Светодиодное табло размером 128x32 пикселей, управляемое микрокомпьютером Raspberry Pi

Данное светодиодное табло размером 128x32 пикселей построено на базе 8 светодиодных модулей "P10" и микрокомпьютера Raspberry Pi. Программный код, на котором работает устройство, берет UDP данные с другого компьютера и отображает информацию как один или два бита на пиксель. Табло, показанное на фото, управляется empeg mp3 плеером. Им можно управлять с помощью любого другого устройства с ethernet (сетевым портом).

Каркас табло изготовлен из деревянных планок и имеет ширину 1,3 метра. Устройство имеет подставку. Табло можно даже снять с подставки и прикрепить на стену, на свой страх и риск.

Светодиодные модули были заказаны на ebay. Ищите красные светодиодные модули P10 32x16 LED

Вы можете заказать 8 штук, но лучше закажите еще и запасной модуль, в случае выхода какого-либо модуля из строя впоследствии.

Плата микрокомпьютера Raspberry Pi устанавливается внутри корпуса табло. Можно использовать корпус из плексигласа.

Конструкция корпуса

Корпус изготовлен из двух деревянных панелей различного размера с древесностружечной плитой сзади. Каркас склеен и скреплен саморезами, внутрь вставлены планки, которые находятся на одной линии с монтажными отверстиями в платах P10. Платы P10 располагаются на достаточном расстоянии от передней панели, поэтому спереди можно легко вставить панель из плексигласа толщиной 3 мм. Угловые секции изготовлены из окрашенного ПХБ материала, скрученного с помощью черных винтов, что позволяет удерживать углы панели из плексигласа.

Платы P10

Термин серийный в данном описании относится к последовательно загружаемым регистрам сдвига, а не к интерфейсу RS232 или SPI.

Платы P10 соединяются вместе гирляндным подключением. Данное табло имеет немного странное соединение, 4 верхние платы соединяются гирляндным подключением справа налево, 4 нижние платы устанавливаются вверх ногами и соединяются гирляндным подключением слева направо. Подобное соединение позволяет иметь более короткие кабели, что способствует более быстрой синхронизации передачи данных. Код 2 бита на пиксель обновляет информацию на табло с частотой более 400 полных кадров в секунду.

Платы P10 используют набор регистров сдвига, в которые данные об элементе изображения (пикселе) загружаются последовательно. Цоколевка P10 очень простая, линии "A" и "B" имеют два адресных бита, которые выбирают, какой ряд будет активным. SCLK изменяет состояние для обновления активного ряда (строб). R – это данные об элементе изображения (красный пиксель), CLK – это синхронизация элемента изображения. OE используется для активации/деактивации регистров сдвига. Это позволяет включать или выключать светодиоды. Один блок состоит из 1024 светодиодов (два модуля по 512 штук). При этом табло имеет всего 4096 светодиодов, которые необходимо постоянно синхронизировать для обновления отображаемой информации. Микрокомпьютер Raspberry Pi вполне справляется в этой задачей. Для управления модулями можно использовать преобразователь уровня от 3 до 5 вольт, хотя в ходе испытаний выяснилось, что модули будут хорошо работать и при напряжении 3 В.

Источник питания

К табло можно подключить блок питания от компьютера. Устройство имеет 3 кабельные пары с током нагрузки 20 ампер (красные и черные провода), одна пара подсоединяется к 4 верхним модулям, вторая к 4 нижним, последняя пара используется для питания микрокомпьютера Raspberry Pi. Эта отдельная пара для платы Pi является самой важной. Каждый модуль потребляет около 4 ампер. С использованием 8 модулей потребление составляет 32 ампера; при таком токовом потреблении линия питания на 5 В может значительно просесть, и даже упасть до 3 вольт. Мой опыт показывает, что в таком случае микрокомпьютер RPi может не работать. Для решения подобной проблемы я запитываю плату Pi от линии standby блока питания ATX, поскольку данная линия регулируется отдельно от основного питания напряжением 5 В. Для подключения блока питания к табло я использовал силовой удлинительный кабель для материнской платы и обрезал один из коннекторов. Это позволило сохранить гнездо ATX с проводами. Я припаял провода к трем 5 В красным и черным проводам, оставив сначала термоусадку вдоль кабелей. Теперь можно считать, что табло имеет внешний блок питания. Далее блок питания необходимо поместить внутрь корпуса, хотя для этого корпус должен иметь большую глубину, чем требовалось первоначально.

