Visualització de rellotge de 7 segments il·luminada a la vora: 16 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Hi ha set pantalles segmentades des de fa més d’un segle (https://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display) i formen la forma familiar dels números dels rellotges digitals, panells d’instruments i moltes altres pantalles numèriques. S’han substituït en molts casos per pantalles, però des del punt de vista de l’eficiència és difícil discutir amb la brevetat de codificar l’estat d’una visualització numèrica en només 7 bits d’informació (cada segment està activat o desactivat).

La majoria de pantalles de set segments són monocromes, de manera que aquesta versió il·luminada aporta un interès visual mitjançant l’ús de totes les funcions de color de tires LED RGB barates per il·luminar cada dígit i fins i tot cada segment (o fins i tot mig segment) de la pantalla en un color diferent.. La inserció dels segments acrílics clars en un marc acrílic més gran us permet veure completament tota la pantalla, que és un altre aspecte únic d’aquest projecte.

- Exempció de responsabilitat ---

Aquesta construcció combina petites dotzenes de petites peces acríliques tallades amb làser que s’ajusten a toleràncies molt ajustades. Utilitza tires LED primes (de 4 mm d’amplada) que s’han de soldar, doblegar i inserir entre aquestes peces acríliques. En muntar les peces, heu d’estar disposats a forçar les peces al seu lloc, tot i que sembli que estireu l’acrílic fràgil. També heu d’estar disposats a retirar i tornar a col·locar aquestes peces i tires LED quan resulti que * no poden * ser forçades al seu lloc. En algun moment del muntatge, hi ha una gran probabilitat que hagueu d’eliminar-ho tot i tornar a soldar la tira LED quan us adoneu que forçant-ho tot al lloc va trencar un dels cables de la vostra tira LED o va crear un curtcircuit.

Dit tot això, aquest és un projecte gratificant si sou pacient i esteu disposat a tornar a treballar l’alineació fins que tot quedi al seu lloc.

Aquesta redacció descriu la construcció de la pantalla de 6 dígits. És una mica més fàcil construir la pantalla de 4 dígits i els passos són bàsicament els mateixos per a tots dos, de manera que probablement és millor començar amb la pantalla de 4 segments a menys que tingueu molta confiança.

Subministraments

Consumibles--

Les quantitats necessàries depenen de si esteu construint la pantalla de 4 o 6 dígits.

• Xapa de fusta de 1/8 ″ de gruix per tallar amb làser
• Acrílic transparent 1/16 ″ per al tall per làser
• Acrílic transparent de 1/4 ″ per tallar amb làser
• Flac (de 4 mm d'ample) SK6812 3535 RGB LED strip amb 60 LEDs / m (com aquest)
• Làmina adhesiva de vinil *** QUE NO ÉS CONDUCTIVA *** (He utilitzat aquesta làmina adhesiva Cricut)
• Cable de connexió sòlid de 26 AWG amb aïllament blanc
• Filferro de 30 AWG amb aïllament blanc
• Una petita quantitat de cinta adhesiva
• Cargols M2 de 5 o 7 x 12 mm i femelles M2
• MicroControlador capaç de controlar la tira LED
• Font d'alimentació per a microcontrolador i tira LED.
• Cola de fusta
• Cola de soldadura JB (o similar) que pot fixar l’acrílic a la fusta
• 3-4 cargols M3 i femelles M3 (opcional però útil)

Eines--

• Soldador / soldador
• Cortador de filferro / pelador
• Tallador làser (o un servei en línia com Ponoko)

Pas 1: dissenyar fitxers i tall per làser

Hi ha sis fitxers vectorials per tallar amb làser, tres per a la construcció de 4 o 6 dígits. Les formes tallades amb làser tenen una mida adequada per ajustar-se exactament als LED i als condensadors en una tira de 3535 de 60 LED / metre, de manera que no canvieu la mida abans de tallar-les amb làser.

