie modelarskim.

    -Diody LED - W moim wyświetlaczu zostały użyte 2 diody na segment, czyli 7 na cyfrę oraz dwie dodatkowe na dwukropek (lub kropkę). Kolor, jakiego użyjemy jest dowolny, więcej na temat wyboru diod LED zostanie opisane w Kroku 2.

    -Czarna farba - Nie jest szczególnie potrzebna, zwłaszcza jeśli użyjesz czarnej płyty piankowej. Ja użyłem jej, tylko dlatego, że podoba mi się czarne tło w wyświetlaczach LED.

    -Przewód - Będziesz potrzebował przynajmniej kilkudziesięciu centymetrów, w zależności od tego, jak dużo połączeń wykonasz. Przewód musi być wystarczająco gruby, aby wytrzymał przepływ prądu o natężeniu maksymalnie do pół ampera. Trochę nieco cieńszego przewodu przyda się również do łączenia razem diod LED.

    -Zwykłe, czarne rajstopy - Jako filtr do wyświetlacza. (patrz Krok 10)

    -Folia aluminiowa

    Narzędzia:
    Ostre dłutko - ja użyłem dentystycznego, jednak każde inne również się nada, musi być tylko małe i ostre

    Pistolet do kleju na gorąco - Klej na gorąco doskonale rozprasza światło pochodzące z diody LED. Jest również świetnym narzędziem do zabezpieczenia i odizolowania lutowanych połączeń.

    -Para rąk do pomocy - Nie jest konieczna, jednak bardzo pożyteczna.

    -Precyzyjny nóż - może być skalpel

    -Lutownica i lutowie

    -Szkolny klej w sztyfcie

    Krok 2
    Duży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LED
    Wybór diod LED
    Ten krok może wydać się trywialny, ale wbrew pozorom jest ważny. Oczywiście użyłem wszystkich elementów przewlekanych. Na początku planowałem użyć czerwonych diód LED, jednak później postanowiłem sprawdzić który kolor będzie najlepszym rozwiązaniem. Na szczęście Ty możesz posłużyć się wynikami moich testów i pominąć ten krok!

    W moim układzie do testowania diod LED użyłem 5V zasilacza, którym następnie zasiliłem 6 różnych diod LED, z których każda osobno była połączona szeregowo z opornikiem o wartości 100Ω. Każda z diod była umieszczona nad paskiem aluminiowej folii oraz zalana klejem na gorąco. Wszystkie razem zostały przyklejone do taśmy, która posłużyła jako tło. Więcej szczegółów dotyczących testów omówię później. Dla porównania sporządziłem listę parametrów dla każdej z diod.
    Duży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LED
    Przygotowanie płyty piankowej
    1. Zadecyduj, zmierz, utnij.
    Najpierw musisz zadecydować jak duży wyświetlacz chcesz zrobić. Płyta piankowa powinna być z każdej strony przynajmniej 2 cm większa, niż wyświetlacz, który chcesz zrobić, aby móc bez problemów wykonać wyświetlacz. Tnąc płytę piankową najlepsze rezultaty otrzymywałem przy pomocy skalpela, jednak można posłużyć dobrymi nożyczkami.

    2. Projektowanie layoutu.
    Następnie powinieneś wybrać, która strona wyciętego kawałka płyty jest w najlepszej kondycji i może być użyta jako widoczna, wierzchnia warstwa. Przewróć płytę na drugą stronę i zaznacz na niej obrys wyświetlacza. Zwróć uwagę na to, że jest to lustrzane odbicie właściwego wyświetlacza. Mój wyświetlacz ma 40mm segmenty z 20mm przerwami pomiędzy poszczególnymi cyframi. Pomocnym może okazać się również zaznaczenie miejsc, gdzie będą znajdowały się LEDy na jednej z cyfr, aby wiedzieć, gdzie przypadną dziury. Każda dioda będzie musiała zostać zgięta tak, aby znajdowała się ona wzdłuż segmentu.

