Большой самодельный семисегментный индикатор на светодиодах
Для настенных электронных часов, цифровых термометров и т п. устройств. показания которых желательно наблюдать с большого расстояния, необходимы семиэлементные цифровые индикаторы больших размеров. При отсутствии в продаже индикаторов нужного размера радиолюбители изготавливают их самостоятельно, например. «набирают» составляющие их элементы из ламп накаливания или светодиодов.
Однако первые потребляют довольно большую мощность и недолговечны. вторые по этим параметрам вполне подходят но для нормального зрительного восприятия знаков их приходится устанавливать через каждые 5..10 мм, так что число светодиодов получается большим. Например, для изготовления индикатора из элементов размером 72 мм (высота знака — примерно 150 мм) понадобится 70 светодиодов (при шаге 8 мм).
Конструкция сегмента
Уменьшить число светодиодов в несколько раз можно, используя их, например, как описано ниже. Если два достаточно ярких светодиода 1 (рис. 1,а) вставить с торцов в отрезок 2 пластмассовой трубки для коктейля, то получится конструкция, которую с успехом можно использовать в качестве элемента самодельного семиэлементного цифрового индикатора.
Рис. 1. Конструкция сегмента.
Схема
Схема устройства изображена на рис. 2. По сути, это индикатор с общим анодом. Если необходимо, чтобы общим был катод, полярность включения всех светодиодов следует изменить на обратную.
Светодиоды HL1 -HL14 — сверхъяркие зеленого цвета свечения в прозрачных корпусах диаметром 5 мм. например, LDGL3333, LDGM3333. LDGM3343 фирмы LIGITEK. Минимальный ток необходимый для одновременного свечения всех элементов индикатора — примерно 25 мА прямое падение напряжения на каждом элементе — около 6 В.
Рис. 2. ПРинципиальная схема сегмента индикатора.
Основа конструкции индикатора — две печатные платы, чертежи которых показаны на рис. 3. На первой из них (по рисунку — левой) монтируют элементы В и С на второй — Е и F (согласно общепринятой маркировке показанной на рис 1, 6) Элементы А D G и соединительные перемычки устанавливают между платами.
Рис. 3. Печатные платы для самодельных цифровых сегментов на светодиодах.
Изготовление
Изготовление индикатора начинают с нарезки трубочек длиной 77 мм Затем формуют выводы светодиодов — руководствуясь расположением их на платах, показанным на рис. 3, сгибают выводы под прямым углом на расстоянии примерно 2 5. 3 мм от корпуса (вывод катода HL14 сгибают на расстоянии, большем на 5 мм).
В завершение корпусы светодиодов плотно вставляют в предварительно развальцованные металлическим стержнем концы трубочек с таким расчетом, чтобы концы выводов были направлены в одну сторону. После монтажа элементов к печатным платам припаивают отрезки гибкого монтажного провода, которые будут служить выводами индикатора А-G и +U.
Рис. 4. Коробчатая рамка.
Во избежание взаимной подсветки элементов смонтированные платы помещают внутрь коробчатой рамки, развертка которой изображена на рис. 4 (размер 80 мм и примыкающие к нему другие размеры уточняют по фактическому расстоянию между платами).
Заготовку вырезают из тонкого (толщиной 0.25 — 0.4 мм) плотного картона (например, электрокартона марки ЭВ). Места сгиба показаны на чертеже тонкими штриховыми линиями. места разреза — утолщенными линиями Для того чтобы внутренние стенки удерживались в согнутом состоянии, между ними вклеивают прямоугольные пластины из того же материала.
Рамку с платами помещают в склеенный из непрозрачного листового полистирола корпус, в боковых стенках которого просверлены отверстия под выводы индикатора Внутренние размеры корпуса должны быть на 1 . 2 мм больше соответствующих размеров рамки с платами Сверху корпус закрывают крышкой из зеленого органического стекла.
Индикаторы сети 220В на светодиодах, замена индикаторным неонкам
Принципиальные схемы простых индикаторов наличия сети 220В на светодиодах, меняем старые неоновые индикаторные лампы на светодиоды. В электрооборудовании повсеместно применяются индикаторные неоновые лампы для индикации включения аппаратуры.
