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

Ogromny wyświetlacz ledowy

kmmepl 19 Paź 2015 22:58 9486 20
  • Ogromny wyświetlacz ledowy 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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    Budowa wyświetlacza

    Początkowo narysowano sieć z odstępami pomiędzy liniami co 40mm.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    Następnie wywiercono 1250 otworów o średnicy 12mm.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy Ogromny wyświetlacz ledowy


    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy Ogromny wyświetlacz ledowy Ogromny wyświetlacz ledowy


    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy

    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    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.

    Ogromny wyświetlacz ledowy


    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
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    kmmepl
    Poziom 12  
    Offline 
    kmmepl napisał 73 postów o ocenie 305, pomógł 7 razy. Jest z nami od 2013 roku.
  • #2
    tomek10861
    Poziom 27  
    Tak czytam ten artykuł. Nie wiem czy nie lepszym pomysłem było by zastosowanie zwykłych LED 3mm oraz budowy modularnej. Całość diod sterowna rejestrami przesuwnymi. W zastosowaniach profesjonalnych wygląda to w taki sposób:
    https://www.youtube.com/watch?v=XQaOHoYgShM
  • #3
    komatssu
    Poziom 28  
    Małe sprostowanie - to nie są diody WS2812, ale zwykłe RGB + sterownik WS2811, a całość zalana przezroczystym tworzywem.
    Ogromny wyświetlacz ledowy
  • #4
    excray
    Poziom 40  
    tomek10861 napisał:
    Tak czytam ten artykuł. Nie wiem czy nie lepszym pomysłem było by zastosowanie zwykłych LED 3mm oraz budowy modularnej. Całość diód sterowna rejestrami przesuwnymi. W zastosowaniach profesjonalnych wygląda to w taki sposób:
    https://www.youtube.com/watch?v=XQaOHoYgShM

    Tomku zauważ że zastosowanie WS'ów daje Ci 256 bitową skalę szarości indywidualnie dla każdego pixela i dla każdego koloru czego w żaden łatwy sposób nie zrealizujesz na rejestrach przesuwnych.
  • #5
    REVISOR
    Poziom 25  
    Na samych rejestrach się nie da, potrzeba jeszcze do tego szybkiego procka albo FPGA i trochę pamięci i się da, w końcu coś musi przetwarzać dane i wypluwać bity do tych rejestrów i to z dużą częstotliwością aby zapewnić dużą paletę kolorów oraz w miarę odpowiednie odświerzanie obrazu. O korekcji jasności każdej diody z osobna ze względu na rozrzut parametrów oraz równomierne rozproszenie światła przez każdą diodę już nie wspomnę inaczej mamy obrzydliwą jakość i pikselozę na tanich telebimach w naszych miastach. Takie reklamy odpychaja zamiast przyciągać a bluescreeny i martwe segmenty na nich przyprawiają mnie o chichot . nikt nie myśli o jakości, rozdzielczości bo ważne żeby tylko po oczach waliło jak najjaśniej.
  • #6
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie
    Dla osób chcących zbudować coś takiego i potem tym sterować polecam swoje artykuły na temat WS2812B:
    http://mikrokontrolery.blogspot.com/2011/03/Diody-WS2812B-sterowanie-XMega.html
    Jest tam opisane (warto przeczytać wszystkie trzy części) jak tym sterować przy pomocy XMEGA z wykorzystaniem możliwości sprzętowych MCU, dzięki temu taką matrycą jak prezentowana może sterować bez wysiłku jeden procek za parę złotych. Warto sobie zbudować matrycę LEDową, naprawdę efekt jest powalający i żadne zdjęcia nie oddają nawet 10% wrażeń jakie są podczas oglądania panela.
  • #7
    karol75
    Poziom 16  
    ^^^
    Akurat ten artykuł to namiastka możliwości "magic leds"
    Jest też sposób z uartem, Xmega ma 8 uartów więc najwyżej 8 lini.

    Ja z kumplem zrobiliśmy do 32 linii oczywiście przy maksymalnej ilości linii częstotliwość całego ekranu spada.

