LED панели, контроллеры, или как сделать светодиодный экран, часть 1

Вот не зря было как-то сказано, что аппетит приходит во время еды. Могу подтвердить на 100%. Я уже выкладывал два обзора светодиодных панелей, хотя корректнее сказать один обзор и одно дополнение. Сегодня же я вам расскажу о светодиодных панелях с более высоким разрешением, контроллерах, а также общении с продавцами.
В общем заваривайте кофе или чай, устраивайтесь поудобнее, рассказ будет долгий.
Внимание, объем обзора очень большой, может быть критично для пользователей с платным трафиком.


Наверное будет правильнее, если я скажу, что панели и все остальное я заказывал не себе, а товарищу, как и в прошлый раз. Попользовался он предыдущей строкой и понял что хочется большего, в связи с этим и был сделан данный заказ.
Выбором оборудования, корпусами и монтажом занимался он, на мне был собственно заказ всего этого, проверка и попытка разобраться что к чему и как вообще всем этим управлять.
Приключений было много, не все еще закончились, но основная часть выводов уже есть, потому можно спокойно рассказывать о нашей эпопее с новой бегущей строкой.
Кроме того, допускаю наличие некоторых ошибок, так как по сути это всего вторая бегущая строка, которую я пробую. Да и экспериментировал я всего несколько дней. Обзор — попытка записать все, что я узнал в процессе, чтобы не забыть.

Во первых надо отметить, что в данном случае это уже не просто «бегущая строка», а полноценный конфигурируемый экран с возможностью показа видео, соответственно ценник в данном случае также будет другой.

Прежде стоит сказать, почему светодиодные панели.
1. Высокая яркость и контрастность
2. Можно задать любой размер и пропорции.
3. Нормальная работа хоть при низких температурах
4. Ремонтопригодность
5. Удобное ПО
6. Автономная работа (без ПК)

Но есть и недостатки
1. Низкое разрешение
2. Высокая цена.

В обзоре принимают участие:
1. Светодиодные панели 64х64 пикселя — 12 штук с доставкой вышли 300 долларов (20.5 каждая панель + доставка)
2. Контроллер HD-D10 (около 30 долларов без учета доставки)
3. Контроллер HD-D30 (около 40 долларов без учета доставки)
4. Два блока питания 5 Вольт 40 Ампер, покупались в оффлайне, примерно по 13 баксов.

Итого без учета материала для корпусов, стекла, датчика температуры и прочей мелочи — 400 долларов.

Первыми были заказаны контроллеры, так как продавца панелей я пытался раскрутить на скидку, так как сумма заказа была довольно немаленькой.
В общем со скидками ничего не вышло и примерно через неделю он отправил мне панели. Но пришли они примерно на неделю раньше контроллеров, всего доставка заняла около 10 дней.
Получил две довольно большие посылки, замотанные так, что ими вполне можно играть в футбол или использовать в качестве подушки. На втором фото видно, сколько всего вышло упаковочного материала.


Панели были заказаны именно двумя посылками из-за таможенных ограничений, но при этом они и внутри были упакованы по разному. В одной посылке просто лежало 6 панелей проложенных мягким материалом, во второй же были попарно запаяны в пластик и также дополнительно проложены от повреждений.
Пожалуй эта разница меня сразу как-то напрягла и предчувствие не обмануло.


Всего получилась довольно внушительная стопка панелей с кучей разных проводов.


Для начала о комплекте поставки. В каждой посылке было 6 шлейфов для подключения информационных линий и три кабеля питания, а также небольшая кучка пластмассок.
Всего выходит 12 шлейфов и 6 кабелей питания.


1, 2. Кабели питания стандартны для подобных панелей, с одной стороны два обжатых конца для подключения к блоку питания, с другой — два разъема подключения к панелям.
3. Шлейфы длиной около 10-12см, один попался битый, хорошо что от прошлых панелей запас остался и не пришлось ехать на рынок.
4. Из первого пакета (где панели были отдельно) вывалилась куча пластмассовых обломков. Большая часть — штифты, по которым панели ориентируют при установке на раму. Они торчали и были обломаны при транспортировке. Так как нам они не были нужны, то просто забили на них.


Но помимо штифтов были поломаны еще и фиксаторы кабеля у шлейфов, это также терпимо, хотя и менее приятно.
Слева нормальный шлейф, посередине вообще без фиксатора, справа с поломанным фиксатором.


