Ювелирное обозрение

Светодиодные экраны являются видеоэкранами. Светодиоды в них используются, как точки или пиксели. Светодиодная панель — это основная часть подобного экрана.

Их используют, как уличные магазинные вывески, большие билборды. Не так давно внедрили в общественном транспорте. Такие панели и табло светятся в темноте и рекламная информация видна далеко.

Риски

Вы сможете самостоятельно разобраться, как устроена светодиодная панель и сделать её своими руками. Будьте внимательны, если приобретёте не те детали, потом можете долго продавать их через интернет. Старайтесь сразу покупать нужные.

Если поручите сборку экрана не специалистам, они могут неправильно его собрать и после включения возникнет замыкание и сгорят дорогие детали. Несмотря на эти риски, шаг за шагом вы разберётесь, как устроена техника и сделаете самостоятельно. Если есть возможность, поручите сборку опытному электрику, который раньше делал подобные экраны, а если нет — приступайте самостоятельно.

Материалы и сборка

Для панели требуется матовое стекло. Если заботитесь о безопасности, приобретайте оргстекло. За таким экраном находятся светодиодные чипы.

Они располагаются по всему экрану равномерно. Работают они от самостоятельного источника питания. Его вы подключите позже.

До начала работы вы должны представить панель, о которую хотите сделать. Лучше всего нарисовать её от руки либо на компьютере. Нужно знать, какова его примерная площадь?

Любой размер округляйте до 1 квадратного дециметра. Зная площадь, мы сориентируемся, какой мощности будет наш экран. Поймёте насколько ярко он будет светиться.

Если нужен экран, от которого будет исходить приглушённый свет, то не требуется более 1 Ватт на кв. дециметр. Вы взяли цветное стекло? Для его подсветки требуется большая мощность, чем для прозрачного или матового.

Если планируете применять экран, как источник для освещения улицы, то запомните, 1 Ватт светодиод такой же, как 10 Ватт лампа накаливания. Например, в коридоре у вас мощность люстры 200 Ватт, тогда требуется диодных чипов для панели на 20 Ватт.

Приступайте к сборке. Главное, безопасно установить все необходимые чипы. Для их включения нужны блоки питания, работающие от напряжения в 220 Вт, но вы будьте внимательны и соблюдайте правила безопасности.

Напряжение, под которым находится светодиод для вас не опасно, но если произойдёт замыкания, выйдут из строя довольно дорогие элементы и вам придётся приобретать в специальном магазине новые комплектующие. Чаще всего светодиодные чипы располагают равномерно в любой последовательности по площади экрана.

Скрепляем экран и готовую плату с произвольно расположенными чипами. Чтобы панель «ожила», нужен источник питания или драйвер. Он небольшой и его можно расположить, при сборке, как в корпусе, так и в отдельном блоке за экраном.

Ещё понадобится шуруповёрт, шурупы для крепления, сантиметр и другие материалы. Чтобы иметь полное представление о сборке, посмотрите видеоролики на «Ютубе». Там пошагово рассказывают, как оптимально быстро и качественно сделать сборку.

Где купить запчасти?

Драйверы и светодиодные чипы приобретайте в магазине, продающем технику и комплектующие. Можно посмотреть ассортимент в интернет-магазинах, выбрать нужные детали и заказать доставку на дом. Сейчас есть масса возможностей и комплектующие на любой кошелёк.

Некоторые умельцы собирают конструкцию из деталей по минимальной стоимости. Кто-то заказывает более дорогостоящие комплектующие. Если собираетесь сделать своими руками подобный экран, не спешите, складывайте комплектующие внимательно. В магазине продавец-консультант подскажет вам, какие детали более надёжные, долговечные и лучше подойдут для экрана вашей площади.

Собирать самостоятельно или покупать готовый?

Любой светодиодный экран состоит из модулей. Благодаря этому, вы можете сделать его любого, задуманного размера. Собирать своими руками или приобретать готовый? Заводской сборки довольно дорогой. И у него есть свои недостатки:

Производители часто завышают его показатели, в рекламе говорят, что он бесперебойно может работать от 50 до 100 тыс. часов. На самом деле со временем он может местами потерять яркость изображения. Светодиоды садятся иногда на 50% и на изображении появляются цветные пятна.

