Edge-Lit Sedam segmentni prikaz sata: 16 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Sedam segmentnih ekrana prisutni su više od jednog stoljeća (https://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display) i tvore poznati oblik brojeva u digitalnim satovima, instrumentima i mnogim drugim numeričkim prikazima. U mnogim slučajevima zamijenjeni su ekranima, ali sa aspekta efikasnosti teško je raspravljati se o kratkoći kodiranja stanja numeričkog prikaza u samo 7 bitova informacija (svaki segment uključen ili isključen)

Većina ekrana sa sedam segmenata je jednobojno, pa ova verzija s osvijetljenim rubom dodaje vizualni interes korištenjem mogućnosti pune boje jeftinih RGB LED traka za osvjetljavanje svake znamenke, pa čak i svakog segmenta (ili čak polusegmenta) zaslona u drugoj boji. Ugrađivanje čistih akrilnih segmenata u veći akrilni okvir omogućuje vam da u potpunosti vidite cijeli prikaz, što je još jedan jedinstven aspekt ovog projekta.

- Odricanje od odgovornosti ---

Ova konstrukcija kombinira male desetine malih laserski izrezanih akrilnih komada koji se uklapaju s vrlo malim tolerancijama. Koristi tanke LED trake (širine 4 mm) koje treba lemiti, savijati, a zatim provući između ovih akrilnih komada. Prilikom sastavljanja dijelova morate biti spremni prisiliti komade na mjesto, iako se osjeća kao da naglašavate lomljivi akril. Morate biti spremni i za uklanjanje i ponovno postavljanje navedenih dijelova i LED traka kada se ispostavi da se * ne mogu * prisiliti na svoje mjesto. U nekom trenutku tijekom montaže postoji velika vjerovatnoća da ćete morati ukloniti sve i ponovno zalemiti LED traku kada shvatite da je forsiranje svega na mjestu prekinulo jednu od žica od vaše LED trake ili je došlo do kratkog spoja.

Uz sve navedeno, ovo je zahvalan projekt ako ste strpljivi i voljni preraditi poravnanje dok sve ne sjedne na svoje mjesto.

Ovo zapisivanje opisuje konstrukciju šestocifrenog ekrana. Malo je lakše izgraditi četveroznamenkasti zaslon, a koraci su u osnovi isti za oboje, pa je vjerojatno najbolje započeti s 4-segmentnim zaslonom, osim ako se ne osjećate vrlo samouvjereno.

Supplies

Potrošni materijal--

Potrebne količine zavise od toga da li izrađujete četvorocifreni ili šestocifreni ekran.

• Listovi debljine 1/8 for za lasersko rezanje
• 1/16 ″ prozirni akril za lasersko rezanje
• 1/4 ″ prozirni akril za lasersko rezanje
• Mršava (širine 4 mm) SK6812 3535 RGB LED traka sa 60 LED/m (poput ove)
• Ljepljiva vinilna folija *** KOJA NIJE PROVODNA *** (koristila sam ovu Cricut ljepljivu foliju)
• 26 AWG puna spojna žica sa bijelom izolacijom
• Žica od 30 AWG sa bijelom izolacijom
• Mala količina selotejpa
• 5 ili 7 x 12 mm M2 vijci i M2 matice
• Mikrokontroler sposoban za kontrolu LED trake
• Napajanje za mikrokontroler i LED traku.
• Ljepilo za drvo
• JB Weld (ili slično) ljepilo koje može pričvrstiti akril na drvo
• 3-4 x M3 vijci i M3 matice (opcionalno, ali korisno)

Alati--

• Lemilica/lemljenje
• Rezač žice/skidač žice
• Laserski rezač (ili internetska usluga poput Ponoko)

Korak 1: Dizajnirajte datoteke i lasersko rezanje

Postoji šest vektorskih datoteka za lasersko rezanje, tri po 4 za cifru ili 6 znamenki. Oblici laserskog rezanja imaju veličinu koja točno pristaje LED diodama i kondenzatorima u traku veličine 35 LED od 60 LED/metar, pa ih nemojte mijenjati prije laserskog rezanja.

