Afișaj de ceas cu șapte segmente iluminat: 16 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Șapte afișaje de segmente există de mai bine de un secol (https://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display) și formează forma familiară a numerelor din ceasurile digitale, panourile de instrumente și multe alte afișaje numerice. Au fost înlocuite în multe cazuri de ecrane, dar din punct de vedere al eficienței este greu de argumentat cu concizia de codificare a stării unui afișaj numeric în doar 7 biți de informații (fiecare segment este activat sau oprit)

Majoritatea afișajelor cu șapte segmente sunt monocrome, astfel încât această versiune iluminată de margine adaugă interes vizual prin utilizarea capacităților de culoare completă a benzilor LED RGB ieftine pentru a ilumina fiecare cifră și chiar fiecare segment (sau chiar jumătate de segment) al afișajului într-o culoare diferită. Încorporarea segmentelor acrilice limpezi într-un cadru acrilic mai mare vă permite să vedeți complet pe întregul ecran, care este un alt aspect unic al acestui proiect.

- Declinare de responsabilitate ---

Această construcție combină zeci mici de piese acrilice mici tăiate cu laser care se potrivesc împreună cu toleranțe foarte strânse. Folosește benzi LED subțiri (cu lățimea de 4 mm) care trebuie lipite, îndoite și apoi așezate între acele piese acrilice. Când asamblați piesele, trebuie să fiți dispus să forțați piesele în loc, chiar dacă simțiți că accentuați acrilicul fragil. De asemenea, trebuie să fiți dispus să îndepărtați și să așezați din nou piesele și benzile cu LED-uri atunci când se dovedește că acestea * nu pot * să fie forțate în loc. La un moment dat în timpul asamblării, există o mare probabilitate că va trebui să scoateți totul și să re-lipiți banda LED atunci când vă dați seama că forțând totul la locul său a rupt unul dintre fire de banda LED sau a creat un scurtcircuit.

Cu toate acestea spuse, acesta este un proiect plin de satisfacții dacă sunteți răbdători și sunteți dispuși să refaceți alinierea până când totul se așează.

Această scriere descrie construcția afișajului cu 6 cifre. Este puțin mai ușor să construiți afișajul cu 4 cifre, iar pașii sunt practic aceiași pentru ambele, deci este cel mai bine să începeți cu afișajul pe 4 segmente, cu excepția cazului în care vă simțiți foarte încrezători.

Provizii

Consumabile--

Cantitățile necesare depind dacă construiți afișajul din 4 sau 6 cifre.

• Foaie de lemn groasă de 1/8 ″ pentru tăierea cu laser
• Acrilic transparent de 1/16 ″ pentru tăierea cu laser
• Acril clar de 1/4 ″ pentru tăierea cu laser
• Skinny (4 mm lățime) SK6812 3535 RGB LED strip cu 60 LED-uri / m (ca acesta)
• Folie de vinil adeziv *** CE NU ESTE CONDUCTIV *** (am folosit această folie adezivă Cricut)
• Sârmă solidă de 26 AWG cu izolație albă
• Sârmă de 30 AWG cu izolație albă
• O cantitate mică de bandă scotch
• 5 sau 7 x 12 mm șuruburi M2 și piulițe M2
• MicroController capabil să controleze banda LED
• Alimentare pentru MicroController și bandă LED.
• Lipici de lemn
• Adeziv JB Weld (sau similar) care poate atașa acrilul la lemn
• 3-4 x șuruburi M3 și piulițe M3 (opțional, dar util)

Unelte--

• Fier de lipit / lipit
• Tăietor / decupant de sârmă
• Cutter laser (sau un serviciu online precum Ponoko)

Pasul 1: Proiectați fișiere și tăiere cu laser

Există șase fișiere vectoriale pentru tăierea cu laser, trei bucăți pentru versiunea de 4 sau 6 cifre. Formele tăiate cu laser sunt dimensionate pentru a se potrivi exact LED-urilor și condensatoarelor într-o bandă de 60 LED / metru 3535, deci nu le redimensionați înainte de a le tăia cu laser.

