Представленная схема и изображение самодельной бегущей строки на светодиодах, управляемой при помощи пользовательского текста, вводимого с клавиатуры компьютера, выполнены на базе микроконтроллера. Такое устройство предназначено для демонстрации различных рекламных сообщений и может быть установлено, например, на заднем стекле автомобиля. В продаже отсутствует подходящий аналогичный продукт, что и сподвигло на создание собственных решений.
В результате разработана компактная конструкция размером 230x40x30 мм. Для ввода текста пользователь может просто снять устройство, подсоединить к нему стандартную компьютерную клавиатуру с интерфейсом PS/2 и набрать необходимое сообщение, после чего снова подключить устройство к объекту назначения.
Дополнительно, для повышения удобства эксплуатации, реализована память для сохранения последнего введенного текста, что позволяет автоматически отображать сообщение при включении устройства без повторного ввода. Для этого используется энергонезависимая память EEPROM, которая сохраняет данные даже при отключении питания. Также внутри устройства установлена программа-микропрограмма, позволяющая управлять скоростью бегущей строки и режимами отображения, что делает его более универсальным и легко настраиваемым под различные задачи.
Принципиальная схема
Само устройство включает две платы, соединённые между собой посредством двух восьмиконтактных разъёмов. На первой плате, представленной на схеме (рис. 1), расположены микроконтроллер и дешифратор, который перебирает горизонтальные линии светодиодной матрицы с помощью электронных ключей — транзисторов VT1-VT8.
Для входа текста, предназначенного для отображения в виде бегущей строки, используют разъём XS1, к которому подключают клавиатуру ПК через интерфейс PS/2. После набора необходимого текста клавиатура отключается, поскольку дальнейшее взаимодействие с ней не потребуется. Регуляцию скорости движения текста реализуют с помощью кнопок SB1 и SB2. По практике, оптимальную скорость легче установить в начале работы, после чего её изменение происходит очень редко.
На рисунке 1 изображена схема контроллера, отвечающего за ввод текста через клавиатуру, а также его управление.
Вторая схема (рис. 2) показывает плату, ответственную за отображение. Она базируется на преобразователях последовательного кода в параллельный (интегральные схемы DD3-DD11) и светодиодных матрицах 8×8 (HG1-HG9). Общее габаритное пространство табло — 72 светодиода по горизонтали и 8 по вертикали. В качестве матриц применены модели TOP-788BS (размеры 20×20 мм), которые можно легко заменить, например, на GNM-7881BUE.
Все преобразователи кода 74HC595N соединены между собой последовательно, что значительно облегчает загрузку данных от микроконтроллера — ведь можно отправить информацию одновременно на все 72 светодиода каждой строки табло.
Микроконтроллер управляет процессом загрузки данных по трём линиям: на первый контакт разъёма ХР2 поступают сигналы сдвига, на второй — последовательный код, а на третий — импульс, который переписывает данные из сдвиговых регистров в их постоянное запоминающее устройство. Параллельное отображение происходит сразу на всех матрицах благодаря новым состояниям входных данных.
Для формирования изображения в памяти микроконтроллера заложен шрифт с символами в формате 5×7 точек. Ширина каждого символа — шесть колонок с точками, в которых один столбец остаётся свободным для разделения символов. Модель конфигурации рассчитана так, чтобы было легко применять и шрифты другого размера, например, до 7 точек шириной: потребуется лишь заменить таблицу соответствующего шрифта и изменить параметр ширины.
Детали и программа
Программирование микроконтроллера производилось при помощи программного обеспечения IC-Prog версии 1.06C и специального программатора EXTRA-PIC. В начальной конфигурации в регистры микроконтроллера занесены параметры, связанные с использованием разряда PWRT и типом тактового генератора — именно HS. Устройство функционирует с кварцевым резонатором ZQ1, частотой 10 МГц.
Можно снизить тактовую частоту до 4 МГц, тогда можно было бы отказаться от внешнего кварцевого резонатора и использовать встроенный RC-генератор. Однако при этом наблюдается заметное мерцание изображения на дисплее, что ухудшает восприятие.
Питание устройства допускается от источника постоянного тока напряжением в диапазоне 8–14 В, например, от бортовой электросети автомобиля. Перед началом работы необходимо подключить клавиатуру PS/2 к разъёму XS1 при выключенном питании, после чего включить его. На дисплее отобразится последний введённый ранее текст.
В дальнейшем можно либо продолжить вводить новый текст, либо стереть текущий, нажав клавишу «Esc» и начать заново. При необходимости вставки паузы в отображение текста по времени длительностью 4 секунды, на клавиатуре следует нажать «Tab». В этом случае бегущая строка остановится на выбранных символах на указанное время.
Управление символами осуществляется не только с русской клавиатуры: в символогенераторе предусмотрены отметки для точек, запятых, дробных линий и дефисов. Точку вводят нажатием клавиши для русских букв, расположенной рядом с правой клавишей «Shift», запятую — клавишей «Ё».