Изготовление экранов идёт партиями и в каждой есть доля брака. Если вам попадётся такой, то довольно скоро вы заметите недостатки в его работе. Конечно, он будет несколько лет на гарантии и починить не механические поломки можно будет бесплатно, но если соберёте экран лично, будете уверены в качестве комплектующих. Бывает, что производитель знает о бракованной партии, но чтобы не потерять прибыль, сдаёт её на реализацию в магазины или сразу продаёт по полной стоимости.

Если решите покупать заводской сборки, вы должны быть осведомлены, каких марок товар более качественный. Можете покупать продукцию известных марок. Китайцы научились производить недорогую, с отличными эксплуатационными качествами продукцию.

С другой стороны для сборки экранов или строк своими руками не требуется отдельное помещение. Это вы можете осуществить дома и значительно сэкономите. Главное, следовать рекомендациям, ничего не напутать.

Если Вы сомневаетесь что Вам по силам грамотно собрать светодиодный экран, например как часть медиафасада, то Вы все же всегда можете купить готовый от производителя по доступной цене с доставкой по России. Или же взять светодиодный экран в аренду.

Светодиодные или LED-экраны широко применяются в бытовой и не только сфере на протяжении последних двадцати лет. Современный светодиодный экран – это и дисплей ноутбука или телевизора, и рекламная установка на улице, и большой экран на концертной площадке. Если первый вариант крайне сложен для самостоятельного конструирования, то крупный экран из светодиодов для рекламы или трансляций можно собрать самому.

Из чего делают экран?

Модульная сборка светодиодного экрана представляет собой создание крупного полотна из множества отдельных модулей. Это блоки стандартного размера, которые состоят из нескольких десятков светодиодов, выполняющих роль пикселей, и электронной схемы управления. Управляющая плата контролирует совместное свечение модуля, а также имеет шлейфы и разъёмы для соединения с другими модулями. Такое подобие пазла потенциально даёт возможность для сборки экрана любого размера.

Купить модули для сборки сегодня можно в магазинах электроники, в специализированных отделах на рынке или заказать на международных интернет-площадках вроде AliExpress. Во всех трёх случаях блок, скорее всего, будет сделан в Китае, но это не говорит о низком качестве по умолчанию. Из страны драконов приходит хорошая продукция. Чтобы её выбрать, следует посоветоваться со специалистами, ознакомиться с отзывами о тех или иных марках.

Базовые функциональные характеристики модулей P10:

• размер: длина – 320 мм, ширина – 160 мм, толщина – 20 мм;
• масса – от 600 до 700 г;
• шаг пикселя – 10 мм;
• число пикселей на м 2 (разрешение) – от 256 ˟ 192;
• яркость экрана – от 6000 до 7000 кд/м 2 ;
• рабочий ресурс – до 50 000 часов;
• угол половинной яркости – 120˚;
• дистанция комфортного просмотра – 7 метров и больше;
• предельная мощность потребления при уличной эксплуатации – 500 Вт/м 2 .

В базовом исполнении светодиодные блоки для сборки экранов имеют защиту от пыли, влаги, механического повреждения.

Альтернативой электронным LED-блокам служит светодиодная лента. Её также можно уложить в виде экрана для трансляции изображений. Однако у этого материала есть характерные недостатки. Во-первых, монтаж большого количества лент в виде экрана более сложен, поскольку они изначально не разрабатываются для этих целей. Во-вторых, LED-лента не обладают достаточной устойчивостью к разрушительным факторам внешней среды: температурным перепадам, контакту с грязью, влагой и пылью, ультрафиолетовому излучению.

Монтаж светодиодного экрана из блоков

Процесс изготовления начинается со сборки металлического каркаса для размещения светодиодных блоков рядом друг с другом. Несущая металлоконструкция представляет собой нечто вроде стенки с ячейками. Как правило, её изготавливаются из квадратной профильной трубы или перфорированного металлического профиля. Учитывая особенности среды использования, материал должен иметь антикоррозионное покрытие. Пример традиционной конструкции для размещения модулей, источников питания, контроллеров, драйверов и других компонентов схемы представлен на следующем фото.

Далее, чтобы собрать светодиодный экран, электронные модули P10 размещаются в своих ячейках и соединяются между собой посредством стандартного соединения шлейф-разъём типа «папа-мама». Чаще всего, крепление самих блоков к металлическому основанию осуществляется магнитами, поэтому не вызывает проблем. Благодаря этому процесс монтажа, демонтажа и ремонта мобильных светодиодных экранов заметно упрощается.

