Servaga valgustatud seitsme segmendi kellaekraan: 16 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Seitsme segmendi kuvarid on eksisteerinud juba üle sajandi (https://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display) ja need moodustavad digitaalsete kellade, armatuurlaudade ja paljude muude numbrinäidikute numbrite tuttava kuju. Paljudel juhtudel on need asendatud ekraanidega, kuid tõhususe seisukohast on raske vaielda numbrilise ekraani oleku kodeerimise lühiduse üle ainult 7 bitti teavet (iga segment sisse või välja)

Enamik seitsme segmendi kuvasid on ühevärvilised, nii et see servaga valgustatud versioon lisab visuaalset huvi, kasutades odavate RGB LED-ribade täisvärvivõimalusi, et valgustada ekraani iga numbrit ja isegi iga segmenti (või isegi poolt segmenti) erinevat värvi. Läbipaistvate akrüülisegmentide sisestamine suuremasse akrüülraami võimaldab teil kogu ekraani täielikult näha, mis on selle projekti teine unikaalne aspekt.

- lahtiütlemine ---

See konstruktsioon ühendab kümneid väikseid laserlõigatud akrüülitükke, mis sobivad kokku väga kitsaste tolerantsidega. See kasutab õhukesi (4 mm laiuseid) LED -ribasid, mis tuleb jootma, painutada ja seejärel nende akrüülitükkide vahele pilusse panna. Osade kokkupanemisel peate olema valmis tükid paika suruma, kuigi tundub, et teete rabedale akrüülile pinget. Samuti peate olema valmis need tükid ja LED-ribad eemaldama ja tagasi istuma, kui selgub, et neid * ei saa tegelikult oma kohale sundida. Mingil hetkel kokkupaneku ajal on suur tõenäosus, et peate kõik eemaldama ja oma LED-riba uuesti jootma, kui mõistate, et kõik paika sundides purustas üks juhtmest teie LED-ribast eemale või tekitas lühise.

Kõike seda öeldes on see tänuväärne projekt, kui olete kannatlik ja valmis joondamist ümber töötama, kuni kõik paika loksub.

See üleskirjutus kirjeldab 6-kohalise ekraani ülesehitust. Neljakohalise ekraani ehitamine on natuke lihtsam ja sammud on mõlema jaoks põhimõtteliselt samad, nii et ilmselt on kõige parem alustada nelja segmendi kuvariga, kui te ei tunne end väga kindlalt.

Tarvikud

tarbekaubad-

Vajalikud kogused sõltuvad sellest, kas koostate nelja- või kuuekohalise ekraani.

• 1/8 "paksune lehtpuit laserlõikamiseks
• 1/16 "läbipaistev akrüül laserlõikamiseks
• 1/4 "läbipaistev akrüül laserlõikamiseks
• Õhuke (laiusega 4 mm) SK6812 3535 RGB LED -riba 60 LED/m (nagu see)
• Kleepuv vinüülfoolium *** EI OLE JUHTIV *** (kasutasin seda Cricuti liimfooliumi)
• 26 AWG täisühendusega traat valge isolatsiooniga
• 30 AWG keerdtraat valge isolatsiooniga
• Väike kogus skotti
• 5 või 7 x 12 mm M2 kruvid ja M2 mutrid
• Mikrokontroller, mis on võimeline juhtima LED -riba
• Toiteallikas mikrokontrollerile ja LED -ribale.
• Puiduliim
• JB Weld (vms) liim, millega saab akrüüli puidu külge kinnitada
• 3-4 x M3 kruvi ja M3 mutrit (valikuline, kuid kasulik)

Tööriistad--

• Jootekolb/jootekolb
• Traadi lõikur/eemaldaja
• Laserlõikur (või veebiteenus nagu Ponoko)

Samm: kujundage failid ja laserlõikamine

Laserlõikamiseks on kuus vektorfaili, kolm tükki nelja- või kuuekohalise ehituse jaoks. Laserlõigatud kujundid sobivad täpselt nii, et need sobiksid LED -ide ja kondensaatoritega 60 LED/meeter 3535 suuruses ribas, seega ärge muutke nende suurust enne laserlõikamist.