А вот и панелька.
Но для начала стоит пояснить чем панели вообще отличаются.

Форма
Как ни банально это звучит, но самые распространенные формы это прямоугольник или квадрат. Причем зачастую прямоугольник имеет такие размеры, что его длинная сторона ровно в два раза больше короткой, т.е. по сути это два квадрата.


Про прямоугольные панели я рассказывал в прошлом обзоре, а в этот раз были куплены квадратные.


Размеры.
Ну здесь все вообще предельно просто, ключевой размер, как ни странно, толщина панели, так как длина и ширина считается исходя из разрешения и размера пикселя.
Так как у нас размер пикселя 3мм, а разрешение 64х64, то получается 64х3=192мм, панель квадратная, потому размер 192х192мм.


Яркость
Иногда указывается продавцами «от балды», хотя имеет довольно большое значение. Наружные панели обычно имеют больше яркость, чем внутренние. Естественно и энергии потребляют больше.

Защита
Панели бывают наружного и внутреннего исполнения.
Для наружного панель покрывают защитным компаундом по типу силикона, который не пускает влагу к контактам светодиодов и платы.


Кроме того светодиоды частенько накрывают сверху небольшим козырьком, защищающим от солнца. Эти козырьки видны на левой части фото, также я покажу их и на других фото.


Но так как планировалось применение панели внутри помещения, да еще и в корпусе, то было решено купить «беззащитные» панели, тем более что они обычно дешевле.


Тип светодиодов
SMD или DIP.
В панелях большого размера, особенно наружных, иногда применяют светодиоды в обычном исполнении, с выводами.
Правда такие светодиоды имеют некоторый минус, о котором редко говорят. подобные светодиоды имеют спереди линзу, которая может фокусировать солнечный свет на кристалле светодиода, выжигая таким образом этот кристалл. потому на мой взгляд надежнее бескорпусные модели.
Кстати здесь видны защитные козырьки большого размера.


В нашем случае панель с SMD светодиодами.


Перед тем, как я перейду к более детальному описанию панелей, расскажу об остальных особенностях.

Пиксель
Квадратный или прямоугольный.
Панель с квадратным пикселем участвует в обзоре, а прямоугольный я покажу отдельно. Чаще всего это недорогие модели низкого разрешения. Больше подходят просто в качестве рекламных вывесок.


Цвет
Одноцветная, двухцветная, трехцветная (RGB или полноцветная).
Кроме того бывают панели с четырьмя светодиодами на пиксель, чаще всего применяют дополнительный светодиод красного цвета, так как на красный цвет приходится основная доля потребляемой мощности, позже я это покажу.
Я специально подобрал фото с обычными светодиодами, а не SMD, на мой взгляд так нагляднее, так как если светодиод SMD, то чаще и корпус у него один, общий для всех цветов.
Одноцветные панели применяют там, где надо ярко, дешево и наглядно. Полноцветные же панели хорошо подходят для отображения не только фото, а и в качестве видеостен.


Размер пикселя
О, здесь вообще голову сломать можно, так как выбор размеров пикселя не просто большой, он гигантский.
Для квадратных пикселей это обычно Р37.5, P31.25, Р25, Р20, Р16, Р12.5, Р10, Р8, Р7.625, Р6.26, Р6, Р5.95, Р5, Р4.81, Р4, Р3.91, Р3, Р2.5, Р2, Р1.9, Р1.6 и даже Р1.25.
Цифра после буквы Р означает размер пикселя в мм, например Р4 имеет размер 4х4мм, но существует и двойная маркировка, например Р10 Р16, означающая прямоугольный пиксель 10х16мм.
Часть указанных размеров встречается реже, часть чаще. Минимально что я видел в продаже (хотя специально не искал), Р2 с пикселем 2х2мм.
Для больших экранов выбирают пиксель побольше, для маленьких, соответственно поменьше.
Под большими экранами я подразумеваю такие


Или даже такие, в виде потолка.
Вообще размер экрана фактически ограничен только бюджетом, мало того, светодиодные экраны могут быть вовсе не плоскими, а иметь любую форму, хоть сферическую, хоть вогнутую, хоть волнообразную.


Наиболее распространенные варианты модулей.


Количество пикселей.
По вертикали обычно 8, 16, 24, 32, 64.
По горизонтали выбор больше, 16, 32, 64, 96, 128, 160, 192. Возможно бывают и с большим количеством.

