Приключения в изграждането на потребителски Raspberry Pi LED дисплей

Източник:  makezine.com

Автор:  

Превод: Т. Б.

finalLED

 

По време на лятото миналата година, имах възможността да посетя и разгледам района на University of California в San Diego. Сред многото ефектни Арт инсталации и архитектурни чудеса на територията на университета, имаше една която не мога да забравя. В централната сграда на университета, the Price Center, е изграден „стенопис от часовници“ върху огромните стени на сградата. Най-интересното обаче, бяха LED дисплеите с движещите се знаци, които прекъсваха „стенописа“ на половината стена. Седейки на диван срещу тях, аз неуспях да сваля поглед от тях и да престана да чета новините придвижващи се по тях. И тогава осъзнах, че трябва да имам един такъв.

Скоро разбрах, че да тръгна по традиционният път и да си купя такъв – просто не беше вариант. Затова реших да намаля разходите като си направя сам такъв.

2014-02-27-23-55-20

 

ДИЗАЙН

Още от самото начало знаех, че исках относително дълъг дисплей, затова при проектирането на схемата трябваше тя да бъде на модулен принцип и разширяема. Вместо да приема посока ориентирана към дизайна, реших пърно да си изясня на етап идея в главата си, как всичко ще работи. Разполагах с набор от двуцветни LED матрици 100 8×8 от eBay, и моето приключение започна.

КОНСТРУКЦИЯ

Схемата беше елементарна, чрез използването на преместващи регистри, за да управляват както колоните, така и редовете по мултиплексен начин, такъв че само един ред в даден момент от времето да бъде засветнат, необходими са единствено три сигнални линии за управлението на дисплея. Бях наивен и затова се осмелих да осъществя ръчно опроводяване на всеки единичен модул от системата на дисплея върху развойна платка-на дупки. Към краят на първият прототип знаех, че това е почти невъзможна задача, тъй като трябваше да създам най-малко десет броя от тези модули, а първият готов е показан на снимката отдолу след месец работа.

2013-07-27-20-47-04

 

Осъзнавайки това, започнах да създавам цифров дизайн на схемата, който след това можех да ецна ръчно. Първата част на тази нова сага, беше бе необходимо някак да разпробия дупки в печатната платка PCB. Без достъп до подходяща настолна бормашина, реших да си направя собствена такава. Намерих си мотор и драйвер за него от eBay, както и стойка. След което създадох следната изпровизация, за да разпробия хиляди дупки намиращи се върху всеки един от модулите.

2013-08-15-21-06-33

 

С използването на „тонер трансфер метода“, за да ецна печатните платки, аз можех да избегна опроводяването на половината от проводниците, които трябваше да направя ръчно. Реших да използва едностранна печатна платка, заради достъпната цена за ецване, трябваше да свържа на ръка голяма част от проводниците. Макар и досадно, това отне само седмица, в сравнение с това което би отнело като време за опроводяване на ръка. Това е подобрение.

2014-01-19-17-17-462014-01-19-17-18-21

 

След завършването на първият ръчно ецнат модул, че това е едва леко подобрение на ръчния вариант за опроводяване от гледна точка на бързина и труд. Но почуствах, че нямам избор заради високите цени на производителите на печатни платки. В този момент бях готов да заменя бавното Arduino, което захранваше прототипите до този момент с Raspberry Pi. Най-високата скорост на Raspberry Pi ми позволи да обновявам дисплея с честота от 60Hz докато изплювам по 243 байта на ред. Свързването на Raspberry Pi към дисплея беше толкова елементарно, колкото това да се вземе SPI изхода и да се свърже чрез проводници към дисплея. Целият код е достъпен в моя GitHub. Идеята ми беше да има само един кабел, който отива до целия ми дисплей, затова сложих RaspberryPi платката върху USB Wi-Fi модул и я захраних с 5V DC източник, който също така управляваше и дисплея. Обаче скоро след като всичко беше включено и работеше, настъпи бедствието. Поради причини, които аз не си спомням реших да направя захранващите входове 5V & 12V с еднакви жакове. Бързо разбрах, че Raspberry Pi не може да оцелее на 12V волта, нито USB входа или преместващите регистри на дисплея.

На този етап, знаех че не мога реално да произведа други десет дисплея, при които отново трябваше да ецна и опроводя всяка от платките. Просто щеше да отнеме твърде много време. За щастие, след инцидента попаднах на доста евтин производител на печатн платки, което и ми позволи да завърша дисплея. Беше направен бърза преработка на дизайна, за да отговаря на изистванията на производителя на PCB. Окончателният дизайн е показан отдолу.

screenshot-17

2014-02-18-15-35-46

 

С тези платки аз можех да запоя и да създам десет напълно функциониращи модула за две седмици.

ЗАВЪРШВАНЕ

От началото знаех, че искам да монтирам дисплея в някаква дървена рамка на стената. Както и с моята печатна платка, започнах да правя рамката от някакво балса дърво. Модулите бяха направени по такъв начин, че да можете лесно да ги премахнете ако е необходимо без напълно да унищожавате рамката.

2014-03-06-21-27-092014-03-06-21-28-52

РАЗМИСЛИ

Най-големият урок, който научих от този проект е да избягвате ецването на ръка за печатни платки с голям мащаб. Ецването на ръка е страхотен инструмент за бързо изготвяне на прототипи, но щом минете отвъд този етап, нищо не неможе да замени професионално изготвените печатни платки. В края, аз похарчих повече от колкото исках, но изненадващо непохарчих толкова много, колкото да си купя един готов дисплей. Може би щях да спестя много пари, ако бях започнал още от самото начало по този начин, но как това би било забавно? Схемите и кода, за визуализиране на новини се намират на моята GitHub страница-линка е отгоре.

2014-03-06-21-50-05