АДРЕСНЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ МАТРИЦЫ

о матрицах
компоненты
подключение
сборка
прошивка
картинки, gif
эффекты
игры

Проект “Bluetooth матрица”

страница проекта


В этом гайде речь пойдёт о матрицах из адресных светодиодных лент. Если вы не в курсе про адресные ленты, то рекомендую изучить вот эту статейку. Фишка адресной ленты в том, что мы можем управлять любым из подключенных светодиодов. Если уложить ленту так, чтобы светодиоды образовывали ровную сетку, то мы получим матрицу, у которой можно зажечь любой “пиксель”, а зажечь можно одним из 16,7 миллионов цветов и оттенков! (светодиоды RGB, яркость каждого цвета имеет 256 градаций (8 бит), соответственно для трёх цветов у нас 256*256*256=16,7 лямов, что есть привычные 24 бита цветовой глубины). То есть по сути получаем полноценный 24 битный дисплей сверхнизкого разрешения! Зачем такое разрешение в 2к18 году? Спроси у своего папы, во что он играл в детстве =)

Начнём с компонентов. Матрицу можно склеить самому, для этого понадобится адресная светодиодная лента, например самая популярная на чипах WS2812b. Да, сейчас есть уже более новая WS2813, но для наших целей она преимуществ не имеет. Целесообразно брать ленту с плотностью пикселей 60 светодиодов на метр для маленьких матриц (ячейка 1.7×1.7 см) и 30 светодиодов на метр для больших матриц (ячейка 3.3×3.3 см). Также есть светодиодные модули по типу “гирлянды”, их можно брать для ОЧЕНЬ БОЛЬШИХ матриц (ячейка 12×12 см). Рассмотрим матрицу 20×10 светодиодов: из ленты 60 LED на метр размер матрицы будет 34×17 см, из 30 LED на метр – 66×33 см, и из модулей – 240×120 см!!!

Также хитрые китайцы уже продают готовые матрицы нескольких размеров, причём очень выгодно: матрица 16×16 стоит 1500р, она состоит из 256 диодов с плотностью 100 штук на метр. Лента такой же плотности стоит 1000р за метр (за 100 светодиодов). Для склейки матрицы размером 16×16 понадобится 2.5 метра ленты, то есть 2500р. А готовая матрица стоит на 1000р дешевле!!! Абсолютно то же самое касается матрицы 32×8 пикселей. Есть ещё готовая матрица 8×8, она стоит 300р. И вот она выходит уже не так выгодно =) Для питания матрицы нужен блок питания на 5V, по току расскажу дальше. Ссылок оставляю несколько, ищите выгодные предложения и скидки (P.S. Я закупаюсь в BTF-Lighting)

ЗАКУПАЕМСЯ КОМПОНЕНТАМИ

Ленты всех типов. Нам нужна IP30 (без влагозащиты), плотность 60 или 30 на метр по желанию

aliexpress
aliexpress
aliexpress

Модули, спаянные в гирлянду с шагом 12см. Идеальный вариант для создания новогодней матрицы на окно (эффект падающего снега, надписи, новогодние картинки), а также для гигантских матриц для настоящих любителей ретро!

aliexpress
aliexpress
отдельные модули
отдельные модули

Готовая матрица 16×16 пикселей (16×16 сантиметров соответственно) на гибкой подложке. Тип матрицы – зигзаг.

aliexpress
aliexpress
aliexpress
aliexpress

Готовая матрица 8×32 пикселей (8×32 сантиметров соответственно) на гибкой подложке. Тип матрицы – зигзаг.

aliexpress
aliexpress
aliexpress

Готовая матрица 8×8 пикселей (8×8 сантиметров соответственно) на гибкой или твёрдой подложке (твёрдая дешевле!). Тип твёрдой матрицы – параллельная, тип мягкой – зигзаг!