    3. Pomaluj wierzchnią warstwę na czarno
    Jeśli planujesz malować wierzchnią warstwę płyty piankowej, teraz jest na to czas. Ja zazwyczaj maluję moje płyty na czarno. Wyglądają lepiej i zapobiega to niechcianemu odbijaniu się światła. Możesz również użyć czarnej płyty piankowej, jednak białe są zazwyczaj tańsze oraz łatwiej narysować na nich projekt wyświetlacza. Jest to opcjonalny krok, jednak polecam go wykonać, aby osiągnąć lepszy rezultat.

    4. Wykonaj dziury do wyprowadzeń diod LED
    Teraz użyj dłuta lub wybieraka, aby wykonać dziury do wyprowadzeń diod LED. Nie próbuj nawet zakładać, że dasz radę przebić wyprowadzenia diody przez płytę piankową, szczególnie jeśli znajdują się na niej dwie warstwy farby. Zwróć uwagę na rozmieszczenie LEDów. Ja narysowałem sobie zarys diod, aby zobrazować sobie miejsca, gdzie muszę wykonać dziury.
    Duży, segmentowy wyświetlacz LED

    Spraw, aby wyświetlacz był jasny i wyraźny
    1. Zrozum cel działania
    Większość diod LED jest bardzo jasna i świeci w jednym kierunku. Normalnie światło nie rozprasza się na boki, tak jak na przykład w żarówce. Aby sprawić, żeby światło rozchodziło się w oczekiwanym kierunku należy umieścić lustrzany, odbijający światło pasek w miejscu, gdzie będą znajdowały się segmenty. Wykonanie tej czynności sprawi, że światło emitowane przez diodę LED będzie się odbijało od paska i podążało w oczekiwanym przez nas kierunku.

    2. Utnij paski aluminiowej folii
    Utnij paski folii aluminiowej, które umieścisz później pod każdym z segmentów wyświetlacza. Powinny one mieć około 5mm szerokości (lub tyle ile ma twoja dioda LED) i nie powinny być za długie, aby nie zasłaniały wyprowadzeń LEDów. Upewnij się, że paski nie są za długie!

    3. Przyklej aluminiowe paski
    Przyklej każdy pasek pomiędzy dziurami na wyprowadzenia LEDów, błyszczącą stroną do góry. Ich rozmieszczenie nie musi być idealne, zrób to po prostu najlepiej jak umiesz. Po przyklejeniu pasków otrzymasz szablon rozmieszczenia poszczególnych segmentów wyświetlacza na płycie.
    Duży, segmentowy wyświetlacz LED

    Montowanie diod LED
    1. Sprawdź diody
    Kiedy robisz coś z użyciem tak dużej ilości diod i nie jesteś w stanie ich łatwo zdemontować w razie potrzeby bardzo dobrze i wygodnie jest sprawdzić każdą z diod, aby upewnić się, że żadna nie jest wadliwa. Tutaj tester LEDów, którego użyłem ja.

    2. Zamontuj diody LED
    Ta czynność może być nieco kłopotliwa. Wyprowadzenia diod LED muszą być zgięte bardzo blisko świecącego elementu LED, bądź ostrożny, aby nie zewrzeć wyprowadzeń.

    3. Dwukrotnie upewnij się, że diody są zamontowane we właściwy sposób
    Jeśli zauważysz, że wyprowadzenie diody jest wygięte w niewłaściwym kierunku, nie zginaj go w inną stronę, gdyż możesz w ten sposób zniszczyć diodę LED. Lepiej poszukaj miejsca, w którym tak wygięta dioda będzie pasowała.
    Duży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LED

    Pokrywanie klejem na gorąco
    Unikalność tego projektu polega na sposobie, w jaki rozpraszane jest światło pochodzące z pojedynczego źródła (diody LED) tak, aby utworzyć segment. Efekt ten uzyskujemy za pomocą kleju na gorąco.

