Сборка бегущей строки на базе светодиодной матрицы и Arduino – это несложная задача, которую можно выполнить даже в домашних условиях. Чтобы заставить буквы перемещаться на светодиодном табло не нужно быть программистом и владеть углублёнными знаниями электроники. В данной статье разберем, как собрать бегущую строку из готовых светодиодных матриц и Arduino Nano.
Что потребуется?
Для реализации идеи потребуется совсем немного деталей:
- два светодиодных модуля, состоящих из четырёх матриц 8 на 8 пикселей;
- держатель для батарейки типоразмера «Крона»;
- батарейка на 9 вольт (CR-9V, ER-9V или их аналоги);
- двухконтактный переключатель;
- соединительные провода;
- плата Arduino Nano;
- термоклей.
Схема
На печатной плате используемого светодиодного модуля расположено 4 матрицы размером 8 на 8 пикселей. Каждое светодиодное табло управляется интегральной микросхемой (ИМС) MAX7219. Данная ИМС представляет собой контроллер управления led-дисплеями, матрицами с общим катодом и дискретными светодиодами в количестве до 64 шт.
Для более комфортного восприятия информации, выводимой на светодиодное табло, рекомендуется устанавливать несколько модулей. Для этого их объединяют в последовательно включенные группы, то есть выход первого модуля (out) подключают к входу второго модуля (in). Данная сборка состоит из двух модулей (16 матриц), длины которых вполне хватит для удобного прочтения целых предложений.
Сборка
Матричный модуль может иметь штырьковое соединение или контакты на плате в виде печатных проводников. От этого зависит способ их соединения. В первом случае для получения надежного электрического контакта задействуют жгут из проводков с коннекторами, а во втором придётся установить и запаять перемычки.
Но сначала необходимо объединить оба модуля в единое целое с помощью термоклея. Термопластичный клей не проводит электрический ток, а значит, его можно смело наносить на печатную плату. Клей наносят с торцов обеих плат, прижимают и оставляют на несколько минут. После затвердевания выходные контакты первого блока подключают к входным контактам второго блока по схеме:
- VCC – VCC
- GND – GND
- D IN – D OUT
- CS – CS
- CLK – CLK
С обратной стороны печатной платы с помощью термоклея прикрепляют Arduino Nano, отсек для батарейки и выключатель. Детали располагают таким образом, чтобы можно было удобно ими пользоваться. 
На следующем этапе производят подключение Arduino со светодиодным модулем, подсоединяя провода на вход первой матрицы. В зависимости от варианта исполнения модуля, операцию выполняют через разъёмное соединение или путем пайки по приведенной схеме:
- VCC – 5V
- GND – GND
- D IN – PIN 11
- CS – PIN 10
- CLK – PIN 13.
На заключительной стадии сборки необходимо подключить питание от батарейки. Для этого минусовой контакт (черный провод) из отсека для кроны подключается на вывод GND Arduino. Плюсовой контакт (красный провод) соединяют с выключателем, а затем с выводом №30 Arduino, предназначенный для подачи питающего напряжения от нерегулируемого источника. В тестовом режиме сделанная своими руками бегущая строка может быть запитана через микро USB от компьютера. 
Убедившись в надежности креплений и качестве электрических соединений, приступают к сборке корпуса. Его можно сделать из алюминиевого или пластикового профиля, так как элементы схемы не греются. Цвет, размеры, степень защиты и крепление корпуса зависят от будущего назначения устройства. В простейшем случае подойдёт защитный экран из строительного пластикового углового профиля с вырезом под выключатель.
Программирование бегущей строки
Бегущая строка из Arduino и светодиодных модулей под управлением MAX7219 практически готова. Настало время перейти к заключающей, программной части. На компьютере должно быть установлено программное обеспечение (ПО) для используемого Arduino и драйвер к нему. Далее необходимо скачать две библиотеки и скетч (специальную программу, которая будет загружаться и выполняться процессором Arduino). Установку библиотек производят при закрытом Arduino IDE в папку «Documents – Arduino – Libraries». Затем скачивают и запускают скетч и проверяют наличие библиотек и корректность других данных.
Настройка скетча:
- «number of horizontal displays» указывают количество строк, в нашем случае 1;
- «number of vertical displays» указывают количество матриц, в нашем случае 8;
- «string tape» указывают надпись, выводимую на дисплей;
- «int wait» задают скорость вывода в миллисекундах.
