Матрица из светодиодов своими руками. Самодельные часы на светодиодных матрицах. Виды и области применения

Светодиоды все стремительнее занимает свое место среди источников освещения.
Низкое потребление электроэнергии, яркость позволили светодиодам вытеснить традиционные лампы накаливания и довольно уверенно соперничать с энергосберегающими.
Поддавшись общей тенденции, решил собственными руками пощупать и собственными глазами посмотреть на светодиодную матрицу, не требующую каких-то отдельных драйверов, а подключающихся непосредственно к сети 220 вольт. Кому интересна данная тема, прошу под кат.
В результате остановил свой выбор на следующем экземпляре:

Из описания на странице следует, что данный источник света:
- производится по технологии LED СОВ;
- напряжение питания 220 вольт;
- потребляемая мощность 30 ватт;
- цветовая температура 2500- 3200К;
- материал подложки (основания) алюминий;
- габаритные размеры 40*60мм;

Пока ехала посылка, изучил теорию.
Что собой представляет технология LED СОВ?

Примерно до 2009 года у светодиодной продукции было только одно направление развития – увеличение мощности светодиода или Power LED. Совершенствование данной технологии позволило добиться мощности одного светодиода на уровне 10 ватт.
Как оказалось дальнейшее наращивание мощности не имеет смысла ввиду высокой стоимости производства отдельного мощного светодиода. Важную роль в поисках иного пути развития так же послужило то, что светодиод является точечным источником света и добиться засветки большой площади поверхности с помощью мощных светодиодов оказалось не просто и весьма не дешево. Для получения более-менее приемлемых результатов требовалось применение оптических систем для того, чтобы сделать свет рассеянным.
Следующим шагом было применение для создания приемлемых источников рассеянного света SMD светодиодов – на одну плату припаивалось большое количество светодиодов. Недостатками является общая трудозатратность процесса – производство отдельных светодиодов (каждый на своей керамической подложке + персональный слой люминофора и т.д.). Кроме того, недостатками метода являлась невысокая надежность отдельных светодиодов и необходимость ремонта при выходе хотя бы одного из них из них из строя.
В итоге, к инженерам пришла мысль о необходимости производства светодиодов без персональных атрибутов и размещения их на одной плате на небольшом расстоянии друг от друга под общим слоем люминофора, т.е. технология LED СОВ. В конечном итоге это позволило снизить стоимость источника света в целом и в случае выхода из строя отдельных светодиодов менять весь модуль (матрицу).

Приехала посылка в желтом конверте с пупыркой внутри. Сама матрица вложена в соразмерный пластиковый пакет.

Как видим, действительно светодиоды расположены близко друг к другу, покрыты общим слоем люминофора и защищены массой, напоминающей пластичный клей.
Белая субстанция по периметру матрицы и защищающая схему драйвера похожа на резину или термоклей – не твердая, упругая масса. Это позволило снять ее с наиболее выдающихся корпусов и определить, что один из них диодный мост MB10S с максимальным постоянным обратным напряжением 1000 вольт и максимальным прямым током 0,5 ампер.
Даташит:

Размеры соответствуют указанным в описании.

Толщина подложки 1 мм и вес матрицы аж 8 грамм.

Само собой разумеется, что, как и для мощных светодиодов, матрицам так же необходим радиатор. В качестве такового был выбран радиатор от процессора.

Саморезами, через термопасту КПТ -8 матрица была закреплена на радиаторе.
В данной последовательности действий была допущена ошибка – провод следовало припаивать до крепления матрицы к радиатору – тепло от паяльника уходило в теплоотвод. Результат пайки виден на фото. Однако провода держались надежно, и снимать матрицу уже не стал.

Первое включение произвело неизгладимое впечатление – сказать «ярко», ничего не сказать. Даже если смотреть с расстояния под небольшим углом к плоскости матрицы «зайцы» обеспечены. По сравнению с имеющимися в наличии энергосберегающими лампами температурой 2800К свет белый и его много.

Комната площадью 14 кв. метров освещается более, чем хорошо.

После 20 минут температура поднялась до 85 градусов. Далее испытывать на прочность матрицу не стал, хотя чипы управления могут контролировать ток через светодиоды при сильном нагреве.

Далее тесты проводились с использованием принудительного охлаждения штатным куллером от данного радиатора и платой контроля частоты вращения вентилятора. Последнюю снял со старого блока питания ПК.

Температура в течение полутора часов не поднималась больше 31,5 градуса, а вентилятор работал на малых оборотах, не разгоняясь.

После чего плата контроля частоты вращения вентилятора была исключена из конструкции, а блок питания заменен на 9-ти вольтовый.

Увеличение напряжения в сети позволило убедиться что заявленная потребляемая мощность соответствует действительности.

Ожидаемо фотоаппарат реагировал на мерцание матрицы частотой 100 Герц. Видео не снимал, но смог зафиксировать следующее

Можно было бы побороться с пульсациями, припаяв к диодному мосту конденсатор. Это вызвало бы повышение напряжения до 220*1,41=310,2 вольта и нужно было бы играться с ограничивающими резисторами BP5132H, но поскольку изначально отдавал себе отчет о том, что данный источник света не для жилых помещений, то затевать эту борьбу не стал.
Сфера применения матрицы – общее освещение улицы, подсобных помещений и тому подобное, и, следовательно, пульсациями можно пренебречь.
С помощью ЛАТРа удалось установить (эксперимент проводился на работе и фото не делал, дабы не отвечать на вопросы: «Зачем?»), что нижний порог, при котором матрица еще излучает свет, 130 с небольшим вольт. Больше 250 вольт не подавал, но в том случае не помешает маска сварщика).
В связи с тем, что данный источник света обладает высокой мощностью и, если так можно выразиться, повышенной плотностью света, то совсем не лишним будет рассеивающий экран перед матрицей.

В итоге, к минусам можно отнести:
- повышенное тепловыделение (издержки технологии, но не конструкции) и необходимость применения теплоотвода (предпочтительнее активного охлаждения);
- довольно высокую стоимость.

Однако эти минусы с лихвой перекрываются яркостью данной матрицы, способностью освещать большую площадь, соответствием заявленным характеристикам.
Мерцание не могу отнести к отрицательным чертам так, как область применения матрицы НЕ ЖИЛЫЕ помещения.
Отдельно хочу обратиться к адептам ордена «Ненавистников пункта 18»). Друзья, прошу быть объективными в оценке изложенной в обзоре информации, тем более, что для ее сбора, систематизации и изложения пришлось затратить довольно много усилий и времени.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +44 Добавить в избранное Обзор понравился +60 +111

Преимущества светодиодов неоспоримы, сегодня они везде, в том числе и часах. Что представляют себя часы на светодиодных матрицах, о плюсах и недостатках разберем в рамках статьи. В конце статьи представлено подробное пошаговое руководство для изготовления устройства своими руками.

Что это такое

Часы на светодиодных матрицах - это электронные часы, в которых для индикации используются матрицы из множества светодиодов. Применение индикаторов другого типа - единственное их отличие.

Матрица - это набор светодиодов, собранных вместе в виде сетки с единым анодом или катодом. Как правило, разрешение таких индикаторов - количество точек по вертикали и горизонтали - 8×8.

Почему же такие часы набирают популярность, преимущества:

Цена. Светодиодные матрицы дешевле семисегментных индикаторов аналогичных размеров.
Яркость. Светодиоды горят ярче, чем семисегментные индикаторы, их лучше видно в местах, освещенных солнечными лучами. Многие производители также предусматривают конструктивную защиту диода от воздействия солнца.
Функциональность. При помощи матрицы из светодиодов можно выводить не только цифры, но также различные буквы, знаки препинания, символы. При помощи набора LED-матриц можно выводить некоторую информацию в виде бегущей строки.

Светодиодные матрицы имеют и недостатки:

Увеличенная сложность управления. Из-за большого количества элементов (в стандартной матрице их 64) управлять матричными индикаторами чем семисегментными. Для этого применяются микроконтроллеры, динамическая индикация и сдвиговые регистры.
Угол обзора. Особенность светодиодов состоит в том, что они фокусируют свет в одном направлении. Это приводит к тому, что изображение на светодиодной матрице видно хорошо только под определенным углом.
Непереносимость высоких температур. Нагревание снижает эффективность светодиодов и уменьшает срок службы.
Перегорание отдельных светодиодов приведет к эффекту «битого пикселя» и ухудшению качества изображения.

Самодельные часы на светодиодных матрицах

Несмотря на большую популярность часов на светодиодных матрицах, в Рунете не так уж и много схем для их самостоятельного изготовления. Рассмотрим самую популярную.

Необходимые навыки для сборки устройства:

изготовление печатных плат;
пайка элементов: схема предполагает SMD-исполнение, это значит, что элементы будут устанавливаться прямо на поверхность платы;
прошивка микроконтроллеров: в схеме используется МК ATMega16A;
программирование МК: это не обязательно, поскольку для данного устройства уже имеется прошивка контроллера. Этот навык пригодится, если вы захотите изменить режим работы часов или расширить их функционал, например, добавив дополнительные элементы такие, как датчики температуры или влажности.

Из инструментов понадобятся:

набор для изготовления плат;
программатор МК;
паяльник.

