Edge-osvetljen sedem segmentni prikaz ure: 16 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Sedem segmentnih zaslonov obstaja že več kot stoletje (https://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display) in tvorijo znano obliko številk v digitalnih urah, na instrumentnih ploščah in v številnih drugih numeričnih zaslonih. V mnogih primerih so jih zamenjali zasloni, vendar je z vidika učinkovitosti težko trditi o kratkosti kodiranja stanja numeričnega prikaza v samo 7 bitih informacij (vsak segment vklopljen ali izklopljen)

Večina sedemsegmentnih zaslonov je enobarvnih, zato ta osvetljena različica dodaja vizualno zanimanje z uporabo barvnih zmogljivosti poceni RGB LED trakov za osvetlitev vsake številke in celo vsakega segmenta (ali celo polsegmenta) zaslona v drugi barvi. Vdelava prozornih akrilnih segmentov v večji akrilni okvir vam omogoča, da v celoti vidite celoten zaslon, kar je še en edinstven vidik tega projekta.

-- Izjava o omejitvi odgovornosti ---

Ta konstrukcija združuje majhne desetine majhnih lasersko izrezanih akrilnih kosov, ki se prilegajo skupaj z zelo majhnimi tolerancami. Uporablja tanke (4 mm široke) LED trakove, ki jih je treba spajkati, upogniti in nato vstaviti med te akrilne kose. Pri sestavljanju delov morate biti pripravljeni, da se kosi postavijo na svoje mesto, čeprav se vam zdi, da obremenjujete krhki akril. Prav tako morate biti pripravljeni odstraniti in ponovno namestiti omenjene kose in LED trakove, ko se izkaže, da jih * ni mogoče * dejansko namestiti. Med montažo obstaja velika verjetnost, da boste morali odstraniti vse in ponovno spajkati LED trak, ko boste ugotovili, da je vsiljevanje vsega na svoje mesto zlomilo eno od žic stran od vašega LED traku ali ustvarilo kratek stik.

Ob vsem navedenem je to koristen projekt, če ste potrpežljivi in pripravljeni predelavo uskladiti, dokler vse ne pristane na svoje mesto.

Ta zapis opisuje izdelavo 6-mestnega zaslona. Zgraditi 4-mestni zaslon je nekoliko lažje, koraki pa so v bistvu enaki za oba, zato je verjetno najbolje, da začnete s 4-segmentnim zaslonom, razen če ste zelo samozavestni.

Zaloge

Potrošni material-

Potrebne količine so odvisne od tega, ali izdelujete 4-mestni ali 6-mestni zaslon.

• 1/8 -palčni debel les za lasersko rezanje
• 1/16 ″ prozorni akril za lasersko rezanje
• 1/4 ″ prozoren akril za lasersko rezanje
• Suh (4 mm širok) SK6812 3535 RGB LED trak s 60 LED/m (kot ta)
• Lepilna vinilna folija ***, ki ni prevodna *** (uporabil sem to lepilno folijo Cricut)
• 26 AWG trdna priključna žica z belo izolacijo
• 30 AWG žica z belo izolacijo
• Majhna količina škotskega traku
• 5 ali 7 x 12 mm vijaki M2 in matice M2
• Mikrokontroler, ki lahko nadzoruje LED trak
• Napajanje za mikrokontroler in LED trak.
• Lepilo za les
• JB Weld (ali podobno) lepilo, ki lahko pritrdi akril na les
• 3-4 x vijaki M3 in matice M3 (neobvezno, vendar uporabno)

Orodja-

• Spajkalnik/spajkalnik
• Rezalnik/odstranjevalec žice
• Laserski rezalnik (ali spletna storitev, kot je Ponoko)

1. korak: Oblikovanje datotek in lasersko rezanje

Obstaja šest vektorskih datotek za lasersko rezanje, tri za 4-mestno ali 6-mestno izdelavo. Oblike laserskega rezanja so velikosti, ki ustrezajo LED in kondenzatorjem v traku velikosti 60 LED/meter 3535, zato jih ne spreminjajte pred laserskim rezanjem.