• Talla SevenSegmentBase4Digits.svg o SevenSegmentBase6Digits.svg de 1/8 ″ de fusta
• Talla EdgeLitSevenSegment4Digits.svg o EdgeLitSevenSegments6Digits.svg a partir de full acrílic transparent de 1/4 ″.
• Retalleu EgeLitSevenSegmentCover4Digits.svg o EdgeLitSevenSegmentCover6Digits.svg de full acrílic transparent de 1/16 ″.

Pas 2: Toleràncies

Les toleràncies d’aquest projecte són molt reduïdes i els segments tenen osques exactament espaiades i prou grans per contenir els LED i els condensadors de la tira acrílica (vegeu la imatge).

Com que les tires LED varien entre fabricants, voldreu comprovar l’espaiat i la mida dels LED i condensadors de la vostra banda LED per confirmar que s’alineen amb les osques mostrades al fitxer SVG. Podeu provar el disseny abans de fer el tall per làser imprimint una imatge a escala dels segments i comprovant si les osques s’ajusten a la vostra tira LED. Si el vostre no s'adapta exactament, la compilació no funcionarà. Si sou bo amb CAD, heu de poder modificar l’espaiat de les osques del fitxer SVG perquè coincideixi amb la vostra tira.

Pas 3: tallar i construir el recinte

Talla les peces del recinte de 1/8 ″ de fusta que triïs. Em vaig oblidar de fotografiar aquest pas, però primer agafar les tapes exteriors i interiors (contorns que es mostren a les imatges) i enllaçar-les amb cola de fusta perquè els forats s’alineïn entre si. La peça més gran és la part exterior de la tapa i la peça més petita s’assentarà dins del recinte.

Tingueu en compte que la col·locació dels forats no és totalment simètrica i, per tant, importa l'orientació de les peces de la tapa. Assegureu-vos que * TOTS * els forats s’alineen quan alineeu les peces. Fixa les peces juntes o fes servir cargols i femelles M3 pels forats per subjectar-les mentre s’assequin.

Muntar el cos del recinte col·locant les peces tal com es mostra a la imatge, aplicant cola a les vores i lliscant les ranures i pestanyes que coincideixin. Fixa o enganxa les peces juntes mentre s’asseca la cola per a fusta.

Pas 4: tall amb làser l’acrílic

Talla les peces de la coberta de full acrílic transparent de 1/16 (es mostra com a contorn vectorial a les imatges).

Talleu el cos i els segments principals del rellotge a partir d'un full d'acrílic transparent de 1/4 . Les peces contenen detalls molt petits, així que assegureu-vos que el tall estigui prou net perquè les petites protuberàncies no es trenquin quan separeu les peces. Conserveu les peces d’acrílic que es mostren a la darrera imatge d’aquest pas

Endavant i peleu qualsevol paper protector de * totes * les peces acríliques. Trigareu una estona i, amb sort, encara us quedaran algunes ungles quan hàgiu acabat.

Pas 5: cobriu les vores de tots els petits segments d’acrílic

Els segments i els punts acrílics són molt reduïts i permetran que s’escorri molta llum si no emmascarem les vores. Utilitzarem la làmina adhesiva * NO CONDUCTIVA *.

Vaig utilitzar un tallador de vinil per tallar el paper d'alumini en tires llargues d'1 / 4 . Si no teniu un tallador de vinil, podeu utilitzar un ganivet o unes tisores exactes per tallar tires de 1/4 ″ de polzada (vegeu la primera imatge).

Utilitzeu les tires de làmina per cobrir totes les vores *, excepte la que presenta les osques * dels petits segments i punts, tal com es veu a la segona imatge. És més fàcil cobrir les vores de l’acrílic amb un tros llarg de la làmina de vinil i suavitzar-lo amb una pressió ferma abans de tallar l’excés.

A més, agafeu 4 o 6 dels quadrats acrílics (depenent de si teniu una pantalla de 4 o 6 dígits) i cobriu un * cant de cada quadrat amb una tira de làmina de vinil tal com es veu a la tercera imatge.