Порты ввода/вывода Raspberry Pi

Платы P10 используют набор регистров сдвига, в которые данные об элементе изображения (пикселе) загружаются последовательно. Цоколевка P10 очень простая, линии "A" и "B" имеют два адресных бита, которые выбирают, какой ряд будет активным. SCLK изменяет состояние для обновления активного ряда (строб). R – это данные об элементе изображения (красный пиксель), CLK – это синхронизация элемента изображения. OE используется для активации/деактивации регистров сдвига. Это позволяет включать или включать светодиоды. Один блок состоит из 1024 светодиодов (два модуля по 512 штук). При этом табло имеет всего 4096 светодиодов, которые необходимо постоянно синхронизировать для обновления отображаемой информации. Микрокомпьютер Raspberry Pi вполне справляется в этой задачей. Для управления модулями можно использовать преобразователь уровня от 3 до 5 вольт, хотя в ходе испытаний выяснилось, что модули будут хорошо работать и при напряжении 3 В. Я сконструировал более сложное устройство, поскольку думал управлять модулями либо с помощью PIC контроллера, либо микрокомпьютера Pi, но в конце решил все таки не использовать PIC.

Программное обеспечение светодиодного табло

Программное обеспечение немного запутанное. Данные в табло необходимо передавать синхронно с достаточной частотой. Две программы по управлению табло от Pi включают: p10_board_empegdisplay.c. – управляет модулем по одному биту на один элемент изображения (пиксель). Это дает возможность определить общее время, когда светодиоды включены и общее время, когда светодиоды выключены. Я обнаружил, что при шаблоне, когда в течение 4 периодов времени светодиоды отключены и при одном периоде светодиоды включены, табло светится наиболее ярко и модуль при этом не нагревается, что обеспечивает экономию энергии. Время включения и отключения светодиодов определяется в командной строке, используйте -h для получения помощи.

Вторая программа p10_board_empegdisplay_2bpp содержит по два бита на кодовую комбинацию одного элемента изображения (пикселя). При этом пиксели светятся более ярко и дольше времени; однако некоторое время они не горят, что позволяет модулям не сильно нагреваться. Данный код работает безупречно! Загвоздка в том, что для получения слабого свечения пикселей на табло изображение должно появляться в течение только очень короткого периода времени, и поскольку данное время очень короткое, любые мерцания будут видимыми, как при изменении яркости. Это вызовет в конечном итоге дрожание слабо светящихся пикселей.

Скрипт "./compile" используется для компилирования всего проекта. Я использую debian arm toolchain на стационарном ПК для компилирования двоичных файлов. Двоичные файлы включены в tar-архив.

Программный код имеет стандартную общественную лицензию GPL.

Загрузите программный код для табло p10 ниже, исходный код также включен.

Программное обеспечение EMPEG плеера

Данный программный код пересылает контент захваченных двух бит на один буфер кадра элемента изображения (пикселя) как UDP данные. Для использования кода необходимо сначала активировать telnet сервер на empeg плеере.

Добавьте директорий "ktelnetd_port=23" to config.ini file in empegs "/empeg/var", далее передайте файл по ftp в плеер. Скопируйте broadcastfb_proc в корневой директорий плеера, далее скопируйте telnet в плеер и сделайте его исполняемым (chmod +x /broadcastfb_proc). При использовании "-k " опции программного обеспечения табло позволяет telnet серверу передавать данные в empeg плеер и начать пересылку кода, если не произошла передача UDP данных.

Программный код имеет стандартную общественную лицензию GPL.

Загрузите broadcastfb_proc ниже, исходный код также включен.

Подставка

Подставка, на которой располагается табло, изготовлена из деревянных брусков. Чтобы устройство имело подобающий вид, его необходимо покрасить черной краской марки Matt из краскораспылителя.

За основу данного проекта был взят "Светодиодное табло, управляемое миникомпьютером Raspberry Pi и WiFi-адаптером"

Оригинал статьи

Теги:

• Перевод
• Raspberry Pi