Гирлянда на RGB светодиодах

Автор: Виталий, Falk-Dema@ya.ru
Опубликовано 14.02.2013
Создано при помощи КотоРед.

Предлагаю вариант новогодней светодиодной гирлянды.

Технические характеристики:

Число элементов                                                   30 шт.

Длинна                                                                 4,5 м

Число цветов                                                        7

Напряжение питания                                              5 В     

Ток потребления                                                   400 mA

Число программ                                                     53

Число эффектов                                                     21

Управление каждым элементом                                Индивидуальное

Язык программирования                                           Ассемблер

Аппаратная реализация                                          PIC 16F876A


Рис. 1 Схема контроллера


Рис. 2 Схема элемента



Рис. 3 Схема терминального элемента

Описание

Гирлянда состоит из 30 элементов. Каждый элемент состоит из RGB светодиода и сдвигового регистра. Формирование кадра осуществляется по интерфейсу SPI, включение и выключение всех светодиодов выполняется с использование ШИМ модуляции, что позволяет получать эффект плавного включения/выключения всей гирлянды. Индивидуального плавного включения/выключения для каждого элемента не предусмотрено.

Контроллер гирлянды выполнен на PIC16F876A (PIC16F876 тоже подойдет).

Элемент собран на одностороннем текстолите, с применением SMD деталей, что позволяет разместить управляющею схему на плате размерами 10х20 мм.

В качестве светорассеивателя применяется обточенный коннектор RJ-45. Светорассеиватель приклеивается клеем, например COSMOFEN СА-12.

Описание работы гирлянды

Выбор программы, число повторов, время выполнение программы, цвет применяемый в текущей программе выбирается случайно. Генератор случайных чисел использует младший бит (самый шумный) аналогового входа, висящего в воздухе. Полученный бит сдвигается влево  и так выполняем 8 раз,  пока не получаем случайный байт.

Номер программы  выбирается случайно и после использования ставится флаг. В случае повторного выпадения этого же номера выполняется следующая. Таким образом имеем круг, внутри которого случайно выполняются программы, по одному разу. После прохождения всех программ сбрасываются все флаги и идем на новый круг. Ручного выбора программы, скорости, числа повторов, цвета не предусмотрено.

Световые программы состоят из эффектов. Например есть эффект "бегущий огонек". На его основе есть 3 программы – бегают два, три или четыре огонька. При этом цвет, скорость и повтор случайный.

Таким образом имеется 21 эффект и на их основе 53 программы. Некоторые особенно «красивые» программы повторяются.

Память PIC контроллера заполнена на 40%, в наличие две свободных страницы памяти (из четырех). Соответственно имеется простор для программирования. SPI используется не аппаратный, а программный (так исторически сложилось). Соответственно выходы контроллера для формирования данных выбраны произвольно и не соответствуют аппаратному модулю MSSP. ШИМ используется штатный (аппаратный). Число элементов (если захочется собрать гирлянду отличную от 30 шт) в программе меняется, но только руками по всему коду. При написании программы не было задачи оперативно менять длину гирлянду, поэтому многие важные переменны не рассчитываются от переменной - NUM «длинна гирлянды» а заданны фиксировано. Хотя исходники программы снабжены комментариями и формулами как появилась та или иная переменная, так что возможно все.
Так же в архиве имеется тестовая программа неспешно переключающая цвет на всей гирлянде. Это поможет для проверки вновь подключенного элемента.
Переключение цветов 30 элементов:
красный
зеленый
синий
белый
желтый
сине-зеленый (циан)
пурпурный
Время переключения 2,39 сек (сколько получилось, лень было красивое число получать :) )

Подводные камни при сборке

При покупке необходимо обратить на цоколевку светодиода - расположение цветов по ножкам бывает разным. Светодиоды нужны с общим катодом и никакими другими (обоснованно работой сдвигового регистра 74HC164).

Красный цвет оптически менее яркий, хотя потребляет больший ток. Добавочный резистор на красном меньше в 2,5 раза.

Так как линия SCLK SPI интерфейса идет от контроллера и все элементы висят на ней параллельно, то на длине около 2,5 метров идет искажение сигнала на конце гирлянды из за переотражения сигнала. В результате последующие элементы некорректно отображают цвет. Поэтому на последнем элементе ставится терминальный резистор около 200 Ом, который согласовывает линию связи SCLK. Он ставится между SCLK и «+». Один из выводов резистора ставится на площадку от танталового конденсатора, соответственно на терминальном элементе тантал не ставится. Линия DATA идет последовательно от элемента к элементу, поэтому сигнал по все длинне имеет правильную форму.

Танталовые конденсаторы ставить на каждом элементе не нужно, вполне хватит пяти штук по всей гирлянде на равных расстояниях.

Эскиз показывает как собирать элементы в гирлянду, к какой точке паяется какой провод шлейфа. Собранная гирлянда закрепляется термоусадкой. Вкус и цвет выбирается пользователем.

Фольга на фотографиях с обратной стороны не нужна, ее наличие объясняется отсутствием в продаже тонкого одностороннего текстолита.

Элементы:

Корпус для сборки – 20-33.

Размер SMD – 0805

Тантал - корпус тип А

RGB диод – с общим катодом, матовые (можно просто ошкуренные)

 
Фото
    
 

 Ссылка на видио работы:

youtu.be/4YASYV8eKOI

Для сьемки видео была запущенна тестовая программа, с минимальным колличеством повторов и максимальной скоростю прохождения. Все эффекты показанны не были
.

Файлы:
Схемы, программы, эскиз
Тестовая прошивка

Все вопросы в Форум.