Как программировать пиксельную вывеску

Обновлено: 03.07.2024

Светодиодные пиксельные модули используются для декоративного оформления и создания динамических вывесок, объемных букв, рекламы в местах продаж, торгового оборудования. Каждое из таких изделий представляет собой светодиод, помещенный в герметичный корпус (IP65, IP67). Преимущество светодиодных пиксельных модулей заключается в том, что с их помощью можно воплотить в жизнь световую конструкцию или вывеску любой формы (включая и возможность размещения пикселей на сферических поверхностях). В свою очередь, возможность демонтажа и повторного применения может быть полезна для кратковременных проектов, например при проектировании выставочных стендов.

Светодиодные пиксельные модули можно разделить на три группы: одноцветные, полноцветные (или RGB) и SMART-пиксели. Так, одноцветные модули изготовлены на основе одноцветного светодиода и пластикового или силиконового корпуса. Как правило, они используются для декоративного оформления лицевой поверхности вывески. Одноцветные пиксели герметичны и подключаются к источнику напряжения напрямую, без дополнительных элементов.

При выборе данного изделия следует обратить внимание на световой поток пикселя, а также на длину проводов и конструкцию его защелки. Существуют как варианты пиксельных модулей с четкими требованиями к толщине основания, так и разновидности, конструкция которых позволяет выбирать толщину основания вывески из рекомендуемого производителем пикселей диапазона.

Расстояние между пикселями определяется стоящей перед дизайнером задачей. К примеру, для модулей диаметром 10 мм допустимый интервал, как правило, составляет 25 - 40 мм.

В большинстве случаев питание одноцветных пиксельных светодиодов осуществляется с помощью источников питания 5 В или 12 В постоянного напряжения.

Бюджетный вариант вывески может быть изготовлен из трех шлейфов пикселей, управляемых по трем отдельным каналам. Можно использовать и широко распространенный RGB-контроллер с типовыми режимами или профессиональные контроллеры, программируемые по индивидуальному сценарию. При отсутствии контроллера пиксели работают в режимах «включен»/«выключен».

Вторая группа — это полноцветные пиксели , в которых используются светодиоды RGB . Такие изделия позволяют подобрать разнообразные оттенки цветов и имеют больше возможностей для реализации цветодинамических эффектов, чем одноцветные пиксели. В светодиодных конструкциях они управляются группами, а не индивидуально, в отличие от SMART-модулей.

Данные модули управляются с помощью профессиональных контроллеров с индивидуальными сценариями или с помощью широко распространенных RGB-контроллеров с типовыми режимами.

К третьей группе относятся SMART-пиксели . Их сердцем служит микросхема управления и светодиоды RGB. В большинстве моделей используется внешняя микросхема, которая размещена в корпусе изделия. Также микросхема может быть помещена в корпус 5050 рядом с кристаллом светодиода, но такое решение более распространено в светодиодных SMART-лентах.

С помощью SMART-пикселей можно реализовать завораживающие светодинамические эффекты с цветовой палитрой до 16 миллионов цветов.

Каждый пиксель управляется индивидуально с помощью контроллера. Контроллеры отличаются по количеству управляемых точек, способу управления готовой конструкцией, по наличию таких функций, как возможность последовательного соединения для получения требуемого количества портов или возможность управления вывеской через Wi-Fi. Наиболее распространенные интерфейсы - SPI и DMX-512. Следует помнить, что микросхемы в пикселях отличаются по способу передачи данных, поэтому необходимо убедиться, что выбранные вами SMART-пиксели и контроллеры совместимы. Для программирования контроллера используется программное обеспечение. К примеру, одной из самых распространенных является доступная для бесплатного скачивания в Интернете программа LedEdit. Некоторые производители контроллеров разрабатывают собственное ПО. Контроллеры, представленные на рынке, - это тема для отдельного материала.

На основе пикселей возможно изготовить экран малого разрешения, например для размещения на торце здания. Для того чтобы получить частоту развертки 30 кадров в секунду, количество пикселей на один канал не должно превышать 512 штук. Максимальное количество пикселей в одном медиаэкране технически не ограничено, однако на практике не превышает 15 000 точек. Для экранов с более высоким разрешением существуют другие решения.

Рекомендуемое расстояние между пикселями для модулей диаметром 10 мм – 25 - 40 мм, для модулей диаметром 40 мм – 80 - 90 мм. Экран из модулей диаметром 10 мм с шагом 35 мм 128 х 128 точек пригоден для обзора с расстояния 100 - 150 метров. А экран из модулей диаметром 40 мм с шагом 80 мм 128 х 128 точек хорошо видно с расстояния 250 — 350 м.