    Ekrany płynące z lewej na prawą, z prawej na lewą, z góry na dół i z dołu na górę.
    Proste grafiki itd.

    Filmik z działania był na elektrodzie ale zostałem oskarżony o reklamę i posty usunięte.

    Naprawdę wiele możliwości daje FPGA z SRAM (w trakcie realizacji, ale ten brak czasu).

    Do tego dołożyć możliwość sterowania przez VGA i ...

    Pozostaje jeszcze problem "liniowości koloru" największe z miany koloru są przy niskich wartościach koloru, a potem większe zmiany są w jasności świecenia.
    Kolor szary na monitorze wydaje się prawie biały w świecącej diodzie.


    excray napisał:

    Tomku zauważ że zastosowanie WS'ów daje Ci 256 bitową skalę szarości

    Nie, daje 24bit kolor (3*8bitów).
  • #8
    excray
    Poziom 40  
    karol75 napisał:
    Pozostaje jeszcze problem "liniowości koloru"

    Raczej liniowości (a raczej jej braku) ludzkiego oka :-)

    Dodano po 1 [minuty]:

    karol75 napisał:
    Nie, daje 24bit kolor (3*8bitów).

    excray napisał:
    daje Ci 256 bitową skalę szarości indywidualnie dla każdego pixela i dla każdego koloru
  • #10
    lechoo
    Poziom 39  
    tmf napisał:
    Dla osób chcących zbudować coś takiego i potem tym sterować polecam swoje artykuły na temat WS2812B:
    http://mikrokontrolery.blogspot.com/2011/03/Diody-WS2812B-sterowanie-XMega.html
    Jest tam opisane (warto przeczytać wszystkie trzy części) jak tym sterować przy pomocy XMEGA z wykorzystaniem możliwości sprzętowych MCU, dzięki temu taką matrycą jak prezentowana może sterować bez wysiłku jeden procek za parę złotych. Warto sobie zbudować matrycę LEDową, naprawdę efekt jest powalający i żadne zdjęcia nie oddają nawet 10% wrażeń jakie są podczas oglądania panela.

    Witam, owszem diodki WS2812B są fajne, ale poza oświetleniem dekoracyjnym jakoś nie widzę dla nich sensownego zastosowania, a budowanie z nich większej graficznej matrycy LED to już chyba jakieś koszmarnie drogie nieporozumienie... Duże kolorowe panele graficzne/video kilkukrotnie taniej zbudujemy używając łatwo dostępnych gotowych modułów o standardowej wielkości np. 64x32 piksele - koszt takiego jednego modułu to ok. 25$ na popularnym chińskim portalu. Do tego potrzebna jest jeszcze karta sterująca (do kompa podłączana przez gigabit ethernet), która kosztuje ok. 35$ - jedna karta może obsłużyć panel o wielkości do 256x256 pikseli.
    Tak to działa w praktyce - mam nadzieję, że kolega KJ nie obrazi się za podlinkowanie jego filmiku ;)
    https://www.youtube.com/watch?v=068yhMExR7k
  • #11
    karol75
    Poziom 16  
    excray napisał:
    daje Ci 256 bitową skalę szarości indywidualnie dla każdego pixela i dla każdego koloru


    Jeżeli się tak upierasz to 8bit np 11001111 a nie 256bit
    Mam nadzieje że widzisz różnicę.
  • #12
    excray
    Poziom 40  
    karol75 napisał:
    Jeżeli się tak upierasz to 8bit np 11001111 a nie 256bit
    Mam nadzieje że widzisz różnicę.