После проверки введенных данных остаётся щелкнуть мышкой на кнопку «загрузить». Затем отключиться от ПЭВМ, вставить батарейку и произвести запуск устройства.
В заключение хочется добавить, что бегущая строка своими руками собирается довольно быстро даже без навыков работы с Arduino. Поэтому бояться этой замысловатой платы не стоит. Также стоит отметить, что сделать бегущую строку можно длиннее, увеличив количество светодиодных матриц.
Читайте так же
Данное устройство воспроизводит текст на светодиодной матрице 8x 80 светодиодов, имеет память текста 128 символов, которые загружаются с компьютерной клавиатуры PS/2, подключенной прямо к бегущей строке.
Я пробовал несколько клавиатур, с каждой из трех устройство работало без проблем.
Устройство имеет все русские буквы заглавные и маленькие, а также цифры и прочие знаки, английских букв нет.
Микроконтроллер работает на частоте 20 МГц и управляет сдвиговыми регистрами 74HC595D, которые логическим уровнем 1 зажигает светодиодные матрицы строк, а дешифратор К555ИД7 или его полный аналог 74LS138 управляет через усилительные транзисторы 8-мю столбцами всех матриц.
Матрицы подключаются к сдвиговым регистрам 74HC595D через резисторы, которые защищают от перегорания светодиодов, ограничивая ток.
Микросхемы 74HC595D имеют 8 триггеров фиксации данных на выходах, соединенных с матрицей светодиодов и 8 сдвиговых триггеров, в которые через 14 вход загружают данные и с 9 выхода продолжают сдвиг дальше на следующие регистры цепочки из 10 штук.
Для этого сдвига необходим такт, идущий от процессора на все входы 11- 74HC595D после каждого 80-того такта цепочка регистров продвигается до 80 триггера всех 74HC595D, после этого как загружена вся строка из 80 триггеров, подается еще один тип такта, уже на входы 12 всех 74HC595D, после чего загружаются за один такт 8 дополнительных триггеров фиксации данных на выходах, соединенных с матрицей светодиодов от сдвиговых триггеров, на всех 74HC595D за один такт, матрица при этом засвечивает одну полосу из 80 светодиодов и засветка эта происходит без изменений логических уровней даже тогда, когда загружаются сдвиговые регистры.
Так перебираются по очереди 8 строк из 80 светодиодов с помощью дешифратора К555ИД7 с большой скоростью, что совершенно не видно глазу.
Такой метод очень удобный и не снижает яркости бегущей строки по причине ухода программы процессора на выполнение других операций, не связанных с отображением.
При включении с пустой памятью букв, отображает внизу полосу говорящую, что память не заполнена, после ввода хотя бы одной буквы, строка начинает свою работу перебирая строки матриц. Советую сильно не нагружать током матрицы низким сопротивлением, так как при включении с пустой памятью букв, матрицы непрерывно светится нижняя строка.
Управление и ввод данных
Когда нужно ввести заглавную букву, нужно нажать и отпустить левый Shift на клавиатуре, потом нажать нужную букву и на дисплее появится эта заглавная буква, с добавлением очередных букв табло будет передвигаться на один знак.
После набора текста, нужно нажать клавишу левый Ctrl на клавиатуре, это будет говорить о законченном тексте, после которого строка пойдет на следующий круг.
Если во время набора текста вы сделали ошибку, ввели не нужную букву, то нужно нажать клавишу BackSpace столько раз, сколько ввели не нужных букв, после этого нужно ввести правильные буквы, при этом на дисплее старые буквы не пропадают, они пропадут когда вы запустите строку и на следующем круге отображения их уже не будет.
Для запуска работы устройства отображения бегущих букв нажать Enter.
После команды Enter- запуска строки текст уже не изменяется для ввода новой информации, устройство нужно выключить и снова включить, тогда можно вести текст за места старого.
Для ввода знаков (!@#$%:?) нужно нажать левый Shift и отпустить потом клавиши с цифрами 1234567 над буквами там они нарисованы – это чтобы вам не искать.
Знак тире (-) просто нажав клавишу рядом с нулем.
Для ввода точки или запятой нажимать клавишу рядом с буквой Ю, если запятая, то вначале Shift.