Конструкция SMART-модулей диаметром 20 - 60 мм предполагает крепление винтами в алюминиевую рейку, на тросиках. В последнем случае требуется пластиковая пластина, которая закрепляется на тыльную сторону модуля.

Заключение: надежность изделий определяется правильными техническими решениями и соблюдением технологии изготовления.

Способность корпуса светодиодного пикселя сохранять свою прозрачность в течение длительного времени зависит от того, были ли в его производстве использованы материалы, устойчивые к ультрафиолетовому излучению.

Яркость и равномерность свечения пикселей зависит от величины светового потока светодиода, от системы контроля качества выпускаемой продукции компании-производителя кристаллов и фирмы-изготовителя светодиодных модулей. К изъянам модулей относят эффект «битых» точек, это следствие не подобранных по световому потоку диодов, используемых в партии пикселей. Это особенно важно при использовании SMART-пикселей в сборке светодиодных экранов.

Различные SMART-пиксели подключаются по 3-, 4- или 5-проводной схеме, из которых два провода выделяются для подключения питания, а остальные - для управления. Сечение проводов должно соответствовать максимальному току, потребляемому цепочкой пикселей.

Существует большое количество микросхем для управления пиксельными модулями, которые могут поддерживать 32 (5 бит) или 256 (8 бит) градаций яркости на каждый цвет, что позволяет поддерживать цветовую палитру из 32 тыс. цветов или 16 млн. цветов.

Также важен материал, из которого изготовлена печатная плата. Светодиоды, как любые полупроводники, чувствительны к перегреву, и несоблюдение теплового режима приводит к их разрушению. Наилучшим решением являются алюминиевые платы, за ними следуют стеклотекстолитовые платы, и завершают список платы из гетинакса. Кроме того, имеет значение, насколько качественно изготовлена плата и произведена пайка светодиода. К примеру, изделия среднего ценового диапазона изготавливаются с использованием кристаллов Epistar и плат на основе стеклотекстолита и способны поддерживать цветовую палитру в 16 млн. цветов. Такие изделия соответствуют необходимым требованиям к светодиодным источникам света, а их срок службы при температурах от -40 до +50 градусов Цельсия составляет не менее 25 000 часов.

Зачастую руководствуясь исключительно низкой ценой при покупке светодиодных пикселей, изготовитель световой конструкции получает конечное изделие с невысокой надежностью. Поэтому необходимо соблюдать бдительность при выборе комплектующих.

Ирина Филоненко, руководитель отдела продаж ООО « Политекс »

Ролики с демонстрацией пиксельной подсветки выглядят довольно эффектно — куча разноцветных всплохов, динамичные отблески смотрятся просто замечательно и выглядят более подвижными по сравнению с другими типами подобной подсветки.
Желание поработать с управляемыми огоньками с помощью arduino побудили меня соорудить такую систему. Как оказалось, это довольно простое мероприятие, на которое в сумме было потрачено всего несколько часов (собственно, само сооружение — 10 минут, остальное — софт). Детали процесса сборки и программирования я и изложу в этой статье. Софт, выводы и демо прилагаются.

Аппаратная часть

Светодиодная лента на микросхемах WS2801 (с индивидуальным управлением каждым пикселем) нужной длины. Выглядит эта лента приблизительно таким образом:

Лучше покупать ленту в силиконовой оболочке. Я покупал на ebay, можно попробовать купить напрямую у китайцев, будет дешевле раза в полтора. Длина ленты должна быть достаточной, чтобы обернуть её по периметру вокруг монитора или телевизора.
Arduino nano (или один из многочисленных клонов) — например, вот это. Подойдёт и не nano, нужно будет лишь правильно подключить.
Провода, называемые DuPont — не знаю, как они называются по-русски, выглядят вот так:

Эти провода нужны для припаивания к ленте и подключения к ардуино. Нужно всего 2шт — так как они обжаты с двух сторон, разрезав пополам получим нужные нам 4 провода с разъемами.
Блок питания 5V + разъем питания, подходящий к этому блоку — и то, и другое в обилии продается как в радиомагазинах, так и на ebay, любых цветов, размеров и исполнений.
Лента потребляет около 2A / метр в максимально ярком режиме. В повседневной работе 2 метра ленты питаются от БП 3A без каких-либо проблем.
Паяльник (любой, в разумных пределах), паяльные принадлежности, нож для зачистки проводов, изолента/термоусадка по вкусу.

Схема (если это гордое слово подходит для соединения двух изделий четырьмя проводами) приведена на рисунке:

Программная часть

Скетч для Arduino;
Программа управления для PC.

Скетч для Arduino

В ардуино нужно залить код, приведенный ниже. Используется библиотека SmallUART (которая, впрочем, ничего особенно выдающегося не делает, при желании можно обойтись стандартными средствами).