• Izrežite SevenSegmentBase4Digits.svg ali SevenSegmentBase6Digits.svg iz lesa 1/8 ″
• Izrežite EdgeLitSevenSegment4Digits.svg ali EdgeLitSevenSegments6Digits.svg iz 1/4 "prozornega akrilnega lista.
• Izrežite EgeLitSevenSegmentCover4Digits.svg ali EdgeLitSevenSegmentCover6Digits.svg iz 1/16 "prozornega akrilnega lista.

2. korak: Tolerance

Odstopanja za ta projekt so zelo majhna, segmenti pa imajo zareze, ki so natančno razporejene in * le * dovolj velike, da zadržijo LED in kondenzatorje na akrilnem traku (glej sliko).

Ker se LED trakovi med proizvajalci razlikujejo, boste želeli preveriti razmik in velikost LED in kondenzatorjev na LED traku, da se prepričate, da se ujemajo z zarezami, ki so prikazane v datoteki SVG. Zasnovo lahko preizkusite pred laserskim rezanjem, tako da natisnete obsežno sliko segmentov in preverite, ali se zareze poravnajo z vašim LED trakom. Če vaš ne ustreza popolnoma, gradnja ne bo delovala. Če ste dobri s CAD -om, bi morali spremeniti razmik zarez v datoteki SVG, da se ujema z vašim trakom.

3. korak: Izrežite in zgradite ohišje

Kose ohišja izrežite iz 1/8 ″ lesa po vaši izbiri. Pozabil sem fotografirati ta korak, vendar najprej vzamem zunanji in notranji del pokrova (obrisi so prikazani na slikah) in jih povežemo z lepilom za les, tako da se vse luknje poravnajo med seboj. Večji kos je zunanji del pokrova, manjši kos pa bo v notranjosti ohišja.

Upoštevajte, da namestitev lukenj ni popolnoma simetrična, zato je orientacija pokrovov pomembna. Ko poravnate kose, se prepričajte, da so * VSE * luknje poravnane. Pritrdite kose skupaj ali uporabite vijake in matice M3 skozi luknje, da jih pritrdite skupaj, medtem ko se posušijo.

Sestavite ohišje ohišja tako, da položite kose, kot je prikazano na sliki, na lepilo nanesete robove in združite ustrezne reže in jezičke skupaj. Kose lepite ali lepite, dokler se lepilo za les ne posuši.

4. korak: Lasersko rezanje akrila

Izrežite platnice iz čistega akrilnega lista 1/16 ″ (prikazano kot vektorski obris na slikah).

Telo in segmente glavne ure izrežite iz 1/4 ″ prozornega akrilnega lista. Kosi vsebujejo zelo majhne podrobnosti, zato poskrbite, da bo rez dovolj čist, da se majhne izbokline ne lomijo, ko ločite kose. Kose akrila naj bodo prikazani na zadnji sliki iz tega koraka

Odlepite zaščitni papir z vseh * akrilnih kosov. To vam bo vzelo nekaj časa in upamo, da vam bo, ko končate, ostalo še nekaj nohtov.

5. korak: Pokrijte robove vseh majhnih akrilnih segmentov

Akrilni segmenti in pike so zelo majhni in bodo omogočili iztekanje veliko svetlobe, če ne prikrijemo robov. Za to bomo uporabili lepilno folijo * NON CONDUKTIVE *.

Z rezalnikom za vinil sem folijo razrezal na dolge 1/4 ″ trakove. Če nimate rezalnika za vinil, lahko z natančnim nožem ali škarjami izrežete 1/4 ″ palčne trakove (glejte prvo sliko).

Uporabite trakove folije, da pokrijete vse robove *, razen tistega z zarezami * majhnih segmentov in pik, kot je prikazano na drugi sliki. Robove akrila je najlažje prekriti z dolgim kosom vinilne folije in ga z močnim pritiskom zgladiti, preden odrežemo presežek.

Poleg tega vzemite 4 ali 6 akrilnih kvadratov (odvisno od tega, ali imate 4 ali 6 -mestni zaslon) in pokrijte * en * rob vsakega kvadrata s trakom iz vinilne folije, kot je prikazano na tretji sliki.

