Poniższy artykuł przedstawia budowę ogromnego wyświetlacza zbudowanego z 1250 diod programowalnych WS2812.
Idea projektu
Autorzy w przeszłości wykonali wiele projektów związanych z diodami LED. Przykładowo zbudowali AllPixel, jest to sterownik do różnego rodzaju diod programowalnych, który jest zdolny do jednoczesnej kontroli 640 ledów. Kiedyś zrobili matrycę ledową o wymiarach 24x24, lecz jej rozmiar nie był wystarczającym wyzwaniem, więc wykonali coś znacznie większego.
Założenia projektu
Na początku planowano zwiększyć rozdzielczość wcześniejszej konstrukcji do 24x48, oraz wymiary na 244x122 cm. Jednak zrodziło to natychmiastowe problemy. Po pierwsze, nikt nie produkował taśm ledowych o tak niskiej gęstości (6 pikseli na 30cm). Po drugie, tak wielki wyświetlacz nie zmieściłby się w domu autora i byłby kłopotliwy do transportu.
Mając na uwadze powyższe argumenty, zdecydowano się na wyświetlacz o wymiarach 1x2 metra oraz na budowę urządzenia w miejscu swojego przeznaczenia, czyli w biurze konstruktora.
Do rozwiązania pozostał jeszcze problem gęstości pikseli. Myślano o dodaniu większej ilości diod, to jednak skutkowałoby dużymi kosztami i potrzebą większej mocy obliczeniowej. Zdecydowano się więc na wiązki 12mm diod, ułożonych co każde 15cm kabla. Owe ledy sprzedawane są w zestawach po 50 sztuk, więc było to rozwiązane idealne dla tego projektu. Również cena takich wiązek okazała się mniejsza niż taśm ledowych co pozwoliło na wykonanie wyświetlacza o rozdzielczości 25x50 i o 40mm odstępach pomiędzy diodami.
Budowa wyświetlacza
Początkowo narysowano sieć z odstępami pomiędzy liniami co 40mm.
Następnie wywiercono 1250 otworów o średnicy 12mm.
Po 5 długich wieczorach spędzonych na wierceniu oraz kilku stępionych wiertłach, zamocowano ramę wraz z belkami służącymi do łatwego przenoszenia. Można zauważyć, że na spodzie płyty zostawiono odstęp w celu zrobienia miejsca na zasilanie oraz kable.
Tak duża ilość diod użytych w tym projekcie wymagała potężnego zasilania. Maksymalny prąd przewidziany przez autora wyniósł 60mA na piksel. Przemnażając tą wartość przez 1250 diody otrzymano 75A i 375W (dla napięcia 5V). Taka wartość prądu jest zawyżona, gdyż dobrze jest założyć pewien margines bezpieczeństwa. Realny prąd oszacowany przez konstruktora to około 60A. Dostarczenie takiej mocy rozwiązano za pomocą 2 zasilaczy o napięciu 5V i prądzie znamionowym 40A. Przekazywanie energii odbywa się przez miedziane bloki w których wywiercono otwory na kable.
Następnie przez kilka wieczorów, montowano diody do uprzednio wywierconych otworów. Jeśli jakaś dioda była zbyt luźna to zabezpieczono ją z tyłu, za pomocą kleju na gorąco.
Na końcu zdecydowano się podzielić diody na 2 matryce o wymiarach 25x25 zamontowane jedna na drugiej. Taki pomysł znacznie ułatwił kwestie zasilania, ponieważ oba źródła działają niezależnie zasilając tylko jedną z matryc, również sterowanie ledami zostało uproszczone bo sterownik ma do czynienia z dwoma kwadratami o tym samym wymiarze. Dodano także kondensatory elektrolityczne o pojemności 1000uF do każdej z szyn zasilających. Takie działanie pozwala na odciążenie zasilaczy przy szybkim przełączaniu pikseli.
Po uruchomieniu diod, oddzielono je od siebie w celu uzyskania efektu idealnych kwadratowych pikseli. Do tego celu planowano użyć laserowo przyciętej tektury. Jednak pomysł ten okazał się być bardzo problematyczny, ponieważ takie cięcie wymagałoby dostępu do dużej wycinarki, więc koszty wykonania byłyby większe. Oczywiście możliwe było zrobienie mniejszych ramek i połączenie ich w całość ale to byłby bardzo pracochłonne w zrealizowaniu. Po drugie, użycie tektury wiązałoby ze sobą ryzyko uszkodzenia struktury przy najmniejszej stłuczce.
Powyższe wady skłoniły autorów do zrobienia przegródek z 3mm płytek piankowych. W arkuszach o wymiarach 110x76 cm wycięto paski szerokie na 25mm i w nich zrobiono rowki o 40mm odstępach i po nałożeniu pasków na siebie, powstały idealne gniazda na diody.
Na końcu budowy zrobiono rozpraszacz światła, który ma za zadanie równomiernie rozprowadzać promieniowanie świetlne. Początkowo planowano użyć półprzezroczystego czarnego lub białego pleksi. Jednak to okazało się być zbyt drogie, gdyż mało firm specjalizuje się w robieniu szkła akrylowego o wymiarach 1x2 metra.
Zdecydowano się na rozwiązanie znacznie tańsze i bardziej kreatywne. Użyto 2 białych prześcieradeł. Każde z nich owija całą konstrukcję i zostało zamocowane na tyle ramy za pomocą zszywek.
Sterowanie Kolosa
Do kontroli tak dużej ilości lampek wykorzystano 2 moduły AllPixel, każdy z nich potrafi sterować maksymalnie 700 diod. Tutaj bardzo pomocne okazało się rozdzielenie ich na 2 macierze o wymiarach 25x25, gdyż ciężko byłoby sterować 1250 ledami jednocześnie.
Użycie relatywnie tanich WS2811/WS2821 wiązało się z ograniczeniem częstotliwości sygnałów do 800KHz. Porównując tą wartość z 30MHz innych diod, szybkość lampek WS jest dość niska. Również obliczono, że sterując wszystkie 1250 diody jednocześnie za pomocą magistrali USB, osiągnięto by maksymalnie 20 klatek na sekundę, co było nie akceptowalne.
Każdy z sterowników Allpixel jest w stanie kontrolować 625 diod z stałą częstotliwością 40 klatek na sekundę, którą ostatecznie ograniczono ją do 30 klatek/s, by ustalić mały margines bezpieczeństwa.
Raspberry Pi
Oryginalnie planowano kontrolować dwa sterowniki Allpixel za pomocą Raspberry Pi 2. Jednak wykorzystanie malinki było możliwe tylko w teorii. Jak się okazało w praktyce, Pi 2 nie posiada wystarczającej mocy obliczeniowej do sterowania tą konstrukcją. Ostatecznie zdecydowano się kontrolować cały wyświetlacz za pomocą laptopa.
źródło: http://maniacallabs.com/2015/09/22/building-the-colossus-led-display/
Fajne! Ranking DIY