• Tăiați SevenSegmentBase4Digits.svg sau SevenSegmentBase6Digits.svg din lemn de 1/8 ″
• Tăiați EdgeLitSevenSegment4Digits.svg sau EdgeLitSevenSegments6Digits.svg de la o foaie acrilică transparentă de 1/4 ″.
• Tăiați EgeLitSevenSegmentCover4Digits.svg sau EdgeLitSevenSegmentCover6Digits.svg de la o foaie acrilică transparentă de 1/16 ″.

Pasul 2: Toleranțe

Toleranțele pentru acest proiect sunt foarte strânse, iar segmentele au crestături exact distanțate și * doar * suficient de mari pentru a ține LED-urile și condensatoarele pe banda acrilică (vezi imaginea).

Deoarece benzile LED variază între producători, va trebui să verificați spațiul și dimensiunea LED-urilor și condensatoarelor de pe banda LED pentru a confirma că se aliniază cu crestăturile prezentate în fișierul SVG. Puteți testa designul înainte de a efectua tăierea cu laser imprimând o imagine la scară a segmentelor și văzând dacă crestăturile se aliniază cu banda LED. Dacă al tău nu se potrivește exact, versiunea nu va funcționa. Dacă sunteți bun cu CAD, ar trebui să puteți modifica spațiul crestăturilor din fișierul SVG pentru a se potrivi cu banda dvs., totuși.

Pasul 3: Tăiați și construiți carcasa

Tăiați bucățile de incintă din lemn de 1/8 ″ la alegere. Am uitat să fotografiez acest pas, dar luăm mai întâi piesele capacului exterior și interior (contururile prezentate în imagini) și le lipim împreună cu lipici pentru lemn, astfel încât orificiile să se alinieze una cu cealaltă. Piesa mai mare este partea exterioară a capacului, iar piesa mai mică va sta în incintă.

Rețineți că amplasarea găurilor nu este total simetrică și deci contează orientarea pieselor capacului. Asigurați-vă că * TOATE * găurile se aliniază atunci când aliniați piesele. Strângeți piesele împreună sau folosiți șuruburi și piulițe M3 prin găuri pentru a le fixa împreună în timp ce se usucă.

Asamblați corpul incintei așezând piesele așa cum se arată în imagine, aplicând adeziv pe margini și glisând împreună sloturile și filele potrivite. Strângeți sau lipiți piesele împreună în timp ce lipiciul pentru lemn se usucă.

Pasul 4: Tăiați cu laser acrilul

Tăiați piesele de acoperire din foaie acrilică transparentă de 1/16 ″ (prezentată ca contur vectorial în imagini).

Tăiați corpul principal și segmentele ceasului de pe o foaie acrilică transparentă de 1/4 ″. Piesele conțin detalii foarte mici, așa că asigurați-vă că tăietura este suficient de curată, astfel încât umflăturile mici să nu se rupă atunci când separați piesele. Păstrați bucățile de acril prezentate în ultima imagine din acest pas

Continuați și îndepărtați orice hârtie de protecție din * toate * piesele acrilice. Vă va dura ceva timp și, sperăm, veți mai avea câteva unghii rămase când ați terminat.

Pasul 5: Acoperiți marginile tuturor segmentelor mici de acril

Segmentele și punctele acrilice sunt foarte mici și vor permite să curgă multă lumină dacă nu mascăm marginile. Pentru aceasta vom folosi folia adezivă * NON CONDUCTIVĂ *.

Am folosit un tăietor de vinil pentru a tăia folia în benzi lungi de 1/4 ″. Dacă nu aveți un tăietor de vinil, puteți utiliza un cuțit exact sau foarfece pentru a tăia benzi de 1/4 inch (a se vedea prima imagine).

Folosiți benzile de folie pentru a acoperi fiecare margine *, cu excepția celei cu crestăturile * segmentelor mici și punctelor, așa cum se vede în a doua imagine. Este cel mai ușor să acoperiți marginile acrilului cu o bucată lungă de folie de vinil și să o neteziți cu o presiune fermă înainte de a tăia excesul.

În plus, luați 4 sau 6 din pătratele acrilice (în funcție de dacă aveți un afișaj de 4 sau 6 cifre) și acoperiți * o margine * a fiecărui pătrat cu o bandă de folie de vinil așa cum se vede în a treia imagine.