Посылаем сигнал, что мы готовы принять данные о подсветке;
В течение небольшого промежутка времени ожидаем данные;
Если данные пришли, то первый байт из этих данных — число диодов, которые обслуживаются. Умножаем на 3 (RGB) для того, чтобы узнать количество последующих байт;
Переправляем принимаемые данные в ленту;
Обновляем метку времени о последнем обновлении ленты (это нужно для тайм-аута и гашения всех пикселей ленты).

Программа для PC

Настройки программы

Основная настройка — это указание количества светодиодов по вертикали и горизонтали, а также задание размеров захвативаемых областей. В мои 22" поместилось 10 шт по вертикали и 17 по горизонтали:

Ограничение частоты кадров разумно установить около 30. Значение «0» используется для работы с максимально возможной скоростью.

Также нужно правильно указать порт для обмена с Arduino и скорость обмена. Скорость в скетче по умолчанию 115200:

Для настройки яркости, порога срабатывания и ограничителя сделана отдельная вкладка «Обработка». Параметры, там представленные, регулируются в реальном времени:

Для удобства работы с программой можно настроить на автозапуск захвата при старте, а также запускать свернутой в область уведомлений.

Немного про внутренности софта для интересующихся

Основная идея состоит в запуске потока, хватающего области по заданному механизму, с подстраиваемым fps, и передающий эти области на обработку и последующую передачу ленте. Области захватываются в соответствии с настройками (кто бы мог подумать), цвет пикселя определяется простым средним по трем каналам RGB соответствующей области экрана. Опционально можно включить (директивами препроцессора) преобразование в Lab и усреднение его силами, но этот кусок кода не оптимизирован никак (взят как есть с просторов интернета), тормозит, поэтому по умолчанию выключен. Более того, каких-то особенных преимуществ Lab не заметно в контексте данной задачи, так что это не повод печалиться.
Обработка областей осуществляется по вертикалям и горизонталям, а на ленту отсылается последовательность цветов, начиная с левого нижнего угла и далее по периметру по часовой стрелке (так, как мы наматывали ленту на монитор при сборке).
Захват DirectX по скорости примерно равен захвату с GDI, при том, что в первом случае захватывается экран целиком, а во втором — только нужные куски. Вероятно, тут есть запас по оптимизации.
Обильное использование memcpy связано в первую очередь со скоростью работы — все остальные методы показали себя медленнее в той или иной степени.

Выводы и впечатления

Запас яркости у ленты просто огромный, что хорошо — можно пользоваться даже при наличии других источников света. В полной темноте лучше подвигать бегунками и сделать помягче. Сама лента вполне может служить самостоятельным источником освещения, нужно лишь переделать скетч.
Полагаю, немалое значение имеет диагональ монитора/телевизора. Чем больше — тем лучше.
Также следует устанавливать экран так, чтобы поблизости не было поверхностей, от которых отражаются светодиоды (в моём случае это боковые поверхности колонок) — это не особо критично, но лучше, чтобы резко выделяющихся пикселей не было видно совсем — так как между ними изрядное расстояние, это не лучшим образом влияет на картинку.

Что понравилось:
Просмотр видео и игры с такой подсветкой субъективно разгружают глаза — пропадает жесткий фокус на картинке монитора. Ощущение усталости глаз наступает позже, если не переусердствовать с яркостью. Смотреть видео как минимум необычно, для полноты эффекта лучше делать это с некоторого расстояния.

Что не понравилось:
К самой системе подсветки как таковой особенных претензий нет, но, как уже говорилось, для полноты удовольствия нужно правильное окружение — отстутсвие бликующих поверхностей, равномерный цветовой фон за экраном, etc. В процессе эксплуатации выяснилось, что дизайнерские изыски моего монитора несколько мешают нормальной работе ленты — передняя панель выполнена из прозрачного пластика и выступает над задней крышкой по всему периметру на несколько миллиметров, особенно выдаваясь в нижней части. Поэтому несмотря на то, что лента закреплена относительно далеко, на гранях этой панели видны отдельные светодиоды. Полагаю, мало кто с таким столкнется, но всё же пусть информация будет доступна заранее.

Ниже — ролик, как это выглядит в динамике. Оператор приносит свои извинения за заваленный горизонт.

Ссылки

Здравствуй юный падаван!

Если ты читаешь эту статью, значит ты решил заняться очень полезным делом, а именно научиться "грамотно" программировать пиксельный реквизит.

Что же такое не "грамотное" программирование пиксельного реквизита? - спросишь ты. Сейчас объясню: большинство артистов которые выступают с пиксельным реквизитом, предпочитают не заморачиваться с его более тонким программированием, или другими словами - артист не использует весь потенциал своего реквизита. Пример - при подготовке к выступлению, артист загружает в свой пиксельный реквизит большое количество картинок, каждая картинка отображается по 5 секунд.