• Lõika 1/8 ″ puidust SevenSegmentBase4Digits.svg või SevenSegmentBase6Digits.svg
• Lõika EdgeLitSevenSegment4Digits.svg või EdgeLitSevenSegments6Digits.svg 1/4 ″ läbipaistvast akrüüllehest.
• Lõika EgeLitSevenSegmentCover4Digits.svg või EdgeLitSevenSegmentCover6Digits.svg 1/16 ″ läbipaistvast akrüüllehest.

2. samm: lubatud hälbed

Selle projekti tolerantsid on väga kitsad ja segmentidel on sälgud, mis on täpselt üksteisest eemal ja * lihtsalt * piisavalt suured, et hoida akrüülribal olevaid LED -e ja kondensaatoreid (vt pilti).

Kuna LED -ribad on tootjate vahel erinevad, peaksite kontrollima LED -ribade LED -ide ja kondensaatorite vahekaugust ja suurust, et veenduda, et need joonduvad SVG -failis näidatud sälkudega. Saate disaini enne laserlõikamist testida, printides välja segmentide skaalakujutise ja vaadates, kas sälgud joonduvad teie LED -ribaga. Kui teie oma täpselt ei sobi, ei tööta ehitamine. Kui teil on CAD -i kasutamine hea, peaksite saama SVG -faili sälkude vahekaugust oma ribale vastavaks muuta.

Samm: lõigake ja ehitage korpus

Lõika korpuse tükid valitud 1/8 tolli puidust. Ma unustasin selle sammu pildistada, kuid võtan esmalt kaane välis- ja sisetükid (joonistel kujutatud piirjooned) ning kinnitan need puiduliimiga kokku, nii et kõik augud asetsevad üksteise peal. Suurem tükk on kaane välimine osa ja väiksem tükk istub korpuse sees.

Pange tähele, et aukude paigutus ei ole täiesti sümmeetriline ja seega on kaanetükkide orientatsioon oluline. Tükkide joondamisel veenduge, et * KÕIK * augud oleksid ühel joonel. Kinnitage tükid kokku või kasutage avade kaudu M3 kruvisid ja mutreid, et need kuivamise ajal kokku kinnitada.

Pange korpuse korpus kokku, asetades tükid nii, nagu pildil näidatud, kandes servadele liimi ja libistades sobivad pesad ja sakid kokku. Kinnitage või kleepige tükid kokku, kuni puiduliim kuivab.

Samm: lõigake akrüül laseriga

Lõika katteosad 1/16 ″ läbipaistvast akrüüllehest (näidatud piltidel vektorkontuurina).

Lõika kella põhikorpus ja segmendid 1/4 tolli läbipaistvast akrüüllehest. Tükid sisaldavad väga väikseid detaile, seega veenduge, et lõige oleks piisavalt puhas, et tükid eraldades ei puruneks väikesed punnid. Hoidke selle sammu viimasel pildil näidatud tükid akrüülist

Jätkake ja eemaldage * kõik * akrüülitükkidelt kaitsepaber. See võtab natuke aega ja loodetavasti on teil veel mõned küüned alles, kui olete lõpetanud.

Samm: katke kõigi väikeste akrüülisegmentide servad

Akrüülist segmendid ja täpid on väga väikesed ja lasevad palju valgust välja voolata, kui me servi ei maskeeri. Selleks kasutame * MITTEJUHTivat * kleepuvat fooliumi.

Lõikasin fooliumi pikkadeks 1/4 ribadeks vinüüllõikuriga. Kui teil pole vinüüllõikurit, saate 1/4 tolli ribade lõikamiseks kasutada täpset nuga või käärid (vt esimest pilti).

Katke fooliumribadega kõik servad *, välja arvatud see, millel on väikeste segmentide ja täppide sälgud *, nagu on näha teisel pildil. Kõige lihtsam on katta akrüüli servad pika vinüülfooliumitükiga ja siluda see enne liigse maha lõikamist kindla survega.

Lisaks võtke 4 või 6 akrüülruutu (sõltuvalt sellest, kas teil on 4 või 6 kohaline ekraan) ja katke * üks * iga ruudu serv vinüülfooliumribaga, nagu on näha kolmandal pildil.