    1. Pokryj diody klejem
    Powoli nanoś klej na każdą diodę i aluminiowy pasek. Nie pokrywaj klejem całego obszaru. Czynność tą wykonaj precyzyjnie – nakładaj klej tylko w miejsca, które mają być źródłem światła w docelowym wyświetlaczu. Nałóż klej również na wyprowadzenia diody, mocując ją w ten sposób i zapobiegając jej niechcianemu przemieszczaniu się.

    2. Zamocuj wszystkie pozostały diody LED
    Jeśli jeszcze nie zamontowałeś wszystkich diod w odpowiednich miejscach zrób to teraz, a następnie starannie pokryj je klejem.

    3. Wykonaj kropkę/dwukropek
    Prezentowany wyświetlacz miał pełnić funkcje timera, więc potrzebny był separator oddzielający minuty od sekund, w jego roli został użyty dwukropek. Aby wykonać dwukropek zrób większy otwór i umieść tam całą diodę LED, tak aby tylko jej czubek wystawał z płyty piankowej. Zapobiegnie to zbyt mocnemu odstawaniu dwukropka w stosunku do innych segmentów wyświetlacza. Możesz nałożyć trochę gorącego kleju, aby stabilnie przymocować diodę i uzyskać efekt rozpraszania światła.
    Duży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LED

    Łączenie diod LED
    1. Wybierz w jaki sposób będziesz łączył diody, szeregowo, czy równolegle
    Są dwa sposoby na połączenie diod, szeregowy i równoległy. To, który wybierzesz zależy tylko od tego, jaki masz obwód. Jeśli twoje źródło zasilania jest w stanie dostarczyć wystarczająco wysokiego napięcia możesz spróbować obniżyć je, łącząc diody szeregowo.

    2. Wybierz sposób sterowania, indywidualny dla każdego segmentu lub multipleksowy
    Druga decyzja, jaką musisz podjąć to to, w jaki sposób będzie kontrolowany cały twój wyświetlacz, jeśli użyjesz sterowania multipleksowego. Oczywiście, każdy segment może posiadać osobną linie sterowania, wszystkie katody diod LED byłyby wtedy połączone z masą, jednak nie jest to dobry pomysł jeśli w twoim wyświetlaczu będzie dużo cyfr. Będziesz posiadał dużo nieużywanych linii (7 na segment i 1 na dwukropek/kropkę). Bardziej ekonomicznym wyjściem będzie użycie multipleksowego sterowania wyświetlaczem.

    3. Wykonywanie multipleksowego sterowania
    Można to zrealizować łącząc razem wszystkie katody każdej diody LED występujących w obrębie jednej cyfry do drenu tranzystora MOSFET. Źródło tranzystora będzie połączone do masy. Pojedyncza linia sterowania będzie podłączona do bramki MOSFET-a i będzie włączała i wyłączała całą cyfrę. Następnie należy połączyć w ten sam sposób linię każdego kolejnego segmentu dla każdej następnej cyfry. Zostało to szczegółowo przedstawione na załączonym obrazku. Autor połączył diody LED każdego segmentu równolegle i wszystkie segmenty połączył z masą linią sterowania, aby umożliwić sterowanie multipleksowe.

    W ten sposób, tylko jedna cyfra może być wyświetlana w danej chwili, jednak częstotliwość, z jaką będą wyświetlały się kolejne cyfry jest wystarczająco wysoka, aby ludzkie oko nie zdążyło tego wychwycić. Więcej o sposobie sterowanie zostanie opisane w następnym kroku.

    Jest jeszcze jeden sposób, aby sterować multipleksowo cyframi, przy użyciu jeszcze mniejszej ilości linii sterowania, jest to możliwe dzięki wykorzystaniu techniki znanej jako „charlieplexing”, jednak jest ona zbyt skomplikowana, aby móc ją wyjaśniać, na dodatek nie da się jej w łatwy sposób zastosować w obwodzie przedstawionym w tym DIY.

