Sedam segmentni zaslon sata s rubovima: 16 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Sedam segmentnih zaslona prisutni su već više od stoljeća (https://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display) i tvore poznati oblik brojeva u digitalnim satovima, pločama s instrumentima i mnogim drugim numeričkim zaslonima. U mnogim su ih slučajevima zamijenili zasloni, no sa stajališta učinkovitosti teško je raspravljati o kratkoći kodiranja stanja numeričkog prikaza u samo 7 bitova informacija (svaki segment uključen ili isključen)

Većina zaslona sa sedam segmenata je jednobojna, pa ova verzija s osvijetljenim rubom dodaje vizualni interes korištenjem mogućnosti punih boja 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 zaslon, što je još jedan jedinstven aspekt ovog projekta.

-Odricanje---

Ova konstrukcija kombinira male desetke malih laserski izrezanih akrilnih komada koji pristaju zajedno s vrlo uskim tolerancijama. Koristi tanke LED trake (širine 4 mm) koje treba lemiti, savijati, a zatim umetnuti između tih akrilnih komada. Prilikom sastavljanja dijelova morate biti spremni prisiliti komade na mjesto, iako se osjeća kao da naglašavate lomljivi akril. Također morate biti spremni ukloniti i ponovno postaviti navedene dijelove i LED trake kada se ispostavi da se * ne mogu * prisiliti na svoje mjesto. U nekom trenutku tijekom montaže postoji velika vjerojatnost 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 usklađivanje dok sve ne sjedne na svoje mjesto.

Ovo zapisivanje opisuje izradu 6-znamenkasti zaslon. Nešto je lakše izgraditi 4-znamenkasti 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.

Pribor

Potrošni materijal--

Potrebne količine ovise o tome izrađujete li 4-znamenkasti ili 6-znamenkasti zaslon.

• Listovi debljine 1/8 for za lasersko rezanje
• Prozirni akril 1/16 for za lasersko rezanje
• 1/4 ″ prozirni akril za lasersko rezanje
• Mršava (široka 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 s bijelom izolacijom
• 30 AWG nasukana žica s bijelom izolacijom
• Mala količina ljepljive trake
• 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 vijci M3 i matice M3 (izborno, ali korisno)

Alati--

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

Korak 1: Dizajniranje datoteka i lasersko rezanje

Postoji šest vektorskih datoteka za lasersko rezanje, tri po 4 za 4 ili 6-znamenkastu izradu. Oblici laserskog rezanja veličine su tako da točno stanu LED diode i kondenzatore u traku veličine 60 LED/metar 3535, pa im nemojte mijenjati veličinu prije nego što ih izrežete laserom.

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

Korak 2: Tolerancije

Odstupanja za ovaj projekt vrlo su 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 među proizvođačima, htjet ćete provjeriti razmak i veličinu LED dioda i kondenzatora na LED traci kako biste potvrdili da su usklađene s urezima prikazanima u SVG datoteci. Dizajn možete isprobati prije laserskog rezanja ispisujući sliku segmenata u mjerilu i provjeravajući jesu li zarezi poravnati s vašom LED trakom. Ako se vaš ne uklapa točno, gradnja neće funkcionirati. Međutim, ako se dobro snalazite u CAD -u, trebali biste moći promijeniti razmak zareza u SVG datoteci kako bi odgovarao vašoj traci.

Korak 3: Izrežite i izgradite kućište

Izrežite dijelove kućišta od drveta 1/8 ″ po vašem izboru. Zaboravio sam fotografirati ovaj korak, ali prvo uzmite vanjske i unutarnje 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 izrežite akril

Izrežite komade naslovnice s prozirnog akrilnog lima veličine 1/16 ((prikazano kao vektorski obris na slikama).

Izrežite kućište i segmente glavnog sata od prozirnog akrilnog lima veličine 1/4 ″. Komadići sadrže vrlo male detalje pa se pobrinite da rez bude dovoljno čist kako se male izbočine ne bi slomile 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 ipak ostati malo noktiju kad završite.

Korak 5: Pokrijte rubove svih malih akrilnih segmenata

Akrilni segmenti i točkice vrlo su mali i dopustit će krvarenje puno 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).

Upotrijebite trake folije da pokrijete svaki rub * osim onog s urezima * malih segmenata i točkica, kao što se vidi na drugoj slici. Rubove akrila najlakše je prekriti dugim komadom vinilne folije i zagladiti 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 poklopca i veliki komad 1/4 ((prikazan prekriven zaštitnim papirom na prvoj slici) i poravnajte ih tako da male rupice budu jedna preko druge. U svaku rupu umetnite vijak M2 tako da vijak ulazi kroz pokrovni dio i izlazi iz 1/4 ″ akrilnog okvira. Pričvrstite dva akrilna komada zajedno kao što je prikazano u nastavku. Obratite pozornost 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 stražnju stranu zaslona.

Korak 7: Lemite LED trake

Iz LED trake izrežite dvije ili tri manje trake (za 4 ili 6 -znamenkasti zaslon) 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 unosa podataka trake. Odrežite izlazni kraj trake prilično blizu krajnjeg kondenzatora - nema potrebe držati jastučiće tamo - jer ima * samo * dovoljno mjesta za postavljanje trake. Pokušajte izbjeći uključivanje bilo kakvih spojeva (koji se obično javljaju svakih 30 piksela) unutar trake jer je točan razmak LED dioda važan.

