Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Как сделать бегущую строку из светодиодов?

Оптические и электрические характеристики светодиодов

Оптические свойства светодиодов крайне зависимы от температуры:

  • При повышении температуры снижается световой поток светодиода
  • В зависимости от колебаний температур колеблется и длина волны излучаемого света

Электрические свойства светодиодов схожи с характеристиками других полупроводниковых диодов и тоже зависят от температурного режима. Чем выше градус столбика термометра, тем ниже прямое напряжение светодиода. Поэтому при высоких рабочих температурах требования к номинальным характеристикам светодиодов должны быть снижены.

Производитель сортирует партии выпущенных светодиодов по группам, которые отличаются между собой техническими параметрами и интенсивностью излучения.

Основными критериями отбора светодиодов являются:

  • Мощность светового потока
  • Сила света
  • Яркость
  • Освещенность

Описание модельного ряда ООО «СВЕТОФОРМ»

Табло переменной информации (ТПИ) на основе светодиодов

Предлагаем 2 модели: ТПИ PH25 и ТПИ PH20

ТПИ PH25 на базе модулей с шагом пикселя 25мм
ТПИ PH20 на базе модулей с шагом пикселя 20мм

ТПИ представляет из себя трех строчное информационное табло (количество строк возможно от 1 до 5)
Предназначено для вывода текстовой информации. Высота символа в строке ограничена высотой текстового поля.

ТПИ PH25

Пример трехстрочного ТПИ РН25 размером 6200х2080мм. Cборочный комплект из 10 модулей

1) ширина модулей тип А, В, E, F — 1300 мм
2) ширина модулей тип D, С — 1200 мм

При проектировании типоразмеров к базовому размеру добавляется/вычитается ширина модулей тип D и С – 1200мм.

Возможные варианты размеров трехстрочных ТПИ РН25
— 6200х2080мм
— 7400х2080мм
— 8600х2080мм
— 9800х2080мм

Цвет свечения: белый, желтый, полноцветные

ТПИ PH20

Пример трехстрочного ТПИ РН20 размером 4000х1500мм. Сборочный комплект из 3 модулей

1) ширина модулей тип А, С — 1360 мм
2) ширина модулей тип В — 1280 мм

При проектировании типоразмеров к базовому размеру добавляется ширина модуля тип В – 1280мм.

Возможные варианты размеров трехстрочных ТПИ РН25
— 4000х1500мм
— 5280х1500мм

Цвет свечения: белый, желтый, полноцветные

Пример отображение текстовой информации ТПИ PH20-2W

Фотография ТПИ PH20-2W размер 4000х1500мм.

Светодиодная продукция и ее приоритеты

Светодиодные табло можно встретить повсюду – в транспорте, в электронных очередях, на витринах магазинов и на вывесках аптек, офисов и торговых центров.

Светодиодные лампы все чаще появляются в наших подъездах, лифтах, на лестничных клетках – везде, где требуется маломощное и экономичное освещение. Незаменимы они также для создания ярких иллюминаций, систем охранной сигнализации и т.п.

Светодиодные трубки используются для освещения фасадов, во внутренних и наружных рекламных конструкциях.

Светодиодные трубки

Свет, излучаемый светодиодами, обладает поистине уникальными характеристиками. На рынке осветительных приборов изделия со светодиодами уже давно занимают лидирующие позиции. Они намного привлекательнее классических ламп накаливания или устаревших люминесцентных ламп и превосходят их по нескольким жизненно важным показателям:

  • Коэффициент полезного действия светодиодных ламп составляет около 80%, в то время как у ламп дневного света он не более 20%, а у ламп накаливания – 5%.
  • Экономия потребления энергоресурсов значительно превышает ту, которую обеспечивают обычные лампы.
  • Срок эксплуатации светодиодов составляет не менее 100 000 часов беспрерывной работы, для сравнения – у ламп накаливания он не превышает 3 000 часов, а у люминесцентных – 15 000 часов.
  • Яркость светодиодов намного больше, чем у неонов, поэтому расстояние, на котором воспринимается информация человеческим зрением, существенно увеличивается.
  • Прочность и непроницаемость корпусов светодиодных модулей обеспечивают превосходную работоспособность в любых условиях.
  • Допустимая амплитуда рабочих температур колеблется в диапазоне от -50 до +70°С.
  • Полное отсутствие вредных для здоровья человека излучений.
  • Отличная насыщенность цветов, которые не меняются на протяжении всего срока службы.
  • Минимальное тепловыделение, сберегающее окружающую среду.
  • Простое и гибкое программное обеспечение позволяет легко управлять системой светодиодных конструкций в целом.