Korak 6: Pritrdite pokrov in glavni akrilni okvir

Vzemite enega od 1/16 ″ akrilnih pokrivnih kosov in velikega 1/4 ″ kosa (prikazano na prvi sliki prekrito z zaščitnim papirjem) in jih poravnajte tako, da bodo majhne luknje ena na drugi. V vsako luknjo vstavite vijak M2, tako da vijak vstopi skozi pokrov in izstopi iz 1/4 ″ akrilnega okvirja. Dva akrilna kosa privijte skupaj, kot je prikazano spodaj. Upoštevajte orientacijo dveh pik glede na režo pod njima. Okvir usmerite na vrh pokrova tako, da sta dve piki levo od reže. Gledamo navzdol na zadnjo stran zaslona.

7. korak: Spajkajte LED trakove

Iz LED traku izrežite dva ali tri manjše trakove (za 4 ali 6 -mestne zaslone) po 28 slikovnih pik (prva slika) za osvetlitev števk in enega ali dva segmenta po 2 slikovnih pik za osvetlitev pik. Spajkalne blazinice hranite na strani za vnos podatkov na traku. Odrežite izhodni konec traku precej blizu končnega kondenzatorja - tam ni treba držati blazinic - ker je * le * dovolj prostora, da se trak prilega. Poskusite se izogniti vključitvi spojev (ki se običajno pojavijo vsakih 30 slikovnih pik) v trak, saj je natančen razmik med LED diodami pomemben.

Za vsak trak 28 slikovnih pik izrežite dve dolžini 26 AWG trdne priključne žice in eno dolžino 30 AWG navezane žice, vse z belo izolacijo. Uporabite dolžine približno 8 palcev. Za signal bomo uporabili nasedlo žico, za napajanje pa priključno žico.

Na vhodno stran traku nanesite SAMO na signalno ploščo, nato odstranite in kosite konico namotane žice 30 AWG in jo spajkajte na blazinico, pri tem pazite, da ne bi prišli do potezajočih pramenov na 5V oz. Črte GND (druga slika).

Zdaj nanesite spajkanje na 5V in GND blazinice, ki ste jih pravkar očistili na strani * BACK * LED traku, odstranite in kosite konice žic 26 AWG, nato jih spajkajte na napajalne ploščice. Previdno upognite žice navzgor pod kotom 90 stopinj tik mimo spajkalnega spoja. Žice bi morale izgledati kot tiste na tretji sliki.

Ker sta obe napajalni žici beli, označite konce z ostrino, da ju boste kasneje lahko ločili, kot je prikazano na zadnji sliki.

Preden postavite žico v okvir zaslona, je dobro preizkusiti povezave. Prepričajte se, da svetijo svetleče diode in da ni kratkih stikov. Naslednji korak je sestavljanje akrilnih kosov in LED trakov za števke na zaslonu. Isti postopek bomo ponovili za vsak par števk.

Korak 8: Vstavite LED trak in segmente za števke v akrilni okvir

Zdaj bomo začeli dodajati LED trak in kose akrilnega segmenta v okvir. Začeli bomo od sredine traku in delali navzven z vsako polovico traku po poti, prikazani na prvi sliki.

Vzemite 28 -slikovno piko LED strp in jo vstavite v okvir, kot je prikazano, tako da se napajalne žice prilegajo v režo, ki visi med številkami, za vsako številko pa je na voljo 14 LED. Vhodni konec LED traku, ki vsebuje signalno žico, bi moral iti znotraj skrajne desne (iz našega trenutnega pogleda) dveh števk. Ta LED trak bomo pritrdili po obodu vsakega sedem segmentnega zaslona. Papir odlepite s sredine traku, vendar le prilepite majhen del traku naenkrat, ker ga boste verjetno morali občasno odstraniti in znova namestiti, da se prepričate, da se kosi segmenta pravilno prilegajo.