    Dodaj rezystory szeregowe
    Rezystory szeregowe powinny być zamontowane przy każdym segmencie, aby ograniczyć napięcie, jednak można to wykonać w osobnym obwodzie, zamiast w obwodzie wyświetlacza. Po wszystkim należy zlutować wszystkie połączenia w odpowiednich miejscach oraz przymocować je klejem na gorąco, aby zapewnić ochronę diodom.
    Duży, segmentowy wyświetlacz LED

    Zrozumieć idee multipleksowego sterowania wyświetlaczem
    Zrozumienie sposobu sterowania wyświetlaczem może być najbardziej skomplikowanym procesem z całego projektu. Kiedyś zrobiłem wyświetlacz z trzema cyframi, posłużę się jego przykładem w celu wyjaśnienia zagadnienia. Jeśli każdy segment byłby sterowany osobną linią, trzeba byłoby wykonać 22 linie: 3x7 + 1 na kropkę/dwukropek. Liczba ta może zostać zredukowana do 11 poprzez multipleksowe sterowanie cyframi: 8 na segmenty + 3 jako linie masy. Każda jedna dodatkowa cyfra będzie wymagała wykonania tylko jednej dodatkowej linii, do włączania i wyłączania cyfry, kiedy linie sterowania będą dzielone pomiędzy każdą cyfrę.

    Jeśli zostanie użyte multipleksowanie, sterowanie tym samym segmentem w każdej cyfrze będzie wspólne. Każda cyfra będzie włączana bądź wyłączana poprzez sterowanie za pomocą linii masy osobnej dla każdej cyfry. Więc, aby sterować trzema cyframi w wyświetlaczu, należy powtarzać następującą pętlę w nieskończoność:

    Rozpoczęcie pętli:
    Wyłącz wszystkie 3 cyfry (stan niski na wszystkich liniach masy)
    Ustaw linie sterowania na oczekiwaną wartość dla segmentów cyfry 1
    Włącz cyfrę 1 (stan wysoki na linii masy 1 cyfry)
    Pauza (na kilka milisekund)

    Wyłącz wszystkie 3 cyfry (stan niski na wszystkich liniach masy)
    Ustaw linie sterowania na oczekiwaną wartość dla segmentów cyfry 2
    Włącz cyfrę 2 (stan wysoki na linii masy 2 cyfry)
    Pauza (na kilka milisekund)

    Wyłącz wszystkie 3 cyfry (stan niski na wszystkich liniach masy)
    Ustaw linie sterowania na oczekiwaną wartość dla segmentów cyfry 3
    Włącz cyfrę 3 (stan wysoki na linii masy 3 cyfry)
    Pauza (na kilka milisekund)

    Koniec pętli

    Częstotliwość zmiany kolejnych cyfr powinna być wystarczająco wysoka, aby ludzie oko nie zdążyło tego zauważyć, około 100Hz (10ms okres). Czas włączenia każdej cyfry stanowi 1/3 całego okresu, czyli 3,3ms, a więc 33% cyklu.
    Duży, segmentowy wyświetlacz LED

    Generowanie znaków
    Jeśli zrozumiałeś sposób sterowania wyświetlaczem, pozostało jeszcze tylko jedna rzecz do rozważenia - jak wygenerować znaki, które mają być wyświetlane. A więc, w naszym wyświetlaczu jest 8 segmentów. A->G oraz kropka. Oznaczone są one następująco"
    __A__
    | |
    F | | B Przedstawione, jako kod 1 bitowy:
    |__G__| MSB > | DOT | G | F | E| D | C | B | A | < LSB
    | |
    E | | C
    |__D__| O kropka


    Wyświetlany znak jest tylko kombinacją włączeń poszczególnych segmentów. Używając kodu binarnego możemy dość łatwo stworzyć listę znaków dla naszego wyświetlacza. Zamieściłem również plik nagłówkowy, zawierający definicję dla poszczególnych znaków, co może się przydać podczas programowania mikrokontrolera.