На обратной стороне конструкции располагаются блоки питания и электронные элементы, принимающие информацию о транслируемом изображении, и распределяющие её частями: общая схема – по модулям, а модули – по пикселям.

Чаще всегда задняя стенка собирается из композитной алюминиевой панели или листа металла. Общая схема сборки и размещения функциональных элементов экрана показана в следующем изображении.

Сборка экрана из ленты

Для светодиодной ленты, в отличие от модулей P10, доступна возможность сгибания и складывания, что обуславливает одно из преимуществ – с её помощью можно создавать гибкие и складываемые экраны. Для их создания необходимы диодные ленты, держатели для них с прижимной головкой, алюминиевые панели для размещения светодиодов, крепёжные элементы, блоки питания и микроконтроллер.

Как собрать светодиодный экран из LED-ленты:

1. Оклеить рабочую поверхность цветной плёнкой с помощью жидкого клея (цвет должен быть чёрным, потому что при его отображении светодиоды не светятся). Поверхность должна быть идеально ровной.
2. Обрезать излишки плёнки по краям.
3. Закрепить ленты рядами. Располагать их нужно так, чтобы расстояние между светодиодами было одинаково, как вдоль, так и поперёк. Светодиоды должны идти ровными рядами и вдоль, и поперёк основы, чтобы изображение не было перекошенным. Для крепления используются скобы. Расстояние между ними определяется так, чтобы не было провисаний и смещений.
4. Соединить светодиодные ленты между собой спайкой или через стандартные разъёмы. Ко входу первой ленты в цепи подключается DMX-контроллер. Если одного устройства недостаточно для работы, устанавливаются субконтроллеры. Между собой они соединяются сетевым кабелем.
5. Подключить блоки питания. Здесь есть несколько важных нюансов: питание подаётся с обоих концов, максимальное потребление ленты с 72 светодиодами равно 20W, модульные блоки питания практически всегда подключаются попарно, а не параллелятся на выходе.

Схемы питания LED-лент для тех, кто собирает светодиодный экран своими руками:

Последним шагом сборки экрана является герметизация блоков питания, контроллеров и соединений для защиты от влаги. Хорошим вариантом является алюминиевый кабель-канал, в который заводятся и заливаются герметиком концы лент, а также прячутся блоки питания.

Как выводится картинка?

Выбор видеоряда и его замена для трансляции на светодиодный экран осуществляется через Wi-Fi или USB. В первом случае информация принимается через сетевую карту контроллера, а во втором – через кабель от подключённого к системе компьютера. Преобразование видеоролика в цифровой поток и распределение напряжения по отдельным светодиодам выполняет контроллер. Качество и порядок отображения зависит от типа системы управления:

• синхронное управление подразумевает одновременное отображение одной картинки на экране и устройстве-источнике, то есть прямой эфир. Оно часто используется во время спортивных трансляций и концертов. Для работы на устройстве-источнике работает карта-передатчик, а на экране – одна или несколько карт-приёмников, соединённых между собой;
• асинхронный вывод информации на экран связан с предварительной загрузкой информации в памяти микроконтроллера. Загрузка осуществляется с компьютера через кабель или с flash-накопителя. Асинхронная система работает независимо от управляющего компьютера и оснащается несколькими микроконтроллерами (в зависимости от размеров дисплея).

Популярным средством программирования и управления светодиодными экранами является аппаратно-вычислительная платформа Arduino. Она имеет разъёмы и порты, по которым можно подключать самые разные приборы для создания простых и сложных автоматизированных систем, в том числе – экранов из светодиодов. Arduino программируется на языках C/C++.

Полгода назад мы дополнили наш почти традиционный офисный каток 7,6 тыс. светодиодами, чтобы транслировать изображения и видео прямо на поверхность льда. На гиктаймсе был опубликован пост, в котором рассказывалось о том, что подо льдом скрывается самый настоящий гигантский дисплей разрешением 120х63 «пикселей», на который можно выводить достаточно сложные и яркие изображения.

Часто нам задавали вопрос: можно ли своими руками сделать нечто подобное дома? Можно, почему нет? Про лед был подробный рассказ (вот история о первом катке — захватывающее чтиво в июльскую жару), а вот о способах превращения светодиодов в большой дисплей практически не упоминали. Так как наши мейкеры люди занятые и предпочитают говорить о чем-то новом, а не пережевывать прошлое, публикация этой статьи откладывалась снова и снова. В конечном счете мы решили перевести для вас понятный и наглядный туториал, после которого можно будет взять и повесить дисплей себе на стену.