• Izrežite SevenSegmentBase4Digits.svg ili SevenSegmentBase6Digits.svg od drveta 1/8 ″
• Izrežite EdgeLitSevenSegment4Digits.svg ili EdgeLitSevenSegments6Digits.svg sa 1/4 "prozirnog akrilnog lista.
• Izrežite EgeLitSevenSegmentCover4Digits.svg ili EdgeLitSevenSegmentCover6Digits.svg sa 1/16 ″ prozirnog akrilnog lista.

Korak 2: Tolerancije

Odstupanja za ovaj projekt su vrlo mala, a segmenti imaju zareze koji su točno razmaknuti i * samo * dovoljno veliki da drže LED diode i kondenzatore na akrilnoj traci (vidi sliku).

Budući da se LED trake razlikuju od proizvođača do proizvođača, poželjet ćete provjeriti razmak i veličinu LED dioda i kondenzatora na LED traci kako biste potvrdili da su usklađene s urezima prikazanim u SVG datoteci. Dizajn možete testirati prije laserskog rezanja ispisujući sliku segmenata u mjerilu i provjeravajući jesu li zarezi poravnati s vašom LED trakom. Ako se vaš ne uklapa točno, konstrukcija neće funkcionirati. Međutim, ako se dobro snalazite u CAD -u, trebali biste moći izmijeniti razmak zareza u SVG datoteci kako bi odgovarao vašoj traci.

Korak 3: Izrežite i izgradite kućište

Izrežite komade kućišta od drveta 1/8 ″ po vašem izboru. Zaboravio sam fotografirati ovaj korak, ali prvo uzmite vanjske i unutrašnje dijelove poklopca (obrisi prikazani na slikama) i spojite ih ljepilom za drvo tako da se sve rupe poravnaju jedna s drugom. Veći komad je vanjski dio poklopca, a manji dio će se smjestiti unutar kućišta.

Imajte na umu da položaj rupa nije potpuno simetričan pa je orijentacija dijelova poklopca važna. Pazite da se * SVE * rupe poravnaju kada poravnate komade. Spojite komade zajedno ili upotrijebite vijke i matice M3 kroz rupe kako biste ih pričvrstili dok se suše.

Sastavite tijelo kućišta postavljanjem komada kao što je prikazano na slici, nanošenjem ljepila na rubove i klizanjem odgovarajućih utora i jezičaka. Spojite ili zalijepite komade dok se ljepilo za drvo suši.

Korak 4: Lasersko rezanje akrila

Izrežite komade naslovnice s prozirnog akrilnog lima 1/16 ((prikazan je kao vektorski prikaz na slikama).

Izrežite glavno kućište sata i segmente od 1/4 ″ prozirnog akrilnog lima. Komadići sadrže vrlo male detalje pa se pobrinite da rez bude dovoljno čist da se male izbočine ne slome kad odvojite komade. Držite komade akrila prikazane na posljednjoj slici iz ovog koraka

Samo naprijed i skinite zaštitni papir sa * svih * akrilnih komada. Trebat će vam neko vrijeme, a nadamo se da će vam i dalje ostati nekoliko noktiju kada završite.

Korak 5: Pokrijte rubove svih malih akrilnih segmenata

Akrilni segmenti i točkice su vrlo mali i omogućit će istjecanje mnogo svjetla ako ne prikrijemo rubove. Za to ćemo koristiti ljepljivu foliju * NON PROVODNU *.

Rezačem za vinil izrezao sam foliju na dugačke trake od 1/4 ″. Ako nemate rezač za vinil, možete upotrijebiti egzaktni nož ili škare za rezanje traka od 1/4 ″ inča (pogledajte prvu sliku).

Koristite trake od folije da pokrijete svaki rub * osim onog s urezima * malih segmenata i točkica, kao što se vidi na drugoj slici. Najlakše je prekriti rubove akrila dugim komadom vinilne folije i zagladiti ga čvrstim pritiskom prije nego što odrežete višak.

Uz to, uzmite 4 ili 6 akrilnih kvadrata (ovisno o tome imate li 4 ili 6 -znamenkasti zaslon) i prekrijte * jedan * rub svakog kvadrata trakom od vinilne folije kao što se vidi na trećoj slici.