Samm: kinnitage kate ja peamine akrüülraam

Võtke üks 1/16 "akrüülkatteosadest ja suur 1/4" tükk (esimesel pildil kaetud kaitsva paberiga) ja joondage need nii, et väikesed augud oleksid üksteise kohal. Sisestage igasse auku M2 kruvi nii, et kruvi siseneb läbi katteosa ja väljub 1/4 "akrüülraamist. Keerake kaks akrüülist kokku, nagu allpool näidatud. Pange tähele kahe punkti suunda nende all oleva pilu suhtes. Suunake raam kindlasti kaane peale nii, et kaks punkti jääksid pesast vasakule. Me vaatame ekraani tagakülge allapoole.

Samm: jootke LED -ribad

Lõika LED -ribalt kaks või kolm väiksemat riba (vastavalt nelja- või kuuekohalisele kuvarile), igaüks 28 pikslit (esimene pilt) numbrite valgustamiseks, ja üks või kaks 2 -pikslist segmenti punktide valgustamiseks. Hoidke kindlasti jootmispadjad riba andmesisestuspoolsel küljel. Kärpige riba väljundots kondensaatori lõppu üsna lähedale - pole vaja padjakesi seal hoida - kuna riba mahutamiseks on * lihtsalt * piisavalt ruumi. Püüdke vältida ribade vahele lisamist (tavaliselt iga 30 piksli järel), kuna valgusdioodide täpne vahekaugus on oluline.

Lõigake iga 28 piksliriba jaoks kaks pikkust 26 AWG pidevat haaketraati ja üks 30 AWG keermejuhe, kõik valge isolatsiooniga. Kasutage pikkust umbes 8 tolli. Signaaliks kasutame luhtunud traati ja toiteallikaks ühendamisjuhet.

Kandke riba sisendküljel AINULT signaalpadjale jootet, seejärel eemaldage ja tinake 30 AWG keermega juhtme ots ning jootke see padjale, hoolitsedes selle eest, et 5V või GND read (teine pilt).

Nüüd kandke jootet 5V ja GND padjadele, mille äsja puhastasite LED -riba * BACK * küljel, eemaldage ja tinage 26 AWG juhtme otsad, seejärel jootke need toiteplokkide külge. Keerake juhtmed ettevaatlikult ülespoole, kuni 90 -kraadise nurga all, jootmisjoone kohal. Juhtmed peaksid välja nägema nagu kolmandal pildil.

Kuna mõlemad toitejuhtmed on valged, märkige otsad teravaga, et saaksite neid hiljem eristada, nagu on näidatud viimasel pildil.

Enne juhtme paigutamist ekraani raami sisse on hea katsetada ühendusi. Veenduge, et kõik valgusdioodid süttiksid ja lühiseid poleks. Järgmine samm on akrüülitükkide ja LED -ribade kokkupanek ekraanil olevate numbrite jaoks. Kordame sama protsessi iga numbri paari jaoks.

8. samm: kinnitage LED -riba ja segmendid numbrite jaoks akrüülraami

Nüüd hakkame raami lisama LED -riba ja akrüülist segmenti. Alustame riba keskelt ja liigume väljapoole, kusjuures iga riba pool järgib esimesel pildil näidatud rada.

Võtke 28 piksliga LED -riba ja pesake see raami, nagu näidatud, nii et toitejuhtmed mahuksid numbrite vahel rippuvasse pilusse ja iga numbri jaoks on saadaval 14 LED -i. Signaalijuhet sisaldava LED -riba sisendots peaks jääma kahest numbrist kõige paremasse (meie praegusest vaatest). Kinnitame selle LED -riba iga seitsme segmendi ekraani ümbermõõdule. Eemaldage paber, kui te lähete, riba keskelt eemale, kuid kleepige ainult väike osa ribast korraga, sest tõenäoliselt peate selle osad perioodiliselt eemaldama ja uuesti istuma, et veenduda, et segmendi tükid sobivad korralikult.

