Бегущая строка на светодиодах
Предлагаемая конструкция "бегущей строки" (БС) предназначена для рекламно-информационных, развлекательных и других подобных целей. Одним из требований, поставленных при ее разработке, была максимальная простота использования: текст сообщения готовится на компьютере, а затем быстро передается для отображения на табло БС.
БС — эффективное и недорогое информационное средство Яркая, динамично изменяющаяся картина привлекает внимание и позволяет донести до потребителя максимальный объем текстовой и псевдографической информации, используя минимум пространства. БС может иметь любой корпус, цвет свечения, размер и тип шрифта, выводить сообщения на любом языке и перемещать изображение с разной скоростью. Предусмотрена реализация таких визуальных эффектов, как остановка текста на некоторое время, инверсия символов, уход изображения вверх или вниз. Благодаря возможности создания шрифтов самим пользователем, возможен вывод всевозможных логотипов и различных графических образов.
Основные технические данные
Число столбцов(колонок) светодиодов .................96
Число светодиодов в столбце(число рядов)................8
Ширина символа, столбцов.........8
Промежуток между символами, столбцов...................4
Полная длина выводимой строки, символов, не более ......................59 000
Направление перемещения текста......................справа налево
Объем знакогенератора, символов..................2048
Интерфейс.................RS-232
Гальваническая развязка........есть
Интервал рабочей температуры. °С ................-40...+50
Внешний вид одного модуля БС {всего их три), содержащего 32 столбца по восемь светодиодов в каждом, показан на фотоснимке рис. 1. В зависимости от влагозащитных свойств корпуса и яркости примененных светодиодов БС можно устанавливать как в помещении, так и вне его, а также в транспортных средствах. Цвет и яркость свечения табло зависят от типа светодиодов.
БС может работать от автомобильной аккумуляторной батареи или другого источника постоянного или переменного напряжения 9. .15 В. Потребляемый ток 0.5..3 А в зависимости от среднего тока светодиодов и выводимой надписи.
Подготовка и загрузка в БС знакогенератора и выводимого текста производятся с помощью компьютера Разработанная для этого программе Stroka29 работает под управлением операционной системы Windows. О возможностях и особенностях этой программы можно узнать, выбрав в ее главном меню пункт "Справка—>Помощь".
БС соединяют с СОМ-портом компьютера кабелем длиной до 100 м с разъемами DB-9M {к БС) и DB-9F (к ком-пькнеру). В кабеле достаточно двух проводов, соединяющих между собой соответственно выводы 3 и 5 разъемов. Можно использовать и стандартный модемный кабель (без перекрестных связей) Обмен информацией односторонний только от компьютера к БС со скоростью 1200 Бод, восемью информационными разрядами без контроля четности и одним стоповым разрядом. Столь низкая скорость передачи выбрана для того чтобы контроллер БС успевал записывать каждый принятый от компьютер? байт в обладающую невысоким быстродействием энергонезависимую память.
При первом включении БС память хранящая знакогенератор, заполнена кодами OxFF, что соответствует включению всех светодиодов во всех столбцах. Поэтому все табло светится. Чтобы начать работу, необходимо найти готовый файл знакогенератора или с помощью программы Stroka29 подготовить новый. Эта программа позволяет и переписать коды знакогенератора из файла в энергонезависимую память БС. Для этого достаточно при подключенной к компьютеру БС нажать в окне программы на кнопку "Передать во внешнее устройство". Тем же способом можно в любой момент заменить знакогенератор.
В окне программы Stroka29 готовят и подлежащий выводу на табло текст. Эту операцию завершают нажатием на экранную кнопку "Загрузить". О приеме текста свидетельствует специфическое мигание табло. По завершении приема начнется его циклический вывод ча табло.
Передаваемый компьютером в БС блок информации всегда начинается последовательностью из 250 кодов 0xFF, за которой следует код типа информации (0xF1 — текст, 0xF8 — знакогенератор). Далее передаются от 1 до 60000 информационных байтов. Передача завершается кодовой последовательностью 0x08, OxFF, 0xF0. OxFF.