В большинстве случаев схема как на рисунке 1. То есть, неоновая лампа через резистор сопротивлением 150-200 киолом подключается к сети переменного тока. Порог пробоя неоновой лампы ниже 220V, потому она легко пробивается и светится. А резистор ограничивает ток через неё, чтобы она не взорвалась от превышения тока.
Бывают и неоновые лампы со встроенными токоограничительными резисторами, в таких схемах кажется как будто неоновая лампа включена в сеть без резистора. На самом деле резистор спрятан в её цоколе или в её проволочном выводе.
Недостаток неоновых индикаторных ламп в слабом свечении и только розовом цвете свечения, ну и еще в том что это стекло. Плюс, неоновые лампы сейчас в продаже встречаются реже светодиодов. Понятно, что есть соблазн сделать аналогичный индикатор включения, но на светодиоде, тем более светодиоды бывают разных цветов и значительно более яркие чем «неонки», ну и нет стекла.
Но, светодиод низковольтный прибор. Прямое напряжение обычно не более ЗV, да и обратное тоже весьма низкое. Даже если светодиодом заменить неоновую лампу, он выйдет из строя за счет превышения обратного напряжения при отрицательной полуволне сетевого напряжения.
Рис. 1. Типовая схема подключения неоновой лампы к сети 220В.
Впрочем, есть двухцветные двухвыводные светодиоды. В корпусе такого светодиода есть два разноцветных светодиода, включенных встречно-параллельно. Такой светодиод можно подключить практически так же, как неоновую лампу (рис.2), только резистор взять сопротивлением поменьше, потому что для хорошей яркости через светодиод должен протекать ток больше чем через неоновую лампу.
Рис. 2. Схема индикатора сети 220В на двухцветном светодиоде.
В этой схеме одна половина двухцветного светодиода HL1 работает на одной полуволне, а вторая — на другой полуволне сетевого напряжения. В результате обратное напряжение на светодиоде не превышает прямого. Единственный недостаток — цвет. Он желтый. Потому что обычно два цвета — красный и зеленый, но горят они почти одновременно, потому зрительно выглядит как желтый цвет.
Резистор R1 в схеме на рисунке 2 сопротивлением ниже, чем с неоновой лампой, и на нем выделяется больше тепловой мощности. Полностью избавится от паразитной тепловой мощности можно, если заменить резистор конденсатором (рис. 3). Прямой ток через светодиод ограничивается реактивным емкостным сопротивлением конденсатора, а на нем тепло не выделяется.
Рис. 3. Схема индикатора сети 220В на двухцветном светодиоде и конденсаторе.
На рисунках 4 и 5 показана схема индикатора включения на двух светодиодах, включенных встречно-параллельно. Это почти то же, что на рис. 3 и 4, но светодиоды отдельные для каждого полупериода сетевого напряжения. Светодиоды могут быть как одного цвета, так и разного.
Рис. 4. Схема индикатора сети 220В с двумя светодиодами.
Рис. 5. Схема индикатора сети 220В с двумя светодиодами и конденсатором.
Но, если нужен только один светодиод, -второй можно заменить обычным диодом, например, 1N4148 (рис.6 и 7). И нет ничего страшного в том, что этот светодиод не рассчитан на напряжение электросети. Потому что обратное напряжение на нем не превысит прямого напряжения светодиода.
Рис. 6. Схема индикатора сети 220В со светодиодом и диодом.
Рис. 2. Схема индикатора сети 220В с одним светодиодом и конденсатором.
В схемах испытывались светодиоды, двухцветные типа L-53SRGW и одно-цветные типа АЛ307. Конечно же можно применить и любые другие аналогичные индикаторные светодиоды. Резисторы и конденсаторы так же могут быть других величин, — все зависит от того, какую силу тока нужно пустить через светодиод.
Андронов В. РК-2017-02.
Мигающие индикаторы в сети 220В
Предлагаемые схемы являются универсальными параметрическими сигнализаторами. Поэтому в качестве датчиков вместо фоторезисторов возможно применить другие датчики со схожими электрическими параметрами (min/max сопротивления), например терморезисторы.
Для световой сигнализации в сети 220 В применяют различные светодиодные индикаторы, лампы накаливания, стробоскопы в виде ярко вспыхивающих ламп. Мигающий световой индикатор намного эффективнее, чем постоянного горящий. Если в низковольтных электрических цепях создать такой индикатор «проще простого», то «заставить» мигать лампу в сети 220 В с помощью простой схемы — задача посложнее, но и она разрешима.
Мигающий индикатор (для сети 220 В) на светодиодах Flash Lamp AW-200, представлен на рис. 1.23, предназначен для индикации состояния любого устройства, подключенного в сеть 220 В. Благодаря примененным светодиодам суммарная сила света более 1 лм (люмена), прерывистое свечение позволяет увидеть работу индикатора издалека.
Мигающая лампа Flash Lamp AW-200 подключается непосредственно в сеть 220 В, параллельно устройству контроля, и состоит из 20 светодиодов, подключенных последовательно-параллельно. Цвет свечения светодиодов может быть желтым, красным или зеленым — в зависимости от разновидности модели индикатора. Такое устройство удобно применять в качестве индикаторов срабатывания сигнализации или для светового оповещения об изменении ка-кого-либо параметра. Потребляемый от сети 220 В ток не превышает 0,06 А. Световой поток данного индикатора позволяет заприметить его на расстоянии 500 м от дома.
Электрическая схема данного промышленного устройства представлена на рис. 1.24.
Она представляет собой бестрансформаторный выпрямитель, нагруженный на 4 линейки (по 5 мигающих светодиодов в каждой). Вместо указанных на схеме светодиодов можно применить L456B, ARL-5013 URC-B, L769BGR или аналогичные.
Рис. 1.23. Мигающая лампа Flash Lamp AW-200
Рис 1 24. Электрическая схема Flash Lamp AW-200
Литература: Кашкаров А. П. Электронные устройства для уюта и комфорта.
Зачем он нужен
Недавно я писал статью про самодельный bluetooth велокомпьютер. Было оживлённое обсуждение. Одним из предложений по модернизации, была идея добавить индикацию или жк экран. Идея мне понравилась. И я решил подумать как её воплотить в жизнь.
Так как велокомпьютеры уже были сделаны, корпус был практически весь занят, то вариант с жк экраном отпадал. Нужен был размер 40х30мм, с учетом всех шлейфов и проводов, и по толщине не больше 2-3мм. Также осталось немного свободных выводов. Различные светодиодные индикаторы (три цифры, шкала) не влезали. Тогда в голову и пришла очень хорошая мысль — сделать самодельный индикатор из SMD светодиодов. Взять тонкий односторонний текстолит, разместить на нём нужное количество светодиодов, в нужном порядке и получится отличный индикатор. Представив, что ко всем светодиодам нужно вести провода, я решил, что на плате поместится и дешёвый микроконтроллер, который будет сам управлять всеми светодиодами, а основной МК велокомпьютера будет управлять индикатором по одному проводу.
В итоге получился очень компактный (толщина всего 3мм) индикатор. Управление по одному проводу, и еще 2 на питание. Если у вас есть уже готовые приборы, или вы планируете сделать прибор, и нужен индикатор, то самодельный индикатор самый отличный вариант. Разберём подробнее как он работает.
20 светодиодов на 10 выводах — легко!
МК я выбрал самый не дорогой — SMT8S003, такой же как в велокомпьютере. У него всего 20 ног. Если убрать ноги питания и управления, то остаётся 14 ног. Первая задача, которую надо было решить, управлять этими ногами как можно большим количеством светодиодов.
В голову сразу пришло решение, что на одну ногу можно повесить 2 светодиода, одним выводом на GND, а вторым на VDD. На каждый светодиод по резистору. По такой схеме.
Управлять просто. Подаём на вывод 0, горит один светодиод, подаём 1 — горит второй светодиод. Переводим в третье состояние (вход) не горит ни один. Получается на 14 выводов можно повесить 28 светодиодов. Очень не плохо.
Сын нарисовал сам индикатор. Для велокомпьютера, самый полезный вид индикатора, после цифр — шкала. Индикатор состоит из 2 шкал по 8 светодиодов, и ещё 4 различных статусных светодиода. Итого 20 светодиодов. Я быстро набросал плату, протравил, запаял и начал тестировать.
Включаю МК, все выводы в третьем состоянии, ничего не должно гореть. И… Светодиоды горят. Конечно, им хватает напряжения в 5 вольт, чтобы тускло светится. Так не пойдёт, меняем схему.
Ещё больше светодиодов
Немного подумав, пришла другая идея. Подключить светодиоды не к питанию и земле, а к ещё двум выводам МК. Тогда точно можно выключить всё. Пробуем, отлично работает. За счёт динамической индикации, все красиво мигает. Можно управлять каждым светодиодом.
В итоге на будущее получилась такая схема:
Выделяем несколько управляющих выводов и рабочих. Резисторы ставим только на управляющие upr1 upr2. Таким образом, сильно упрощается схема и трассировка платы. На 14 выводах можно разместить до 96 светодиодов. 6 управляющих и 8 рабочих, плюс на каждом по 2 светодиода. Более чем достаточно, рука паять устанет.
Как оказалось можно и больше. Чарли Аллен пошёл ещё дальше, разместив по несколько светодиодов еще и между управляющими выводами. Таким образом, можно разместить на 16 выводах до 16*15 светодиодов. Но, в его схеме добавляется много резисторов, а также надо, чтобы все светодиоды были одного цвета, в общем есть небольшие проблемы. Вывод — 96 светодиодов более чем достаточно.
Управляем каждым светодиодом по отдельности
Для управления каждым светодиодом, используется метод динамической индикации. В один момент времени можно зажечь по одному светодиоду на управляющий вывод. Далее нужно перебрать все пары, это состояния индикации, и так по кругу. Так как плата уже была сделана, то я её переделал в один управляющий вывод и один резистор. Получилось 20 светодиодов на одном выводе и 10 рабочих выводов. Итого 20 состояний.
Для понижения потребления энергии, МК работает на частоте 2МГц. Чтобы перебрать 20 состояний с частотой в 50Гц хотя бы, нужен таймер с частотой в 1000Гц. Дополнительно захотелось ещё по управлять яркостью. Но получается, чтобы понизить ее в 10 раз, нужно частоту таймер 10 000Гц, а в 100 раз 100 000 Гц. При этом в обработчике прерывания нужно перебрать все варианты и зажечь нужный светодиод. В общем МК не справлялся. Пришлось перейти на вариант с PWM модуляцией.
Управляем яркостью с помощью ШИМ таймера
В итоге получилась простая программа. Используем один таймер — TIM2, с возможностью ШИМ генерации. Настраиваем частоту таймера на 1000Гц, а максимальное значение таймера 125 — разрядность ШИМ, которая будет определять градации яркости. В итоге, можно задать любое значение яркости от 0 до 125. В момент срабатывания второго прерывания таймера, по сравнению с заполнением ШИМ, выключаем все светодиоды.
В итоге получился отличный индикатор. За счёт регулирования яркости потребление в активной фазе составляет от 1 мА до 4мА.
Подключаем велокомпьютер
Сам индикатор готов, в корпусе от велокомпьютра он выглядит так:
Для управления индикатором, я выбрал протокол 1-wire. Описывать его не буду. Скажу только, что пришлось помучаться, чтобы успеть обработать прерывание и выдержать нужные тайминги, но в итоге все заработало. Велокомпьютер как Master, а индикатор как Slave. Для управления надо передать 4 байта. Первый байт — команда, яркость и один бит для перехода в спящий режим, остальные 3 байта — светодиоды, по биту на светодиод.
Первое, что пришло в голову отображать на индикаторе — это скорость и каднес. Служебные светодиоды оставить для статуса блютус, нарушения контроля скорости и каденса и еще один — контроль расстояния.
После опытных испытаний, добавил возможность отображать оставшееся расстояние от заданного или оставшиеся калории от заданных. Получилось очень удобно. Ставишь план — потратить за прогулку 2000 Кал, едешь и сразу видишь, осталось ещё половина. Вывод — индикация вещь полезная.
Сыну очень понравилось, он загорелся идеей сделать брелок — индикатор с аккумулятором в эпоксидной смоле. Пошёл думать.
Какие ещё можно сделать индикаторы
Часы — светодиоды в два круга — часы и минуты.
Стороны света — для электронного компаса.
Шкала для инкрементного поворотного энкодера.
Несколько шкал в одном индикаторе.
Сердечко для музыкальной открытки.
Матрица 8х8 для отображения картинок.
Тонкий семисегментный индикатор на одну цифру 11 светодиодов.
В общем, идей как это можно использовать — много.
На github, как обычно плата, программа, реализация протокола 1-wire и динамической индикации. Кому нужно, можете использовать в своих проектах.
- Гаджеты
- DIY или Сделай сам
- Электроника для начинающих