    Ponieważ segment zawierający kropkę jest opcjonalny, oznaczyłem go jako "mało znaczący" warunek, w tabeli występuje on jako X.
    C Code: segments,[0] |= 0x80; // Segment_0 = Segment_0 OR 0x08

    Duży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LEDDuży, segmentowy wyświetlacz LED

    Koniec
    Teraz, kiedy uruchomiłeś wyświetlacz, pozostaje tylko kwestia drobnych poprawek

    Usuwanie resztek gorącego kleju
    Do tego możemy posłużyć się skalpelem, ucinając klej jak najdalej od każdego segmentu wzdłuż pasków folii aluminiowej. Aby ułatwić sobie zadanie możemy podgrzać nóż nad zapalniczką. Podczas tej czynności możesz uszkodzić nieco warstwę farby, po wszystkim podretuszuj ją nieco.

    Wymiana uszkodzonych diod LED
    Pomimo tego, że każda dioda została sprawdzona przed zamontowaniem, kilka z nich może okazać się uszkodzona. Może to być spowodowane przegrzaniem podczas lutowania ich lub wyginaniem wyprowadzeń. Jeśli nie działa pojedyncza dioda LED, możemy sprawdzić połączenia dotykając wyprowadzeniami nowej diody, aby wykluczyć możliwość uszkodzenia wyprowadzeń. Jeśli nowa dioda nie zaświeci się, trzeba sprawdzić wszystkie połączenia. Jeśli nie pomoże, uszkodzona dioda musi zostać wymieniona.

    Utnij wyprowadzenia obydwu diod znajdujących się w segmencie tak blisko głównego elementu diody, jak to możliwe i ostrożnie odrywaj cały segment razem z paskiem aluminiowej folii - zapewne uszkodzi to warstwę farby. Przyklej nowy pasek folii zgodnie z procedurą opisaną w Kroku 4. Przylutuj nowe diody do wyprowadzeń pozostałych po poprzednich LEDach, a następnie sprawdź, czy wlutowane diody są sprawne. Następnie pokryj diody klejem na gorąco, tak jak w opisie zawartym w Kroku 6. Usuń resztki kleju oraz podretuszuj miejsca, gdzie warstwa farby uległa uszkodzeniu.

    Zakładanie filtru na wyświetlacz
    Jeśli przez diody w Twoim wyświetlaczu będzie przepływał mały prąd, a wyświetlacz ma działać w dość mocno oświetlonym miejscu, możesz mieć problem z odczytaniem cyfr na wyświetlaczu, ponieważ zewnętrzne światło rozproszy się w segmentach, które w danym momencie nie działają. Aby zaradzić temu, warto zamontować bardzo prosty filtr przed wyświetlaczem. Autor najpierw użył arkusza drobnej siatki, jednak to nie dało zamierzonego efektu. Dobrze zadziałała dopiero... Najtańsza para czarnych rajstop. Materiał ten spowoduje, że wyłączone segmenty będą niewidoczne, a te włączone nadal będą świecić jasno i wyraźnie.

    Zdobądź parę zwykłych, czarnych rajstop, nie mogą być zbyt grube, ponieważ spowodowałoby to, że włączone segmenty byłyby słabo widoczne. Utnij kawałek materiału, wielkością odpowiadający rozmiarom Twojego wyświetlacza. Uruchom wyświetlacz, i naciągnij na niego kawałek rajstop.

    Źródło:Link


    Fajne!
  • Sklep HeluKabel
  • #2 05 Sty 2013 16:57
    Freddy
    Poziom 43  

    Zbudowałem coś takiego prawie 30 lat temu z polerowanych prostopadłościanów pleksiglasu. Pracy rzeczywiście było z tym mnóstwo, ale efekt bardzo dobry. Z tego co sobie przypominam, to w każdy "segment" wkładałem 5 diod LED, aby równomiernie świeciło.

  • Sklep HeluKabel
  • #4 09 Sty 2013 14:09
    OldSkull
    Poziom 27  

    Hmm, a nie starczyłoby użyć kleju 9mm i nawiercić otwory na diody a potem je lekko wtopić? Segmenty byłyby przynajmniej równe.