Светодиодный информер

Светодиодный информер

Автор: Хоменко Владимир

Россия, Забайкальский край, Карымский район,

п. Карымское ученик 9-а класса

МОУ «СОШ№5 п. Карымское с

пришкольным интернатом»

Научный руководитель:

учитель физики Забелина М. В.

Аннотация

Светодиодные строки и видеоэкраны уверенно входят в нашу жизнь. Очевидно, что доля подобных технических средств на рынке будет расти и в будущем. Бегущая строка является упрощенным исполнением светодиодного экрана, который стоит дешевле своих полноформатных многофункциональных аналогов. Многие интересуются, как сделать бегущую строку. Сложно это или нет? Данный вопрос вызвал интерес и у меня.

Цель работы: конструирование и программирование светодиодного информера, выполняющего определенные функции. Для решения поставленной цели были определены следующие задачи:

найти и изучить научно-техническую информацию, позволяющую обосновать возможность создания задуманного технического устройства;

изучить технические характеристики создаваемого объекта;

найти комплектующие элементы светового информера;

собрать и запрограммировать бегущую строку;

испытать устройство.

Процесс создания технического устройства содержит следующие этапы:

Итогом работы является создание светодиодного информера, выполняющего определенные реальные функции, такие как отображение и синхронизация времени, указание даты, отображение произвольной текстовой и цифровой информации.

Вывод: имея определенные теоретические знания и навыки программирования можно самостоятельно изготовить бегущую строку.

Основное содержание

Раздел 1. Теоретическая часть

Все видели яркие экраны наружной рекламы от простых бегущих строк до огромных телевизоров. Эти экраны собираются из цепочки светодиодных модулей и управляются специальными контроллерами. Народная мудрость гласит «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Зрение - это самый мощный орган чувств, посредством, которого человек получает возможность наиболее полноценно ощущать и понимать картину происходящего. А потому лучше один раз увидеть, чтобы обеспечить максимальный доступ к получению и переработки информации. Например, этот факт хорошо известен специалистам, занимающимся маркетинговой стратегией и рекламой. Ведь благодаря их стараниям бизнес растет и развивается. Мода на современные вывески или табло рекламно-оповещающего характера не прошла до сих пор. Наоборот, такие установки только совершенствуются и модифицируются. Но плакатами и баннерами просто невозможно все завесить. Тем более на их изготовление и установление необходимо время и средства. Поэтому светодиодные экраны – это лучшие информеры!

Что же это такое? В самом названии скрыта вся суть устройства. Информер от английского слова informer — «осведомитель, доносчик». Информер – это блок необходимой обновляемой информации из стороннего источника, отображаемый в подходящем дизайне. Информация в данных устройствах обновляется автоматически. Где и как можно использовать светодиодные информеры? Вариантов много.

В общественных зданиях, на вокзалах, аэропортах, автостанциях.

На спортивных объектах с массовым посещением зрителями.

Для показа социальной рекламы в местах отдыха: парках, площадях, пешеходных зонах.

На остановках для обозначения маршрутов, демонстрации объявлений в общественном транспорте.

Информирование клиентов или сотрудников.

Для рекламы. [1]

Их удобно применять как в промышленной сфере, подсвечивая полезную информацию для персонала, так и в рекламной области – различные табло, вывески, указатели в торговых центрах, информационные щитки АЗС и прочее. Когда возникает необходимость подсветить офис, административное здание, то наряду с различными уличными светильниками архитектурного назначения, могут быть также, использоваться и модули с бегущей строкой. Бегущая строка — это один из самых востребованных типов рекламных экранов. Она представляет собой электронное оборудование, задачей которого является отображение текстов разной длины и различных графических изображений[1]. Оно «умеет» показывать практически любые символы, буквы, орнамент и элементы логотипов. Но здесь крайне важна яркость, которая сказывается на дальности видимости. Чем ярче будут использоваться диоды, вне зависимости от цвета, тем дальше можно распознать вывеску и прочесть то, что она выдаёт. Многие из них имеют специальную панель, позволяющую контактировать с удаленной регулировкой силой потока при помощи приспособления дистанционного управления. Табло на светодиодах может использоваться как внутри помещений, так и на улице, в том числе под открытым небом. Отображаемая информация меняется пользователем в любой момент.

Табло с модулями бегущей строки имеет очень широкие возможности и преимущества перед другими видами технических устройств:

1. легкость монтажа, обслуживания и использования;

2. высокая информационная емкость;

3. длительный срок эксплуатации при низком энергопотреблении;

4. достижение максимального охвата аудитории;

5. ценовая доступность;

6.яркость, динамичность, высокая скорость обновления изображения;

7.эстетичность и привлекательность в любое время дня и ночи [1].