Общая длина текста — максимум 127 символов. На рис. 3 показан чертёж печатных проводников и расположения элементов плат внутри корпуса. На рис. 4 — изображение печатных следов платы для отображения бегущей строки.
Детали, такие как перемычки, установленные изолированным проводом, необходимо впаять перед монтажом остальных компонентов. После этого монтируют микросхемы DD3-DD11 и сверху — светодиодные матрицы HG1-HG9 (рис. 6). Обратите внимание, что на применённых диодах отсутствуют маркировочные метки, поэтому определение первого вывода пришлось производить путём экспериментальных испытаний.
Для выявления правильной полярности выводов проводятся испытания: на выводы подаётся постоянное напряжение через резистор R1 (300-510 Ом). Если при этом загорается диод, выделяемый красным цветом, то выводы установлены верно; иначе матрицу переворачивают и повторяют проверку.
На обратной стороне платы размещены резисторы, перемычки и разъёмы (XР2, XS3), вмонтированные на этапе установки компонентов поверх микросхем и матриц. В случае сборки устройство совместимо с корпусами, где разъёмы расположены в определённых отверстиях.
В качестве аналогов декодера и стабилизатора питания можно использовать модели КР1533ИД7 и КР142ЕН5А соответственно, а все резисторы и перемычки — применяются в корпусе 1206 для поверхностного монтажа. Разъёмы для внешнего питания — MiniDIN-6F, BLS-8 и PLS-8, подключение осуществляется через специально предназначенные разъёмы и кабельный разъём.
Корпус устройства сделан из твёрдого дерева сечением 30×40 мм и длиной 230 мм. Внутри выполнена фрезерная выемка по размерам печатных плат — её легко вырезать и без станка, используя сверло и стамеску. Поверхность корпуса покрыта высокосохнущей эмалью, а задняя крышка изготовлена из кабель-канала.
Для закрепления на поверхности автомобиля использован держатель от навигатора DVR-127. Его монтаж осуществляется путём вклеивания гайки в заранее подготовленное углубление, созданное перед нанесением клеевого слоя. Гайка зафиксирована суперклеем «Секунда», однако необходимо учитывать, что при использовании такого крепления она может отклеиться при сильных вибрациях или неровностях дороги.
Автомобиль, на кузове которого установлено устройство, — хэтчбек. Открывание багажника вызывает натяжение питающего шнура, выполненного в виде спиральной «телефонной» протяжки, что предотвращает разрыв соединений во время эксплуатации.
Печатные платы и прошивка для микроконтроллера доступны для скачивания. Информация подготовлена В. Юшиным, г. Электросталь, Московская область. Р-08-2014.
Подключение и настройка контроллера
Подключения осуществляются через соединительные провода или макетные платы. Следите за правильной полярностью источника питания, чтобы избежать повреждений. Для питания используйте стабилизированный блок напряжения, напряжение которого соответствует требованиям контроллера и дисплейного модуля, обычно 5 В или 3,3 В.
Для программирования выберите соответствующий порт COM на компьютере. В случае использования USB-адаптера необходимо установить драйверы, предоставляемые производителем. Модель контроллера должна быть предварительно распаяна или подготовлена к подключению.
| Порт на контроллере | Назначение | Подключение |
|---|---|---|
| VCC | Питание | Источник 5 В или 3,3 В |
| GND | Общий минус | Минус питания |
| DIN | Данные | Микросхема управления (например, Arduino) |
| CLK | Тактовый сигнал | |
| CS | Выбор устройства |
После физического подключения приступайте к программной конфигурации. В настройках микроконтроллера укажите параметры соединения, тип интерфейса и скорость передачи данных. В большинстве случаев используют шину SPI или I2C, в зависимости от модели устройства.
Создание интерфейса для ввода текста через компьютер
Рекомендуется использовать компонент <input type='text'> с идентификатором, который привязывается к обработчику событий на JavaScript, например, keydown или keyup. Такой подход обеспечивает получение информации о каждом нажатии символов, что важно для точного отображения введённого текста.
Для обеспечения надежности рекомендуется реализовать ограничение длины строки, чтобы избежать переполнения входных данных и обеспечить стабильную работу программы. Можно использовать атрибут maxlength или собственные проверки в скрипте.
При необходимости реализовать отображение введённых символов в реальном времени, рекомендуется создать элемент <div> или <span>, в который программа вставляет каждую введённую букву или цифру с помощью методов изменения DOM. Это позволяет визуализировать прогресс ввода без необходимости использования специализированных элементов.
Обработка специальных клавиш, таких как Backspace и Enter, требует привязки к соответствующим кодам событий. Например, для удаления последнего символа можно проверять, нажата ли клавиша Backspace, и убирать последний элемент из строки, отображаемой на экране.
Создание интерфейса также включает подключение обработчика ошибок и валидацию данных перед передачей их управляющему модулю системы отображения, чтобы исключить некорректное введённое содержание. Для этого реализуются функции проверки допустимых символов и формата входных данных.
Программное обеспечение для управления бегущей строкой
Существует два основных типа управления: через интерфейс на ПК и с помощью автономных контроллеров с встроенными меню. Первые позволяют подключаться к устройствам по USB или последовательным портам, используя драйверы и утилиты, предоставляющие полноценную настройку через графический интерфейс.