    Masz rację, mój błąd.
  • #13
    teofil111
    Poziom 13  
    Na plus tych diod LED jest taki, że znacznie redukują ilość elementów potrzebnych na wysterowanie 1 pixela. Natomiast trzeba pamiętać, że raczej nie da się zrobić multipleksowania ze względu na ograniczenia prędkości danych, co się przekłada na to że przy dużej gęstości upakowania diod na tablicy potrzeba stosować zasilacze ze sporym zapasem wydajności prądowej.
    Te diody się dość mocno nagrzewają przy białej barwie.
    Zasilane są napięciem 5V więc większość mocy wydzielana będzie w postaci ciepła ze względu na linowy sposób zasilania tych Ledów.
  • #14
    komatssu
    Poziom 28  
    @teofil111
    Multipleksowanie przecież nie zmniejsza poboru prądu.
  • #15
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie
    lechoo napisał:
    tmf napisał:
    Dla osób chcących zbudować coś takiego i potem tym sterować polecam swoje artykuły na temat WS2812B:
    http://mikrokontrolery.blogspot.com/2011/03/Diody-WS2812B-sterowanie-XMega.html
    Jest tam opisane (warto przeczytać wszystkie trzy części) jak tym sterować przy pomocy XMEGA z wykorzystaniem możliwości sprzętowych MCU, dzięki temu taką matrycą jak prezentowana może sterować bez wysiłku jeden procek za parę złotych. Warto sobie zbudować matrycę LEDową, naprawdę efekt jest powalający i żadne zdjęcia nie oddają nawet 10% wrażeń jakie są podczas oglądania panela.

    Witam, owszem diodki WS2812B są fajne, ale poza oświetleniem dekoracyjnym jakoś nie widzę dla nich sensownego zastosowania, a budowanie z nich większej graficznej matrycy LED to już chyba jakieś koszmarnie drogie nieporozumienie... Duże kolorowe panele graficzne/video kilkukrotnie taniej zbudujemy używając łatwo dostępnych gotowych modułów o standardowej wielkości np. 64x32 piksele - koszt takiego jednego modułu to ok. 25$ na popularnym chińskim portalu. Do tego potrzebna jest jeszcze karta sterująca (do kompa podłączana przez gigabit ethernet), która kosztuje ok. 35$ - jedna karta może obsłużyć panel o wielkości do 256x256 pikseli.
    Tak to działa w praktyce - mam nadzieję, że kolega KJ nie obrazi się za podlinkowanie jego filmiku ;)
    https://www.youtube.com/watch?v=068yhMExR7k


    Diody WS2812B kosztują na ali ok. 0,11$/sztukę, nie jest to koszmarnie dużo. A nie wymagają żadnych elementów dodatkowych, typu rejestry, czy FPGA sterujące, odpada masa połączeń, które trzeba wykonać przy standardowych LEDach i problemy z zakłóceniami i generowaniem zakłóceń przez długie połączenia z przebiegami PWM. Diody RGB są o połowę tańsze, ale za to drugie tyle co za diody wydasz na ich sterowanie. Owszem, pewnie przy dużych ekranach nawet groszowe różnice mają znaczenie, ale przy prezentowanym ekranie mamy "zaledwie" 1250 diod, czyli niecałe $140 za diody i to wszystko. Tyle samo diod RGB będzie kosztowało jakieś $60 i będzie potrzeba mnóstwo rejestrów, sterowników i FPGA, które tym wszystkim wysteruje.

    Dodano po 1 [minuty]:

    teofil111 napisał:
    Na plus tych diod LED jest taki, że znacznie redukują ilość elementów potrzebnych na wysterowanie 1 pixela. Natomiast trzeba pamiętać, że raczej nie da się zrobić multipleksowania ze względu na ograniczenia prędkości danych, co się przekłada na to że przy dużej gęstości upakowania diod na tablicy potrzeba stosować zasilacze ze sporym zapasem wydajności prądowej.
    Te diody się dość mocno nagrzewają przy białej barwie.
    Zasilane są napięciem 5V więc większość mocy wydzielana będzie w postaci ciepła ze względu na linowy sposób zasilania tych Ledów.


    Jeśli masz na myśli WS2812B to nie są one sterowane liniowo, tylko wewnętrznie przez PWM, więc nie ma dodatkowych strat. To, że przy białym się grzeją wynika ze strat na złączu, każde diody się grzeją, wszystko zależy od ich mocy, a te akurat są bardzo jasne.
  • #16
    teofil111
    Poziom 13  
    komatssu napisał:
    @teofil111
    Multipleksowanie przecież nie zmniejsza poboru prądu.