Модуль светодиодный – это блочная структура. Она содержит в себе световые точки, размещенные на плате определенным образом. То есть, каждый такой набор имеет встроенный светодиод или несколько диодных лампочек, образующих кластеры. Из них можно создать целые блочные системы, которые высвечивают необходимую информацию. Подача информации динамична. Диоды светятся попеременно, создавая иллюзию движущейся строки со словами. Это разные табло, установки, которые так и называют «бегущая строка», блоки, кресты для аптек и другие конструкции [2].

Например, в Москве установлен экоинформер. Его задачей является круглосуточная трансляция данных о состоянии атмосферного воздуха. В области есть нефтеперерабатывающий завод, поэтому информер показывает содержание в воздухе таких веществ, как бензол, оксид углерода, сульфид водорода и других химических веществ. Данные на светодиодный экран поступают из лабораторных замеров, сделанных с помощью специальной системы контроля и передающихся в режиме онлайн не только на светодиодный дисплей, но и в городскую службу контроля над состоянием окружающей среды [3].

Многие интересуются, как сделать бегущую строку. Сложно это или нет? Данный вопрос вызвал интерес и у меня. Заглянул в интернет, посмотрел разработки некоторых авторов. Понравилось. Сначала начал экспериментировать со светодиодами. Потом занялся изучением и изготовлением информера. В процессе работы понял, что сделать бегущую строку самостоятельно можно, и ничего сложного в этом нет! Она собирается практически, как конструктор. Но как в любом конструкторе, необходимо точно и четко соблюдать всю технологию сборки. Комплектация таких устройств заключается в следующих деталях: светодиоды, матричная основа, модуль, формирующий картинку, контроллер [2].

Более подробно рассмотрим элементы информера. Основными конструктивными элементами бегущих строк являются светодиодные модули - матрицы на печатной плате в герметизированном пластиковом корпусе. Матрица состоит из 8 рядов и 8 столбцов, всего 64 светодиода. Если вы хотите отобразить что-то на матрице, то нужно включить определенные светодиоды. Светодиоды включаются по координатам, и по горизонтали и по вертикали [5].

При выборе модулей следует ориентироваться на их основные характеристики. Первая характеристика — это цвет. Модули могут быть монохромными — все диоды одного цвета. Двухцветными — каждый пиксель выполнен из двух светодиодов разного цвета, что дает в сочетании возможность воспроизводить три цвета. Полноцветными — каждый пиксель выполнен из трех светодиодов разного цвета. Второй характеристикой является плотность светодиодов в матрице. Третья характеристика — это фактический размер модуля. Вместе вторая и третья характеристики образуют еще одну — разрешение модуля. Она не столь важна для сборки, но будет иметь значение при программировании строки.

Само собой, нужно обратить внимание на назначение модулей: для внутреннего использования или наружного. Еще в характеристиках указывается яркость модуля в канделах и тип используемых светодиодов.

Вторым основным конструктивным элементом бегущих строк являются блок питания для модулей. Напряжение блоков питания 5 Вольт. Именно такое необходимо для светодиодных модулей бегущих строк. В основном используются блоки мощностью 200 Вт — это оптимальный вариант в соотношении «цена-мощность», но могут использоваться и блоки другой мощности 100 Вт, 300 Вт, 350 Вт.

Третьей, пожалуй, самой важной составляющей любой бегущей строки является контроллер. Это устройство, хранящее или принимающее программу для бегущей строки и воспроизводящее ее при помощи подключенных модулей. Контроллер подбирается исходя из количества горизонтальных линий, образуемых последовательно подключенными между собой модулями. Столько должно быть и выходов на контроллере. Также важно учитывать разрешение будущего экрана. Его может не хватить. В этом случае нужно ориентироваться, в первую очередь, на разрешение. Иногда важна возможность использования дополнительных функций: температуры, влажности, датчика освещенности. Способ подключения и программирования контролера происходит через USB провод. Для питания можно использовать любые кабели, но нужно обратить внимание на сечение провода. Рекомендуют использовать кабели с сечением токопроводящих жил не менее 2мм. Подойдет как жесткий одножильный, так и гибкий многожильный провод.

Кроме основных комплектующих, для строки также необходим корпус. Он может быть изготовлен из специального профиля для бегущих строк или другого подходящего материала. Для герметизации швов между модулями и другими элементами, если это необходимо, используется силиконовый герметик.

Само собой, нужен необходимый инструмент для сборки строки. Тут нет ничего особенного — это обычный инструмент: крестовая отвертка, пассатижи или бокорезы, инструмент для зачистки проводов и инструмент для торцевания профиля в необходимый размер.

Таким образом, подбор комплектующих и необходимого материала для информера не так сложен, как кажется, но важно учитывать детали [6].

                                     Раздел 2. Практическая часть

Хочу предложить, так называемый «бюджетный» вариант создания светодиодного информера. Что для этого нужно?

Светодиодная матрица MAX7219. Всего 4 штуки размером 8x8.