Sestavite eno številko naenkrat, začenši s skrajno desno od dveh številk (tisto, ki vsebuje žico za vhod signala). Vsak od sedmih majhnih segmentov v števki ustreza dvema LED diodama na traku. Nadomestno pritrdite dva piksla LED traku in nato dodajte en segment. Vse majhne segmente postavite z jedkano stranjo navzgor. Svetlobni učinki robov izgledajo veliko bolje, če je na zadnji strani osvetljenega akrila ekstruzija. Če niste prepričani, katera stran je jedkana, opraskajte obe strani z nohtom in občutiti morate utore na jedkani strani.

Segmente vstavite v okvir, ko greste. Pomembno je, da se vse tesno prilega, zato vsakič, ko zlepite del akrilnega traku, pritisnite segment na mesto na vrhu traku in se prepričajte, da se segmenti dobro prilegajo obodu števke. Majhna pinceta je v pomoč, če morate LED trak dvigniti in ponovno namestiti.

Ko so prvi trije segmenti nameščeni, postavite akrilni kvadrat na sredino spodnje "zanke" števke. Uporabite akrilni kvadrat, ki ima na enem robu vinilno folijo. Folija mora biti na robu kvadrata, ki je najbližje sredini števke. Kvadrat je najlažje postaviti tako, da ga postavite v zgornjo "zanko" in ga potisnete navzdol, dokler ne počiva med odseki.

Preostanek LED traku pritrdite po obodu števke, kot je prikazano, vendar počakajte, da vstavite kose akrilnega segmenta. Ko pridete do konca, zadnja dva piksla LED traku prilepite na vinilno folijo, ki pokriva zgornji rob kvadrata. Zadnji komplet spajkalnih blazinic na tem delu traku se prekriva s spajkalnimi blazinicami na prejšnjem delu traku (glej sliko spodaj). Preden ga zlepite, je pomembno, da med dva dela traku položite * zelo tanek * kos izolacije. Odrezala sem majhen kos škotskega traku in ga prilepila na spodnjo stran blazinic na koncu traku.

Dodajte zadnje kose akrilnega segmenta. Ko pridete do konca traku, bodite zelo previdni, ko jih položite, da ne odstranite signalne žice, pritrjene na konec traku. (To sem naredil in moral sem odstraniti vse kose in LED trak ter začeti znova. Ni konec sveta, je pa bolečina) Prepričajte se, da signalna žica sega iz števke, kot je prikazano na zadnji sliki.

Zadnji kvadrat potisnite na mesto v zgornjem delu števke. Na tem kvadratu ni vinilne folije. Prileganje bo precej tesno. Najlažji način za postavitev kvadrata je, da najprej potisnete spodnji del kvadrata na mesto in z rahlim do zmernim pritiskom (ne smete se znojiti) navzdol med rezanjem na vrhu kvadrata. Zaradi navpičnih kanalov med številkami za žice je spodnji del števke nekoliko bolj prilagodljiv kot zgornji. Morali boste uporabiti svojo presojo o tem, kako močno lahko kos potisnete na svoje mesto, če ne gre zlahka.

9. korak: napeljite signalno žico

Ko so vsi akrilni kosi na svojem mestu, bomo signalno žico 30 AWG previdno speljali skozi majhen kanal med kosi, kot je prikazano spodaj, nato pa jo napeljali v kanal, ki vsebuje napajalne žice. Uporabil sem ga s pinceto, da sem ga nežno potisnil v kanal, in žice zalepil s slikarskim trakom, da ne bi izskočile med sestavljanjem drugih številk.

10. korak: Ponovite za vse številke in preizkusite

Ste že utrujeni? Kose moramo še sestaviti v levo številko. Postopek je enak tistemu, ki smo ga pravkar zaključili, vendar je nekoliko lažji, ker (1) na tej strani ni signalne žice in (2) če ste konec LED traku obrezali blizu kondenzatorja, ne spajkalne blazinice v tej številki se bodo prekrivale (če se iz nekega razloga zgodijo, mednje obvezno položite zelo tanek izolacijski material). Ko postavite kose za levo števko, vodite LED trak v vzorcu zrcalne slike desne številke, kot je prikazano na sliki poti z modrimi puščicami v 8. koraku.

