Самодельные часы на светодиодных матрицах

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:

  1. Цена. Светодиодные матрицы дешевле семисегментных индикаторов аналогичных размеров.
  2. 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.
  3. 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.

схема часов на светодиодной матрице

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

  1. Отсчет времени и календарь. Ведется даже при отключении питания.
  2. Будильник. Здесь их 9 штук, можно запрограммировать на работу по дням недели.
  3. Измерение температуры. Конструкция часов позволяет установить два датчика температуры для измерений в комнате и на улице.
  4. Режим бегущей строки. Выдает следующую информацию: день недели, месяц, год, температура.
  5. 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:

  1. Необходимо изготовить плату. Для этого потребуется: фольгированный текстолит, лазерный принтер, утюг и 150г хлористого железа. Сначала нужно распечатать чертеж платы на глянцевой бумаге с помощью лазерного принтера. Полученную распечатку следует приложить рисунком к текстолиту так, чтобы поверхность бумаги была ровной. Горячим утюгом нужно аккуратно провести по распечатке, чтобы не смять и не сместить её. Тонер расплавится и приклеит распечатку к текстолиту. Чтобы удалить бумагу, заготовку платы помещают в теплую воду. В результате мы получим чертеж платы, напечатанный на текстолите. Весь тонер должен быть перенесен на поверхность платы, в дорожках не должно быть разрывов. Теперь нужно протравить плату. Для этого заготовку на некоторое время помещают в раствор хлористого железа. Раствор готовится из расчета 150г порошка на 200мл воды. Плата будет готова, когда все лишнее медное покрытие растворится, и останутся лишь участки защищенные тонером. Протравленную плату нужно промыть в холодной воде. Тонер удаляется с помощью ацетона. Дорожки нужно покрыть припоем при помощи паяльника, площадки под SMD-элементы должны быть покрыты ровным слоем, без капель. Плата готова.плата для часов на светодиодной матрице
  2. С помощью программатора нужно прошить микроконтроллер. Для прошивки контроллера ATMega16A нужен программатор и софт. Используем недорогой и удобный программатор USBasp и программу AVRdude с графической оболочкой для удобства работы. Для подключения МК к компьютеру нужно найти по документации ножки SCK, RESET, MOSI, MISO и соединить их с соответствующими ножками программатора. После этого программатор можно подключать к порту USB. В программе AVRdude следует выбрать тип микроконтроллера — Atmega16A, и прошивку. Чтобы прошить контроллер нужно нажать кнопку Write для записи. Микроконтроллер прошит.
  3. Все элементы следует припаять к плате согласно схеме. На этом этапе нужно обратить внимание на правильное расположение микроконтроллера и аккуратно припаять его ножки так, чтобы случайно не замкнуть.припаянные элементы часов
  4. С лицевой стороны платы устанавливаются светодиодные индикаторы, чтобы получился цельный блок.корпус для самодельных светодиодных часов
  5. Полученную конструкцию можно поместить в какой-либо корпус, а индикаторы защитить при помощи стекла или прозрачного пластика. В зависимости от яркости светодиодов, можно выбрать затемненное защитное стекло — это улучшит читаемость.

корпус для самодельных светодиодных часов

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.