Микроконтроллер ESP wroom 32. (Приложение I)

Провода.

Корпус.

Все комплектующие были заказаны на "Алиэкспресс". AliExpress — глобальная виртуальная торговая площадка, предоставляющая возможность покупать товары производителей из КНР, а также России, Европы, Турции и других стран [4]. Общая сумма заказа составила 650 рублей. Кроме основных комплектующих, для строки также необходим корпус. Первоначально я купил готовый корпус за 300рублей, но мне он не понравился, так как был неустойчивый и тяжелый. Поэтому я сделал корпус с помощью 3D - принтера. Он легкий и устойчивый. (Приложение II)

Как работает светодиодный информер? Микроконтроллер имеет wi-fi модуль, который подключается к точке доступа с выходом в сеть. После чего информер получает IP адрес, переходя по которому мы открываем меню управления. В меню мы можем изменять любые показания, скорость течения, яркость и другое. Программа, где был запрограммирован информер – Flasher. (Приложение III)

Итоговый функционал информера:

отображение времени и даты;

синхронизация времени и даты;

отображение произвольной цифровой и текстовой информации;

возможность статичного вывода и бегущей строкой;

регулировка яркости индикатора;

возможность подключения разных датчиков (освещенности, температуры, влажности, давления).

Стоит отметить, что совершенно свободно можно соединить несколько модулей последовательно и тогда это устройство превратиться в очень заметный и яркий информер с динамической сменой выводимой информации. Применений такому устройству можно найти массу и как показывает практика, оно очень привлекает внимание [7].

Рассмотрим некоторые преимущества моего информера в сравнении с существующими аналогами. Прежде всего – это цена. Цена светодиодной бегущей строки зависит от следующих факторов: габаритов устройства, разрешения экрана, количества одновременно отображаемых символов, вместительности памяти для текста. Рыночная цена устройства составляет 4000-5000 рублей. Например, бегущая строка 135*23 White стоит 95 у.е., то есть 8000 рублей [8]. Конечно, изготовление бегущих строк должно проходить по индивидуальному плану. Заказчик сам определяет, что ему необходимо.

Созданный мной светодиодный информер имеет небольшие размеры, поэтому материальные затраты минимальны. А так как он легкий и компактный, то его можно поставить на стол или прикрепить к стене. Таким образом, не требуется дополнительных затрат на установку.

Первоначально я задумал создать информер для личного использования, так как рассматривал его как забавную, но нужную вещь в интерьере дома. Когда показал готовый продукт одноклассникам, то понял, что к нему есть интерес, а значит, возможен спрос на данное устройство. У меня появилась мысль сделать информер для школы. Построенный прибор может быть использован в качестве наглядного средства отображения информации в школе. Бегущая строка – самый простой способ привлечь внимание учеников, родителей, гостей школы. Она позволяет демонстрировать информацию в яркой динамичной форме, используя различные спецэффекты. С помощью такого типа оборудования можно показать дату, время, температуру, изменения в расписании, новости школы. А если соединить несколько модулей последовательно, то можно увеличить площадь поверхности информера. Бегущая строка – это альтернатива сразу нескольким информационным стендам, что очень экономит место и деньги. В перспективе можно предложить и другим школам приобрести информер, так как его стоимость невысока. Конечно, существуют определенные риски, например, могут поднять цены на комплектующие и придется искать новых производителей, чтобы избежать повышения цены на продукт.

Заключение

Подведем итог. В процессе работы был создан светодиодный информер с бегущей строкой, выполняющий следующие функции: отображение и синхронизация времени; указание даты; отображение произвольной текстовой и цифровой информации. Техническая установка имеет возможность статического вывода текста и бегущей строкой. Модули информера монохромные, но яркость изображения регулируется. Возможно подключение различных датчиков.

Работа выполнена полностью, цель достигнута.

Список литературы:

Электронные ресурсы:

Режим доступа: http://kmvled.ru/?s=info&subact=content&c=1512484620_strokiiekrany

Режим доступа: https://bvzd.ru/vopros/svetovoy-modul-begushchaya-stroka-harakteristiki-i-populyarnye-modeli

Режим доступа: https://ledfact.ru/2018/07/17/svetodiodnyj-jekoinformer/

Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/AliExpress

Режим доступа: https://portal-pk.ru/news/237-podklyuchaem-matricu-max72xx-max7219-k-arduino-prostaya-animaciya.html

Режим доступа: https://kmvled.ru/?s=info&subact=content&c=1512484600_stroki2

Режим доступа: https://connect.smartliving.ru/profile/461/blog/wifi-informer-na-svetodiodnyh-matricah-max7219-i-esp8266-chast-1.html

https://video-ekran.ru/ispolyovanije/reklamnyje-i-informatsionnyje-tablo.html

Приложение I

Приложение II

Приложение III