Бегущая строка с компьютерной клавиатурой и памятью на 8192 буквы
В дальнейшем, был разработан еще один вариант бегущей строки с памятью на 8192 буквы. В данном проекте буквы также загружаются с компьютерной клавиатуры PS/2, в флэш память 24С62. Очень удобно иметь несколько микросхем и менять их если нужен другой текст.
Принципиальная схема бегущей строки с памятью:
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | МК PIC 8-бит | PIC16F628A | 1 | В блокнот | ||
| U2-U11 | Сдвиговый регистр | CD74HC595 | 10 | В блокнот | ||
| U12 | Кодер, декодер | SN74LS138 | 1 | Аналог 555ИД7 | В блокнот | |
| U13 | Флэш память | 24С64 | 1 | Применяется при варианте сборки с памятью на 8192 буквы. | В блокнот | |
| Q1-Q8 | Биполярный транзистор | 2N2905 | 8 | В блокнот | ||
| С1, С2 | Конденсатор | 15 пФ | 2 | В блокнот | ||
| С3 | Конденсатор | 3300 пФ | 1 | В блокнот | ||
| Конденсатор | 0.1 мкФ | 13 | Соединяется с питанием каждой микросхемы | В блокнот | ||
| R1-R8, R49, R50 | Резистор | 4.7 кОм | 10 | В блокнот | ||
| R9-R48, R51-R90 | Резистор | 470 Ом | 80 |
Инструкция по сборке светодиодной бегущей строки своими руками
Основные составляющие элементы необходимые для сборки светодиодной бегущей строки
1. Контроллер для бегущих строк - это сложное электронное устройство предназначенное для вывода текста, графической информации а так же не сложных gif анимаций на светодиодную бегущую строку.
2. Светодиодные модули - представляет собой электронный компонент, состоящий из светодиодов, платы управления, чипов развертки, конденсаторов.
3. Информационный шлейф (шлейф ATA) - состоящий из медных проводов, покрытые специальной морозоустойчивой эластичной оболочкой и соединённый с двух концов коннекторами, предназначен для передачи информации от модуля к модулю.
4. Светодиодный блок питания - устройство принимающее питание от сети 220W и подающее на светодиодные модули 5 V с силой тока 40А.
5. Светодиодный кабель питания - предназначен для распределения напряжения от светодиодного блока питания к светодиодным модулям, тип сечения ПВС 2*0,5.
6. Профиль внутрений - жестяной профиль предназначен для установки на стыки модулей с внутренней стороны светодиодной бегущей строки и крепления светодиодных модулей магнитами на профиль.
7. Профиль наружный - специальный светодиодный алюминиевый профиль предназначенный для изготовления короба светодиодной бегущей строки, это основной короб всей светодиодной бегущей строки. Размеры профиля могут быть разными в зависимости от размера готовой светодиодной бегущей строки.
8. Информационный шлейф - удлинённый информационный шлейф предназначенный для соединения рядов от светодиодного контроллера к светодиодным модулям.
9. Сетевой кабель - предназначен для подключения светодиодной бегущей строки к сети 220 Вт. Тип сечения кабеля ПВС 3*1,5.
Этапы сборки светодиодной бегущей строки
1. Разложите светодиодные модули на ровную поверхность нужного Вам количества. Снимите точный размер по высоте и по ширине, затем перенесите получившиеся размеры на алюминиевый профиль и нарежьте его согласно снятым размерам. У Вас получится 2 хлыста по высоте и 2 хлыста по ширине.
2. Возьмите уголки которые идут в комплекте с алюминиевым профилем и соедините ими полученные детали профиля (места стыков профиля с уголками необходимо просиликонить для предотвращения попадания влаги). У Вас получился периметр (короб) из алюминиевого профиля нужного Вам размера.
3. Возьмите саморезы (16 мм) по металлу и в местах соединения светодиодного профиля с уголками (с внутренней стороны) закрепите саморезами стыки, это необходимо для жесткости алюминиевого периметра. Таким образом мы получили жесткий периметр (короб) нужного Вам размера.
4. Берём светодиодные модули и выкладываем их в получившийся периметр (короб) лицевой стороной светодиодного модуля вниз с обратной стороны короба, (предварительно установив на светодиодные модули с обратной стороны болтики с магнитами), берём силикон и промазываем стыки светодиодных модулей по периметру с обратной стороны для герметичности вывески, затем снимаем размер с внутренней стороны короба, нарезаем профиль (жестяной) нужного размера и устанавливаем во внутрь вывески в места стыки светодиодных модулей на магниты. Для жесткости конструкции прикручиваем саморезами жестяной профиль с низу и с верху.