Pas 6: connecteu la coberta i el marc acrílic principal

Agafeu una de les peces de coberta acrílica de 1/16 ″ i la peça gran de 1/4 ″ (que es mostra coberta amb paper protector a la primera imatge) i alineeu-les de manera que els petits forats estiguin superposats. Introduïu un cargol M2 a cada forat perquè el cargol entri a través de la coberta i surti del marc acrílic de 1/4 ″. Cargoleu les dues peces acríliques com es mostra a continuació. Tingueu en compte l'orientació dels dos punts en relació amb la ranura que hi ha a sota. Assegureu-vos d’orientar el marc a la part superior de la coberta de manera que els dos punts quedin a l’esquerra de la ranura. Mirem cap avall a la part posterior de la pantalla.

Pas 7: soldeu les tires LED

De la tira LED tallar dues o tres tires més petites (per a les pantalles de 4 o 6 dígits respectivament) de 28 píxels cadascuna (primera imatge) per il·luminar els dígits i un o dos segments de 2 píxels cadascun per il·luminar els punts. Assegureu-vos de mantenir els coixinets de soldadura al costat d’entrada de dades de la tira. Retalleu l’extrem de sortida de la tira bastant a prop del condensador final (no cal que hi mantingueu els coixinets), ja que hi ha * només * espai suficient perquè la tira s’ajusti. Intenteu evitar incloure cap combinació (que sol produir-se cada 30 píxels) dins de la banda, ja que és important l'espaiat exacte dels LED.

Per cada tira de 28 píxels, talleu dues longituds de filferro de connexió sòlid de 26 AWG i una longitud de filferro de 30 AWG, tot amb aïllament blanc. Utilitzeu longituds d’uns 8 polzades. Utilitzarem el cable filat per obtenir senyal i el cable de connexió per proporcionar energia.

Al costat d’entrada de la tira, apliqueu la soldadura NOMÉS a la placa de senyal, desproveu-la i esteneu la punta del cable filat de 30 AWG i soldeu-la a la placa, tenint cura que no hi hagi cap fil conductor perdut a 5V o Línies GND (segona imatge).

Ara apliqueu la soldadura als coixinets de 5V i GND que acabeu d'esborrar al costat * BACK * de la tira LED, tira i esteneu les puntes dels cables de 26 AWG i, a continuació, soldeu-los als coixinets de potència. Dobleu amb cura els cables cap amunt fins a un angle de 90 graus just després de la soldadura. Els cables haurien de ser semblants als de la tercera imatge.

Com que els dos cables d’alimentació són de color blanc, marqueu els extrems amb una punxa neta perquè pugueu distingir-los més endavant, tal com es mostra a la darrera imatge.

És una bona idea provar les connexions ara abans de col·locar el cable dins del marc de la pantalla. Assegureu-vos que tots els LED s’encenguin i que no hi hagi pantalons curts. El següent pas és muntar les peces acríliques i les tires LED per als dígits de la pantalla. Repetirem el mateix procés per a cada parell de dígits.

Pas 8: Inseriu la tira LED i els segments dels dígits al marc acrílic

Ara començarem a afegir la tira LED i les peces del segment acrílic al marc. Començarem des de la meitat de la tira i treballarem cap a l’exterior amb cada meitat de la tira seguint el camí que es mostra a la primera imatge.

Agafeu la strp LED de 28 píxels i introduïu-la al marc com es mostra de manera que els cables d'alimentació encaixin a la ranura penjant entre els dígits i hi hagi 14 LED disponibles per a cada dígit. L'extrem d'entrada de la tira LED, que conté el cable de senyal, ha d'anar a l'interior de la dreta (des de la nostra vista actual) dels dos dígits. Fixarem aquesta tira LED al voltant del perímetre de cada pantalla de set segments. Peleu el paper de la meitat de la tira a mesura que aneu, però només enganxeu una petita porció de la tira a la vegada, ja que probablement haureu de retirar-ne i tornar a assentar-ne periòdicament per assegurar-vos que les peces del segment encaixin correctament..

Muntar un dígit a la vegada, començant per la més dreta de les dues xifres (la que conté el cable d’entrada de senyal). Cadascun dels set petits segments del dígit correspon a dos LEDs de la tira. Alternar enganxar dos píxels de la tira LED i afegir un segment. Col·loqueu tots els petits segments amb el costat gravat cap amunt. Els efectes d’il·luminació de les vores es veuen molt millor si hi ha gravat a la part posterior de l’acrílic il·luminat. Si no esteu segur de quin costat està gravat, rasqueu els dos costats amb una ungla i hauríeu de poder sentir les ranures del costat gravat.

Col·loqueu els segments al marc a mesura que aneu. És important que tot s’adapti perfectament, de manera que cada vegada que enganxeu part de la tira acrílica, premeu el segment al seu lloc a la part superior de la tira i assegureu-vos que els segments encaixin bé al perímetre del dígit. Unes pinces petites són útils si necessiteu aixecar i tornar a col·locar la tira LED.

Després que els tres primers segments estiguin al seu lloc, col·loqueu un quadrat acrílic al centre del "bucle" inferior del dígit. Utilitzeu el quadrat acrílic que conté una làmina de vinil que cobreixi una vora. La làmina ha d’estar a la vora del quadrat més proper al centre del dígit. És més fàcil col·locar el quadrat col·locant-lo al "bucle" superior i lliscant-lo cap avall fins que descansi entre els segments.

Continueu fixant la resta de la tira LED al voltant del perímetre del dígit tal com es mostra, però espereu a inserir les peces del segment acrílic. Quan arribeu al final, enganxeu els dos darrers píxels de la tira LED sobre la làmina de vinil que cobreix la vora superior del quadrat. L'últim conjunt de pastilles de soldadura d'aquesta porció de la tira se superposaran a les pastilles de soldadura d'una part anterior de la tira (vegeu la imatge següent). Abans d’enganxar-lo, és important col·locar un tros d’aïllament * molt prim entre les dues parts de la tira. Vaig tallar un petit tros de cinta adhesiva i el vaig enganxar a la part inferior dels coixinets al final de la tira.

Afegiu les darreres peces del segment acrílic. Quan arribeu al final de la tira, tingueu molta precaució quan els col·loqueu de manera que no desplaceu el cable de senyal unit al final de la tira. (Vaig fer això i vaig haver de treure totes les peces i la tira LED i tornar a començar. No és la fi del món, però és un dolor) Assegureu-vos que el cable de senyal s'estengui fora del dígit, com es mostra a la darrera imatge.

Feu lliscar l'últim quadrat al lloc de la part superior del dígit. Aquest quadrat no té cap làmina de vinil. L’ajust serà força ajustat. La forma més senzilla de col·locar el quadrat és empènyer primer la part inferior del quadrat i aplicar una pressió lleugera a moderada (no hauríeu d’haver de transpirar) cap avall mentre es cola a la part superior del quadrat. Els canals verticals entre els dígits dels cables fan que la part inferior del dígit sigui una mica més flexible que la part superior. Haureu d’utilitzar el vostre criteri quant a la dificultat per empènyer la peça si no entra fàcilment.

Pas 9: enruteu el cable de senyal

Un cop totes les peces acríliques estiguin al seu lloc, farem passar el fil de senyal de 30 AWG amb cura pel petit canal entre les peces, tal com es mostra a continuació, i l’encaminem cap al canal que conté els cables d’alimentació. Vaig utilitzar unes pinces per empènyer-la suaument al canal i vaig gravar els cables amb cinta de pintor perquè no sortissin mentre muntava els altres dígits.

Pas 10: repeteix-ho per a tots els dígits i prova

Cansat encara? Encara hem de muntar les peces del dígit esquerre. El procés és el mateix que acabem d’acabar, però és una mica més fàcil perquè (1) no hi ha cap cable de senyal en aquest costat i (2) si heu retallat l’extrem de la tira LED a prop del condensador, cap dels els coixinets de soldadura d’aquest dígit se superposaran (si per alguna raó ho fan, assegureu-vos de col·locar un material aïllant molt prim entre ells). Assegureu-vos que quan col·loqueu les peces del dígit esquerre, executeu la tira LED al patró de la imatge mirall del dígit dret, tal com es mostra a la imatge del camí amb les fletxes blaves al pas 8.

Un cop tots dos dígits estiguin completament al seu lloc, connecteu els cables de senyal d’alimentació i de terra al microcontrolador que trieu i executeu un programa de prova per assegurar-vos que la tira LED funciona correctament. Tot va funcionar la primera vegada al voltant del 50% del temps per a mi. Els problemes més comuns van ser la conseqüència que un cable es desconnectés o es posés en contacte amb un altre coixinet de soldadura.

Si tot sembla bo, el següent pas és inserir la tira de LED i els segments acrílics en els altres dígits de la pantalla, seguint de nou el mateix procés. Proveu cada conjunt de dígits un cop hàgiu acabat.

Pas 11: Inseriu la tira LED i l'acrílic per als punts

A continuació, utilitzarem segments curts de la tira LED que contenen només dos píxels per il·luminar els punts de la pantalla. Hi haurà un o dos parells de punts, segons si esteu construint la pantalla de 4 o 6 dígits. Els punts són molt més fàcils d’instal·lar que els dígits.

Tallar tres longituds de filferro de connexió de 26 AWG i soldar-los a l'extrem d'entrada de la longitud de 2 píxels de la tira LED. Assegureu-vos de marcar els extrems de cada cable per saber quin és 5V, senyal i GND. He utilitzat punxons vermells, blaus i negres per acolorir part de l’aïllament de cada filferro. Peleu el suport adhesiu de la tira LED i inseriu-la i enganxeu-la a la paret posterior de la ranura amb els cables penjant pel canal vertical i sortint a la part inferior del marc.

Cerqueu els petits punts acrílics que s’adapten al marc. Cobreix el seu perímetre amb paper de vinil, tal com ho vas fer per als segments. Col·loqueu-los als seus espais individuals amb el costat gravat cap amunt i el LED i el condensador de la tira LED encastats a les seves respectives osques.

Quan s'hagin completat tots els punts i dígits, la pantalla hauria de semblar a la darrera imatge.

Pas 12: tapeu i assegureu la pantalla

Un cop muntats els dígits i els punts i provades totes les tires de LED, col·locarem l’altra coberta fina d’acrílic. Descargoleu les femelles dels cargols M2, deixant els cargols al seu lloc i traieu amb cura la cinta que mantingui els cables al seu lloc. Baixeu amb cura la coberta acrílica transparent superior sobre el marc, inserint els cargols pels forats de la coberta i procurant que tots els cables quedin dins dels seus respectius canals. Quan tot estigui al lloc adequat, cargoleu i apreteu les femelles amb seguretat.

Pas 13: connecteu el recinte

Ara fixarem la pantalla a la tapa del recinte. Col·loqueu la tapa al costat de la pantalla perquè els cables s’alineïn amb els forats de la tapa. La tapa NO és simètrica, ja que els cables dels punts no es troben a mig camí entre els dígits, de manera que només hi ha una orientació en què l'alineació sigui perfecta.

Passeu els extrems de cada joc de cables pels orificis corresponents de la tapa des de la part superior i, a continuació, treballeu amb cura la pantalla cap a la tapa de manera que les pestanyes de l’acrílic s’adaptin a les ranures rectangulars de la tapa. Probablement ho haureu aconseguit en petits increments. Col·loqueu els extrems de cada fil pels forats i feu lliscar suaument la tapa al llarg dels cables, alternant la folga de cada grup de cables a mesura que aneu. Tingueu molta precaució de no tirar massa fort de cap filferro. Parlant per experiència, és una molèstia desconnectar un cable en aquest moment. Feu servir les pestanyes suaument a les ranures. L'ajust no és molt ajustat, de manera que voldreu enganxar les pestanyes a les ranures (mitjançant JB Weld o un adhesiu similar que funcioni tant en acrílic com en fusta) un cop connectats i provats tots els aparells electrònics.