Применение светодиодов в рекламных целях

Информационные системы могут быть разными — жидкокристаллическими, плазменными или любыми другими. Но только светодиодные экраны, табло для размещения рекламных бегущих строк могут похвастаться модульными устройствами. Такой способ сборки позволяет группировать светодиоды по пикселям, создавая необходимую яркость и масштаб дисплеев.

Для интерьерных табло подойдут пиксели от 4 мм, для больших наружных экранов, устанавливаемых на крышах домов – до 40 мм.

Интерьерное светодиодное табло с расстоянием между пикселями 7 мм

Расстояние между пикселями модулей для мониторов с бегущей строкой находится в пределах 12-24 мм.

Длина волны зависит от цвета светодиода. У синего цвета она составляет 420-460 нм, у зеленого – 500-525 нм, у красного – 630-660 нм.

У внутренних и наружных светодиодных табло с бегущей рекламной строкой различные условия наблюдения, в частности, угол обзора. Поэтому для интерьерных дисплеев приемлемы светодиоды с широкой диаграммой направленности светового потока, а для уличных экранов – с более узкой. Сужение диаграмм повышает яркость светодиодов примерно в три раза.

Выходная диаграмма направленности излучения зависит от формы рефлектора и формы корпуса светодиодов. Экспериментируя с этими двумя качествами можно создавать множество вариантов диаграмм – от 5 до 160°. Кроме того, существует возможность задавать данные, различные вдоль и поперек. Например, по вертикали 60° и по горизонтали 120°.

Технологические разбросы по силе света отдельно взятых светодиодов могут привести к пиксельной неравномерности информационного поля светодиодного экрана. Современные схемотехнические методы позволяют решить эту проблему и выровнять яркость, снизив их удельный вес до 2-5%.

Динамические информационные табло (ДИТ) на основе светодиодов

ДИТ PH25 на базе модулей РН25 с шагом пикселя 25мм

ДИТ представляет из себя трех строчное информационное табло с графическим полем (слева или справа от текстового поля).
Предназначено для вывода буквенно-цифровой информации в текстовом поле табло и графического изображения. Высота символа в строке ограничена высотой текстового поля.

Предлагаем 2 модели ДИТ PH25
ДИТ PH25 с размером графического поля 1280х1600мм
ДИТ PH25 с размером графического поля 1920х1920мм

ДИТ PH25 с размером графического поля 1280х1600мм


Пример ДИТ РН25 сборочный комплект из 12 модулей.

1) ширина модулей тип А, В, E, F — 1300 мм
2) ширина модулей тип D, С — 1200 мм
3) ширина модулей тип G, H — 1480 мм

При проектировании типоразмеров к базовому размеру добавляется/вычитается ширина модулей тип D и С – 1200мм.

Возможные варианты размеров трехстрочных ДИТ РН25
— 6480х2080мм
— 7680х2080мм
— 8880х2080мм
— 10080х2080мм

Цвет свечения текстового поля: белый, желтый, полноцветный
Цвет свечения графического поля: полноцветный

Пример отображения текстовой и графической информации ДИТ PH25

ДИТ PH25 с размером графического поля 1920х1920мм


Пример ДИТ РН25 сборочный комплект из 20 модулей.

1) ширина модулей тип А, В, E, F — 1300 мм
2) ширина модулей тип D, С — 1200 мм
3) ширина модулей тип G, H, G1, H1 — 1060 мм

При проектировании типоразмеров к базовому размеру добавляется/вычитается ширина модулей тип D и С – 1200мм.

Возможные варианты размеров трехстрочных ДИТ РН25
— 8320х2080мм
— 9520х2080мм
— 10720х2080мм
— 11920х2080мм

Цвет свечения текстового поля: белый, желтый, полноцветный
Цвет свечения графического поля: полноцветный

Как же контролировать линию управления эвакуацией?

Канал управления исполнительными устройствами табло «Выход» отличается от каналов управления другими исполнительными устройствами (вентиляцией, звуковым и речевым оповещением …) тем, что выход всегда находится в активном состоянии.

Большинство приборов осуществляют контроль полярных нагрузок обратным током при помощи оконечного устройства. Это происходит или при помощи специального диодного модуля: устройства (модуля) подключения нагрузки (УПН или МПН).

В этом случае контролируется вся цепь до оконечного устройства. Цепь каждого табло, включенного в цепь, не контролируется.

Кроме того, существует проблема контроля активированной цепи: если табло «Выход» включены, то контроль обратной полярностью проблематичен — на момент контроля табло нужно будет потушить.

Современные устройства, при помощи которых организуются линии светового и звукового оповещения, имеют возможность контролировать ток потребления нагрузки во включенном состоянии.

Всем известны релейный модуль адресной системы АСБ Рубеж «РМ-1К» и «РМ-4К» с контролем выхода

или контрольно-пусковой блок «С2000-КПБ» адресной системы Болид.

Есть подобные устройства и в составе других адресных систем пожарной сигнализации.

При настройке системы задается эталонный ток потребления устройств, подключенных к выходу. При отклонении тока потребления от эталонного выдается сигнал аварии.

Если по какой-то причине одно из табло «Выход» перестанет потреблять ток (его украдут или оно поломается), то будет выдан сигнал аварии.

Итак, мы начали с предположения о том, что линию управления эвакуацией со включенными табло контролировать не следует, и пришли к необходимости контролировать цепь каждого табло.

Но нужно ли действительно контролировать каждое табло «Выход», подключенное к линии управления эвакуацией или достаточно просто контролировать целостность линии от начала до конца, установив в самом конце линии оконечный элемент?

Существует множество приборов, имеющих выход для подключения табло «Выход» и контролирующих только целостность цепи — и они нормально себе существуют.

Одноканальный пульт дистанционного управления

Сейчас мы попробуем реализовать 1 канал управления при наличии различных помех. Для этого устанавливаем передатчик в режим генерации симметричных квадратных импульсов, период которого регулируется переменным резистором. Он подключен к PIC входу АЦП и напряжение преобразуется как параметр задержки. Период модулирующего сигнала может быть настроен с шагом в 100 мксек начиная от 500 мксек и до 255х100+500 = 26 мсек, что соответствует полосе модулирующих частот от 2000 Гц до 30 Гц, соответственно.

Схема передатчика на одну команду

Приемник позволяет регулировать чувствительность приема сигнала и настроиться на конкретную частоту модуляции. Он использует аналоговый выход. Напряжение на этом выходе пропорционально уровню сигнала. Когда нет сигнала, постоянное напряжение на этом выходе составляет около 1.1 В. это напряжение поступает на неинвертирующий вход встроенного в микроконтроллер компаратора. Инвертирующий вход этого компаратора подключенный к правому (по схеме) переменнику. Напряжение на этом входе должно быть немного больше, чем на неинвертирующем и оно определяет чувствительность системы. На выходе компаратора считывается код и длительность импульсов на его выходе измеряется в единицах, чье числовое значение задается левым (на схеме) подстроечником. Он соединён с АЦП. Таким образом вся система может быть настроена для реагирования на частоту модуляции, и больше ни на какие другие частоты. Следовательно, он работает как частотный селективный фильтр, настроенный переменным резистором.

Схема приёмника на одну команду

При настройке системы сначала выбирает частоту модуляции в передатчике. После этого настраивают приемник, медленно вращая переменник влево. Обе ручки должны быть в примерно одинаковом положении для синхронизации. Файлы проекта в общем архиве.

   Обсудить статью ПЕРЕДАЧА ЦИФРОВЫХ ДАННЫХ ПО РАДИОКАНАЛУ

Проектирование

Пиксельное разрешение

Первое, о чём нужно было подумать — разрешение этого табло. Так как я планировал выводить на него, в первую очередь, текстовую и числовую информацию, я сразу прикинул, каким должно быть разрешение, то есть, количество пикселей (светодиодов) по вертикали. Я начал прикидывать в уме изображение всех арабских цифр: для них полностью хватало высоты в 5 строк. С буквами, конечно, было посложнее, тем не менее все, как минимум, заглавные буквы русского и английского алфавитов также более менее умещались в этот формат, за исключением таких букв, как Ё и Й.

Так как у меня оставалось всего 198 светодиодов, нетрудно было подсчитать, что табло должно было получиться с разрешением 39×5 пикселей.

Управление

Так как у меня отсутствовал модуль Ethernet, да и программирование на голом C меня не особо-то и радовало, я решил оставить на Arduino лишь базовые функции — часы, яркость и способность удалённого управления каждым пикселем с компьютера по USB, а уже на компьютере написать ПО (или драйвер, если будет так угодно), которое бы устанавливало время, получало текущую песню и выводило любую информацию на табло. У такого подхода есть как минусы (зависимость работы дополнительных функций от компьютера), так и неоспоримые плюсы:

  • Можно сделать удобный редактор шрифта и менять варианты начертания каждого символа «на лету», не перепрошивая каждый раз микроконтроллер.
  • Можно придумать любое количество шрифтов / символов без ограничения встроенной памяти микроконтроллера (хотя надо очень постараться, чтобы для этого не хватило 32х килобайт Atmega328P)
  • Более высокоуровневый язык программирования означает повышенную простоту и уменьшенное время разработки любых решений.
  • Возможность выводить не только инфу, полученную из внешних источников, но и какие-либо данные с самого компьютера (не реализовал за ненадобностью).

Радиоканальные табло «Выход».

Существуют в природе и радиоканальные табло «Выход» в составе адресных радиоканальных систем пожарной сигнализации.

Рдиоканальные табло питаются только от батареек и не могут светиться все время.

Эти табло в дежурном режиме потушены и зажигаются при поступлении сигнала активации по радиоканалу.

Тем не менее:

Оповещатель световой табличный адресный радиоканальный «С2000Р-ОСТ» АЦДР.425543.004 соответствует требованиям «Технического регламента о требованиях пожарной безопасности» (Федеральный закон № 123-ФЗ) и имеет сертификат соответствия № С-RU.ЧС13.В.00871, выданный органом по сертификации ОС «ПОЖТЕСТ» ФГУ ВНИИПО МЧС.

Это еще раз подтверждает тезис о том, что табло «Выход» может вообще не гореть в дежурном режиме и зажигаться только при сработке пожарной сигнализации.

Но это только для помещений, в которых не будет массового пребывания людей.

Светильники «Выход» в помещениях с массовым пребыванием людей должны включаться на время их пребывания (см. п. 12 приложения У к ТКП 45-2.02-190).

Табло отображения информации (ТОИ) – полноцветный или монохромный экран на базе светодиодных модулей

Предлагаем 3 модели ТОИ
ТОИ PH25 с шагом пикселя 25мм
ТОИ PH20 с шагом пикселя 20мм
ТОИ PH16 с шагом пикселя 16мм

ТОИ PH25 – RGB построен по модульной технологии. Светодиодный модуль размером 800х800мм. Материал модулей – сталь 1,5мм, полимерно-порошковое покрытие

Для ТОИ-РН25 При проектировании типоразмеров к базовому размеру добавляется/вычитается ширина и высота модуля 800х800мм.

Возможные варианты размеров ТОИ PH25

Высота:
— 1600мм
— 2400мм
— 3200мм
— 4000мм и т.д.
Ширина:
— 4800мм
— 5600мм
— 6400мм
— 7200мм и т.д.

Цвет свечения: белый, желтый, полноцветный

Высота:
— кратно 640 мм.
Ширина:
— кратно 640 мм.

Цвет свечения: белый, желтый, полноцветный

Возможные варианты размеров ТОИ PH16

Высота:
— кратно 1024 мм.
Ширина:
— кратно 1024 мм.

Цвет свечения: белый, желтый, полноцветный

Фотография ТОИ-РН25 установленного ООО «СВЕТОФОРМ», пример отображения информации.

Сборка

Матричный модуль может иметь штырьковое соединение или контакты на плате в виде печатных проводников. От этого зависит способ их соединения. В первом случае для получения надежного электрического контакта задействуют жгут из проводков с коннекторами, а во втором придётся установить и запаять перемычки.

Но сначала необходимо объединить оба модуля в единое целое с помощью термоклея. Термопластичный клей не проводит электрический ток, а значит, его можно смело наносить на печатную плату. Клей наносят с торцов обеих плат, прижимают и оставляют на несколько минут. После затвердевания выходные контакты первого блока подключают к входным контактам второго блока по схеме:

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

С обратной стороны печатной платы с помощью термоклея прикрепляют Arduino Nano, отсек для батарейки и выключатель. Детали располагают таким образом, чтобы можно было удобно ими пользоваться.

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

На заключительной стадии сборки необходимо подключить питание от батарейки. Для этого минусовой контакт (черный провод) из отсека для кроны подключается на вывод GND Arduino. Плюсовой контакт (красный провод) соединяют с выключателем, а затем с выводом №30 Arduino, предназначенный для подачи питающего напряжения от нерегулируемого источника. В тестовом режиме сделанная своими руками бегущая строка может быть запитана через микро USB от компьютера.

Виды бегущей строки

Как отмечалось выше, бегущая строка может быть уличной или для помещений. Различие этих двух видов строки в яркости светодиодов и корпусе табло.

Для улицы в табло используются более яркие светодиоды. Они позволяют прочитать информацию при любой погоде, днём и ночью. Кроме яркости, корпус строки для улицы должен быть защищён от любых погодных условий и иметь высокий коэффициент защиты IP.

В случае использования строки в помещении, не нужны яркие светодиоды и не нужен особо защищённый корпус. Эти факторы значительно снижают вес табло и уменьшают его энергопотребление.

Кроме яркости и корпуса, бегущая строка может быть монохромной (одного цвета) или цветной. Цветное табло, как правило, может воспроизводить анимацию и даже видео.

Сборка

Картонная основа для табло

Начал я, естественно, с нарезки оставшейся ленты на 5 кусков по 39 светодиодов каждый, после чего начал готовить поверхность для их наклеивания. Так как табло должно было быть достаточно жёстким (но эксплуатироваться исключительно в помещении), я взял прямоугольный лист очень плотного картона и отрезал от него 2 полосы нужной ширины, после чего склеил их между собой в длину, приклеив на шов с обратной стороны 2 пластиковых карточки, которые жёстко скрепили эти две полоски между собой: получилась одна длинная картонная полоса из двух половинок, чуть длиннее, чем сами отрезки ленты.

Чтобы двухсторонний скотч 3M, на котором лента сидела по заводу, хорошо приклеился к получившейся картонной полосе, я обклеил всю её лицевую поверхность бумажными глянцевыми страницами каталога какого-то строймаркета из почтового ящика.

Наклеивание ленты

Получившуюся основу я разметил карандашом под подготовленные отрезки ленты таким образом, чтобы вертикальные расстояния между светодиодами соответствовали горизонтальным, после чего аккуратно наклеил полоски по начерченным линиям:

Коммутация

Естественно, всё должно было выглядеть цивильно, поэтому все провода я решил спрятать с обратной стороны изделия. Для этого я с обеих сторон каждого отрезка светодиодной ленты пробил по 3 отверстия для проводов (Земля, 5V и управление):

И начал последовательно продевать и припаивать соответствующие провода:

После этого я замотал места пайки с обеих сторон чёрной изолентой:

А с обратной стороны соединил между собой все группы силовых проводов, заизолировав соединения термоусадкой:

С управляющим проводом я пошёл на небольшую хитрость: дело в том, что ленты нужно было соединить последовательно, только вот в каком порядке? Чтобы сэкономить провод, можно было бы, конечно, просто соединять концы ленты то слева, то справа, но, в итоге, это бы вылилось в полнейший ад при написании прошивки, ведь для вывода определённого символа в определённую позицию табло нужно знать конкретные номера затрагиваемых этим символом светодиодов. А как быстро вычислить номера светодиодов на конкретной позиции, когда, например, на нечётных строках они считаются слева направо, на чётных — справа налево? Это куча лишних вычислений, вместо которых можно было бы пару лишних раз обновить содержимое всего табло.

Поэтому я выбрал другой способ — конец каждой полосы соединяется с началом каждой следующей. Для этого пришлось протянуть 4 длинных провода через всё изделие, но я использовал обычную витую пару пятой категории: у меня её столько, что не жалко совсем. Зато для адресации каждого нижестоящего светодиода теперь надо было просто добавить к номеру текущего 39 — количество светодиодов в одной строке табло. Вот и всё, никакого алгоритма, никаких сложных вычислений — отличное решение!

Для подключения табло к Arduino я использовал обычный МГТФ.

Само табло я, разумеется, решил запитать от компьютера, для чего я, также как и в статье про Эмбилайт на Arduino, выбрал толстые провода, чтобы на них минимально проседало напряжение, ведь табло должно располагаться в нескольких метрах от источника питания, а сам источник (Corsair AX860i) — с цифровым управлением и по пятивольтовой шине выдаёт ровно 5.00 вольт, так что любые потери на кабеле — это потери яркости готового устройства.

Все соединения силовых кабелей я решил сделать модульными, используя такие разъёмы «папа»:

И такие разъёмы «мама»:

Естественно, это дало возможность делать удлинители, тем самым подбирая длину кабеля в зависимости от места установки. Для подключения к компьютерному БП я использовал штыри, подходящие по диаметру к разъёму Molex.

Разумеется, сразу же захотелось временно подключить всё и проверить, работает ли. Для этого я быстро сварганил скетч, просто выводящий на табло разноцветные вертикальные линии (заодно и убедился, что не прогадал с адресацией):

Придание «товарного» вида

Так как табло всё ещё выглядело как чёрт знает что, ему нужно было придать товарный вид. И тут я не нашёл ничего лучше, кроме как нарезать полоски определённой ширины из белых листов бумаги формата A4 и заклеить ими всё межсветодиодное пространство на морде. Сначала вертикальные полосы:

А потом и горизонтальные:

С обратной стороны, которую при любом раскладе не должно быть видно, я заклеил всё широким малярным скотчем:

Получилось очень красиво и аккуратно, почти идеально белая лицевая панель с торчащими белыми светодиодами!

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации