ТЕХНОЛОГИИ СВЕТОДИОДНОЙ ИНСТАЛЛЯЦИИ НА ПРИМЕРЕ ЭЛЕКРОННОГО СВЕТОДИОДНОГО ТАБЛО «НРТК»

Савин И.С., Иваницкий А.С.

г. Нижний Новгород

ГБПОУ «Нижегородский радиотехнический колледж»

Руководитель: Гусева Т.А., преподаватель

ТЕХНОЛОГИИ СВЕТОДИОДНОЙ ИНСТАЛЛЯЦИИ НА ПРИМЕРЕ ЭЛЕКРОННОГО СВЕТОДИОДНОГО ТАБЛО «НРТК»

На современном этапе развития технологий светодиодной инсталляции все дизайнеры проектируют и создают интерактивные установки из света и звука, например, была разработана в бета-версия специально для фасада Форта Гулли (крепость 18-го века, расположенная в Реджо-ди-Калабрия, внутри парка Эколандия). Данная инсталляция была представлена на фестивале Face – искусство, творчество, эко-культура. Эта удивительная, экспериментальная установка визуализирует легкие образы, музыкальные композиции публики превращаются в древнюю фортификацию света. Зрители фестиваля, через интернет, могли взаимодействовать с установкой, которая находилась за тысячи километров от них. Шаговый секвенсор был специально запрограммирован для этой установки, к тому же он был подключен к сети интернет, чтобы любой пользователь мог взаимодействовать с ним. Для каждой проигрываемой ноты, зажигался свой свет или целая цепочка огней, которые освещали фасад крепости [1].

Рассмотрим другой пример, в рамках события «Creek show», был построен настоящий неоновый портал из сводообразующей арки над мостом через русло ручья в городе Остин, штат Техас. Шоу призвано повысить внимание общественности к недостаточному обслуживанию городского водного русла ручья, который протекает прямо под знаменитым районом шестой улицы, и временно через необычную световую инсталляцию [1].

В нашей стране, в качестве презентации технологий светодиодной инсталляции, можно назвать светодиодную инсталляцию «Кремль» около ТЦ «Европейский»

 (г. Москва)[2].

Поэтому, увлекаясь долгое время изучением светодиодных технологий, возникла идея создать светодиодное электронное табло. Но, прежде чем переходить к описанию творческой идеи, хотелось обратиться к основным понятиям и определениям.

В начале ответим на вопрос: «Что такое светодиод?». Под светодиодом будем понимать полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Далее рассмотрим конструктивное строение светодиода (см. рис. 1).

Сейчас опишем принципы работы светодиода: свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую - донорскими. Затем возник вопрос: «Можно ли регулировать яркость светодиода?».  Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания – этого как раз делать нельзя, - а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

Следовательно, формируется вопрос другого характера: «Где сегодня целесообразно применять светодиоды?». Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

Теперь самое время, обратить внимание на «творческую формулу» светодиодного электронного табло «НРТК». Естественно, НРТК расшифровывается как Нижегородский радиотехнический колледж, в который я поступил не случайно. Таким образом, я решил современные технологии светодиодной инсталляции реализовать на пробной творческой работе.

Для сборка светодиодного электронного табло «НРТК» началось с установки 65 светодиодов в печатную макетную плату размером 80Х120 мм (см. рис 2).

Рисунок 2. – Набор основных элементов светодиодного электронного табло «НРТК»

После установки светодиодов на печатную макетную плату, они были запаяны. Далее выполняем процесс монтажа дорожек светодиодов на плате. Дорожки были реализованы проводом из витой пары (см.рис.3).

На третьем этапе работ – выполняется установка перемычек между дорожками светодиодов. Перемычки сделаны также из витой пары. После установки перемычек плата была очищена изопропаноловым спиртом от остатков канифоли.

Следующим этапом была сборка второй платы, платы управления светодиодами. Для этого был собран макет на макетной плате и подключен к Arduino-UNO для создания программы (скетча) управления светодиодами (см. рис. 4).

Написав программу (скетч), было принято решение заменить Arduino-UNO на микроконтроллер ATmega328, с целью компактности модели табло «НРТК». В связи с этим следующим пунктом было прошивка микроконтроллера ATmega328 на мою программу. Для этого был собран второй макет.

Записав свою программу в микроконтроллер Atmega328, я приступил к основной сборке второй платы.

Начало сборки платы управления было с установки панели для микроконтроллера, и его обвязки для питания, в виде DC-DC преобразователя, керамического конденсатора на 0,1мкФ, клавишного выключателя и модуля зарядки Li-ion аккумуляторов.

После была установлена обвязка для управления светодиодов микроконтроллером. Она состоит из 4 биполярных транзисторов КТ683А, 4 металлопленочных резисторов на 10 кОм, 4 металлопленочных резисторов на 10 Ом, 4 электролитических конденсаторов на 470 мкФ (см. рис. 5).

Далее была установлена обвязка для управления микроконтроллером. Она состоит из 1 тактовой кнопки, 1 металлопленочного резистора на 10 кОм, 2 керамических конденсаторов на 22пФ и кварцевого резонатора на 16 МГц. При помощи данной обвязки задается нужная частота для работы микроконтроллера и появляется возможность его перезапуска.

Установив необходимые обвязки для микроконтроллера, все компоненты на плате были запаяны.  Снизу на платах были установлены перемычки и дорожки, а также были выведены провода для подключения к плате со светодиодами. После пайки платы, она была очищена от остатков канифоли изопропаноловым спиртом. В каждой плате было сделано по 4 отверстия для установки крепежных стоек между плат (см. рис. 6).

Последним пунктом работы является соединение двух плат между собой при помощи монтажных стоек и винтов.

В завершении припаиваем провода, выведенные с платы управления к плате со светодиодами, приклеиваем Li-ion аккумулятор вниз второй платы при помощи клей - пистолета, но предварительно обезжирив поверхности обезжириваете, и припаиваем провода от аккумулятора к DC-DC преобразователю (см. рис. 7).

Рисунок 7. – Готовое светодиодное электронное табло «НРТК»

Для реализации творческого проекта потребовались следующие электронные компоненты: светодиоды – 70 шт., печатная макетная плата – 2шт., повышающий DC-DC преобразователь – 1шт., модуль заряда Li-ion аккумулятора – 1шт., клавишный выключатель – 1шт., микроконтроллер ATmega328 – 1шт., панелька для микросхем DIP-28 –  1шт., конденсатор электролитический 6.3в,470мкФ – 4шт., конденсатор керамический 50в,22пФ – 2шт., конденсатор керамический 50в,0,1мкФ – 1шт., транзистор биполярный КТ683А – 4шт., резистор металлопленочный 10 кОм – 4шт., резистор металлопленочный 10 Ом – 4шт., кварцевый резонатор 16 МГц – 1шт., тактовая кнопка – 1шт., стойка для плат 20мм – 4шт., винт – 4шт., витая пара – 1м., Li-ion аккумулятор 2000mah – 1шт., термоусадка – 1м.

Но это творческая работа не предел моих мечтаний, хотелось в будущем рассматриваемую модель светодиодного электронного табло «усложнить» интерактивностью, то есть к свету добавить музыку…

Библиографический список:

1.                  Светодиодная инсталляция, http://lednews.lighting/topic/1961 (дата обращения - 25.03.2017 г.);

2.                  Светодиодная инсталляция в России, https://market.yandex.ru/search?clid=545&cvredirect=0&text=светодиодная%20инсталляция%20в%20россии(дата обращения – 20.02.2017 г.).