5. Затем берём информационные шлейфа и с лева на право соединяем светодиодные модули между собой (последний правый ряд остаётся пустым).
6. Далее берём провода с клеммами (комплект светодиодного модуля) и подключаем светодиодные модули между собой с низу в верх на болтовые контакты расположенные на тыльной стороне светодиодного модуля (обратите внимание на правильную полярность подключения VCC это «+» GND это «-», красный провод «+», красно-черный «-»).
7. Затем подключаем светодиодный блок питания на те же контакты что и провода питания с клеммами (Одна пара проводов от светодиодного блока питания на один нижний светодиодный модуль), один светодиодный блок питания может запитать не более 9 светодиодных модулей. Так же со светодиодного блока питания выводим пару проводов для питания с сети 220 Вт (ПВС 3*1,5).
8. Наша вывеска практически готова! берём светодиодный контроллер и подключаем его к нижнему левому светодиодному модулю (подключаем информационные шлейфа, с каждого ряда светодиодных модулей и провода питания с модуля), на светодиодном контроллере так же есть обозначение полярности VCC это «+» GND это «-», красный провод «+» красно-черный «-».
9. Подключаем вилку для проводов питания сети 220 Вт и включаем светодиодную бегущую строку в сеть.
Собрать бегущую строку на светодиодах промышленного образца, без навыков программирования микроконтроллеров и знания протоколов обмена данными, практически нереально. Ниже представлена простая схема небольшого табло на светодиодах. Если вы не боитесь трудностей и не хотите переплачивать за готовое изделие, можно закупить базовые модули, из которых будет собрано изделие.
Но я хотел бы рассказать о нестандартном решении задачи с минимальными финансовыми вложениями – как сделать бегущую строку из светодиодов с использованием в качестве контроллера Arduino.
Принципиальная схема бегущей строки на светодиодах
Контроллер взаимодействует через специальный интерфейс с внешними устройствами ввода. Это может быть обычная клавиатура, компьютер, смартфон. На основании полученных данных формируется полная цифровая матрица изображения, которая впоследствии выводится на плату с индикаторами.
Самостоятельную сборку бегущей строки можно выполнить на модуле управления на основе Arduino и несколько светодиодных блоков на контроллере
Модуль состоит и контроллера, и блока светодиодов 8х8 элементов. Такой размер элемента минимальный для вывода символов. Дело в том, что все матричные принтеры формировали изображение на печать именно на основе такого формата.
Контроллер max7219
Контроллер max7219 представляет собой блок интерфейса обмена информацией и памяти на 64 ячейки для управления светодиодами. В памяти все данные хранится в виде двухмерного массива.
Передача информации осуществляется через SPI интерфейс. SPI — трехпроводной интерфейс для двусторонней передачи данных между устройствами. Более подробно о принципе работы этого интерфейса можно прочитать .
Для взаимодействия контроллера с платой ардуино используется лишь три канала: DIN, CS, CLK.
К стандартным разъёмам платы контроллера можно подключить до четырёх таких led модулей, создав табло 8 х 32 точки. Для увеличения количества подключаемых сегментов можно собрать простейший мультиплексор, который будет переключать управляющие сигналы на нужный модуль. Таким образом возможно выводить информацию на десятки матриц. На этом принципе построена работа всех ЖК-дисплеев.
Для облегчения передачи потока данных в ардуино есть специальная библиотека LedControlMS.
Это видео примера работы библиотеки со светодиодным дисплеем:
Более подробно об управлении матрицей при помощи микроконтроллера можно прочитать по ссылке .
Интерфейс ввода информации для последующего вывода на светодиодную матрицу
Для того что бы менять выводимый текст на своё усмотрение потребуется устройство ввода информации.
Способы передачи информации на контроллер Arduino:
- через клавиатуру с PS2 интерфейсом;
- через программную клавиатуру;
- через смартфон.
Вариантов обмена данными с платой контроллера, помимо стандартного подключения к компьютеру через ICP протокол, существует много.
В оболочку Аrduino IDE встроена библиотека для работы с PS2 клавиатурой. Можно использовать программные модули для работы со стандартной восьмикнопочной клавиатурой Аrduino. Организация ввода построена по принципу мобильных телефонов, когда на одной кнопке «подвешено» несколько символов. Подключив к плате Аrduino блютуз модуль возможно передавать тестовую информацию через смартфон.