Часть информации можно увидеть в табличке, а также ниже под спойлером.




Режим сканирования
Так как информация обновляется динамически, то есть несколько режимов — 1/32, 1/16, 1/8, 1/4. Я сталкивался только с вариантами 1/16 и 1/32.
Насчет этого пункта могу заблуждаться, но насколько я понимаю, панели с количеством пикселей по вертикали 64 организованы в виду двух по 32, потому имеют сканирование 1/32, но работают не со всеми контроллерами, хотя что-то я забежал вперед.
Выше есть таблица, где помимо фотографий и указания разрешения присутствует и информация о режиме сканирования. Здесь важный момент, ваш контроллер должен поддерживать такой режим как панель. Обычно простые модели умеют только 1/4, 1/8 и 1/16, более сложные и 1/32.

Исполнение самого модуля.
Чаще всего модуль представляет собой законченное изделие. Фактически это печатная плата, где с одной стороны размещены светодиоды, а с другой -управляющая электроника.
В некоторых случаях пластмассовая рамка может быть довольно основательной, причем в случае наружного исполнения еще и с дополнительными уплотнителями.


Но в некоторых случаях делают и алюминиевую раму, особенно если размеры модулей большие, пластмасса такого просто нет выдержит.


В нашем случая был наверное самый простой вариант, легкая пластмассовая рама с металлическими гайками, при помощи которых модули крепятся к общей раме.


Для подключения питания установлен стандартный четырехконтактный разъем, именно такие стоят во многих типах матриц.


Так как во многих случаях панели является проходными, то установлено два разъема для подключения шины данных. Около разъемов находятся метки, обозначающие путь сигнала и соответственно порядок подключения панелей.


Как и в прошлый раз на плате расположены микросхемы управления, драйверы светодиодов и сдвиговые регистры. Если не путаю, то те же самые, только в большем количестве.


Как и прошлый раз корпус панелей в сечении не прямоугольный, а больше похож на трапецию. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность стыковать панели друг к дружке в ноль или даже с небольшим искривлением, например «оборачивать» ими цилиндрические поверхности, правда радиус будет довольно большим.


Если соединить две панели, то это будет выглядеть как-то так. Дальше просто соединяем необходимое количество панелей в линейку и получаем необходимый размер по горизонтали.
По вертикали все еще проще, следующая «строка» просто подключается к следующему выходу контроллера управления.
Но надо учитывать, что наращивать количество панелей (особенно в длину) можно до определенного значения, дальше либо придется остановиться, либо снижать частоту обновления информации.


Как я уже писал, в заказе было 12 панелей Р3 с разрешением 64х64 пикселя. Они предназначались не для одного экрана, а для двух. Но если сложить их все вместе, то можно получить экран с размером около 600х800 мм (1 метр или 39 дюймов по диагонали) и разрешением 256х192 пикселя.
Чтобы сделать на базе таких панелей FullHD дисплей, то придется применить 30х17=510 панелей, а экран будет иметь размеры 5.76х3.26 метра. Для примера, самая большая стена в зале типовой квартиры имеет размеры 6х2.65м.


Естественно габариты получаются большими, но существуют панели с мелким шагом пикселей, позволяющие выводить весьма качественное изображение.


Панели были получены первыми и для проверки товарищ принес контроллер Onbon bx-5ql, который использовался в прошлый раз.
Сначала я хотел проверять поштучно, но товарищ предложил проверять по 4 штуки, для ускорения процесса.
1. Собрали конструктор из блока питания, контроллера и четырех панелей и приступили к проверке.

Первое что увидели, это то, что засвечивает контроллер панели не полностью, а только вторую и четвертую четверть горизонтали.
Конечно данный контроллер не предназначен для подобных панелей, потому я в принципе отнесся к этому спокойно.

2,.3. Но когда решил сделать фото «для истории», то случайно заметил странность. проверяли мы третью (последнюю) четверку панелей и в нее попали две панели из одной посылки и две из второй.
Разницу заметил товарищ, а потом и я. Цвет изображения отличается. Ладно, включаем просто одноцветный режим и видимо что перепутаны два цвета, зеленый и синий. Открыв свой же обзор и посмотрев в каком порядке контроллер выводит цвета в тесте, мы разобрались какие панели работают некорректно.
4. На всякий случай поменяли крайние панели местами, проблема подтвердилась, панели из одной посылки выводят цвет некорректно. причем красный и белый выводятся правильно, что вполне понятно.