Koguge üks number korraga, alustades kahest numbrist parempoolsemast (see, mis sisaldab signaali sisendkaablit). Iga seitsmest numbrist koosnevast väikesest segmendist vastab ribal olevale kahele LED -ile. Kleepige vaheldumisi kaks LED -riba pikslit alla, seejärel lisage üks segment. Asetage kõik väikesed segmendid söövitatud külg ülespoole. Servavalgustusefektid näevad palju paremad välja, kui valgustatud akrüüli tagaküljel on söövitus. Kui te pole kindel, milline külg on söövitatud, kriimustage mõlemat külge küünega ja peaksite tundma söövitatud külje sooni.

Asetage segmendid liikudes raami. On oluline, et kõik sobiks tihedalt kokku, nii et iga kord, kui osa akrüülribast alla kleepite, vajutage segment riba peal oma kohale ja veenduge, et segmendid sobiksid hästi numbri ümbermõõduga. Väikesest pintsetist on abi, kui peate LED-riba maha võtma ja uuesti istuma.

Kui kolm esimest segmenti on paigas, asetage akrüülruut numbri alumise silmuse keskele. Kasutage akrüülruutu, mille ühe serva katab vinüülfoolium. Foolium peaks asuma ruudu servas, mis on kõige lähemal numbri keskele. Ruutu on kõige lihtsam paigutada, asetades selle ülemisse "silmusesse" ja libistades seda allapoole, kuni see jääb segmentide vahele.

Jätkake ülejäänud LED -riba kinnitamist numbri ümbermõõdule, nagu näidatud, kuid oodake, kuni sisestate akrüülist segmendi tükid. Lõpuni jõudes kleepige LED -riba kaks viimast pikslit ruudu ülemist serva katva vinüülfooliumi kohale. Selle ribaosa viimane jootmispatjade komplekt kattub riba eelmise osa jootmispatjadega (vt allolevat pilti). Enne selle alla kleepimist on oluline asetada riba kahe osa vahele * väga õhuke * isolatsioonitükk. Lõikasin pisikese tüki skotti ja kleepisin selle ribade otsas olevate patjade alla.

Lisage viimased akrüülist segmendi tükid. Riba lõppu jõudes olge nende paigutamisel väga ettevaatlik, et te ei eemaldaks riba otsa kinnitatud signaaltraati. (Ma tegin seda ja pidin eemaldama kõik tükid ja LED -riba ning alustama otsast. See pole maailma lõpp, kuid see on valus) Veenduge, et signaalijuhe ulatub numbrist välja, nagu on näidatud viimasel pildil.

Libistage viimane ruut numbri ülemises osas oma kohale. Sellel ruudul pole vinüülfooliumi peal. Sobivus saab olema üsna tihe. Lihtsaim viis ruudu paigutamiseks on lükata ruudu alumine osa oma kohale ja avaldada ruudu ülaosas pilu all kerget kuni mõõdukat survet (te ei peaks higistama). Vertikaalsed kanalid juhtmete numbrite vahel muudavad numbri alumise osa pisut paindlikumaks kui ülemine. Peate kasutama oma otsust, kui kõvasti saate tüki paika suruda, kui see kergesti sisse ei lähe.

9. samm: suunake signaalijuhe

Kui kõik akrüüldetailid on paigas, juhime 30 AWG signaaltraadi ettevaatlikult läbi väikese kanali tükkide vahel, nagu allpool näidatud, ja suuname selle toitejuhtmeid sisaldavasse kanalisse. Kasutasin seda pintsettidega õrnalt kanalisse ja teipisin juhtmed maalriteibiga alla, et need teiste numbrite kokkupanemisel välja ei hüppaks.

Samm: korrake kõigi numbrite jaoks ja testige

Väsinud veel? Peame veel tükid vasakus numbris kokku panema. Protsess on sama, mille me just lõpetasime, kuid see on pisut lihtsam, sest (1) sellel küljel pole signaaltraati ja (2) kui lõikate LED -riba otsa kondensaatori lähedale, ei selle numbri jootmispadjad kattuvad (kui nad mingil põhjusel seda teevad, asetage nende vahele kindlasti väga õhuke isoleermaterjal). Kui paigutate tükid vasaku numbri jaoks, käivitage kindlasti LED -riba parema numbri peegelpildi mustris, nagu on näidatud tee pildil siniste nooltega punktis 8.