Дополнительно, для создания текста применяется специальная программа редактора, которая позволяет предварительно подготовить содержание, проверять его отображение и сохранять в подходящих форматах. Некоторые решения поддерживают экспорт файлов в бинарный формат или в команды для микроконтроллера.
На рынке представлены как коммерческие, так и бесплатные программы. Ключевые функции, которым следует уделять внимание, включают возможность редактирования текста, настройку размеров и шрифтов, а также предварительный просмотр итогового варианта на экране ПК.
Для повышения гибкости рекомендуется использовать решения с поддержкой скриптов или встроенными макросами, что позволяет автоматизировать изменения или синхронизировать отображение с внешними датчиками и событиями. Также важна возможность обновления содержимого файловой системы устройства по сети.
Перед выбором программного обеспечения важно убедиться в его совместимости с конкретным контроллером или драйвером, а также ознакомиться с документацией по настройке и эксплуатации. Некоторые производители предоставляют собственные программные продукты оптимизированные под их аппаратные решения.
Настройка освещения светодиодов
Для регулировки яркости и цветовой гаммы используемых светодиодов рекомендуется использовать внешний источник питания с поддержкой стабилизации напряжения, обычно 5 В или 12 В, в зависимости от типа диодов. Подключение осуществляется с учетом полярности: анод к положительному выходу источника питания, катод – к управляющему драйверу или резистору.
При применении драйвера на базе микросхемы для управления подсветкой важно правильно настроить параметры ШИМ-модуляции. Для этого используют программные PWM-сигналы, генерируемые через встроенные функции контроллера. Значение ширины импульса напрямую влияет на уровень яркости диода: 0% – полностью выключен, 100% – максимально яркое свечение.
Значения сопротивления ограничивают ток через диоды, предотвращая их повреждение. Для каждого типа светодиода выбирают резистор по формуле: R = (U_источник – U_светодиода) / I_красный. Обычно для ярких RGB-диодов при 5 В используют сопротивления в диапазоне 220–470 Ом, а для белых – около 220 Ом.
Для контроля цветовых оттенков и плавных переходов советуют применять последовательное подключение нескольких диодов с отдельными драйверами или использовать мультиканальные микроконтроллеры с поддержкой широтно-импульсной модуляции. Это обеспечивает точную настройку спектра освещения.
При необходимости повышения интенсивности рекомендуется увеличивать напряжение питания или использовать несколько светодиодов, соединенных параллельно в рамках допустимых характеристик. Важно помнить о безопасной разрядке и соблюдать максимальный допустимый ток для каждого устройства, использовав дополнительные резисторы и стабилизаторы напряжения.
Отладка и тестирование системы
Перед финальной сборкой необходимо выполнить последовательную проверку каждого компонента. Первым этапом служит верификация соединений, которая включает осмотр паяных швов и фиксацию проводов на плате. Следует убедиться, что контакты надежно закреплены, отсутствует короткое замыкание или разрыв цепи.
Затем необходимо проверить работу каждой последовательной части устройства, например, модуля дисплея или контроллера. Для этого используют мультиметр и программные средства для чтения данных. В случае с дисплеем важно убедиться, что все сегменты активируются корректно при подаче команды.
Для устранения ошибок рекомендуется вести журнал выявленных несоответствий и методы их устранения. Например, если часть символов отображается неправильно, возможно, необходимо корректировать базу символов или проверять калибровку временных задержек при обновлении данных.
Последним этапом проводится долговременное тестирование системы в режиме непрерывной работы. В течение нескольких часов отслеживают стабильность функционирования, нагрузку на контроллер и качество отображения. По завершении подобных испытаний формируют финальный отчет и вносят коррективы в конструкцию при необходимости.
Советы по расширению функциональности бегущей строки
Для повышения гибкости отображения информации применяйте возможность динамической смены скорости прокрутки с помощью регулировки временных интервалов между символами. Это поможет создать эффект более плавной или резкой анимации в зависимости от целей проекта.
Добавьте поддержку нескольких режимов демонстрации текста, таких как эффект появления по буквам, флип-анимация или замирание. Для их реализации используйте последовательные циклы смены содержимого и таймеры, чтобы добиться плавности переходов.
Используйте диалоговые окна или формы для ввода данных, что позволит подключать к системе новые сообщения без необходимости переписывать исходный код. Реализуйте заполнение массива с текстом, чтобы быстро менять содержимое в нужный момент.
Обеспечьте возможность смены цвета, размера и шрифта отображаемых символов при помощи командных последовательностей. Это позволит делать акцент на отдельные части текста или просто менять визуальный стиль на лету.
Используйте временные или условные триггеры для запуска различных эффектов, например, при наступлении определенного времени суток или при достижении определенных условий данных. Это расширит сценарии использования устройства.
Для повышения актуальности информации, добавьте функциональность автоматической обновляемости текста, например, подключение к внешним источникам данных или базе, что позволит показывать свежие сведения без ручных вмешательств.