Обо всем этом я незамедлительно отписал продавцу, на что получил ответ — какой контроллер использовался?
Ответил что Onbon bx-5ql.
В ответ продавец сказал, что он использует другой тип контроллера.

Ну ладно, другой так другой, решили пока подождать нормальные контроллеры, а тогда уже решить что делать, может действительно проблема не в панелях.


Слева панель, которая выводит цвет корректно, справа с перепутанными зеленым и синим. В самом начале я писал, что часть панелей была запаяна в пластик, так вот это были нормальные панели.
Кроме этого панели отличаются еще и внешне, больше точек крепежа.


Также есть и некоторые отличия в трассировке платы и элементной базе.


Кстати, в прошлый раз, когда докупали панели к первой строке, то также пришли панели другой версии, но тогда это проблем не вызвало.


Еще фото компонентов, на всякий случай, вдруг пригодится.


Примерно через неделю пришли контроллеры, но сначала я расскажу немного о том, зачем они вообще нужны и какие бывают.

Как уже понятно из описания, в отличии от мониторов, сами по себе светодиодные панели ничего отображать не могут, так как являются по сути только светодиодными матрицами без контроллера.
Контроллеры бывают как относительно простые, с малым объемом памяти, так и довольно продвинутые, хотя и остающиеся всего лишь расширенной версией простых.
Некоторые контроллеры попутно могут выводить и звук.


Загрузку программ управления можно производить не только через СОМ порт или USB накопитель, а также через Ethernet, WiFi и даже GSM.


Как и довольно большое количество современных систем, поддерживается и работа через «облако».


Кроме автономных контроллеров, который умеют работать сами по себе, существуют и подключаемые к компьютеру. В этом случае в компьютер ставится специальная плата, на которую заводится сигнал с монитора, а плата уже выдает на выход сигнал управления контроллером панели.


Схема управления в этом случае выглядит так.


Есть и вообще «монстроподобные» варианты, но вряд ли они потребуются обычным пользователям.


Вы наверное спросите, зачем на некоторых платах два разъема Ethernet. При создании больших экранов платы управления можно соединять последовательно.
Но если в предыдущих вариантах платы работали асинхронно, так как управляли только одним экраном, то в данном случае используется синхронный режим работы. Каждый контроллер выводит свой участок изображения синхронно с остальными контроллерами.


Контроллеры были заказаны у другого продавца, шли Новой почтой, к упаковке никаких нареканий. Каждый контроллер упакован в отдельный пакет с меткой марки контроллера.


Весь купленный комплект составляет:
1. Контроллер HD-D10 — ссылка, цена с учетом доставки $33.96.
2. Контроллер HD-D30, ссылка, цена с учетом доставки $45.63.
3. Второй контроллер комплектуется хабом для подключения панелей.
4, Также было два компакт диска с ПО, причем цвет диска совпадает с цветом наклейки на контроллерах, весьма продуманно.



Так как контроллеры относятся к одной серии, то и описание у них общее. Вообще существует еще вариант D20, но почему-то в описание он не попал, может и к лучшему, чтобы не сбивать с толка.
Как видно, разница не так велика.


Если сравнивать данный контроллер с предыдущим Onbon bx-5ql, то сразу бросается в глаза размер платы, а также возможность подключения к локальной сети. Но на самом деле различия куда больше и если вы попробовали что-то типа D10-D30, не говоря о более продвинутых моделях серии С и тем более А, то обратно возвращаться не захочется. но об этом позже.


Для начала рассмотрим младшую версию платы, D10.



С торца платы находится клеммник питания, а также разъем для подключения к локальной сети и USB для флеш накопителя.


С другой стороны платы четыре разъема для подключения светодиодных панелей. Так как разъемов четыре, то вполне можно подключить четыре строки, которые могут работать синхронно.


Как и у других моделей, на плате присутствует место под разъемы дополнительных устройств, кнопка включения режиме Тест и батарейка для встроенных часов. Здесь же присутствуют два светодиода индикации режима работы.


1. Сверху платы есть место под разъем подключения модуля WiFi.
2. Снизу место для модуля GSM.
3. Около разъемов для подключения панелей присутствует светодиод индикации работы с панелями.
4. Для защиты по питанию на входе установлен самовосстанавливающийся предохранитель.