Kui mõlemad numbrid on täielikult paigas, ühendage toitesignaal ja maandusjuhtmed teie valitud mikrokontrolleriga ning käivitage testprogramm, et veenduda, kas LED -riba töötab korralikult. Kõik toimis minu jaoks umbes 50% ajast. Kõige tavalisemad probleemid tulenes juhtme lahtiühendamisest või teise jootmispadjaga kokkupuutest.

Kui kõik tundub hea, siis järgmine samm on LED -riba ja akrüülisegmentide sisestamine ekraani teistesse numbritesse, järgides täpselt sama protsessi. Kontrollige iga numbrikomplekti, kui need on tehtud.

Samm: kinnitage punktide jaoks LED -riba ja akrüül

Järgmisena kasutame ekraanil olevate punktide valgustamiseks ainult kahte pikslit sisaldavat LED -riba lühikesi segmente. Sõltuvalt sellest, kas ehitate nelja- või kuuekohalist ekraani, on üks või kaks paari punkte. Punkte on oluliselt lihtsam paigaldada kui numbreid.

Lõigake kolm 26 AWG haaketraadi pikkust ja jootke need LED -riba 2 piksli pikkuse sisendotsani. Märkige kindlasti iga juhtme otsad nii, et teate, mis on 5 V, signaal ja GND. Ma kasutasin punast, sinist ja musta teravat värvi, et värvida osa juhtmest osa isolatsioonist. Eemaldage LED -ribalt kleepuv alus ja sisestage ja kleepige LED -riba pesa tagaseina külge nii, et juhtmed ripuvad vertikaalse kanali all ja väljuvad raami põhjast.

Leidke raamile sobivad väikesed akrüültäpid. Katke nende ümbermõõt vinüülfooliumiga, täpselt nagu segmentide puhul. Asetage need oma individuaalsetesse ruumidesse söövitatud külg ülespoole ja LED -riba LED ja kondensaator asetatakse vastavatesse sälgudesse.

Kui kõik punktid ja numbrid on täidetud, peaks teie ekraan välja nägema nagu viimane pilt.

Samm: katke ja kinnitage ekraan

Kui kõik numbrid ja punktid on kokku pandud ja kõik LED -ribad testitud, asetame nende peale teise õhukese akrüülkatte. Keerake mutrid M2 kruvidelt maha, jättes kruvid oma kohale, ja eemaldage ettevaatlikult kõik teibid, mis hoiavad juhtmeid paigal. Langetage ülemine selge akrüülkate ettevaatlikult raami kohale, lükates kruvid läbi kaane aukude ja hoolitsedes selle eest, et kõik juhtmed jääksid oma kanalite piiresse. Kui kõik on õiges kohas, keerake ja keerake mutrid kindlalt kinni.

Samm: kinnitage korpus

Nüüd kinnitame ekraani korpuse kaane külge. Asetage kaas ekraani kõrvale nii, et juhtmed oleksid joondatud kaane aukudega. Kaas EI OLE sümmeetriline, kuna punktide juhtmed ei asu numbrite vahel, nii et on ainult üks suund, kus joondamine on täiuslik.

Lükake iga juhtmekomplekti ots ülevalt vastavatest kaaneaukudest ja seejärel liigutage ekraani ettevaatlikult kaane poole, nii et akrüülist sakid mahuksid kaane ristkülikukujulistesse piludesse. Tõenäoliselt saavutate selle väikese sammuga. Asetage iga traadi otsad läbi aukude ja libistage kaas ettevaatlikult mööda juhtmeid, võttes vaheldumisi igas juhtmegrupis lõtku. Olge väga ettevaatlik, et mitte tõmmata ühest juhtmest liiga kõvasti. Kogemustest rääkides on juhtme lahtiühendamine praegusel hetkel tõsine probleem. Tõmmake sakid õrnalt piludesse. Sobivus ei ole eriti tihe, nii et kui kõik elektroonika on ühendatud ja testitud, soovite sakid liimida piludesse (kasutades JB Weldi või sarnast liimi, mis sobib nii akrüülile kui ka puidule).

Keerasin paar kummipaela ümber ekraani ja korpuse kaane, et need oleksid juhtmetega töötades tihedalt koos. Ülaltoodud pildil olen jootnud kokku kõik 5 toitejuhet ühes rühmas ja kõik 5 maandusjuhet teises rühmas ning ühendanud iga grupi ühe sisendjuhtmega, seejärel katnud kõik jootmisühendused rohke kokkutõmbetoruga.