Vaig passar un parell de gomes al voltant de la pantalla i de la tapa del recinte per mantenir-les ben juntes mentre treballava el cablejat. A la imatge superior, he soldat els cinc cables d’alimentació d’un grup i els 5 cables de terra d’un altre grup, i he unit cada grup a un únic cable d’entrada i, a continuació, he cobert totes les juntes de soldadura amb molts tubs retractables.

Pas 14: connecteu un micro controlador (o dos)

Hi ha moltes maneres diferents de connectar un controlador a la pantalla. Podeu soldar els cables directament al controlador, però prefereixo connectar-los als cables, deixant la flexibilitat per canviar els micro controladors. Vaig combinar tots els cables d’alimentació i tots els de terra, i vaig soldar cadascun dels 5 cables de senyal a un únic connector de 5 pins de capçalera.

Vaig provar diversos controladors diferents amb la pantalla de set segments il·luminada per la vora. M’agrada el codi de prototipatge de tires LED a CircuitPython perquè és fàcil i ràpid posar en marxa alguna cosa. Hi ha molts píxels per controlar, així que vaig optar per l’Adafruit Itsy Bitsy M4 Express que es basa en una placa ATSAMD51 i és prou ràpid i potent per controlar els 88 LED RGB del rellotge de 6 dígits, però prou petit per adaptar-se fàcilment al recinte. El Itsy-Bitsy M4 Express funcionava bé, però també volia connectivitat IoT, així que vaig intentar executar el codi de la pantalla en una placa ESP32. Vaig tenir problemes per controlar els colors de la tira mentre estava connectat a Internet, de manera similar a aquest problema: https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel/issues/139. La millor solució era controlar les tires LED de la placa Itsy Bitsy i utilitzar un ESP8266 (el Lolin D1 Mini Pro) per agafar periòdicament l’hora correcta d’Internet i enviar-lo a l’Itsy Bitsy mitjançant comunicació serial.

El diagrama mostra el cablejat de la pantalla de 6 dígits. Per adaptar-lo a la pantalla de 4 dígits, només heu d'ometre "Dot Strip 2" i "Num Strip 3". Com que la comunicació entre el Lolin D1 Mini i el Itsy Bitsy és unidireccional, només és necessari connectar el Lolin TX a Itsy Bitsy RX. He utilitzat una placa micro-USB per obtenir entrada d’alimentació de 5V a través d’un cable micro-USB.

Pas 15: Codificació de la pantalla

La pantalla es codifica com a rellotge, però hi ha moltes funcions addicionals potencials addicionals. Podria ser un temporitzador de compte enrere, una visualització de temperatura, una visualització de recompte de seguidors a les xarxes socials o, bàsicament, una visualització de qualsevol mètrica que es pugui representar en números.

Codi Arduino

Vaig programar el Lolin D1 Mini Pro amb el Arduino IDE. El codi, al fitxer adjunt ".ino", es connecta a Internet i utilitza la biblioteca “NTPClient” (disponible a través del gestor de biblioteques Arduino) per obtenir l’hora correcta. L'objecte NTPClient llegeix l'hora des del servidor NTP cada 10 minuts. Formata i envia una cadena de temps al port sèrie cada 10 segons.

CircuitPython Code

El codi de Circuit Python, al fitxer adjunt ".py", que s'executa a Itsy Bitsy enquesta el port sèrie per llegir les cadenes de temps enviades des de l'ESP8266. Estableix un nou temps base amb cada nova cadena de temps que rep i, a continuació, fa un seguiment de l'hora actual mitjançant la funció monotonic () de la biblioteca de temps.

El codi utilitza la biblioteca adafruit_fancyled per triar els colors en format HSV i aplicar la correcció gamma abans que es mostrin. El color dels números evoluciona durant un cicle de 60 segons que es reinicia a la part superior de cada minut. Els índexs dels segments necessaris per mostrar qualsevol número determinat als LED s’emmagatzemen com a bits a la matriu digitSegments i es descomprimeixen a la funció drawStripDigit.

Pas 16: Vaja

Si heu arribat fins aquí, és bo per a vosaltres. Espero que gaudiu d’aquest projecte. Va ser molta feina, però bastant gratificant de fer.