Ko sta obe števki popolnoma na svojem mestu, priključite napajalni signal in ozemljitvene žice na mikro krmilnik po vaši izbiri in zaženite preskusni program, da se prepričate, ali LED trak deluje pravilno. Pri meni je približno 50% časa prvič vse delovalo. Najpogostejše težave so bile posledica odklopa žice ali potiskanja v stik z drugo spajkalno blazinico.

Če je vse v redu, je naslednji korak vstavljanje LED traku in akrilnih segmentov v druge številke na zaslonu, po ponovnem popolnoma enakem postopku. Ko končate, preverite vsak niz števk.

Korak: Vstavite LED trak in akril za pike

Nato bomo za osvetlitev pik na zaslonu uporabili kratke odseke LED traku, ki vsebujeta le dve slikovni piki. Na voljo bo en ali dva para pik, odvisno od tega, ali izdelujete 4 ali 6 -mestni zaslon. Točke so bistveno lažje namestiti kot števke.

Odrežite tri dolžine priključne žice 26 AWG in jih spajkajte na vhodni konec 2 -slikovne pike LED traku. Konce vsake žice označite tako, da veste, katera je 5V, signal in GND. Za barvanje dela izolacije na vsaki žici sem uporabil rdečo, modro in črno ostrino. Odlepite lepilno podlago z LED traku in vstavite ter prilepite LED trak na zadnjo steno reže z žicami, ki visijo po navpičnem kanalu in izstopajo na dnu okvirja.

Poiščite majhne akrilne pike, ki se prilegajo okvirju. Obrobite njihov obod z vinilno folijo, tako kot ste to storili za segmente. Postavite jih v posamezne prostore z jedkano stranjo navzgor, LED in kondenzator iz LED traku pa v svojih zarezah.

Ko so vse pike in številke končane, mora biti vaš zaslon videti kot zadnja slika.

12. korak: Pokrijte in zavarujte zaslon

Ko so vse številke in pike sestavljene in preizkušeni vsi LED trakovi, bomo na njih postavili drugo tanko akrilno prevleko. Odvijte matice iz vijakov M2 in pustite vijake na mestu ter previdno odstranite trak, ki drži žice na mestu. Zgornji prozorni akrilni pokrov previdno spustite čez okvir, vijake vstavite skozi luknje na pokrovu in pazite, da vse žice ostanejo v ustreznih kanalih. Ko je vse na svojem mestu, matice dobro privijte in privijte.

13. korak: pritrdite ohišje

Zdaj bomo zaslon pritrdili na pokrov ohišja. Položite pokrov poleg zaslona, tako da se žice ujemajo z luknjami na pokrovu. Pokrov NI simetričen, saj žice od pik niso na polovici števk, zato obstaja le ena orientacija, pri kateri je poravnava popolna.

Konce vsakega niza žic speljite skozi ustrezne luknje v pokrovu od zgoraj in nato previdno potisnite zaslon proti pokrovu, tako da se jezički v akrilu prilegajo pravokotnim režam na pokrovu. To vam bo verjetno uspelo v majhnih korakih. Konce vsake žice vstavite skozi luknje in pokrov nežno potisnite vzdolž žic, pri tem pa izmenično vzemite ohlapnost v vsaki skupini žic. Bodite zelo previdni, da ne povlečete preveč za katero koli žico. Po izkušnjah je na tej točki velika napaka, da odklopite žico. Nežno vstavite jezičke v reže. Prileganje ni zelo tesno, zato boste želeli jezičke prilepiti v reže (z uporabo JB Weld ali podobnega lepila, ki deluje tako na akrilu kot na lesu), ko bo vsa elektronika povezana in preizkušena.

Okoli zaslona in pokrova ohišja sem potegnil nekaj gumijastih trakov, da so bili tesno povezani med delom na ožičenju. Na zgornji sliki sem spajal vseh 5 napajalnih žic v eni skupini in vseh 5 ozemljitvenih žic v drugi skupini ter vsako skupino povezal z eno samo vhodno žico, nato pa vse spajkalne spoje pokril z veliko skrčljivih cevi.

Korak 14: Priključite mikro krmilnik (ali dva)

Obstaja veliko različnih načinov za priključitev krmilnika na zaslon. Žice lahko spajkate neposredno na krmilnik, jaz pa raje priključim konektorje na žice, s čimer pustim prožnost pri menjavi mikro krmilnikov. Združil sem vse napajalne žice in vse ozemljitvene žice ter vsako od 5 signalnih žic spajkal v en sam 5 -polni konektor.

Preizkusil sem več različnih krmilnikov z osvetljenim robom sedem segmentnega zaslona. Všeč mi je izdelava kode za izdelavo prototipov za LED trakove v CircuitPythonu, ker je hitro in enostavno nekaj začeti. Obstaja veliko slikovnih pik za nadzor, zato sem se odločil za Adafruit Itsy Bitsy M4 Express, ki temelji na plošči ATSAMD51 in je dovolj hiter in zmogljiv za nadzor 88 RGB LED v 6-mestni uri, vendar dovolj majhen, da se prilega. enostavno v ohišju. Itsy-Bitsy M4 Express je dobro deloval, vendar sem si želel tudi IoT povezljivosti, zato sem poskušal zagnati kodo za zaslon na plošči ESP32. Med povezavo z internetom sem imel težave pri nadzoru barv v traku - podobno kot pri tej številki: https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel/issues/139. Najboljša rešitev je bila krmiljenje LED trakov s plošče Itsy Bitsy in uporaba ESP8266 (Lolin D1 Mini Pro) za občasno zajemanje pravilnega časa iz interneta in njegovo pošiljanje na Itsy Bitsy po serijski komunikaciji.

Diagram prikazuje ožičenje za 6-mestni zaslon. Če ga želite prilagoditi za 4-mestni zaslon, preprosto izpustite »Dot Strip 2« in »Num Strip 3«. Ker je komunikacija med Lolin D1 Mini in Itsy Bitsy enosmerna, je potrebno le povezati Lolin TX z Itsy Bitsy RX. Uporabil sem izklopno ploščo micro-USB, da sem preko kabla micro-USB dobil vhod 5V.

Korak 15: Kodiranje zaslona

Zaslon je kodiran kot ura, vendar obstaja veliko dodatnih potencialnih dodatnih funkcij. To je lahko odštevalnik časa, prikaz temperature, prikaz števila privržencev v družabnih medijih ali v bistvu prikaz katere koli meritve, ki jo lahko predstavimo v številkah.

Koda Arduino

Programiral sem Lolin D1 Mini Pro z Arduino IDE. Koda v priloženi datoteki ".ino" se poveže z internetom in uporablja knjižnico "NTPClient" (na voljo prek upravitelja knjižnice Arduino) za pridobitev pravilnega časa. Objekt NTPClient vsakih 10 minut bere čas s strežnika NTP. Oblikuje in pošilja časovni niz preko serijskih vrat vsakih 10 sekund.

Koda CircuitPython

Koda Circuit Python v priloženi datoteki ".py", ki se izvaja na Itsy Bitsy, poizveduje serijska vrata za branje časovnih nizov, poslanih iz ESP8266. Z vsakim novim časovnim nizom, ki ga prejme, nastavi nov osnovni čas, nato pa s funkcijo monotonic () iz časovne knjižnice sledi trenutnemu času.

Koda uporablja knjižnico adafruit_fancyled za izbiro barv v formatu HSV in uporabo korekcije gama, preden se prikažejo. Barva števil se spreminja v 60-sekundnem ciklu, ki se znova zažene na vrhu vsake minute. Indeksi segmentov, ki so potrebni za prikaz katere koli dane številke na LED, so shranjeni kot biti v matriki digitSegments in razpakirani v funkciji drawStripDigit.

Korak 16: Vau

Če ste prišli tako daleč, dobro za vas! Upam, da vam bo ta projekt všeč. Delo je bilo veliko, a zelo koristno.