Но представь юный падаван, каков будет восторг зрителя, когда картинки будут сменять друг друга с интервалом не 5 секунд, а строго под музыку?

Сделать это достаточно просто, правда есть тут несколько неприятных подводных камней, которые мы рассмотрим, и научимся их избегать.

Программирование пиксельного реквизита с использованием аудиоредактора.

Теперь поэтапно рассмотрим создание программы, для пикселей. Я использую аудиоредактор "Audacity", это бесплатный, простой в использовании и очень удобный инструмент. Далее выполняем следующие простые операции:

Выбор "минусовки" - прежде всего вам нужно подобрать подходящую музыкальную композицию, желательно не монотонную.
Загружаем наш трек в аудиоредактор, с помощью опции импортировать. Трек загрузиться и после этого появиться звуковая кривая.
Мне удобнее работать с замедленным треком, потому замедляем скорость воспроизведения процентов на 30. При этом с помощью сочетания клавиши Ctrl и вращения колеса мыши очень удобно масштабировать временную шкалу.
Теперь включаем наш трек на воспроизведение, и с помощью сочетания клавиш Ctrl+M ставим метки в нужных нам местах.

Отлично! Теперь у нас есть метки времени, в которые наш реквизит должен менять изображение.

Дальше выбираем изображения, которые мы хотим отображать в тот или иной момент. Я для удобства рассортировывал изображения давая им последовательные имена: 01_pix, 02_pix, 03_pix и т.д.

После того, как мы подготовили изображения, начинаем писать программу, для этого можно использовать специальный софт от Епои, или блокнот. Я как человек знакомый с программированием использую текстовый редактор "Sublime". Там можно настроить и подсветку в нужных местах, и редактировать сразу несколько колонок, очень мощный и полезный инструментарий позволит быстро создавать даже очень сложные программы.

У нас есть метки времени, у нас есть изображения, теперь начинаем писать программу. То есть мы прописываем сколько времени какая картинка будет отображаться опираясь на временны метки, которые мы проставили в аудиоредакторе.

После того, как допишите программу, рекомендую сразу же протестировать ее. Если все хорошо, то переходим к неприятному разделу с подводными камнями.

Подводные камни:

Самое главное, включить программу на пиксельном реквизите в нужный момент. То есть если вы включите программу раньше или чуть позже, то музыка не будет совпадать с тем, что будут видеть зрители. Очень важно включить реквизит именно в нужное время. Для этой цели лучше всего включать реквизит не сразу, как начинается музыка, а подождав пару секунд. Например можно включить реквизит именно в тот момент, когда в песне вступают барабаны, или вокал. Простыми словами нужно иметь какую-то привязку. И соответственно первая временная метка и программа должны быть настроены на эту привязку.
Если у вас много артистов и реквизита, то вряд ли все смогут его включить синхронно. Чтобы на сцене не было "Каши" лучше всего покупать реквизит с радиосинхронизацией.
Если у вас в реквизите загружено много программ, то по ошибке вы можете запустить не ту. Я обычно перед каждым выступлением оставляю одну или две программы, чтобы не запутаться.

Сегодня мы ознакомились с тем, как можно запрограммировать пиксельный реквизит таким образом, чтобы оставить зрителя в восторге. Практикуйтесь, практикуйтесь и еще раз практикуйтесь!

Самый эффективный способ сделать вашу вывеску заметнее – это светодинамическая реклама. В ассортименте нашей компании представлены все комплектующие необходимые для создания яркой и качественной рекламной конструкции.

Для создания яркой и качественной рекламной конструкции вам понадобится:

Пиксели индивидуального контроля SM-Control
Данные высокотехнологичные пиксельные модули имеют принципиальное отличие от обычных RGB. Используется принцип PWM, позволяющий управлять как отдельными светодиодами, так и их группами, что позволяет достичь различных анимационных светодинамических эффектов. Говоря простым языком, вы можете воспроизводить любое анимационное изображение вплоть до видео.

Программируемый контроллер
В нашем ассортименте представлено три контроллера для управления светодиодными пикселями SM-Control. Они различаются количеством подключаемых пикселей и возможностью синхронизации между собой. Чем «серьезнее» вывеска, тем мощнее контроллер.

Блок питания
Долгая и стабильная работа вывески во многом зависит от качественных источников питания. У нас огромный ассортимент высококачественных блоков питания разных мощностей и типов герметизации.

Эффектный сценарий
Наши специалисты создадут вам яркий и запоминающийся анимационный сценарий совершенно бесплатно.
* Данное предложение распространяется на постоянных клиентов нашей компании.

Читайте также: