Крутые часы на адресных диодах
Часть 1. Используемые компоненты
Ещё несколько лет назад на просторах сети я увидел интересный проект, в котором автор сделал огромные цифровые часы (с 7-мисегментными цифрами), в основе которых лежит так называемая адресная светодиодная лента.
Фото готового проекта
Я использовал размер цифры примерно 280х205 мм (почти лист А4), общий размер часов – 300х800 мм.
Данный проект повторяли много раз, каждый раз по-разному, однако я не встречал понятного руководства по сборке данных часов, а кроме того, я постараюсь максимально подробно описать те особенности и трудности, с которыми пришлось столкнуться мне. Кроме того, данные часы работают у меня уже порядка 3 лет, и совсем недавно я обновил как программную, так и программную часть, оглядываясь на опыт их использования, в связи с чем расскажу о некоторых технических доработках, которые я применил в данном проекте.
Что такое адресная светодиодная лента
Обычная RGB-светодиодная лента имеет 4 контакта: общий “+” и 3 “-“, соответственно для каждого из основных цветов – красного, зелёного и синего.
Многочисленные контроллеры позволяют данной ленте отображать оттенки цветов путём смешивания основных цветов, однако у данной ленты есть существенные ограничения: отрезок ленты светится только целиком и с одинаковой яркостью по всей длине.
Лента на адресных диодах устроена иначе: на ней имеются контроллеры, которые позволяют управлять группой диодов (либо каждым диодом) по отдельности, позволяя независимо включать или выключать их, заставляя светиться любым цветом с любой яркостью. Лента имеет 3 контакта: “+”, “-” и контакт управления, который подключается к микроконтроллеру.
На момент создания часов было 2 типа ленты, сейчас их стало несколько больше:
-
WS2811. Самая дешёвая из всех лент (считалась надёжнее “старшей” WS2812b). Позволяет управлять группами по 3 диода.
-
WS2812b. Использовалась мной (считается ненадёжной, хотя за время использования часов проблем выявлено не было). Позволяет управлять каждый диодом в отдельности. Из минусов – при выходе из строя 1 диода – дальнейшие работать не будут.
-
WS2813, WS2815, WS2815 – обновление WS2812, имеют “резервный” контакт передачи данных, увеличенная частота обновления. При выходе из строя одного диода остальной отрезок ленты сохраняет работоспособность. Минусы – цена.
Подробнее о лентах и особенностях их подключения можно почитать здесь.
Итак, нам понадобится:
Теперь подробнее об использованном оборудовании:
Микроконтроллер
Я использовал Arduino Nano (на базе ATmega328) – самая доступная плата как по цене, так и по простоте освоения новичку. Продаётся как с распаянными “ногами”, так и без них. Лучше брать сразу с “ногами”, так как я рекомендую использовать шилд, который очень сильно упрощает сборку, повышая качество и модульность.
Модуль часов реального времени
Настоятельно рекомендуется брать модель DS3231, так как у неё имеется встроенный датчик температуры, который нивелирует влияние перепадов температуры окружающей среды на показания часов.
Модули DS1302 и DS1307 к приобретению не рекомендуются, тем более что разница в цене незначительна.
Модуль выпускается в двух вариантах: полноразмерном (внизу) и компактном (вверху). Я брал полноразмерную версию, так как с ней удобнее работать.
Светодиодная лента
Светодиодная лента. Именно она отвечает за индикацию.
Я в своём проекте использовал WS2812b 60 диодов на метр.
Можно сэкономить и взять WS2811 (но тогда придётся немного поправить скетч, и при подключении схемы учесть, что ей нужно 12V питания, в то время как WS2812b питается от 5V).
Во многих проектах использовалась лента с частотой 30 диодов на метр, но на мой взгляд, так делать не стоит.
Датчик температуры
Использование датчика температуры опционально (в случае его отсутствия – необходимо удалить/закомментировать соответствующие строки в коде).
Я использовал модель DHT22 (кстати, измеряет также и влажность) – он дороже, чем его “младший брат” DHT11, однако, как пишут пользователи, младшая версия выдаёт значения, основанные на только ей известном алгоритме.
Рекомендуется брать сразу распаянный на плате (как на картинке слева).
Датчик освещённости
Я использовал BH1750 по двум причинам:
1. Он аналоговый, то есть позволяет передавать числовое значение освещённости (в отличие от цифровых, которые имеют только значение порога “светло/темно”).
2. Согласно тестам (статьи в сети), он адекватно реагирует на лампы дневного света, так как имеет “на борту” несколько разных сенсоров (некоторые датчики не улавливают свет от люминесцентных ламп).
Модуль bluetooth
Оригинальный проект для корректировки времени использовал кнопки, однако, на мой взгляд, bluetooth даёт гораздо больше возможностей (например, просмотр отладочной информации).
Кроме того, у меня часы висят на высоте примерно 3,5 метров, так что корректировать их кнопками – то ещё удовольствие.
Модель – HC-05 или HC-06, сразу на плате с “ногами”.
Блок питания
Я использую БП на 10 ватт (5V/2A), чего вполне хватает для моих часов (172 диода), особенно с учётом того, что они редко светят даже на половину своей яркости.
Какой ток потребляет лента?
Один цвет одного диода при максимальной яркости потребляет примерно 12 мА. В одном светодиоде три цвета, то есть если метр нашей ленты с плотностью 60 диод/метр будет светить белым светом максимальной яркости, получаем (12*3*60) примерно 2.1A.
Однако нужно учитывать, что в данном проекте нет смысла запускать свечение ленты белым цветом; яркости у ленты так же с запасом.
Кстати: WS2811 питается от 12V, WS2812b – от 5V.
Использование шилда так же опционально, однако он очень сильно упрощает сборку, а также повышает её модульность.
Первая версия часов была собрана без него, и как показала практика, использование шилда крайне рекомендуется.
Шилд позволяет извлечь микроконтроллер для обновления прошивки или заменить любой из модулей независимо от остального оборудования, а также дублирует пины питания и другие важные пины.
Провода и коннекторы
Для соединения компонентов удобно использовать такие провода-джамеры (есть с более качественными концевиками). Могут быть различные варианты (“мама-мама”, “папа-папа”, “папа-мама”).
Под блок разъём блока питания подбирается соответствующий разъём.
Материалы корпуса и рассеивателя
Для изготовления корпуса я использовал кусок экструзионного пенополистирола (“техноплекс”) – в отличие от всем известного “пеноплекса”, он серый, то есть не влияет итоговый оттенок цифр и кабель-канал для рамки корпуса.
Для рассеивателя многие используют бумагу, что не очень практично и сильно ухудшает качество “изображения” цифр. Я использовал специальный светотехнический поликарбонат молочного цвета (opal). Он используется при изготовлении рекламных световых конструкций – можно поискать объявления в интернете или узнать у фирм, которые занимаются изготовлением рекламных конструкций. У меня лист толщиной примерно 4 мм, однако если бы у меня был выбор, то я бы рекомендовал взять более тонкий (толстый сильно “мылит” края цифр).
Поликарбонат бывает разный
Как я понял, поликарбонат бывает обычный, тоже белого (молочного цвета).
Предпочтительнее использовать именно “opal”, так как он специально сделан для рассеивания света и имеет две разные стороны: одна направлена к источнику света, другая – наружу, к зрителю.
Так как материала получается много, к концу написания этой части я подумал, что будет правильным разделить статью на части.
В следующей части я расскажу про сборку компонентов, а разбор программной части, скорее всего оставлю на третью часть.