Схема БС представлена на рис. 2. Она состоит из блока управления, трех модулей матрицы по 32x8=256 светодиодов в каждой и трех модулей 32-разрядных сдвиговых регистров. Если в полноразмерном табло на 96x8 светодиодов нет необходимости, число светодиодных матриц и сдвиговых регистров можно уменьшить.
С помощью трансформатора Т1 и диодного моста VD1, установленного на теплоотводе с эффективной поверхностью 50 см2 получают необходимое для питания БС постоянное напряжение 12 В, сглаживающий конденсатор находится внутри блока управления. Сигналами, формируемыми этим блоком, поочередно включаются и выключаются ряды светодиодов. В каждом столбце матрицы катоды восьми светодиодов соединены вместе и через ограничительный резистор подключены к соответствующему выходу сдвигового регистра.
Мной были применены светодиоды L-05R2G531CH1-01, однако подойдут и другие. Следует лишь с учетом их максимального допустимого тока подобрать резисторы R1 — R32 (и аналогичные в других модулях светодиодных матриц). При выборе светодиодов необходимо помнить о таком их параметре, как угол обзора. Желательно, чтобы он был не менее 90 град., а корпус светодиода — матовым (диффузным), иначе текст будет трудно прочитать сбоку. Прозрачный корпус и малый угол обзора (15...30 град.) создают впечатление, что символы в строке при перемещении "подпрыгивают". Это результат неточной юстировки кристалла светодиода относительно его линзы на заводе-изготовителе.
Сформировав последовательный код, определяющий состояние светодиодов первого ряда, блок управления загружает его, сопровождая импульсами синхронизации, в сдвиговый регистр По окончании загрузки аноды светодиодов первого ряда с помощью расположенного в блоке управления электронною ключа на некоторое время соединяются с источником питания — ряд светится в соответствии с загруженным в регистры кодом. Этот процесс повторяется для каждого ряда.
Хотя изображение формируется построчно, при частоте "развертки" около 50 Гц зритель не ощущает мигания. Недостаток состоит лишь в том, что любой светодиод матрицы не может оставаться включенным более 1/8 общего времени, поэтому средняя яркость табло в восемь раз меньше возможной при статическом управлении светодиодами.
Рис.3
Печатная плата матрицы из 32x8 светодиодов изображена на рис. 3. Показана лишь левая (со стороны установки светодиодов) часть платы, правая часть ей зеркально симметрична.
Для подключения рядов и столбцов светодиодов к блоку управления и сдвиговому регистру на плате установлены 12 четырехконтактных штыревых разьемов. Кроме того, по периферии платы имеются дублирующие эти разъемы контактные площадки: слева и справа — соединенные с рядами светодиодов. сверху и снизу — с их столбцами. Это дает возможность удобно соединять между собой несколько светодиодных матриц.
Рис.4
Схема блока управления показана на рис. 4. Его основной элемент — микроконтроллер DD1 (PIC16F628A-I/P), тактовая частота которого задана кварцевым резонатором ZQ1. Емкость конденсаторов С2 и С6 может незначительно отличаться от указанной на схеме. Конфигурэция микроконтроллера выбрана такой, что внешний сигнал начальной установки (MCLR) ему не требуется. При включении питания она производится внутренними средствами микроконтроллера, а сторожевой таймер (WDT) перезапускает программу в случае "зависания".
В памяти микроконтроллера организован образ табло — массив из 96 восьмиразрядных ячеек памяти (это максимальное число светодиодных столбцов). Начиная вывод очередного кадра информации, программа устанавливает высокий логический уровень на входе Е (выводе 6) демультиплексора DD2 (рис. 4), закрывая таким образом транзисторы VJ1 —\ГГ8 и гася все табло. Далее она извлекает из первого байта образа табло нулевой (младший) разряд, выдает его значение на линию порта RB0 и формирует синхронизирующий импульс на линии порта RB3. Эта операция повторяется с нулевыми разрядами всех 96 байтов образа табло. Затем на выходах RAO—RA2 формируется код, соответствующий соединению входа IN микросхемы DD2 с выходом 5. При установке низкого уровня на ее входе 6 уровень напряжения на выходе 5 станет высоким, что откроет соответствующий составной транзистор в микросхеме DD3 и полевой транзистор VT1. Этим будет подано напряжение питания на аноды первого ряда светодиодов.
После необходимой выдержки операция повторяется с первыми разрядами байтов образа табло и вторым рядом его светодиодов, а затем с остальными разрядами (до старшего седьмого) и рядами (до восьмого).
Завершив вывод всего кадра, программа сдвигает образ памяти на один байт, а на освободившееся место записывает информацию о состоянии светодиодов столбца, который должен появиться в правой части табло в следующем кадре. Она будет взята из массива знакогенератора. Исходными данными послужат код выводимого символа и номер очередного столбца его изображения. Этот номер с каждым кадром программа увеличивает на единицу. Достигнув последнего столбца изображения символа, счетчик столбцов обнуляется. Начинается вывод следующего символа сообщения.
Описанную процедуру программа повторяет, пока не будет достигнут конец загруженной из компьютера текстовой строки. После этого ее вывод начинается с начала.
Формирователь на оптроне U1 преобразует уровни сигналов СОМ-порта, поступающих из компьютера через разъем XS1, в ТТЛ-уровни, необходимые для микроконтроллера. Если нет необходимости в гальванической развязке БС и компьютера, от оптрона можно отказаться, заменив его фототранзистор обычным транзистором (например, серии КТ315). В этом случае контакт 5 разъема XS1 соединяют с эмиттером транзистора, а контакт 3 через резистор R1 — с его базой. Этот резистор заменяют другим сопротивлением до 30 кОм.
Микросхема энергонезависимой памяти DSI связана с микроконтроллером по интерфейсу 1С. Микросхему АТ24С512 информационной емкостью 64 Кбайт можно заменить на АТ24С64 в восемь раз меньшей емкости. Поскольку в этом случае максимальная длина выводимой строки уменьшится до 6140 символов, при ее загрузке с помощью программы Stroka29 необходимо в меню "Опции" отметить соответствующий пункт.
По командам микроконтроллера селектор-мультиплексор DD2 (микросхема К561КП2, которую можно заменить на CD4051) и набор транзисторных переключателей с открытым коллектором DD3 (TD62083 или ULN2803AP) формируют на затворах полевых транзисторов VT1—VT8 импульсы, поочередно открывающие эти транзисторы и включающие таким образом ряды светодиодов на табло.
Рис.5
С помощью стабилизатора DA1 получают напряжение 5 В для питания микросхем не только блока управления, но и сдвиговых регистров, построенных по схеме на рис. 5. Микросхемы К561ИР2 в модуле регистров можно заменить на CD4015, а TD62083. как и в блоке управления, на ULN2803AP В крайнем случае вместо микросхем TD62083 подойдут и ULN2004, но их потребуется больше, так как содержат они не по восемь, а только по семь транзисторных переключателей в корпусе.
Рис. 7
Чертежи печатных плат блока управления и сдвигового регистра показаны на рис. 6 и 7 соответственно. Их крепят на стойках к платам светодиодных матриц со стороны, противоположной светодиодам. Табло можно поместить в корпус, изготовленный из отрезка проката профиля ALU-BOX-бОТа из алюминиевого сплава, с прозрачной передней панелью, выполненной из красного органического стекла толщиной 3 мм. Сзади корпус можно закрыть пластиной из листового вспененного поливинилхлорида такой же толщины.
А. БОГДАНОВ, г. Краснодар
Радио, 2010 №12, 2011 №1