    Oczywiście, że zmniejsza pobór prądu ponieważ świeci w tej samej chwili tylko co któryś wiersz w tablicy, a reszta wierszy jest wyłączona np 1:2, 1:4...
    Zmniejszy to jasność ale odczuwalny spadek jasności dla ludzkiego oka nie będzie liniowy i stosuje się to rozwiązanie powszechnie w tablicach o dużej gęstości diód.




    tmf napisał:

    Jeśli masz na myśli WS2812B to nie są one sterowane liniowo, tylko wewnętrznie przez PWM, więc nie ma dodatkowych strat. To, że przy białym się grzeją wynika ze strat na złączu, każde diody się grzeją, wszystko zależy od ich mocy, a te akurat są bardzo jasne.



    Zmienna jasność jest uzyskiwana przez PWM to jest oczywiste, ale każdy driver LED nie tylko WS2811, ale np z rodziny MBI-5xxxx lub SCT2xxx posiada stabilizator prądowy ang. Constant current. Stabilizator jest po to aby spadki napięcia na liniach zasilania 5V nie powodowały spadku jasności diod Led. Oczywiście spadek akceptowalny w pewnych granicach. Kto mierzył napięcie na końcu dwu metrowej taśmy z tymi diodami i zobaczył jak skacze napięcie przy różnych efektach animacji pewnie domyśli się po co stosuje się stabilizatory prądowe. I stąd niestety to grzanie diód w których jest zawarty driver - WS2812 lub samych driverów np WS2811 itp.
  • #17
    lechoo
    Poziom 39  
    tmf napisał:
    Diody WS2812B kosztują na ali ok. 0,11$/sztukę, nie jest to koszmarnie dużo.

    Dla porównania - gotowa matryca P5 64x32 kosztuje ~25$, jest w niej 2048 maszynowo przylutowanych diod RGB SMD2828 oraz obwody sterujące ze standardowym złączem HUB75. Łatwo policzyć, że cena w przeliczeniu na jeden piksel to mniej niż 0,02$ - a więc ponad 5x mniej niż cena gołej diody WS2812.
  • #18
    teofil111
    Poziom 13  
    Co do porównywania cen diod LED to trzeba uwzględnić ich żywotność i równość świecenia. Cóż z tego, że kupi się bardzo tanio gotową matrycę skoro po kilku miesiącach zamiast świecących pixeli będą liczne "czarne dziury" albo uszkodzone drivery - w ulicznych telebimach dość często spotykane zjawisko. WS2812b równo świecą ale nie wiem jak z żywotnością.
  • #19
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie
    lechoo napisał:
    tmf napisał:
    Diody WS2812B kosztują na ali ok. 0,11$/sztukę, nie jest to koszmarnie dużo.

    Dla porównania - gotowa matryca P5 64x32 kosztuje ~25$, jest w niej 2048 maszynowo przylutowanych diod RGB SMD2828 oraz obwody sterujące ze standardowym złączem HUB75. Łatwo policzyć, że cena w przeliczeniu na jeden piksel to mniej niż 0,02$ - a więc ponad 5x mniej niż cena gołej diody WS2812.


    To poszukaj matryc z WS, są droższe, ale nie 5x. Poza tym za te 25$ masz gołą matrycę, którą trzeba wysterować. Czyli dołóż do tego co najmniej drugie tyle na sterownik i plątaninę przewodów, jeśli będziesz łączył kilka takich matryc... A uzyskanie równo świecących paneli z takich matryc nie jest łatwe, co zresztą widać na ulicach. Jednak jakość WS2812B jest o kilka rzędów wielkości lepsza - chyba każdy kto budował takie matryce to przyzna.
    BTW, wskaż mi gdzie kupię matrycę RGB 64x32 za 25$.
  • #21
    deus.ex.machina
    Poziom 32  
    tmf napisał:
    A uzyskanie równo świecących paneli z takich matryc nie jest łatwe, co zresztą widać na ulicach.


    Jest proste pod warunkiem ze kalibruje się matryce i cały wyświetlacz... poza tym stosując relatywnie proste rozwiązania sprzętowe możesz mieć np 12 bitów na komponent (4 bity PWM + 8 bitów delta sigma) - daje ci to niezbędną precyzje by skalibrować diody (36 bitów na RGB triplet).