Korak 6: Pričvrstite poklopac i glavni akrilni okvir

Uzmite jedan od 1/16 ″ akrilnih omotača i veliki 1/4 ″ komad (prikazano prekriveno zaštitnim papirom na prvoj slici) i poravnajte ih tako da male rupe budu jedna preko druge. U svaku rupu umetnite vijak M2 tako da vijak ulazi kroz poklopac i izlazi iz 1/4 ″ akrilnog okvira. Pričvrstite dva akrilna komada zajedno kao što je prikazano ispod. Obratite pažnju na orijentaciju dviju točaka u odnosu na utor ispod njih. Orijentirajte okvir na vrhu poklopca tako da dvije točke budu lijevo od utora. Gledamo dolje u zadnju stranu ekrana.

Korak 7: Lemite LED trake

Iz LED trake izrežite dvije ili tri manje trake (za 4 ili 6 -znamenkasti prikaz) od po 28 piksela (prva slika) za osvjetljavanje znamenki i jedan ili dva segmenta od po 2 piksela za osvjetljavanje točaka. Pazite da jastučiće za lemljenje držite na strani trake za unos podataka. Odrežite izlazni kraj trake prilično blizu krajnjeg kondenzatora - nema potrebe držati jastučiće tamo - jer postoji * samo * dovoljno prostora za postavljanje trake. Pokušajte izbjeći uključivanje bilo kakvih spojeva (koji se obično javljaju svakih 30 piksela) unutar trake jer je tačan razmak LED dioda važan.

Za svaku traku od 28 piksela, izrežite dvije duljine od 26 AWG pune spojne žice i jednu dužinu od 30 AWG namotane žice, sve s bijelom izolacijom. Koristite duljine od oko 8 inča. Za signal ćemo koristiti nasukanu žicu, a za napajanje žicu za spajanje.

Na ulaznoj strani trake nanesite SAMO lemljenje na signalnu ploču, zatim skinite i kosite vrh ožičene žice od 30 AWG i lemite je na podlogu, pazeći da nema zalutalih niti spojenih na 5V ili GND linije (druga slika).

Sada nanesite lemljenje na 5V i GND jastučiće koje ste upravo očistili sa * BACK * strane LED trake, ogolite i kosite vrhove 26 AWG žica, a zatim ih lemite na jastučiće za napajanje. Pažljivo savijte žice prema gore pod uglom od 90 stepeni tik pored spoja lemljenja. Žice bi trebale izgledati kao na trećoj slici.

Budući da su obje žice za napajanje bijele, označite krajeve oštricom kako biste ih kasnije mogli razlikovati, kao što je prikazano na posljednjoj slici.

Bilo bi dobro testirati veze prije postavljanja žice u okvir zaslona. Uvjerite se da sve LED diode svijetle i da nema kratkih spojeva. Sljedeći korak je sastavljanje akrilnih komada i LED traka za znamenke na zaslonu. Ponovit ćemo isti postupak za svaki par znamenki.

Korak 8: Umetnite LED traku i segmente za znamenke u akrilni okvir

Sada ćemo početi dodavati LED traku i dijelove akrilnog segmenta u okvir. Počet ćemo od sredine trake i raditi prema van sa svakom polovicom trake slijedeći putanju prikazanu na prvoj slici.

Uzmite LED strp od 28 piksela i umetnite ga u okvir kao što je prikazano tako da žice za napajanje stanu u utor koji visi između znamenki, a za svaku znamenku je dostupno 14 LED dioda. Ulazni kraj LED trake, koji sadrži signalnu žicu, trebao bi ući krajnje desno (s našeg trenutnog pogleda) od dvije znamenke. Ovu LED traku ćemo pričvrstiti po obodu svakog sedmosegmentnog ekrana. Odlijepite papir od sredine trake dok idete, ali zalijepite samo mali dio trake odjednom, jer ćete vjerojatno morati povremeno uklanjati i ponovno postavljati njegove dijelove kako biste bili sigurni da segmenti pravilno pristaju.