Итак, выдохните, все будет просто. Бóльшая часть времени уйдет на сборку — придется немного покорпеть над соединением лент друг с другом. Они должны быть спаяны в последовательную цепь на задней стороне панели. Для рассеивания света защитное стекло будет матированным.

Главный вопрос проекта — какое ПО использовать? Здесь все зависит от ваших потребностей: мы начнем с демокода и указателей, а в одной из следующих статей рассмотрим, как выводить на дисплей уведомления и котировки акций.

• 10 м светодиодной ленты (продается в катушках по 5 м). Я использовал дешевый вариант — WS2812B. Если же вам хочется получить более высокое разрешение дисплея, можете приобрести ленту с плотностью 60 светодиодов/метр;
• блок питания на 5 В и 10 А. Я использовал модель, у которой входное питание до 240 В подается на винтовые зажимы. Если вам нужно сделать дисплей более безопасным, выберите полностью закрытый блок питания;
• Arduino UNO;
• большое количество отрезков толстого провода. Я отрезал пучок от старого компьютерного блока питания;
• фоторамка 50х50 см;
• матирующий спрей и белая краска.

Общие затраты у меня получились меньше $100.

Также вам понадобятся инструменты:

• паяльник с припоем;
• клеевой пистолет;
• нож или ножницы;
• инструмент для снятия изоляции.

Сначала прочитайте пособие по работе с электроникой для начинающих!

Если вы приобрели рамку 50х50 см и такие же светодиодные ленты, как у меня, то сможете уместить в дисплей 15 отрезков по 15 светодиодов. Но ничто не мешает использовать рамку другого размера. Расстояние между светодиодами — около 30 мм, таким образом на один пиксель приходится примерно 30 мм 2 . Это наш 1DPI. Ну да, разрешение не как у Retina.

Рассчитайте, сколько отрезков ленты вам понадобится, и расчертите направляющие с обратной стороны панели. Семь раз проверьте, один раз отрежьте: у меня ленты немного различаются, потому что когда я начал их приклеивать, то обнаружил, что могу вместить только 14 отрезков по 15 светодиодов. Но это не страшно — в приложении можно легко настроить разное количество рядов пикселей и их длину. Отрежьте куски, подходящие для вашей рамки. К сожалению, я обнаружил, что у меня 15-е светодиоды в отрезках приходятся как раз на то место, где нужно припаивать соединительные провода. Поэтому пришлось их выпаивать.

Для лучшего рассеивания света я решил нанести на обе стороны стекла матирующий спрей. Делать это лучше на улице или на балконе, так как спрей вреден для здоровья. Наносить его необходимо как можно более равномерно. После высыхания матирование получается очень устойчивым, но изначально необходимо добиться равномерного покрытия без каких-либо царапин.

Также задуйте белой краской панель, которая будет видна сквозь стекло. Отрежьте один из углов — здесь пройдут провода.

Для приклеивания лент к панели используйте суперклей. Я пробовал двусторонний скотч, но через несколько недель он отвалился. Клеевой пистолет еще хуже, ведь обе поверхности — панель и обратная сторона ленты — гладкие и не имеют пор. Если вы приобрели светодиодные ленты в резиновом корпусе, то не сильно переживайте относительно точности размещения — их можно свободно двигать.

Помните, что сигнал будет проходить через всю цепь, и у каждой ленты есть направление передачи сигнала. Ленты нужно размещать так: у одной стрелка (направление сигнала) указывает направо, у следующей — налево, потом опять направо и т.д. То есть сигнал по дисплею будет идти «змейкой». Проверьте еще раз правильность размещения лент, прежде чем клеить их!

Для соединения лент требуется по три провода разной длины. Внутреннюю пару контактов соединяем самым коротким проводом (на фото — красный), для средней пары берем провод подлиннее, а к внешним контактам припаиваем самый длинный. В зависимости от того, какие ленты в данный момент соединяются, внутренние контакты будут либо питанием (+5V), либо заземлением (GND).

Прежде чем припаивать провода, залудите их и сами контакты на лентах. На это уйдет больше всего времени, но это крайне важный момент. Не торопитесь, дважды проверьте правильность соединяемых контактов!

После возни с подключением проводов вы можете обнаружить, что первая лента сдвинулась. Эту проблему я решил следующим образом: просверлил два маленьких отверстия и зафиксировал ленту стяжкой. Если у вас не было под рукой достаточно сильного клея, то таким образом можно дополнительно зафиксировать все ленты с обоих концов.

Шестой пин Arduino используется для передачи управляющего сигнала; напряжение питания должно подаваться напрямую от блока питания. Подключите заземление между лентами, Arduino и блоком питания. Не пытайтесь запитать ленты от Arduino, а также не подключайте блок питания к Arduino при подключенном USB (когда будет загружаться код для тестирования).

Скачайте и добавьте в соответствующую папку библиотеку AdafruitNeoPixel, затем запустите Arduino. Протестируйте подключение с помощью следующего кода, указав в первом параметре количество светодиодов (в нашем примере — 60):

Adafruit_NeoPixel strip =Adafruit_NeoPixel(60, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

Если анимация остановится на каком-то ряду, сразу отключите всю конструкцию и проверьте подключение. Возможные причины сбоя:

• неправильное направление ленты;
• вы спутали контакты при соединении лент;
• вы припаяли +5V к GND.

Поскольку рамка не была рассчитана на такую глубину размещения панели, мне пришлось сначала зафиксировать стекло клеевым пистолетом, а затем по периметру вставить резиновый уплотнитель, работающий буфером между стеклом и панелью со светодиодами. После завершающего тестирования помещаем панель в рамку и фиксируем ее клеевым пистолетом. В углу можно проделать небольшое отверстие для вывода проводов. Все, техническая сторона проекта завершена.

Можете еще подумать над тем, возможно ли спрятать в рамке еще и блок питания с Arduino. А пока переходим к настройке ПО.

Программа Glediator компании SolderLab.de очень хорошо подходит для анимирования светодиодных матриц на вечеринках или в ночных клубах. Она способна управлять матрицей, состоящей из 512 светодиодов WS2812/NeoPixels, формируя до 24 кадров/сек — этого вполне достаточно для нашего дисплея, можно даже выводить на него простенькие анимационные гифы. Микшер позволит делать плавные переходы между анимациями.

Для работы с Glediator установите на Arduino UNO прошивку, и проверьте, чтобы сигнальный кабель был подключен к пину 6. Не забудьте прописать в переменной количество используемых вами светодиодов.

Запустите Glediator, откройте свойства и измените размер матрицы и режим вывода. Настройте порядок пикселей, если у вас используется другая схема, но по этому шагу мало документации, поэтому придется действовать методом проб и ошибок. Если изображение на дисплее отличается от задуманного, попробуйте поиграть с настройками. У меня работал порядок пикселей HS_BL — подозреваю, что это означает «horizontalsnake, startingbottomleft» (горизонтальная змейка, начало слева внизу).

Glediator — профессиональное приложение, не будем пока изучать его интерфейс и возможности. Загрузите в левое и правое окна разные анимации, затем двигайте микшер между ними. Или используйте готовый плейлист, который показан в видеоролике.

Компания Adafruit создала очень полезную библиотеку для работы со светодиодными матрицами. Сначала она называлась Adafruit GFX, и изначально предназначалась для TFT- и LCD-дисплеев. Затем появилась модификация NeoMatrix, позволяющая полноценно работать с матрицами NeoPixel. Она имеет огромное количество простых в использовании функций по выводу текста или растровой спрайтовой графики.

Если вы в точности повторили мой проект, то можете воспользоваться этим кодом. Самая важная часть:

С первыми строками все понятно. В последних трех описывается схема матрицы: в данном случае первый пиксель находится слева внизу (bottomleft), пиксели расположены рядами (rows), соединенными зигзагообразно (zigzag). Если вы сделали иначе, то обратитесь к документации библиотеки.

Я задал в коде несколько спрайтов — смайлы. Вы можете создать собственные с помощью Java-приложения Img2Code, лежащего в папке библиотеки GFX.

В будущем мы рассмотрим использование библиотеки для вывода полезной информации вроде котировок акций или ленты Twitter, а пока предлагаю вам самостоятельно поиграть с кодом и загрузить собственные изображения.

На этом все. Вы создали большой дисплей из светодиодных лент. Теперь нужно придумать, как его использовать. Из оставшихся светодиодов можете создать лампу в виде облачка.