Рассмотрим подробнее схему устройства. Главным управляющим элементом является МК ATMega16A, он обеспечивает следующие возможности прибора:

Отсчет времени и календарь. Ведется даже при отключении питания.
Будильник. Здесь их 9 штук, можно запрограммировать на работу по дням недели.
Измерение температуры. Конструкция часов позволяет установить два датчика температуры для измерений в комнате и на улице.
Режим бегущей строки. Выдает следующую информацию: день недели, месяц, год, температура.
Коррекция хода часов.

Большая часть функций возложена на микроконтроллер, что позволяет максимально разгрузить схему и использовать минимальное количество элементов.

В устройстве используется лишь две микросхемы: микроконтроллер и сдвиговый регистр TPIC6B595, также можно подключить два датчика температуры DS18B20 - один уличный, и второй комнатный.

Для индикации используются три светодиодные матрицы 8×8. В качестве диода D1 лучше использовать диод Шоттки. Диод в схеме обеспечивает переход на аварийное питание, а диод Шоттки обладает наименьшим падением напряжения и высокой скоростью переключения.

Процесс изготовления:

О некоторых особенностях при сборке часов на светодиодной матрице с ATMega 16A доступно рассказывается в следующем видео.

Часы на светодиодных матрицах имеют много преимуществ перед приборами с другим типом индикации: дешевле, не засвечиваются солнцем, с их помощью можно вывести большее количество информации. Существует большое количество моделей часов на led матрицах, и каждый найдет для себя девайс с требуемым функционалом. Также такие часы несложно изготовить самому, как вы увидели из пошагового руководства выше, это не требует особенных инструментов или специальных навыков.

После того, как я изготовил матрицу 8х10, ко мне обратилось множество людей с просьбой создать матрицу большего размера, а также обеспечить запись данных в матрицу с помощью ПК. Поэтому в один прекрасный день я собрал светодиоды, которые остались после изготовления светодиодного куба, и решил все-таки сделать матрицу большего размера с учетом требований, о которых меня просили коллеги.

Ну, и чего же вы ждете? Берите светодиоды и паяльник, потому, что мы сейчас вместе будет делать светодиодную матрицу 24х6!

Шаг 1: Сбор всего необходимого

Для данного проекта вам потребуется базовый набор инструментов: паяльник, припой, щипцы, немного проволоки, кусачки, инструмент для снятия изоляции провода, а также приспособления для демонтажа, если они вам необходимы.

Для изготовления матрицы необходимо:
1. 144 светодиода
2. 24 резистора (номинал определяется по типу светодиодов, в моем случае 91 Ом)
3. Десятичный счетчик 4017
4. 6 резисторов номиналом 1 кОм
5. 6 транзисторов 2N3904
6. Длинная макетная плата
7. Arduino
8. 3 x 74HC595 регистра сдвига
10. Несколько штыревых разъемов

Шаг 2: Как это работает?

Идея работы светодиодной матрицы заключается в следующем: обычно информация разбивается на небольшие части, которые затем передаются одна за другой. Таким способом вы может сэкономить множество выводов на Arduino и сделать вашу программу достаточно простой.

Теперь пришло время задействовать 3 сдвиговых регистра, которые умножают несколько выходов и позволяют сэкономить множество выводов arduino.

Каждый сдвиговый регистр имеет 8 выходов и вам нужно только 3 вывода arduino для контроля почти неограниченного числа сдвиговых регистров.

Мы также будем использовать десятичный счетчик 4017 для сканирования рядов. С помощью него можно сканировать до 10 рядов, поскольку у вас есть только 10 выходов, однако для контроля их необходимо всего лишь 2 вывода.

4017 - это очень полезная микросхема. Ознакомиться с ее работой можно по сноске

Как я сказал ранее, сканирование выполняется с помощью десятичного счетчика 4017, посредством подсоединения одного ряда к земле за один раз и пересылки данных через сдвиговые резисторы в колонки.

Шаг 3: Схемное решение

Единственными элементами, которые я не указал на схеме, являются резисторы ограничения тока, поскольку их номинал зависит от типа используемых светодиодов. Поэтому их величину вам необходимо вычислить самостоятельно.

Для расчета величин 24 резисторов перейдите по следующей ссылке: .

Сначала необходимо посмотреть спецификацию светодиодов, чтобы узнать прямое напряжение и прямой ток. Эту информацию можно узнать у продавца. Схема работает от напряжения 5В. Следовательно, вам необходим источник питания напряжением 5В.

Загрузите оригинальный файл, чтобы более подробно изучить схему (нажмите на схему для увеличения изображения).

Шаг 4: Пайка светодиодов

Пайка 144 светодиодов для создания матрицы может оказать трудной задачей, если вы не знаете наверняка, как это сделать.

Последний раз я паял матрицу, используя много проволочных джамперов, которые очень тяжело припаивались. Поэтому в этот раз я более творчески подошел к данной проблеме.

Вам необходимо согнуть вниз положительный вывод светодиода по направлению к другим выводам и сделать ряд, затем отрезать неиспользуемую часть вывода, и попытаться сделать эти соединения низкими, насколько это возможно. Далее аналогично выполнить эту процедуру для всех положительных выводов.

Теперь отрицательные выводы соединены в колонку и их пайка затруднена из-за положительного ряда на их пути. Поэтому вам необходимо согнуть отрицательный вывод на 90 градусов, затем сделать мостик над положительным рядом к следующему отрицательному выводу и так далее для остальных светодиодов.

Я не стану объяснять, как припаивать сдвиговые регистры и остальные компоненты, поскольку у каждого есть свой стиль и методы работы.

Шаг 5: Программирование матрицы

Вот мы и подошли к последнему этапу нашего проекта – программированию матрицы.

До этого я уже написал две программы, которые имеют много общего.

Я добавил программу, которая получает слово или предложение от последовательного монитора IDE arduino и отображает его на матрице. Код программы достаточно простой и не претендует на лучший в мире, но он действительно работает. Вы можете написать свой код или изменить мой на свое усмотрение.

Я приложил файл в формате excel, чтобы вы смогли создать свои собственные знаки и символы.

Вот как это работает:

Создайте требуемый символ пиксель за пикселем (не беспокойтесь, это очень легко) и скопируйте выходную строку следующим образом - #define {OUTPUT LINE}

В дальнейшем я планирую добавить код для анимации, когда у меня появится больше времени.

Шаг 6: Устройство готово!

Поздравляю! Вы самостоятельно сделали матрицу a 24x6 и теперь можете оперативно выводить на нее все, что вам нужно.

Теперь вы можете протестировать матрицу, придумать новые программы или улучшить интерфейс.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
	Плата Arduino	Arduino Uno	1		В блокнот
U1-U3	Сдвиговый регистр	CD74HC595	3		В блокнот
U4	Специальная логика	CD4017B	1	K561ИЕ8	В блокнот
Q1-Q6	Биполярный транзистор	2N3904	6		В блокнот
	Резистор

Сборка бегущей строки на базе светодиодной матрицы и Arduino – это несложная задача, которую можно выполнить даже в домашних условиях. Чтобы заставить буквы перемещаться на светодиодном табло не нужно быть программистом и владеть углублёнными знаниями электроники. В данной статье разберем, как собрать бегущую строку из готовых светодиодных матриц и Arduino Nano.

Что потребуется?

Для реализации идеи потребуется совсем немного деталей:

два светодиодных модуля, состоящих из четырёх матриц 8 на 8 пикселей;
держатель для батарейки типоразмера «Крона»;
батарейка на 9 вольт (CR-9V, ER-9V или их аналоги);
двухконтактный переключатель;
соединительные провода;
плата Arduino Nano;
термоклей.

Схема

На печатной плате используемого светодиодного модуля расположено 4 матрицы размером 8 на 8 пикселей. Каждое светодиодное табло управляется интегральной микросхемой (ИМС) MAX7219. Данная ИМС представляет собой контроллер управления led-дисплеями, матрицами с общим катодом и дискретными светодиодами в количестве до 64 шт.

Для более комфортного восприятия информации, выводимой на светодиодное табло, рекомендуется устанавливать несколько модулей. Для этого их объединяют в последовательно включенные группы, то есть выход первого модуля (out) подключают к входу второго модуля (in). Данная сборка состоит из двух модулей (16 матриц), длины которых вполне хватит для удобного прочтения целых предложений.

Сборка

Матричный модуль может иметь штырьковое соединение или контакты на плате в виде печатных проводников. От этого зависит способ их соединения. В первом случае для получения надежного электрического контакта задействуют жгут из проводков с коннекторами, а во втором придётся установить и запаять перемычки.

Но сначала необходимо объединить оба модуля в единое целое с помощью термоклея. Термопластичный клей не проводит электрический ток, а значит, его можно смело наносить на печатную плату. Клей наносят с торцов обеих плат, прижимают и оставляют на несколько минут. После затвердевания выходные контакты первого блока подключают к входным контактам второго блока по схеме:

VCC – VCC
GND – GND
D IN – D OUT
CS – CS
CLK – CLK

С обратной стороны печатной платы с помощью термоклея прикрепляют Arduino Nano, отсек для батарейки и выключатель. Детали располагают таким образом, чтобы можно было удобно ими пользоваться.
На следующем этапе производят подключение Arduino со светодиодным модулем, подсоединяя провода на вход первой матрицы. В зависимости от варианта исполнения модуля, операцию выполняют через разъёмное соединение или путем пайки по приведенной схеме:

VCC – 5V
GND – GND
D IN – PIN 11
CS – PIN 10
CLK – PIN 13.

На заключительной стадии сборки необходимо подключить питание от батарейки. Для этого минусовой контакт (черный провод) из отсека для кроны подключается на вывод GND Arduino. Плюсовой контакт (красный провод) соединяют с выключателем, а затем с выводом №30 Arduino, предназначенный для подачи питающего напряжения от нерегулируемого источника. В тестовом режиме сделанная своими руками бегущая строка может быть запитана через микро USB от компьютера.
Убедившись в надежности креплений и качестве электрических соединений, приступают к сборке корпуса. Его можно сделать из алюминиевого или пластикового профиля, так как элементы схемы не греются. Цвет, размеры, степень защиты и крепление корпуса зависят от будущего назначения устройства. В простейшем случае подойдёт защитный экран из строительного пластикового углового профиля с вырезом под выключатель.

Программирование бегущей строки

Бегущая строка из Arduino и светодиодных модулей под управлением MAX7219 практически готова. Настало время перейти к заключающей, программной части. На компьютере должно быть установлено программное обеспечение (ПО) для используемого Arduino и драйвер к нему. Далее необходимо скачать две библиотеки и скетч (специальную программу, которая будет загружаться и выполняться процессором Arduino). Установку библиотек производят при закрытом Arduino IDE в папку «Documents – Arduino – Libraries». Затем скачивают и запускают скетч и проверяют наличие библиотек и корректность других данных.

Настройка скетча:

«number of horizontal displays» указывают количество строк, в нашем случае 1;
«number of vertical displays» указывают количество матриц, в нашем случае 8;
«string tape» указывают надпись, выводимую на дисплей;
«int wait» задают скорость вывода в миллисекундах.

После проверки введенных данных остаётся щелкнуть мышкой на кнопку «загрузить». Затем отключиться от ПЭВМ, вставить батарейку и произвести запуск устройства.

В заключение хочется добавить, что бегущая строка своими руками собирается довольно быстро даже без навыков работы с Arduino. Поэтому бояться этой замысловатой платы не стоит. Также стоит отметить, что сделать бегущую строку можно длиннее, увеличив количество светодиодных матриц.

Читайте так же

Время незаметно идет и казалось бы недавно купленная техника уже выходит из строя. Так, отработав свои 10000 часов, приказали долго жить лампы моего монитора (AOC 2216Sa). Вначале подсветка стала включаться не с первого раза (после включения монитора подсветка выключалась через несколько секунд), что решалось повторным включением/выключением монитора, со временем монитор приходилось выключать/выключать уже 3 раза, потом 5, потом 10 и в какой-то момент он не мог включить подсветку уже вне зависимости от числа попыток включения. Извлеченные на свет божий лампы оказались с почерневшими краями и законно отправились в утиль. Попытка поставить лампы на замену (были куплены новые лампы подходящего размера) успехом не увенчалась (несколько раз монитор смог включить подсветку, но быстро опять ушел в режим включился-выключился) и выяснение причин в чем может быть проблема уже в электронике монитора привели меня к мысли о том что проще будет собрать собственную подсветку монитора на светодиодах чем ремонтировать имеющуюся схему инвертора для CCFL ламп, тем более в сети уже попадались статьи показывающие принципиальную возможность такой замены.

Разбираем монитор

На тему разборки монитора уже написано немало статей, все мониторы очень похожи между собой, поэтому вкратце:
1. Откручиваем крепление поставки монитора и единственный болтик внизу, который придерживает заднюю стенку корпуса

2. В низу корпуса есть два пазика между передней и задней частью корпуса, в один из которых засовываем плоскую отвертку и начинаем снимать крышку с защелок по всему периметру монитора (просто проворачивая аккуратно отвертку вокруг своей оси и приподнимая этим крышку корпуса). Излишних усилий прилагать не надо, но тяжело снимается с защелок корпус только первый раз (за время ремонта я его открывал много раз, поэтому защелки стали сниматься со временем гораздо легче).
3. Нам открывается вид на монтаж внутренней металлической рамы в передней части корпуса:

Вынимаем из защелок плату с кнопками, вынимаем (в моем случае) разъем динамиков и отогнув две защелки внизу вынимаем внутренний металлический корпус.
4. Слева виднеются 4 провода подключения ламп подсветки. Вынимаем их слегка сдавливая, т.к. для предотвращения выпадения разъем сделан в виде маленькой прищепки. Так же вынимаем широкий шлейф идущий к матрице (вверху монитора), сдавливая его разъем по бокам (т.к. в разъеме боковые защелки, хотя при первом взгляде на разъем это и не очевидно):

5. Теперь необходимо разобрать «сендвич» содержащий саму матрицу и подсветку:

По периметру находятся защелки, которые открываются легким поддеванием той же плоской отверткой. Вначале снимается металлическая рама придерживающая матрицу, после чего можно открутить три меленьких болтика (обычная крестиковая отвертка не подойдет ввиду их миниатюрного размера, понадобится особо мелкая) удерживающих плату управления матрицей и матрицу можно снять (лучше всего положить монитор на твердую поверхность, например стол, покрытую тканью матрицей вниз, открутив плату управления положить ее на стол развернув через торец монитора и просто внять корпус с подсветкой подняв его вертикально вверх, а матрица так и останется лежать на столе. Ее можно накрыть чем-то чтобы не пылилась, а собирать точно в обратном порядке - т.е. накрыть лежащую на столе матрицу собранным корпусом с подсветкой, обернуть через торец шлейф к плате управления и прикрутив плату управления аккуратно поднять блок в собранном виде).
Получается матрица отдельно:

И блок с подсветкой отдельно:

Блок с подсветкой разбирается аналогично, только вместо металлической рамы, подсветка удерживается пластмассовой рамкой, которая одновременно позиционирует оргстекло, используемое для рассеивания света подсветки. Большинство защелок находятся по бокам и похожи на те что удерживали металлическую раму матрицы (открываются поддеванием плоской отверткой), но по бокам есть несколько защелок открывающихся «вовнутрь» (на них отверткой нужно надавить, чтобы защелки ушли во внутрь корпуса).
Вначале я запоминал положение всех снимаемых частей, но потом выяснилось, что «неправильно» их собрать не получится и даже если детали выглядят абсолютно симметричными расстояния между защелками на разных сторонах металлической рамы и фиксирующие выступы по бокам пластиковой рамы удерживающей подсветку не дадут собрать их «неправильно».
Вот собственно и все - мы разобрали монитор.

Подсветка светодиодной лентой

Вначале решено было делать подсветку из светодиодной ленты с белыми светодиодами 3528 - 120 светодиодов на метр. Первое что оказалось - ширина ленты 9 мм, а ширина ламп подсветки (и посадочного места под ленту) - 7 мм (на самом деле бывают лампы подсветки двух стандартов - 9 мм и 7 мм, но в моем случае были 7 мм). Поэтому, после осмотра ленты, было принято решение обрезать по 1 мм с каждого края ленты, т.к. это не задевало токопроводящих дорожек на лицевой части ленты (а на обратной вдоль всей ленты идут две широкие жилы питания, которые от уменьшения на 1 мм своих свойств на длине подсветки 475 мм не потеряют, т.к. ток будет небольшой). Сказано - сделано:

Точно так же аккуратно светодиодная лента обрезается по всей длине (на фотографии пример того что было до и что стало после обрезки).
Нам понадобится две полоски ленты по 475 мм (19 сегментов по 3 светодиода в полоске).
Хотелось чтобы подсветка монитора работала так же как и штатная (т.е. включалась и выключалась контроллером монитора), а вот яркость я хотел регулировать «вручную», как на старых CRT мониторах, т.к. это часто используемая функция и лазить по экранным меню каждый раз нажимая несколько клавиш мне надоело (в моем мониторе клавиши вправо-влево регулируют не режимы монитора, а громкость встроенных динамиков, так что режимы каждый раз приходилось менять через меню). Для этого был найден в сети мануал на мой монитор (кому пригодится - прилагается в конце статьи) и на странице с Power Board по схеме найдены +12V, On, Dim и GND которые нас интересуют.

On - сигнал с платы управления на включение подсветки (+5V)
Dim - ШИМ управление яркостью подсветки
+12V оказались далеко не 12, а где-то 16V без нагрузки подсветкой и где-то 13.67V с под нагрузкой
Так же было решено никаких ШИМ регулировок яркости подсветки не делать, а запитывать подсветку постоянным током (заодно решается вопрос с тем, что у некоторых мониторов ШИМ подсветки работает на не очень высокой частоте и у некоторых от этого чуть больше устают глаза). В моем мониторе частота «родного» ШИМ была 240 Гц.
Дальше на плате были найдены контакты на которые подается сигнал On (помечен красным) и +12V на блок инвертора (перемычка которую необходимо выпаять чтобы обесточить блок инвертора помечена зеленым). (фотографию можно увеличить чтобы увидеть пометки):

В качестве основы схемы управления был взять линейный регулятор LM2941 в основном за то, что при токе до 1А он имел отдельный вывод управления On/Off, который предполагалось использовать для управления включением/выключением подсветки сигналом On с платы управления монитора. Правда в LM2941 этот сигнал инвертированный (т.е. на выходе есть напряжение когда на входе On/Off - нулевой потенциал), так что пришлось собрать инвертор на одном транзисторе для согласования прямого сигнала On с платы управления и инвертированного входа LM2941. Никаких других излишеств схема не содержит:

Расчет выходного напряжения для LM2941 производится по формуле:

Vout = Vref * (R1+R2)/R1

Где Vref = 1.275V, R1 в формуле соответствует R1 на схеме, а R2 в формуле соответствует паре резисторов RV1+RV2 на схеме (введено два резистора для более плавной регулировки яркости и сокращения диапазона регулируемых переменным резистором RV1 напряжений).
В качестве R1 я взял 1кОм, а подбор R2 осуществляется по формуле:

R2=R1*(Vout/Vref-1)

Максимальное необходимое нам напряжение для ленты - 13В (я взял четь больше чем номинальные 12В чтобы не терять в яркости, а лента такой легкое перенапряжение переживет). Т.е. максимальное значение R2 = 1000*(13/1.275-1) = 9.91кОм. Минимальное напряжение при котором лента еще хоть как-то светится - около 7 вольт, т.е. минимальное значение R2 = 1000*(7/1.275-1) = 4.49кОм. R2 у нас состоит из переменного резистора RV1 и многооборотного подстроечного резистора RV2. Сопротивление RV1 получаем 9.91кОм - 4.49кОм = 5.42кОм (выбираем ближайшее значение RV1 - 5.1кОм), а RV2 выставляем примерно в 9.91-5.1 = 4.81кОм (на самом деле лучше всего вначале собрать схему, выставить максимальное сопротивление RV1 и измеряя напряжение на выходе LM2941 выставить сопротивление RV2 таким чтобы на выходе было нужное максимальное напряжение (в нашем случае около 13В).

Монтаж светодиодной ленты

Поскольку после обрезания ленты на 1 мм по торцам ленты оголились жилы питания, на корпус в месте где будет клеиться лента я наклеил изоленту (к сожалению не синюю а черную). Поверх клеится лента (хорошо прогревать поверхность феном, т.к. к теплой поверхности скотч клеится гораздо лучше):

Дальше монтируются задняя пленка, оргстекло и светофильтры которые лежали поверх оргстекла. По краям я подпер ленту кусочками стирательной резинки (чтобы края на скотче не отходили):

После чего блок подсветки собирается в обратном порядке, устанавливается на место матрица, провода подсветки выводятся наружу.
Схема собиралась на макетке (ввиду простоты решил плату не разводить), крепилась на болтиках через отверстия в задней стенке металлического корпуса монитора:

Питание и сигнал управления On заводились с платы блока питания:

Расчетная мощность, выделяемая на LM2941 рассчитывается по формуле:

Pd = (Vin-Vout)*Iout +Vin*Ignd

Для моего случая составляет Pd = (13.6-13)*0.7 +13.6*0.006 = 0.5 Ватт поэтому было решено обойтись самым маленьким радиатором для LM2941 (посажен через диэлектрическую прокладку т.к. от земли он в LM2941 не изолирован).
Окончательная сборка показала вполне себе работоспособность конструкции:

Из достоинств:

Используется стандартная светодиодная лента
Простая плата управления

Из недостатков:

Недостаточная яркость подсветки при ярком дневном свете (монитор стоит напротив окна)
Светодиоды в ленте расположены недостаточно часто, поэтому видны небольшие световые конусы от каждого отдельного светодиода возле верхней и нижней кромок монитора
Баланс белого немного нарушен и уходит слегка в зеленоватые оттенки (скорее всего решается регулировками баланса белого либо самого монитора либо видеокарты)

Вполне хороший, простой и бюджетный вариант ремонта подсветки. Вполне комфортно смотреть фильмы или использовать монитор в качестве кухонного телевизора, но для каждодневной работы наверное не подойдет.

Регулировка яркости с помощью ШИМ

Для тех хаброжителей, которые в отличие от меня не вспоминают с ностальгией аналоговые ручки управления яркостью и контрастностью на старых ЭЛТ мониторах можно сделать управление от штатного ШИМ генерируемого платой управления монитором без выведения каких-либо дополнительных органов управления наружу (без сверления корпуса монитора). Для этого достаточно собрать на двух транзисторах схему И-НЕ на входе On/Off регулятора и убрать регулировку яркости на выходе (выставить выходное напряжение постоянным в 12-13В). Модифицированная схема:

Сопротивление подстроечного резистора RV2 для напряжения 13В должно быть в районе 9.9кОм (но лучше выставить точно при включенном регуляторе)

Более плотная LED подсветка

Для решения проблемы недостаточной яркости (а заодно и равномерности) подсветки было решено поставить больше светодиодов и чаще. Поскольку оказалось что покупать светодиоды поштучно дороже чем купить 1.5 метра ленты и выпаять их оттуда был выбран более экономный вариант (выпаивать светодиоды из ленты).
Сами светодиоды 3528 разместились на 4-х полосках 6 мм шириной и 238 мм длиной по 3 светодиода последовательно в 15 параллельных сборках на каждой из 4-х полосок (разводка плат для светодиодов прилагается). После припайки светодиодов и проводов получается следующее:

Полоски закладывается по две вверху и внизу проводами к краю монитора в стык в центре:

Номинальное напряжение на светодиодах 3.5В (диапазон от 3.2 до 3.8 В), так что сборка из 3-х последовательных светодиодов должна питаться напряжением порядка 10.5В. Так что параметры регулятора нужно пересчитать:

Максимальное необходимое нам напряжение для ленты - 10.5В. Т.е. максимальное значение R2 = 1000*(10.5/1.275-1) = 7.23кОм. Минимальное напряжение при котором сборка из светодиодов еще хоть как-то светится - около 4.5 вольт, т.е. минимальное значение R2 = 1000*(4.5/1.275-1) = 2.53кОм. R2 у нас состоит из переменного резистора RV1 и многооборотного подстроечного резистора RV2. Сопротивление RV1 получаем 7.23кОм - 2.53кОм = 4.7кОм, а RV2 выставляем примерно в 7.23-4.7 = 2.53 кОм и регулируем в собранной схеме для получения 10.5В на выходе LM2941 при максимальном сопротивлении RV1.
В полтора раза больше светодиодов потребляют 1.2А тока (номинально), поэтому рассеиваемая мощность на LM2941 будет равна Pd = (13.6-10.5)*1.2 +13.6*0.006 = 3.8 Ватт, что уже требует более солидного радиатора для отвода тепла:

Собираем, подключаем, получаем гораздо лучше:

Достоинства:

Достаточно большая яркость (возможно сравнимая, а возможно даже превосходящая яркость старой CCTL подсвтеки)
Отсутствие световых конусов по краям монитора от индивидуальных светодиодов (светодиоды расположены достаточно часто и подсветка равномерная)
Все еще простая и дешевая плата управления

Недостатки:

Никак не решился вопрос с балансом белого, уходящим в зеленоватые тона
LM2941 хоть и с большим радиатором, но греется и греет все внутри корпуса

Плата управления на основе Step-down регулятора

Для устранения проблемы нагрева решено было собрать регулятор яркости на базе Step-down регулятора напряжения (в моем случае был выбран LM2576 с током до 3А). Он так же имеет инвертированный вход управления On/Off, поэтому для согласования присутствует такой же инвертор на одном транзисторе:

Катушка L1 влияет на КПД преобразователя и должна быть 100-220 мкГ для тока в нагрузке около 1.2-3А. Напряжение на выходе рассчитывается по формуле:

Vout=Vref*(1+R2/R1)

Где Vref = 1.23V. При заданном R1 можно получить R2 по формуле:

R2=R1*(Vout/Vref-1)

В расчетах R1 эквивалентно R4 в схеме, а R2 эквивалентно RV1+RV2 в схеме. В нашем случае для регулировки напряжения в диапазоне от 7.25В до 10.5В возьмем R4=1.8кОм, переменный резистор RV1=4.7кОм а подстроечный резистор RV2 на 10кОм с начальным приближением в 8.8кОм (после сборки схемы лучше всего выставить его точное значение измеряя напряжение на выходе LM2576 при максимальном сопротивлении RV1).
Для этого регулятора решил сделать плату (размеры значения не имели, т.к. в мониторе достаточно место для монтажа даже габаритной платы):

Плата управления в сборе:

После монтажа в мониторе:

Все в сборе:

После сборки вроде все работает:

Итоговый вариант:

Достоинства:

Достаточная яркость
Step-down регулятор не греется и не греет монитор
Нет ШИМ а значит ничего не моргает ни с какой частотой
Аналоговая (ручная) регулировка яркости
Нет ограничений на минимальную яркость (для тех кто любит работать по ночам)

Недостатки:

Немного смещен баланс белого в сторону зеленых тонов (но не сильно)
При малой яркости (очень малой) видна неравномерность в свечении светодиодов разных сборок из-за разброса параметров

Варианты улучшения:

Баланс белого регулируется как в настройках монитора, так и в настройках почти любой видеокарты
Можно попробовать поставить другие светодиоды, которые не будут заметно сбивать баланс белого
Для исключения неравномерного свечения светодиодов при малой яркости можно использовать: а) ШИМ (регулировать яркость с помощью ШИМ всегда подавая номинальное напряжение) или б) соединить все светодиоды последовательно и питать их регулируемым источником тока (если соединить последовательно все 180 светодиодов, то понадобится 630В и 20мА), тогда через все светодиоды должен проходить один и тот же ток, а на каждом будет падать свое напряжение, яркость регулируется изменением тока а не напряжения.
Если хочется сделать схему на основе ШИМ для LM2576 можно использовать схему И-НЕ на входе On/Off этого Step-down регулятора (по аналогии с приведенной схемой для LM2941), но лучше поставить диммер в разрыв минусового провода светодиодов через logic-level mosfet

По ссылке можно скачать: