Изготовление светодиодных модулей своими руками

Как сделать самодельный светодиодный экран?

Светодиодные экраны или, как их еще часто называют, ЛЕД-дисплеи, стали доступны для массового применения сравнительно недавно. Более правильным будет вместо русской аббревиатуры именовать это электронное устройство LED-дисплеем (light emitting diode). Наряду с этими названиями часто используется термин «светодиодный экран».

Первые видеоэкраны появились более 20 лет назад, но их яркость (отдельные пиксели были на газоразрядных лампах) была недостаточной для воспроизведения качественного изображения, особенно в солнечные дни. Кроме этого техническое обслуживание этих устройств было очень сложным и дорогим.

Стремительный прогресс в технологии производства ярких, качественных и в то же время недорогих светодиодов основных цветов (красного, зеленого и голубого) позволил совершить стремительный шаг вперед индустрии производства светодиодных экранов. Огромный спектр возможностей по созданию видеоизображений, управлению цветовыми, яркостными и динамическими изображениями произвел настоящую революцию на рынке наружной и интерьерной рекламы (экраны небольшого размера – от 1,0 х 1,0 м, где требуется демонстрация изображений большого масштаба).

В крупных российских городах, захламленных повсеместно за последние 20 лет безликими билбордами 3 х 6 м, началось постепенное внедрение этой современной технологии. Модульные принципы сборки и аппаратно-программное обеспечение Arduino позволяют собрать LED-экран своими руками.

Модули для сборки

Экран нужных габаритов собирается из готовых электронных блоков (модулей) стандартных размеров, укомплектованных пикселями из светодиодов или сборок RGB, соединенными на общей плате и имеющими необходимые разъемы и шлейфы для объединения с соседними блоками. Модули, как правило, китайского производства, имеющие более низкую цену, приобретаются в специализированных фирмах и магазинах. Набором типичных параметров обладают модули Р10:

• размер, мм – 320 х 160 х 20;
• вес модуля, г – 600–700;
• шаг пикселя, мм – 10;
• разрешение (количество пикселей на 1 м 2 ) – не менее 256 х 192;
• яркость светодиодного экрана, кд/м 2 – 6 000–7 000;
• угол половинной яркости, градус – 120;
• срок службы, час – до 50 000;
• максимальная потребляемая мощность (для уличных экранов), Вт/м 2 – 500;
• расстояние комфортной видимости изображений, м – от 7;
• все световые и электронные компоненты защищены от воздействия влаги, пыли, механических воздействий.

Модули Р10 разных цветов

При отсутствии модулей можно собрать светодиодный экран на базе светодиодной ленты. Но этот вариант более трудоемок в сборке и не обладает необходимой надежностью при наборе жестких условий уличной эксплуатации: большой диапазон температур, влажность, УФ-воздействие, пыль, грязь и т. п.

Как собирается LED-дисплей

На первом этапе изготовления самодельного видео экрана необходимо изготовить надежную несущую металлоконструкцию для размещения на ней большого количества электронных блоков (модулей, контроллеров, источников питания – драйверов, преобразующих сетевое переменное напряжение 220 В в постоянное – 12 В). Конструкция представляет собой каркас из квадратной профильной трубы. Типичный вариант каркаса представлен ниже на фото.

Каркас LED-экрана с модулями Р10

На втором этапе собирают модули Р10, крепят к каркасу вплотную друг к другу и соединяют с помощью шлейфов, имеющих качественные разъемы «папа-мама». Крепеж модулей зачастую осуществляется с помощью надежных магнитов, что очень упрощает стадию сборки и особенно разборки при производстве ремонтных работ.

Далее с обратной стороны каркаса размещаются блоки питания и контроллеры, отвечающие за обработку видеоинформации и распределение ее на конкретные модули и малые пиксели. Задняя стенка видеоэкрана изготавливается из металлического листа или алюминиевой композитной панели. Как сделать монтаж LED-экрана, показано ниже.

Схема светодиодного экрана

Как управлять работой LED-дисплея

Понятно, что сегодня собрать светодиодный экран своими руками может практически любой человек, владеющий элементарными знаниями электротехники и навыками обращения с инструментами типа отверток и шуруповерта. Однако для того, чтобы «вдохнуть жизнь» в собранное железо, надо понимать, каким образом видеофайлы поступают на светодиоды и как создается программа для работы видеоэкрана.

Управление и замена файлов с видеороликами производится через USB-порт (через flash-карту) или с помощью Wi-Fi-роутера через интернет-соединение. Видеоролик, созданный предварительно с помощью специализированного программного обеспечения, переводится в формат * .avi или * .mpeg. Затем он преобразуется микроконтроллером или компьютером в цифровой поток, поступающий на микросхемы драйверов постоянного тока, подающих напряжение в соответствии с алгоритмом, заложенным в программу, на светодиоды дисплея.

Качество сделанного экрана определяется возможностями системы управления LED-экрана, которая может быть синхронной или асинхронной. На рисунке ниже представлена схема управления LED-экраном.

Схема управления светодиодным LED-экраном

Синхронная система управления подразумевает, что на экране отображается та же информация, что и на компьютере, то есть идет прямой эфир. Например, можно транслировать изображение с телекамеры, установленной на стадионе или концерте. Такая система состоит из карты-передатчика и нескольких карт-приемников. В компьютере, который управляет экраном, находится карта-передатчик, а на экране – карты-приемники, соединенные UTP-кабелем (витая пара).

Асинхронный способ вывода информации на экран подразумевает предварительную загрузку в память микроконтроллера. Для этого используют flash-карту или кабель. Асинхронная система требует присутствия нескольких микроконтроллеров, количество которых зависит от геометрических размеров LED-дисплея. Эта система позволяет осуществлять работу самостоятельно по заданной программе без внешнего компьютера.

Аппаратная платформа Arduino

Для создания программы управления светодиодными видеоустройствами (экраны, бегущие строки) на рынке существует большой выбор различных продуктов. Одним из самых популярных является аппаратно-вычислительная платформа Arduino (Ардуино), в состав которой входят плата ввода-вывода и средства разработки.

Arduino используется как для разработки автономных интерактивных объектов, так и для подключения к программным продуктам, выполняемым на компьютере. Платы имеют аналоговые и цифровые порты, к которым могут подключаться разные устройства автоматики: датчики (температуры, влажности, давления и т. п.), кнопки, моторы, двигатели, видеоэкраны, бегущие строки.

Можно сказать, что Arduino – это инструмент проектирования различных электронных устройств. Программная платформа сделана с открытым программным кодом на базе языка программирования С/С ++ . Проекты, реализованные с помощью Arduino, могут функционировать как самостоятельно, так и взаимодействовать с компьютерным программным обеспечением (MaxMSP, Flash, Processing).

Плата программируемого контроллера Arduino

Источник

Как сделать светодиодный модуль

Светодиоды и изделия на их основе становятся всё популярнее. Светодиодные лампочки и светильники планомерно вытесняют с полок магазинов традиционные источники света. Радиолюбителей этот полупроводниковый прибор также не может оставить равнодушными и всё чаще возникает вопрос: как сделать светодиод своими руками?

Сам светодиод достаточно сложен в изготовлении, и повторить технологический процесс вне производственных условий невозможно. Выращивание кристалла, корпусирование, нанесение люминофора – всё это требует сложного дорогостоящего оборудования. Однако дальнейший жизненный путь светодиода, вышедшего из производства, может быть самым разнообразным. Светодиоды используются в подсветке мониторов, в индикации, в освещении и многих других областях. Они открывают огромные возможности, как для профессиональных разработчиков, так и для простых любителей мастерить что-либо своими руками.

Для того чтобы светодиод заработал его нужно припаять на плату, такой узел уже будет называться светодиодным модулем. Модуль может включать один или несколько светоизлучающих диодов.

В отличие от индикаторных светодиодов, которые имеют длинные выводы под пайку в отверстия, мощные осветительные светодиоды выполняются в основном в корпусах для поверхностного монтажа. Поэтому припаять их на плату своими руками, намного сложнее, да и сами печатные платы для таких светодиодов бывают разных видов.

Стеклотекстолит можно использовать, только если мощности невелики, не более ватта на светодиод, чтобы избежать его перегрева. При этом пространство вблизи диода должно быть металлизировано, а иногда «усеивается» переходными отверстиями для скорейшего отвода тепла на вторую сторону платы. Хотя радиатор из такой платы получается неважный, она имеет существенное достоинство – ее можно без проблем сделать своими руками, используя старую добрую технологию «принтера и утюга».

Для оптимального отвода тепла мощный светодиод обычно монтируется на плату MCPCB («Metal Core Printed Circuit Board» – печатная плата на алюминиевом основании).

Она представляет собой алюминиевую пластину, которая имеет на поверхности медные печатные проводники, отделенные от основания тонкой диэлектрической окисной пленкой. Такие платы обычно имеют толщину 1,5-2мм, они значительно дороже текстолитовых и, как правило, их можно достать только в готовом виде, уже разведенные под конкретные типы светодиодов. Своими руками сделать такую плату не удастся – нужно иметь специализированное производство. Однако в последнее время практически все отечественные изготовители печатных плат стали оказывать услуги по изготовлению MCPCB и если есть большое желание изготовить свой уникальный светодиодный модуль, то сегодня можно реализовать его. Стоить это будет недешево.

Пайка светодиода на плату MCPCB представляет определенные трудности:

• при попытке спаять диод обычным паяльником или паяльной станцией плата становится существенной помехой – радиатором, который отводит тепло от контактной площадки, не давая как следует разогреть ее, поэтому приходится пользоваться мощным паяльником;
• мощный светодиод помимо катода и анода обычно имеет еще и вывод для отвода тепла, представляющий собой плоскую площадку, расположенную на дне корпуса светодиода, т.е. недоступную для жала паяльника.

Типовая плата для таких светодиодов представлена на рисунке ниже.

Из-за причудливой формы такая плата называется «звезда». По центру посадочное место светодиода, в данном случае XPE фирмы CREE. Сам светодиод выглядит так

Пайка светодиода на «звезду» может быть выполнена с помощью термофена, но делать это нужно с большой осторожностью, чтобы не повредить линзу. Также следует следить, чтобы воздушный поток не сместил светодиод. Паяльной пастой злоупотреблять не стоит, если нанести избыточное кол-во, корпус может «поплыть» и получится перекос.

Если необходимо спаять большое кол-во светодиодов, например, модуль в виде длинной линейки, то фен точно не лучший вариант.

Существует более эффективный метод монтажа. Старый утюг с плоской подошвой может стать идеальным инструментом для «выпекания» светодиодных модулей. Он устанавливается подошвой вверх и нагревается градусов примерно до 230. Затем на него осторожно устанавливается алюминиевая плата с предварительно нанесенными флюсом, паяльной пастой и установленными светодиодами. Визуально можно будет увидеть, когда плата нагреется, произойдет оплавление паяльной пасты и сформируются четкие пайки. Главное не передержать – светодиод можно подвергать воздействию таких температур только в течение нескольких десятков секунд, иначе можно вывести его из строя или потерять значительную долю светового потока. Таким способом можно спаять одновременно несколько десятков светодиодов.

Источник

Сборка линейного светодиодного светильника

Сейчас одним из самых популярных и модных решений освещения являются линейные светодиодные светильники. В этой статье мы разберемся, как устроены современные LED системы освещения и соберем один светильник своими руками.

Конструкция

Линейный светильник включает в себя: алюминиевый светодиодный профиль с поликарбонатным светорассеивающим стеклом, источник света (светодиодная лента или светодиодная линейка), LED драйвер. Так же к профилям предлагается огромное множество комплектующих (подвесы, заглушки, крепления и многое др.)

Из плюсов такой простой конструкции можно отметить широкие возможности конфигурации и выбора. Практически каждый такой светильник является уникальным. Неоспоримое преимущество линейных систем освещения заключается в том, что мы можем делать светильники любой длины.

Разновидности

Линейные светильники бывают: встраиваемые, подвесные, накладные. Отличаются они по способу монтажа, который предусмотрен производителем.

Приступим

Выбор корпуса

Мы приняли решение собрать подвесной светильник, который найдет свое применение как в гараже, так и в офисе. Среди широкого ассортимента алюминиевых светодиодных профилей мы нашли подходящий. Наш выбор остановился на профиле который называется U-S35. Габариты этого профиля 35*35*2500мм.

Выбор источника света

Изучив рынок светодиодных лент, посмотрев обзоры и прочитав отзывы, мы захотели применить в нашем будущем светильнике новинку.

Японский светодиодный модуль HOKASU. Модуль обладает огромным преимуществом перед светодиодной лентой.

Злейший враг светодиодов это тепло. От температуры, которую выделяют мощные LED’ы, светодиоды деградируют, теряют проценты своей первоначальной яркости. Очень важен мгновенный отвод точечного тепла, которое концентрируется у самого основания кристалла. Так как, светодиодная лента — это гибкий проводник с smd- светодиодами, при монтаже их на охлаждающую поверхность у нас получается тепловой зазор. Лента не очень плотно клеится к поверхности, мгновенному отводу тепла мешает клей (двойной скотч 3M). Линейки лишены этого недостатка, т.к плата на заводе припаяна к алюминиевой полосе, которая в свою очередь уже крепится к поверхности.

Итак, характеристики в студию:

• Напряжение питания, V: 24
• Световой поток, lm / m: 2700
• Мощность, Вт / м: 26
• Размер светодиодов: 2835 (2.8×3.5мм)
• Цветовая температура, K: 4000

Комплектация

Из материалов мы использовали

• Алюминиевый профиль
• Заглушки + подвесы + крепления для накладного монтажа
• Светодиодный модули
• Источник питания 24v 150w

Для сборки нам понадобится

• Паяльник
• Мультиметр
• Щипцы для резки и зачистки проводов
• Флюс, олово
• Прямые руки

Сборка

Для начала мы примерим линейки в профиле и обрежем их до нужного нам размера.
Кстати, их можно резать каждые 4 см.

После того как мы обрезали линейку, желательно проверить её на сопротивление, т.к после первой попытки, когда я резал обычной пилой, линейка замыкала с самого края.

Это связано с тем, что основание изготовлено из алюминия и проводит ток. И при неаккуратном разрезе с торца медные дорожки задевают подложку.

Далее мы проклеиваем линейки (у них предусмотрен клейкий слой 3M):

Сейчас наш светильник практически готов, нам осталось запаять все линейки между собой. Как заявляет производитель: допустимо последовательное соединение до 3м. (Это мы проверим позже, замерив общую мощность готового линейного светильника.)

Припаиваем с одного конца провод и закрываем экран. (Для провода нужно сделать отверстие и вывести его за профиль, но мы пока делать этого не будем.)

Я подключил светильник к лабораторному источнику питания для того, чтобы посмотреть какой ток потребляют светодиоды. Довольно распространенная проблема, что при подключении мощных лент более 2м идет потеря мощности. Это связано с недостаточной проводимостью медных дорожек. У меня получилось, что суммарная мощность светильника 2.7*24 = 64.8Вт (26 Вт/м).

Показатели скакали от температуры, но усреднено 26 Вт/м. С учетом того, что заявленная мощность одного модуля 26Вт, я считаю это идеальный показатель.

Применимость

Для наглядности я повесил светильник над рабочим столом и сделал несколько фотографий. В будущем найду ему постоянное место.

Стоимость

Линейный светильник 65Вт, 2.5м.

• Профиль U-S35: 2400р
• Модули HOKASU: 2370
• Комплектующие:

300р

Источник питания: 1150р

Итого: 6220р.

Одного такого светильника хватит на 2 или даже на 3 рабочих места. Его можно разрезать пополам и установить над разными столами, подключив к одному источнику питания.

Источник