Sastavite jednu po jednu znamenku, počevši od krajnje desne od dvije znamenke (one koja sadrži žicu za ulaz signala). Svaki od sedam malih segmenata u znamenci odgovara s dvije LED diode na traci. Naizmjenično zalijepite dva piksela LED trake, a zatim dodajte jedan segment. Postavite sve male segmente s urezanom stranom okrenutom prema gore. Ivice svjetlosnih efekata izgledaju mnogo bolje ako se na zadnjoj strani osvijetljenog akrila nalazi bilo kakvo graviranje. Ako niste sigurni koja je strana urezana, izgrebite noktima obje strane i trebali biste osjetiti utore na urezanoj strani.

Stavite segmente u okvir dok idete. Važno je da sve dobro pristaje, pa svaki put kad zalijepite dio akrilne trake, pritisnite segment na mjesto na vrhu trake i pobrinite se da se segmenti dobro uklope u obod znamenke. Mala pinceta je od pomoći ako trebate podići i ponovno postaviti LED traku.

Nakon što su prva tri segmenta postavljena, postavite akrilni kvadrat na sredinu donje “petlje” znamenke. Koristite akrilni kvadrat koji s jedne ivice prekriva vinil foliju. Folija bi trebala biti na rubu kvadrata najbliže sredini znamenke. Najlakše je postaviti kvadrat tako da ga postavite u gornju „petlju“i klizite prema dolje sve dok ne legne između segmenata.

Nastavite s pričvršćivanjem ostatka LED trake po obodu znamenke, kao što je prikazano, ali pričekajte da umetnete komade akrilnog segmenta. Kad dođete do samog kraja, zalijepite posljednja dva piksela LED trake preko vinilne folije koja prekriva gornji rub kvadrata. Posljednji set jastučića za lemljenje na ovom dijelu trake će se preklapati s lemilicama na prethodnom dijelu trake (pogledajte sliku ispod). Prije nego što ga zalijepite, važno je postaviti * vrlo tanak * komad izolacije između dva dijela trake. Odrezao sam mali komad selotejpa i zalijepio ga za donju stranu jastučića na kraju trake.

Dodajte posljednje komade akrilnog segmenta. Kad dođete do kraja trake, budite vrlo oprezni kada ih postavljate kako ne biste odvojili signalnu žicu pričvršćenu na kraj trake. (Uradio sam ovo, morao sam ukloniti sve dijelove i LED traku i početi ispočetka. Nije kraj svijeta, ali je bol) Uvjerite se da se signalna žica proteže izvan znamenke, kao što je prikazano na posljednjoj slici.

Gurnite posljednji kvadrat na mjesto u gornjem dijelu znamenke. Na ovom kvadratu nema vinilne folije. Fit će biti prilično tijesan. Najjednostavniji način postavljanja kvadrata je da prvo gurnete donji dio kvadrata na mjesto i primijenite lagani do umjereni pritisak (ne biste se trebali znojiti) prema dolje dok prorežete vrh kvadrata. Okomiti kanali između znamenki za žice čine donji dio znamenke malo fleksibilnijim od vrha. Morat ćete koristiti svoju prosudbu o tome koliko snažno možete gurnuti komad na mjesto ako ne uđe lako.

Korak 9: Provucite signalnu žicu

Nakon što svi akrilni komadi budu postavljeni, pažljivo ćemo provesti signalnu žicu od 30 AWG kroz mali kanal između komada, kao što je prikazano u nastavku, a zatim je usmjeriti u kanal koji sadrži žice za napajanje. Pincetom sam ga nježno gurnuo u kanal, te sam žice zalijepio slikarskom trakom kako ne bi iskočile pri sastavljanju ostalih znamenki.

Korak 10: Ponovite za sve znamenke i testirajte

Jeste li već umorni? Još uvijek moramo sastaviti komade u lijevu znamenku. Postupak je isti kao i ovaj koji smo upravo dovršili, ali je nešto lakši jer (1) nema signalne žice s ove strane i (2) ako ste obrezali kraj LED trake blizu kondenzatora, ništa od lemni jastučići u ovoj znamenci će se preklapati (ako iz nekog razloga jesu, obavezno stavite vrlo tanki izolacijski materijal između njih). Budite sigurni da kada postavljate dijelove za lijevu znamenku, vodite LED traku u uzorku zrcalne slike desne znamenke, kao što je prikazano na slici putanje s plavim strelicama u koraku 8.