Когда вы разберётесь с организаций бегущей строки на стандартных модулях Arduino, можно будет переходить к следующему этапу.
Если присмотреться, вокруг очень много различной красочной подвижной рекламы. Устанавливается она на зданиях, рекламных щитах, окнах офисов и кафе, а некоторые крепят ее прямо на окнах автомобилей. Все это зависит от направленности рекламы. Размеры ее также значительно отличаются друг от друга. Но в основе их всех лежит бегущая строка светодиодная.
Благодаря подвижным буквам, постоянно перемещающимся друг за другом, до потребителя можно донести большое или привлечь в то или иное заведение.
Изготовление светодиодных бегущих строк приписывают жителям и мастерам Поднебесной, но оказалось, что сделать ее в домашних условиях может практически каждый. Главное - иметь все необходимое и непреодолимое желание творить.
Чтобы все получилось
Если собрать воедино нижеперечисленные приспособления, получится бегущая строка светодиодная. Своими руками ее выполнить не так уж и сложно. Главное - внимательно следовать инструкции по сборке. Что нам нужно?
- Материнская плата, или, по-другому, контролер.
- для бегущих строк.
- Несколько блоков питания.
- Провода и шлейфы питания.
- Магниты.
- Алюминиевый профиль.
- Алюминиевый уголок.
- Провода 2-1,5 мм.
- Винты, саморезы и герметик.
Из инструментов должны быть под рукой:
- Пила обрезная.
- Дрель электрическая.
- Шуруповерт.
Что для чего предназначено
- для бегущих строк - непосредственно несут информацию. Бывают они нескольких видов в различной цветовой гамме: белыми, красными, синими, зелеными и многоцветными. Различают их также по шагам между пикселями. И виду защищенности: влагостойкие и интерьерные.
- Блоки питания - предназначены для преобразования напряжения с 220 В в 5 вольт.
- Провода - нужны для соединения между собой блоков питания и модулей.
- Шлейфы призваны передавать сигнал от материнской платы (контролера) к светодиодам.
- Провода 2-1,5 мм предназначены для передачи электрического преобразованного тока от блока к модулю и от модуля к модулю.
- Магниты необходимы для различной сборки бегущих строк.
- Алюминиевые профили и уголки после их сборки и соединения являются корпусом светодиодного табло.
Размер имеет значение
С учетом того, для чего предназначена бегущая строка светодиодная, важен ее размер. Он зависит от алюминиевого профиля, из которого будет выполнен корпус. Бывает он трех видов:
- Узкий алюминиевый профиль - оптимально подходит для автомобильной рекламы.
- Средний алюминиевый профиль - предназначен для сборки табло размером до 6 метров.
- Широкий алюминиевый профиль - предназначен для корпусов свыше 6-ти метров, их размер может длиться до бесконечности.
Пошаговая сборка строки
Если были соблюдены все указания и требования, должна получиться рабочая бегущая строка светодиодная. Своими руками ее собрать, как оказалось, не так уж и сложно!
Виды программирования и цель назначения
Благодаря возможности программировать бегущую строку, она может нести практически любую информацию.
- В автобусах и остановках показывать маршрут, время прибытия и отправления.
- В кафе и ресторанах рекламировать меню или блюдо дня.
- В банках и обменных киосках на всеобщее обозрение выставлять курсы валют.
- В любых общественных местах мягко и ненавязчиво рекламировать различные вещи и услуги.
- Также они оптимально подходят для указания текущего времени и температуры окружающей среды. Но для этого в нее нужно встроить часы и (датчик температуры).
Программы также могут отличаться друг от друга скоростью воспроизведения заданного текста, способом появления букв и многим другим. При программировании светодиодных табло могут быть использованы 30 видов всевозможных эффектов.
А в заключение
Как сказал кто-то из великих: «Все гениальное просто!»
А из вышеперечисленного материала и оборудования получается отличная бегущая строка светодиодная. Своими руками создать ее не так уж и сложно, с этой задачей справится практически любой. Главное, следовать инструкции и не торопиться.
А в том, что она сделана самостоятельно, есть ряд своих плюсов и преимуществ:
Можно самостоятельно выбрать цвет;
Подободрать оптимально подходящий размер;
Запрограммировать по своему усмотрению;
И доказать себе, что возможно все.