гибкая
гибкая
твёрдая
твёрдая

Подборка “Всё для пайки с AliExpress” у меня на сайте

перейти

Корпусные блоки питания на 5V. Какой нужен ток – читайте ниже. Но не забывайте про “китайские” амперы и берите с запасом по току минимум 20%!

aliexpress
aliexpress

DIY блоки питания на 5V. Какой нужен ток – читайте ниже. Но не забывайте про “китайские” амперы и берите с запасом по току минимум 20%!

aliexpress
aliexpress

Некоторые компоненты для правильного подключения матриц. Резисторы 220 Ом, конденсаторы 6.3 V (или 10V) 470-100 мкФ

резистор 220 Ом (220R)
резистор 220 Ом (220R)
конденсаторы
конденсаторы

Arduino NANO 3.0 на микроконтроллере Atmega 328p для управления матрицей

aliexpress
aliexpress
aliexpress

Bluetooth модуль для управления матрицей по Bluetooth из приложения GyverMatrixBT

aliexpress
aliexpress
aliexpress

Модуль реального времени для правильного функционирования часов на матрице

aliexpress
aliexpress

ПОДКЛЮЧАЕМ МАТРИЦУ

Начнём с типов соединения матрицы, их всего два: последовательный и параллельный, + совмещённый вариант по питанию. Плюсы и минусы указаны на рисунке, для больших матриц предпочтительнее использовать параллельный тип, так гораздо лучше организуется питание. Но вот с ответвлениями силовых проводов придётся повозиться. Если делать матрицу из гирлянды модулей, то естественно проще сделать её зигзагом. Но обязательно проверить на разной яркости и убедиться, что тока хватает дальним светодиодам (при просадке напряжения заданный белый цвет уходит в желтизну (небольшая просадка) или в красный (сильная просадка напряжения). В этом случае питание нужно будет продублировать толстыми проводами к каждому отрезку ленты (к каждой строке матрицы).

Матрица подключается к Arduino согласно гайду об адресной ленте, далее идёт выжимка из него. Важные моменты:

  • Логический пин Arduino соединён с пином DIN ленты (матрицы) через резистор с номиналом 220 Ом (можно брать любой в диапазоне 100 Ом – 1 кОм). Нужен для защиты пина Ардуино от перегрузки, т.е. ограничить ток в цепи (см. закон Ома);

  • GND (земля, минус) ленты обязательно соединяется с пином GND Arduino даже при раздельном питании;

  • Электролитический конденсатор по питанию Arduino нужен для фильтрации резких перепадов напряжения, которые создаёт лента при смене цветов. Напряжение конденсатора от 6.3V (чем больше, тем крупнее и дороже кондер), ёмкость – в районе 470 мкФ, можно больше, меньше не рекомендуется. Можно вообще без него, но есть риск нарушения стабильности работы!

  • Конденсатор по питанию ленты нужен для облегчения работы блока питания при резких изменениях яркости матрицы. Опять же можно вообще без него, но есть риск нарушения стабильности работы!

  • Мощность (максимальный отдаваемый ток) блока питания выбирается исходя из размера матрицы и режимов, в которых она будет работать. Смотрите табличку и помните о китайских амперах, т.е. блок питания нужно брать с запасом по току на 10-20%! В таблице приведены значения тока потребления ленты.

СБОРКА КОРПУСА И РАССЕИВАТЕЛЯ

Информация появится после выхода видео

ПРОШИВКА И НАСТРОЙКИ

Для работы с лентой я использую библиотеку FastLED, потому что некоторые её возможности и функции действительно fast. Для работы с матрицей я написал собственный набор инструментов, который в разы оптимальнее и быстрее того же Adafruit Neo Matrix, в связке с FastLED мой код работает просто шикарно. Вы можете скачать “чистую” версию прошивки, в которой содержатся только настройки и инструменты для работы с матрицей, этот код будет интересен энтузиастам, которые хотят написать что то под матрицу с чистого листа. СКАЧАТЬ С САЙТА. Библиотека FastLED входит в архив. Но для начала рассмотрим все 8 возможных ориентаций подключенной матрицы.

скачать архив для работы с матрицей

Данный тип инициализации матрицы позволяет подключать матрицу любой конфигурации с любым положением начала матрицы. Это удобно для покупных матриц, которые можно только “крутить”, так и для самодельных, когда есть какие-то особенности корпуса или укладки проводов. То есть как бы вы ни сделали и не расположили матрицу, она всё равно будет работать с корректным положением начала координат. Кстати, можно очень легко “отзеркалить” матрицу по горизонтали или вертикали, если это зачем-то вдруг нужно: просто меняете подключение на “противоположное” по желаемой оси. Например хотим отзеркалить тип подключения (1, 0) по вертикали. Настраиваем его как (2, 2) – смотрите рисунок выше. Хотим отзеркалить тип (3, 1) по вертикали – настраиваем его как (2, 3). Тип (3, 2) по горизонтали? Пожалуйста, ставим его как (2, 2). Надеюсь логика понятна.

Если вы впервые работаете с Arduino, то остановитесь и изучите вот этот гайд. После установки драйверов и библиотек можно переходить к прошивке платформы.

В самом начале прошивки содержатся настройки типа матрицы и её подключения, тип подключения определяется стоя лицом к матрице. Для упрощения настройки подключения матрицы (угол и направление) используйте подсказку сверху =)

// **************** НАСТРОЙКИ МАТРИЦЫ ****************
#define LED_PIN 6           // пин ленты
#define BRIGHTNESS 60       // стандартная маскимальная яркость (0-255)

#define WIDTH 16            // ширина матрицы
#define HEIGHT 16           // высота матрицы

#define MATRIX_TYPE 0       // тип матрицы: 0 - зигзаг, 1 - последовательная
#define CONNECTION_ANGLE 0  // угол подключения: 0 - левый нижний, 1 - левый верхний, 2 - правый верхний, 3 - правый нижний
#define STRIP_DIRECTION 0   // направление ленты из угла: 0 - вправо, 1 - вверх, 2 - влево, 3 - вниз

Также в прошивке содержится вкладка utility_funx, в которой как раз сидят все функции по работе с матрицей:

void loadImage(название массива битмап);   // отобразить картинку из массива "название массива". По картинкам читайте ниже
void drawDigit3x5(byte digit, byte X, byte Y, uint32_t color);  // нарисовать цифру (цифра, коорд. Х, коорд. У, цвет)
void drawDots(byte X, byte Y, uint32_t color); // нарисовать  точки для часов (коорд. Х, коорд. У, цвет)
void drawClock(byte hrs, byte mins, boolean dots, byte X, byte Y, uint32_t color1, uint32_t color2);  // нарисовать часы (часы, минуты, точки вкл/выкл, коорд. Х, коорд. У, цвет1, цвет2)
static uint32_t expandColor(uint16_t color);  // преобразовать цвет из 16 битного в 24 битный
uint32_t gammaCorrection(uint32_t color);  // гамма-коррекция (преобразует цвет более натуральный цвет)
void fillAll(uint32_t color);  // залить всю матрицу цветом
void drawPixelXY(byte x, byte y, uint32_t color);  // функция отрисовки точки по координатам X Y (коорд. Х, коорд. У, цвет)
uint32_t getPixColor(int thisPixel);  // функция получения цвета пикселя по его номеру
uint32_t getPixColorXY(byte x, byte y);  // функция получения цвета пикселя в матрице по его координатам (коорд. Х, коорд. У)
uint16_t getPixelNumber(byte x, byte y);  // получить номер пикселя в ленте по координатам (коорд. Х, коорд. У, цвет)

Начало координат матрицы – левый нижний угол, имеет нулевые координаты!

Пользуясь этими функциями можно создавать различные эффекты разной степени сложности, а также классические игры!

ПОДГОТОВКА И ВЫВОД ИЗОБРАЖЕНИЙ

Информация появится после выхода видео

КРУТЫЕ ПИКСЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ

Информация появится после выхода видео

КЛАССИЧЕСКИЕ ИГРЫ

Информация появится после выхода видео


2018-11-15T23:48:29+00:00