Za svaku traku od 28 piksela izrežite dvije duljine od 26 AWG pune spojne žice i jednu duljinu 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 lemite SAMO na signalnu pločicu, a zatim skinite i kosite vrh namotane 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 na strani * BACK * LED trake, ogolite i kosite vrhove 26 AWG žica, a zatim ih lemite na jastučiće za napajanje. Pažljivo savijte žice prema gore pod kutom od 90 stupnjeva neposredno kraj spoja za lemljenje. Žice bi trebale izgledati poput onih 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 sada 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 put prikazan 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 pričvrstit ćemo po obodu svakog sedmosegmentnog zaslona. U tijeku odlijepite papir od sredine trake, ali zalijepite samo mali dio trake odjednom jer ćete vjerojatno morati povremeno uklanjati i ponovno namještati njegove dijelove kako biste bili sigurni da segmenti pravilno pristaju.

Sastavljajte 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 dvjema LED diodama na traci. Naizmjence zalijepite dva piksela LED trake, a zatim dodajte jedan segment. Postavite sve male segmente s urezanom stranom okrenutom prema gore. Svjetlosni efekti rubova izgledaju puno bolje ako se na stražnjoj 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 korisna je ako trebate podignuti i ponovno postaviti LED traku.

Nakon što su prva tri segmenta postavljena, postavite akrilni kvadrat u sredinu donje "petlje" znamenke. Koristite akrilni kvadrat koji ima vinil foliju koja prekriva jedan rub. 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 dok ne legne između segmenata.

Nastavite s pričvršćivanjem ostatka LED trake po obodu znamenke, kao što je prikazano, ali pričekajte da umetnete dijelove 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. (Učinio sam to, morao sam ukloniti sve dijelove i LED traku i početi ispočetka. Nije kraj svijeta, ali bol je) Pobrinite 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 jako možete gurnuti komad na mjesto ako ne uđe lako.

Korak 9: Provucite signalnu žicu

Nakon što svi akrilni dijelovi 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 i 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 lijevoj znamenci. 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, svakako stavite između njih vrlo tanki izolacijski materijal). Budite sigurni da kada postavljate dijelove za lijevu znamenku, vodite LED traku u uzorku zrcalne slike desne znamenke, kao što je prikazano na slici puta s plavim strelicama u koraku 8.

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

Ako sve izgleda dobro, sljedeći je korak umetnuti LED traku i akrilne segmente u ostale znamenke na zaslonu, slijedeći ponovno potpuno isti postupak. Testirajte svaki skup znamenki kad završe.

Korak 11: Umetnite LED traku i akril za točkice

Zatim ćemo koristiti kratke dijelove LED trake koji sadrže samo dva piksela za osvjetljavanje točaka na zaslonu. 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 duljine priključne žice od 26 AWG i lemite ih na ulazni kraj LED trake od 2 piksela. Označite krajeve svake žice tako da znate koji je 5V, signal i GND. Koristio sam crvene, plave i crne oštrice za bojanje dijela izolacije na svakoj žici. Skinite ljepljivu podlogu s 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 vinilnom folijom, baš kao što ste to učinili za segmente. Postavite ih u zasebne prostore s urezanom stranom okrenutom prema gore, a LED i kondenzator iz LED trake ugniježđeni u odgovarajuće zareze.

Kad su sve točke i znamenke potpune, vaš bi zaslon trebao izgledati kao posljednja slika.

Korak 12: Pokrijte i učvrstite zaslon

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, provukavši 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 točaka 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 vrha, a zatim pažljivo pomaknite zaslon prema poklopcu tako da jezičci u akrilu stanu u pravokutne utore 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 skupini 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 umetnite jezičke u utore. Prianjanje nije super tijesno pa ćete htjeti zalijepiti jezičke u utore (koristeći JB Weld ili slično ljepilo koje djeluje i na akrilu i na drvetu) nakon što je sva elektronika spojena i testirana.

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

Korak 14: Priključite mikro kontroler (ili dva)

Postoji mnogo različitih načina povezivanja kontrolera na zaslon. 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 te sam lemio svaku od 5 signalnih žica na jedan priključak s 5 zaglavlja.

Isprobao sam nekoliko različitih kontrolera sa sedmosegmentnim zaslonom osvijetljenim rubom. Sviđa mi se izrada prototipskog koda za LED trake u CircuitPythonu jer je brzo i jednostavno pokrenuti nešto. Ima puno piksela za kontrolu pa sam se odlučio za Adafruit Itsy Bitsy M4 Express koji se temelji na ploči ATSAMD51 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 i ja sam htio IoT povezivanje pa sam pokušao pokrenuti kod za zaslon na ESP32 ploči. Imao sam problema s kontrolom boja u 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 točnog 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 dobivanje 5V ulazne energije putem mikro-USB kabela.

Korak 15: Kodiranje zaslona

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 prikazati u brojkama.

Arduino kod

Programirao sam Lolin D1 Mini Pro s Arduino IDE -om. Kôd se u priloženoj datoteci ".ino" povezuje s internetom i koristi biblioteku "NTPClient" (dostupna putem upravitelja knjižnice Arduino) za dobivanje točnog vremena. Objekt NTPClient očitava vrijeme s NTP poslužitelja svakih 10 minuta. Formatira i šalje vremenski niz preko serijskog porta svakih 10 sekundi.

CircuitPython kod

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

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

Korak 16: Vau

Ako ste uspjeli dovde, svaka čast! Nadam se da ćete uživati u ovom projektu. Bilo je puno posla, ali prilično isplativo za napraviti.