Управляет всем процессор с иероглифами в маркировке. Насколько я знаю, основан на ядре Cortex ARM A9. Сверху приклеен радиатор, но я его не снимал, отчасти потому, что потом надо приклеить на место, отчасти потому, что смысла в этом особо нет.
В работе радиатор довольно горячий.


1. Кроме того на плате установлена Altera Cyclone IV. Подозреваю, что именно она выводит сигнал на панели.
2. Интересно приклеен радиатор на процессоре, со сдвигом, а не по центру. причем на обоих платах одинаково.
3. Флеш память от Микрон. Объем предположительно 2 ГБ.
4. ОЗУ объемом 256 МБ.
5. Чип 2M x 16 Bit x 4 Banks Synchronous DRAM, не совсем понял его назначение здесь, предположу что это отдельное ОЗУ для «Альтеры».
6. Часы реального времени, странно что так далеко от батарейки.


1. Контроллер Ethernet
2. Двунаправленные буферы для подключения шины данных панелей.
3. LT8619, HDMI/MHL Dual-mode Receiver
4, 5, 6. Преобразователи питания разных узлов.


Вторая плата на вид выглядит почти также, за исключением некоторых, мелких отличий.



Причем снизу отличий можно сказать вообще нет.


Точно такие же разъемы, даже расположение идентично. Также слева присутствует место для запайки разъема антенны WiFi.


А так как платы очень похожи, то дальше я просто приведу сравнительные фото и опишу отличия.
Прежде всего маркировка, а также небольшое отличие в расположении некоторых компонентов. Хотя на первый взгляд казалось, что все вообще идентично, даже размеры плат.


Снизу отличия заметны еще меньше.


Самое пожалуй важное отличие, это присутствие mPCI слота, у предыдущей платы для него было только место.


Я попробовал один из своих WiFi модулей, но работать он отказался, тем более явно не подходит по длине, его банально не получится закрепить.
SSD в этом разъеме работать точно не будет, зато по размеру подходит как раз. Но опять же, даже если вы купите WiFi модуль подходящего размера, то скорее всего он не заработает, подозреваю что присутствуют драйверы только для некоторых моделей.
Если нужен WiFi, то покупать надо именно с ним.


Как и у прошлой модели, выводом на панели управляет Альтера Циклон 4.


А вот вывод на панели организован несколько по другому, здесь применен один общий разъем, сигнал на который выводится через те же буферы 74HC245.


Для подключения панелей необходимо использовать хаб, или разветвитель, кому как удобно. При выборе товара это сыграло свою роль, так как часто хаб в комплекте не идет и его надо докупать отдельно. Здесь хаб продается вместе с контроллером.


На плате хаба также присутствуют буферные усилители 74HC245, потому это не просто переходник с 50 контактов разъема на 4х16. Кстати выше на скриншоте с характеристиками платы есть табличка с назначением контактов разъема.


Вот в чем точно минус подобной конструкции, так это в большой высоте. Есть вариант применить не прямое включение, а при помощи шлейфа, но его лучше покупать вместе с платой, так как в оффлайне не всегда можно купить «папу», который обжимается на шлейфе. Как вариант, обжат 50 контактов разъем, а плату хаба припаять уже к шлейфу.


Насколько мне известно, подавляющее большинство панелей питается напряжением 5 Вольт, как и контроллеры. потому для проекта были куплен блок питания 5 Вольт 40 Ампер. Да, токи тут большие, ничего не поделаешь.
Второй блок питания ыл куплен после успешного теста первого.
В нашем случае Бп будет располагаться отдельно. В таком варианте надо применять провода с большим сечением и малой длины. Альтернативный вариант — ставить внутри панели преобразователь 12/24-5 Вольт и питать всю конструкцию от БП 12 или 24 Вольта.
Цель вынести БП наружу была двойная, меньше нагрев панели и меньше толщина корпуса.


Так как в магазине дали годовую гарантию на блок питания, то вскрывать я его не стал, смотрел через отверстия корпуса. И скажу честно, увиденное мне не очень понравилось. Емкость выходных конденсаторов 6600мкФ (3х2200), дроссель не очень большой, а при нагрузке выше 40-50% заметно звенит, что весьма раздражает. Да и общее качество весьма унылое, компенсирует все это лишь невысокая цена и наличие гарантии.


Изначально в планах было сделать один обзор, но так как он начал сильно уж разрастаться, то я решил сделать некое условное разделение на аппаратную и программную часть. Кроме того, так на мой взгляд удобнее разделить и комментарии.
В общем продолжение здесь.