Pasul 6: Atașați capacul și rama acrilică principală

Luați una dintre piesele de acoperire acrilică de 1/16 "și piesa mare de 1/4" (prezentată acoperită cu hârtie de protecție în prima imagine) și aliniați-le astfel încât găurile mici să fie una peste alta. Introduceți un șurub M2 în fiecare gaură, astfel încât șurubul să intre prin capac și să iasă din cadrul acrilic de 1/4 ″. Înșurubați cele două piese acrilice împreună așa cum se arată mai jos. Rețineți orientarea celor două puncte în raport cu slotul de sub ele. Asigurați-vă că orientați cadrul de deasupra capacului, astfel încât cele două puncte să fie în stânga slotului. Privim în partea din spate a ecranului.

Pasul 7: lipiți benzile LED

Din banda LED, tăiați două sau trei benzi mai mici (pentru afișajele de 4 sau 6 cifre) de câte 28 de pixeli fiecare (prima imagine) pentru a ilumina cifrele și unul sau două segmente de câte 2 pixeli pentru a ilumina punctele. Asigurați-vă că păstrați tampoanele de lipit pe partea de intrare a datelor a benzii. Tăiați capătul de ieșire al benzii destul de aproape de condensatorul final - nu este nevoie să păstrați tampoanele acolo - deoarece există * doar * spațiu suficient pentru a se potrivi banda. Încercați să evitați includerea oricăror îmbinări (care apar de obicei la fiecare 30 de pixeli) în bandă, deoarece distanța exactă a LED-urilor este importantă.

Pentru fiecare bandă de 28 de pixeli, tăiați două lungimi de sârmă solidă de 26 AWG și o lungime de sârmă de 30 AWG, toate cu izolație albă. Utilizați lungimi de aproximativ 8 inci. Vom folosi firul torsadat pentru semnal și firul de conectare pentru a furniza energie.

Pe partea de intrare a benzii, aplicați lipirea DOAR pe pad-ul de semnal, apoi dezbrăcați și făcuți vârful firului cu fir AWD de 30 AWG și lipiți-l pe pad, având grijă să nu existe șuvițe rătăcitoare care să se scurteze la 5V sau Linii GND (a doua imagine).

Acum aplicați lipirea pe tampoanele de 5V și GND pe care tocmai le-ați șters pe partea * ÎNAPOI * a benzii cu LED-uri, îndepărtați și coajați vârfurile firelor de 26 AWG, apoi lipiți-le pe tampoanele de alimentare. Îndoiți cu grijă firele în sus, până la un unghi de 90 de grade, chiar după trecerea lipirii. Firele ar trebui să arate ca cele din a treia imagine.

Deoarece ambele fire de alimentare sunt albe, marcați capetele cu o tăietură, astfel încât să le puteți distinge mai târziu, așa cum se arată în ultima imagine.

Este o idee bună să testați conexiunile acum înainte de a plasa firul în cadrul afișajului. Asigurați-vă că toate LED-urile se aprind și nu există pantaloni scurți. Următorul pas este asamblarea pieselor acrilice și a benzilor LED pentru cifrele de pe afișaj. Vom repeta același proces pentru fiecare pereche de cifre.

Pasul 8: încorporați banda LED și segmentele pentru cifre în cadrul acrilic

Acum vom începe să adăugăm benzi LED și bucăți de segment acrilic în cadru. Vom începe de la mijlocul benzii și vom lucra spre exterior cu fiecare jumătate a benzii urmând calea prezentată în prima imagine.

Luați LED-ul de 28 de pixeli și introduceți-l în cadru așa cum se arată, astfel încât firele de alimentare să se potrivească în slotul suspendat între cifre și să existe 14 LED-uri disponibile pentru fiecare cifră. Capătul de intrare al benzii LED, care conține firul de semnal, ar trebui să intre în partea din dreapta (din vizualizarea noastră actuală) a celor două cifre. Vom atașa această bandă LED în jurul perimetrului fiecărui ecran de șapte segmente. Curățați hârtia departe de mijlocul benzii în timp ce mergeți, dar lipiți doar o porțiune mică a benzii la un moment dat, deoarece probabil va trebui să scoateți și să așezați din nou porțiuni din ea periodic pentru a vă asigura că piesele segmentului se potrivesc corect.

Asamblați câte o cifră odată, începând cu cea mai dreaptă dintre cele două cifre (cea care conține firul de intrare a semnalului). Fiecare dintre cele șapte segmente mici din cifră corespunde a două LED-uri de pe bandă. Alternează lipirea în jos a doi pixeli ai benzii LED, apoi adăugarea unui segment. Așezați toate segmentele mici cu partea gravată orientată în sus. Efectele de iluminare ale marginilor arată mult mai bine dacă există o gravură pe partea din spate a acrilului iluminat. Dacă nu sunteți sigur care parte este gravată, zgâriați ambele părți cu o unghie și ar trebui să puteți simți canelurile de pe partea gravată.

Așezați segmentele în cadru pe măsură ce mergeți. Este important ca totul să se potrivească perfect, așa că de fiecare dată când lipiți o parte a benzii acrilice, apăsați segmentul în poziție deasupra benzii și asigurați-vă că segmentele se încadrează bine în perimetrul cifrei. O pensetă mică este utilă dacă trebuie să ridicați și să așezați din nou banda LED.

După ce primele trei segmente sunt la locul lor, plasați un pătrat acrilic în mijlocul „buclei” inferioare a cifrei. Folosiți pătratul acrilic care are folie de vinil care acoperă o margine. Folia ar trebui să fie pe marginea pătratului cel mai apropiat de mijlocul cifrei. Este cel mai ușor să plasați pătratul plasându-l în „bucla” superioară și glisând-o în jos până când se sprijină între segmente.

Continuați să atașați restul benzii LED în jurul perimetrului cifrei, așa cum se arată, dar așteptați să introduceți piesele din segment acrilic. Când ajungeți la capăt, lipiți ultimii doi pixeli ai benzii LED peste folia de vinil care acoperă marginea superioară a pătratului. Ultimul set de tampoane de lipit de pe această porțiune a benzii se va suprapune peste tampoanele de lipit de pe o parte anterioară a benzii (a se vedea imaginea de mai jos). Înainte de a-l lipi, este important să plasați o bucată de izolație * foarte subțire între cele două părți ale benzii. Am tăiat o bucată mică de bandă scotch și am lipit-o pe partea inferioară a tampoanelor de la capătul benzii.

Adăugați ultimele piese din segment acrilic. Când ajungeți la capătul benzii, fiți foarte atenți atunci când îi așezați, astfel încât să nu dezlegați firul de semnal atașat la capătul benzii. (Am făcut acest lucru și a trebuit să îndepărtez toate piesele și banda LED și să o iau de la capăt. Nu este sfârșitul lumii, dar este o durere) Asigurați-vă că firul de semnal se extinde din cifră, așa cum se arată în ultima imagine.

Glisați ultimul pătrat în poziția superioară a cifrei. Acest pătrat nu are nicio folie de vinil. Potrivirea va fi destul de confortabilă. Cel mai simplu mod de a plasa pătratul este să împingeți mai întâi porțiunea inferioară a pătratului și să aplicați presiune ușoară până la moderată (nu ar trebui să rupeți sudoarea) în jos, în timp ce introduceți partea superioară a pătratului. Canalele verticale dintre cifrele firelor fac porțiunea inferioară a cifrei puțin mai flexibilă decât partea superioară. Va trebui să vă folosiți judecata cu privire la cât de greu puteți împinge piesa în loc dacă nu intră ușor.

Pasul 9: Direcționați firul de semnal

Odată ce toate piesele acrilice sunt la locul lor, vom rula cu atenție firul de semnal de 30 AWG prin canalul mic dintre piese așa cum se arată mai jos, apoi îl vom direcționa către canalul care conține firele de alimentare. Am folosit o pensetă pentru a o împinge ușor în canal și am lipit firele în jos cu banda de pictor, astfel încât să nu iasă în timp ce asamblați celelalte cifre.

Pasul 10: Repetați pentru toate cifrele și testați

Obosit încă? Încă trebuie să asamblăm piesele din cifra din stânga. Procesul este același cu cel pe care tocmai l-am finalizat, dar este ușor mai ușor deoarece (1) nu există fir de semnal pe această parte și (2) dacă ați tăiat capătul benzii LED aproape de condensator, nici unul dintre tampoanele de lipit din această cifră se vor suprapune (dacă, dintr-un anumit motiv, o fac, asigurați-vă că așezați un material izolator foarte subțire între ele). Asigurați-vă că atunci când așezați piesele pentru cifra din stânga, rulați banda LED în modelul de imagine oglindă al cifrei din dreapta, așa cum se arată în imaginea de cale cu săgețile albastre din pasul 8.