Nakon što obje znamenke budu na svom mjestu, spojite signalni napon i žice uzemljenja na mikro kontroler po vašem izboru i pokrenite testni program kako biste bili sigurni da LED traka radi ispravno. Meni je sve funkcionisalo prvi put oko 50% vremena. Najčešći problemi nastali su zbog odvajanja žice ili guranja u kontakt s drugom podlogom za lemljenje.

Ako sve izgleda dobro, sljedeći korak je umetanje LED trake i akrilnih segmenata u ostale znamenke na ekranu, slijedeći potpuno isti postupak. Testirajte svaki skup znamenki kad završe.

Korak 11: Umetnite LED traku i akril za tačke

Zatim ćemo koristiti kratke segmente LED trake koji sadrže samo dva piksela za osvjetljavanje tačaka na ekranu. Bit će jedan ili dva para točaka, ovisno o tome gradite li 4 ili 6 -znamenkasti zaslon. Točke su znatno lakše instalirati od znamenki.

Odrežite tri dužine priključne žice od 26 AWG i lemite ih na ulazni kraj LED trake dužine 2 piksela. Označite krajeve svake žice tako da znate koji je 5V, signal i GND. Koristio sam crvenu, plavu i crnu oštricu za bojanje dijela izolacije na svakoj žici. Skinite ljepljivu podlogu sa LED trake i umetnite i zalijepite LED traku na stražnju stijenku utora sa žicama koje vise prema okomitom kanalu i izlaze na dnu okvira.

Pronađite male akrilne točkice koje se uklapaju u okvir. Pokrijte njihov opseg vinil folijom, baš kao što ste to učinili za segmente. Postavite ih u njihove pojedinačne prostore s urezanom stranom okrenutom prema gore, a LED i kondenzator sa LED trake smješteni u odgovarajuće zareze.

Kad se sve točke i znamenke završe, vaš bi zaslon trebao izgledati kao posljednja slika.

Korak 12: Pokrijte i učvrstite ekran

Nakon što su sve znamenke i točke sastavljene i sve LED trake testirane, preko njih ćemo postaviti drugi tanki akrilni pokrov. Odvijte matice s vijaka M2, ostavljajući vijke na mjestu, i pažljivo uklonite svu traku koja drži žice na mjestu. Pažljivo spustite gornji prozirni akrilni poklopac preko okvira, probijajući vijke kroz rupe na poklopcu i pazeći da sve žice ostanu unutar svojih kanala. Kad je sve na svom mjestu, dobro zavrnite i zategnite matice.

Korak 13: Pričvrstite kućište

Sada ćemo prikačiti zaslon na poklopac kućišta. Položite poklopac pored zaslona tako da se žice poravnaju s rupama na poklopcu. Poklopac NIJE simetričan, jer žice od točkica nisu na pola puta između znamenki, pa postoji samo jedna orijentacija u kojoj je poravnanje savršeno.

Provucite krajeve svakog seta žica kroz odgovarajuće rupe na poklopcu s gornje strane, a zatim pažljivo pomaknite zaslon prema poklopcu tako da jezičci u akrilu stanu u pravokutne proreze na poklopcu. Vjerojatno ćete to postići u malim koracima. Provucite krajeve svake žice kroz rupe i nježno gurnite poklopac duž žica, naizmjence uzimajući labavost u svakoj grupi žica dok idete. Budite vrlo oprezni da ne povučete previše za bilo koju žicu. Govoreći iz iskustva, u ovom je trenutku velika šteta odvojiti žicu. Lagano utisnite jezičke u utore. Prianjanje nije super čvrsto, pa ćete htjeti zalijepiti jezičke u utore (koristeći JB Weld ili slično ljepilo koje djeluje i na akrilu i na drvetu) nakon što se sva elektronika spoji i testira.

Provukao sam nekoliko gumica oko zaslona i poklopca kućišta kako bih ih čvrsto držao zajedno dok sam radio na ožičenju. Na gornjoj slici sam lemio svih 5 žica za napajanje u jednoj grupi i svih 5 žica za uzemljenje u drugoj grupi, te spojio svaku grupu na jednu ulaznu žicu, a zatim pokrio sve lemne spojeve s puno skupljajućih cijevi.