14. samm: mikrokontrolleri (või kahe) kinnitamine

Kontrolleri ühendamiseks ekraaniga on palju erinevaid viise. Juhtmeid saate joota otse oma kontrolleri külge, kuid eelistan juhtmete külge ühendada pistikud, jättes paindlikkuse mikrokontrollerite vahetamiseks. Kombineerisin kõik toitejuhtmed ja kõik maandusjuhtmed kokku ning jootsin kõik 5 signaalijuhet ühte 5 -päisesesse pistikupessa.

Proovisin mitut erinevat servaga valgustatud seitsme segmendi ekraaniga kontrollerit. Mulle meeldib CircuitPythonis LED -ribade prototüüpimise kood, sest midagi on kiire ja lihtne tööle panna. Kontrollimiseks on palju piksleid, nii et valisin Adafruit Itsy Bitsy M4 Expressi, mis põhineb ATSAMD51 plaadil ja on piisavalt kiire ja võimas, et juhtida 6-kohalise kella 88 RGB LED-i, kuid piisavalt väike, et see sobiks hõlpsasti korpuses. Itsy-Bitsy M4 Express töötas hästi, kuid tahtsin ka IoT-ühendust, nii et proovisin käivitada kuvari koodi ESP32 tahvlil. Mul oli probleeme riba värvide kontrollimisega Interneti -ühenduse ajal - sarnaselt sellele probleemile: https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel/issues/139. Parim lahendus oli juhtida LED -ribasid Itsy Bitsy tahvlilt ja kasutada ESP8266 (Lolin D1 Mini Pro), et perioodiliselt internetist õige aeg kätte saada ja see jadaühenduse kaudu Itsy Bitsyle saata.

Diagramm näitab 6-kohalise ekraani juhtmestikku. Selle kohandamiseks neljakohalise ekraani jaoks jätke lihtsalt punktid "Dot Strip 2" ja "Num Strip 3" välja. Kuna sidepidamine Lolin D1 Mini ja Itsy Bitsy vahel on ühesuunaline, on Lolin TX vaja ühendada ainult Itsy Bitsy RX-iga. Kasutasin mikro-USB-katkestusplaati, et saada 5V toite sisend mikro-USB-kaabli kaudu.

Samm: ekraani kodeerimine

Ekraan on kodeeritud kellana, kuid sellel on palju täiendavaid funktsioone. See võib olla loendur, temperatuurinäidik, sotsiaalmeedia jälgijate arvu kuvamine või põhimõtteliselt mis tahes mõõdiku kuvamine, mida saab esitada numbritega.

Arduino kood

Programmeerisin Lolin D1 Mini Pro Arduino IDE abil. Lisatud ".ino" failis olev kood loob Interneti -ühenduse ja kasutab õige aja saamiseks "NTPClient" raamatukogu (saadaval Arduino raamatukoguhalduri kaudu). NTPClient objekt loeb aega NTP -serverist iga 10 minuti järel. See vormindab ja saadab jadapordile ajastringi iga 10 sekundi järel.

CircuitPython kood

Circuit Pythoni kood lisatud failis ".py", mis töötab Itsy Bitsy'is, küsitleb jadaporti, et lugeda ESP8266 -lt saadetud aja stringe. See määrab iga uue ajastringi abil uue baasaja, seejärel jälgib praegust aega, kasutades ajakogu monotoonilist () funktsiooni.

Kood kasutab teeki adafruit_fancyled, et valida HSV -vormingus värvid ja rakendada enne nende kuvamist gammakorrektsioon. Numbrite värv areneb 60-sekundilise tsükli jooksul, mis algab iga minuti alguses. Segmentide indeksid, mis on vajalikud LED -idel mis tahes arvu kuvamiseks, salvestatakse bittidena massiivi digitSegments ja pakitakse lahti funktsioonis drawStripDigit.

16. samm: vau

Kui olete nii kaugele jõudnud, on see teile hea! Loodan, et teile meeldib see projekt. See oli palju tööd, kuid üsna rahuldust pakkuv.