Odată ce ambele cifre sunt complet în poziție, conectați semnalul de alimentare și firele de masă la microcontrolerul dorit și rulați un program de testare pentru a vă asigura că banda LED funcționează corect. Totul a funcționat prima dată în jur de 50% din timp pentru mine. Cele mai frecvente probleme au rezultat din deconectarea sau împingerea firului în contact cu un alt tampon de lipit.

Dacă totul arată bine, atunci următorul pas este să introduceți banda LED și segmentele acrilice în celelalte cifre de pe afișaj, urmând din nou exact același proces. Testați fiecare set de cifre odată ce ați terminat.

Pasul 11: Încorporați banda LED și acrilic pentru puncte

În continuare vom folosi segmente scurte ale benzii LED care conțin doar doi pixeli pentru a ilumina punctele de pe afișaj. Vor exista una sau două perechi de puncte, în funcție de construirea afișajului cu 4 sau 6 cifre. Punctele sunt semnificativ mai ușor de instalat decât cifrele.

Tăiați trei lungimi de sârmă de conectare de 26 AWG și lipiți-le la capătul de intrare al lungimii de 2 pixeli a benzii LED. Asigurați-vă că marcați capetele fiecărui fir, astfel încât să știți care este 5V, semnal și GND. Am folosit ascuțite roșii, albastre și negre pentru a colora o parte din izolația de pe fiecare fir. Îndepărtați suportul adeziv de pe banda LED și introduceți și lipiți banda LED pe peretele din spate al slotului cu firele atârnate în jos pe canalul vertical și ieșind în partea de jos a cadrului.

Găsiți micile puncte acrilice care se încadrează în cadru. Acoperiți perimetrul lor cu folie de vinil, la fel cum ați făcut pentru segmente. Așezați-le în spațiile individuale cu partea gravată orientată în sus și LED-ul și condensatorul din banda LED amplasate în crestăturile respective.

Când toate punctele și cifrele sunt complete, afișajul dvs. ar trebui să arate ca ultima imagine.

Pasul 12: Acoperiți și asigurați afișajul

Odată ce toate cifrele și punctele au fost asamblate și toate benzile cu LED-uri testate, vom pune celălalt capac subțire acrilic peste ele. Deșurubați piulițele de pe șuruburile M2, lăsând șuruburile în poziție și îndepărtați cu atenție orice bandă care ține firele în poziție. Coborâți cu grijă capacul acrilic transparent superior peste cadru, introducând șuruburile prin găurile din capac și având grijă ca toate firele să rămână în canalele lor respective. Când totul este la locul potrivit, înșurubați și strângeți bine piulițele.

Pasul 13: Atașați carcasa

Acum vom atașa afișajul la capacul incintei. Așezați capacul lângă afișaj, astfel încât firele să se alinieze cu găurile din capac. Capacul NU este simetric, deoarece firele de la puncte nu sunt la jumătatea distanței dintre cifre, deci există o singură orientare în care alinierea este perfectă.

Rulați capetele fiecărui set de fire prin orificiile corespunzătoare din capac din partea de sus și apoi lucrați cu grijă afișajul spre capac, astfel încât clapele din acrilic să se potrivească în fantele dreptunghiulare din capac. Probabil că veți realiza acest lucru în trepte mici. Așezați capetele fiecărui fir prin găuri și glisați ușor capacul de-a lungul firelor, preluând alternativ slăbiciunea din fiecare grup de fire în timp ce mergeți. Aveți mare grijă să nu trageți prea tare de niciun fir. Vorbind din experiență, este o problemă majoră să deconectați un fir în acest moment. Introduceți ușor filele în sloturi. Potrivirea nu este foarte confortabilă, așa că veți dori să lipiți filele în sloturi (folosind JB Weld sau un adeziv similar care funcționează atât pe acril, cât și pe lemn) odată ce toate componentele electronice sunt conectate și testate.

Am rulat câteva benzi de cauciuc în jurul afișajului și al capacului carcasei pentru a le menține strânse împreună în timp ce lucram la cabluri. În imaginea de mai sus, am lipit împreună toate cele 5 fire de alimentare într-un grup și toate cele 5 fire de împământare dintr-un alt grup și am alăturat fiecare grup la un singur fir de intrare, apoi am acoperit toate îmbinările de lipit cu o mulțime de tuburi termocontractabile.

Pasul 14: Atașați un microcontroler (sau două)

Există multe modalități diferite de a conecta un controler la afișaj. Puteți lipi firele direct la controler, dar prefer să atașez conectori la fire, lăsând flexibilitatea de a schimba microcontrolerele. Am combinat toate firele de alimentare și toate firele de masă împreună și am lipit fiecare dintre cele 5 fire de semnal la un singur conector cu 5 pini de antet.

Am încercat mai multe controlere diferite cu afișajul de șapte segmente luminat de margine. Îmi place codul de prototip pentru benzile LED din CircuitPython, deoarece este rapid și ușor să puneți în funcțiune ceva. Există o mulțime de pixeli de controlat, așa că am optat pentru Adafruit Itsy Bitsy M4 Express care se bazează pe o placă ATSAMD51 și este suficient de rapid și puternic pentru a controla cele 88 de LED-uri RGB din ceasul cu 6 cifre, dar suficient de mic pentru a se potrivi cu ușurință în incintă. Itsy-Bitsy M4 Express a funcționat bine, dar am vrut și conectivitate IoT, așa că am încercat să rulez codul pentru afișaj pe o placă ESP32. Am avut probleme cu controlul culorilor din bandă în timp ce eram conectat la internet - similar cu această problemă: https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel/issues/139. Cea mai bună soluție a fost controlul benzilor LED de pe placa Itsy Bitsy și utilizarea unui ESP8266 (Lolin D1 Mini Pro) pentru a prelua periodic ora corectă de pe internet și a o trimite la Itsy Bitsy prin comunicare serial.

Diagrama arată cablajul pentru afișajul cu 6 cifre. Pentru ao adapta pentru afișajul cu 4 cifre, omiteți pur și simplu „Dot Strip 2” și „Num Strip 3”. Deoarece comunicarea dintre Lolin D1 Mini și Itsy Bitsy este unidirecțională, este necesar doar să conectați Lolin TX la Itsy Bitsy RX. Am folosit o placă micro-USB pentru a obține puterea de intrare de 5V printr-un cablu micro-USB.

Pasul 15: Codificarea afișajului

Afișajul este codat ca un ceas, dar există o mulțime de funcționalități suplimentare potențiale suplimentare. Ar putea fi un cronometru cu numărătoare inversă, un afișaj de temperatură, un afișaj de numărare a adepților pe rețelele de socializare sau, practic, un afișaj al oricărei valori care poate fi reprezentată în cifre.

Cod Arduino

Am programat Lolin D1 Mini Pro cu Arduino IDE. Codul, în fișierul „.ino” atașat, se conectează la internet și folosește biblioteca „NTPClient” (disponibilă prin managerul bibliotecii Arduino) pentru a obține ora corectă. Obiectul NTPClient citește ora de pe serverul NTP la fiecare 10 minute. Formatează și trimite un șir de timp prin portul serial la fiecare 10 secunde.

CircuitPython Code

Codul Circuit Python, în fișierul atașat ".py", care rulează pe Itsy Bitsy sondează portul serial pentru a citi șirurile de timp trimise de la ESP8266. Setează un nou timp de bază cu fiecare șir de timp pe care îl primește, apoi urmărește ora curentă utilizând funcția monotonic () din biblioteca de timp.

Codul folosește biblioteca adafruit_fancyled pentru a alege culorile în format HSV și a aplica corecția gamma înainte ca acestea să fie afișate. Culoarea numerelor evoluează într-un ciclu de 60 de secunde, care repornește în partea de sus a fiecărui minut. Indicii segmentelor necesare pentru afișarea oricărui număr dat pe LED-urile sunt stocate ca biți în cifra matriceSegments și descompuse în funcția drawStripDigit.

Pasul 16: Vai

Dacă ai ajuns până aici, bine pentru tine! Sper să vă bucurați de acest proiect. A fost multă muncă, dar destul de plină de satisfacții.