Korak 14: Priključite mikro kontroler (ili dva)

Postoji mnogo različitih načina za povezivanje kontrolera s zaslonom. Možete lemiti žice izravno na vaš kontroler, ali ja radije pričvršćujem konektore na žice, ostavljajući fleksibilnost pri zamjeni mikro kontrolera. Kombinirao sam sve žice za napajanje i sve žice za uzemljenje i lemio sam svaku od 5 signalnih žica na jedan pin konektor sa 5 zaglavlja.

Isprobao sam nekoliko različitih kontrolera sa sedmosegmentnim ekranom osvetljenim ivicom. Sviđa mi se prototipni kod za LED trake u CircuitPythonu jer je brzo i jednostavno pokrenuti i pokrenuti nešto. Postoji mnogo piksela za kontrolu, pa sam se odlučio za Adafruit Itsy Bitsy M4 Express koji se temelji na ATSAMD51 ploči i dovoljno je brz i snažan da kontrolira 88 RGB LED dioda u šestoznamenkastom satu, ali ipak dovoljno mali da stane lako u kućištu. Itsy-Bitsy M4 Express dobro je funkcionirao, ali sam također želio IoT povezivanje, pa sam pokušao pokrenuti kod za ekran na ESP32 ploči. Imao sam problema s kontrolom boja na traci dok sam bio spojen na internet - slično ovom problemu: https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel/issues/139. Najbolje rješenje bilo je kontrolirati LED trake s ploče Itsy Bitsy i koristiti ESP8266 (Lolin D1 Mini Pro) za povremeno hvatanje ispravnog vremena s interneta i slanje na Itsy Bitsy putem serijske komunikacije.

Dijagram prikazuje ožičenje za 6-znamenkasti zaslon. Da biste ga prilagodili četveroznamenkastom zaslonu, jednostavno izostavite "Dot Strip 2" i "Num Strip 3". Budući da je komunikacija između Lolin D1 Mini i Itsy Bitsy jednosmjerna, potrebno je samo spojiti Lolin TX na Itsy Bitsy RX. Koristio sam mikro-USB probojnu ploču za unos 5V napajanja putem mikro-USB kabela.

Korak 15: Kodiranje ekrana

Zaslon je kodiran kao sat, ali postoji mnogo dodatnih potencijalnih dodatnih funkcija. To može biti mjerač odbrojavanja, prikaz temperature, prikaz broja sljedbenika na društvenim mrežama ili u osnovi prikaz bilo koje metrike koja se može predstaviti u brojevima.

Arduino kod

Programirao sam Lolin D1 Mini Pro sa Arduino IDE -om. Kôd, u priloženoj datoteci ".ino", povezuje se na internet i koristi biblioteku "NTPClient" (dostupnu preko upravitelja biblioteke Arduino) za dobijanje ispravnog vremena. Objekat NTPClient očitava vrijeme sa NTP servera svakih 10 minuta. Formatira i šalje vremenski niz preko serijskog porta svakih 10 sekundi.

CircuitPython kod

Circuit Python kôd, u priloženoj datoteci ".py", koji radi na Itsy Bitsy -u, anketira serijski port za čitanje vremenskih nizova poslanih sa ESP8266. On postavlja svako osnovno vrijeme sa svakim novim vremenskim nizom koji primi, zatim prati trenutno vrijeme pomoću funkcije monotonic () iz vremenske biblioteke.

Kôd koristi biblioteku adafruit_fancyled za odabir boja u HSV formatu i primjenu korekcije gama prije njihovog prikazivanja. Boja brojeva evoluira tokom ciklusa od 60 sekundi koji se ponovo pokreće pri vrhu svake minute. Indeksi segmenata koji su potrebni za prikazivanje bilo kojeg danog broja na LED diodama pohranjeni su kao bitovi u nizu digitSegments i raspakirani u funkciji drawStripDigit.

Korak 16: Vau

Ako ste uspjeli do sada, dobro za vas! Nadam se da ćete uživati u ovom projektu. Bilo je puno posla, ali prilično isplativo za napraviti.