Наверняка многие видели большие рекламные табло на улице или в торговых центрах, которые транслируют полноцветные (24 бита) картинки или видеоролики. Яркий пример это ТЦ «Европейский» в Москве. Такие табло состоят из небольших модулей, например с разрешением 64х32 пикселя. Разработкой контроллера для такой матрицы мы занимались в 2017 году и об этом пойдет дальше речь.
RGB матрица
Такая RGB матрица представляет собой набор светодиодов, соединенных по определенной схеме. Управлять напрямую контроллером таким количеством светодиодов не получится, поэтому на модулях предусмотрены промежуточные микросхемы - драйверы. На китайских RGB LED матрицах часто встречается драйвер TC5020AP (даташит).
Каждый такой драйвер имеет на борту 16 электронных ключей для управления светодиодами. Каждый ключ может переключать ток 3 - 32 мА. Интерфейс управления – параллельная шина – по трем проводам SDI, SDO и CLK. Драйвер поддерживает скорость обмена до 25 МГц.
На рынке DIY (сделай сам) электроники рассматриваемые матрицы стали доступны впервые после появления программного и аппаратного обеспечения от Adafruit* (США). Сейчас на рынке этих матриц великое множество. Их можно классифицировать по двум основным критериям:
- размер пикселя
- по конструкции (на гибкой основе и жесткой основе)
Наиболее распространенные размеры пикселя 5 (P5), 4 (P4), 3 (P3) и 2.5 (P2.5) мм.
Контроллер управления
Мы работали с матрицами 64х32 пикселя P3 — разрабатывали контроллер и корпус для такой матрицы. То есть мы делали полноценное табло. Основные требования заказчика:
Время у нас было ограничено, поэтому мы за основу взяли микроконтроллер ATmega2560 и модуль Ethernet W5500. С ними мы уже работали ранее.
Сроки по разработке:
Для удешевления схемы питания контроллера и RGB матрицы мы применили модули питания на основе линейного стабилизатора LM2596.
POE сплиттер** сделали внешним для контроллера, но расположили его внутри корпуса готового изделия. Схему сетевой связи так же сделали на основе модуля в сборе.
В результате стоимость готового контроллера получилась 4500 рублей вместе с POE сплиттером с поддержкой спецификации IEEE 802.3at*** при производстве опытной партии в 20 штук. Все работы производились в Москве. Все компоненты кроме преобразователя напряжения LM2596 и сетевого модуля W5500 так же закупались в Москве.
Дополнительно на контроллере предусмотрели SD карту, и 3 силовых ключа для управления RGB светодиодной лентой.
Серийное производство
Производили расчет экономики серийного производства в Китае и в России. Оптимальный вариант получился в случае закупки компонентов и производства печатных плат в Китае и сборки в РФ. В Китае за последние 2 года возросла стоимость труда, в то время как в РФ она снизилась. На партию в 100 штук удельная стоимость готового контроллера 2890 рублей, на 1000 штук –1900 рублей.
Программное обеспечение
Контроллер представляет собой вэб-сервер с открытым для подключения портом. Каждый контроллер имеет индивидуальный MAC и IP адреса.
Для общения с контроллером был разработан специальный протокол, чем-то напоминающий ModBUS. Система команд позволяет управлять всеми параметрами матрицы и параметрами изображения выводимого на ней. Реализовали требование заказчика по выводу кириллического алфавита.
Кроме системы команд по TCP управлять RGB матрицей можно через вэб-браузер на компьютере.
Корпус
Разработка корпуса у нас заняла 3 месяца, так как мы прорабатывали различные варианты производства. В зависимости от способа производства приходилось менять конструкцию корпуса. К тому же нам установили жесткие требования по размерам и внешнему виду корпуса.
В итоге мы остановились на холодном литье в силикон. Для малых партий это было самым выгодным вариантом. Фотография готового варианта корпуса в покрасочной камере:
Примечания
* Библиотека для работы с матрицей 64х32 на Arduino
** D-Link DPE-301GS
*** Спецификация IEEE 802.3at* подразумевает передачу 30 Вт мощности.
