RAZVOJ ZUNANJEGA PRIKAZOVALNIKA LED - core.ac.uk · Tabela 2.1: Primer pretvorbe ... SMD - površinski elementi ... Izbirali smo med led diodo PTS630 s razli čnimi koti svetilnosti

Andrej Murn

RAZVOJ ZUNANJEGA

PRIKAZOVALNIKA LED

Diplomsko delo

Maribor, junij 2016

Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa

RAZVOJ ZUNANJEGA

PRIKAZOVALNIKA LED

Diplomsko delo

Študent: Andrej Murn

Študijski program: UN ŠP Elektrotehnika

Smer: Elektronika

Mentor: doc. dr. Boštjan Vlaovič

Lektorica: Zarja Lednik, PRU slovenskega jezika

2

ZAHVALA Zahvaljujem se vsem, ki so kakorkoli pripomogli k uspešni izvedbi diplomskega dela. Posebej bi se zahvalil mentorju doc. dr. Boštjanu Vlaoviču. Prav tako se zahvaljujem podjetju Etra, d. o. o. za pomoč in dovoljenje za uporabo te tematike v diplomskem delu.

IV

RAZVOJ ZUNANJEGA PRIKAZOVALNIKA LED

Klju čne besede: svetleča dioda, prikazovalnik, dsPIC, načrtovanje tiskanih vezij,

programski jezik C.

UDK : 004.312.466(043.2)

Povzetek

Diplomsko delo opisuje razvoj zunanjega prikazovalnika LED. Namen uporabe

prikazovalnika je prikaz aktualnih informacij prodajnih centrov s premikajočim besedilom.

Besedilo je prikazano v dveh vrsticah, kjer je velikost celotnega zaslona v širino 1320 mm

in višino 720 mm.

Razvoj prikazovalnika vključuje vse od idejne zasnove, izbire sestavnih komponent,

načrtovanja dvoslojne tiskanine, sestavljanje komponent prikazovalnika, izdelave

programske aplikacije v jeziku C in komunikacije z zunanjo napravo. Cilj diplomske

naloge je zagotoviti robusten in zanesljiv sistem za prikazovanje reklamnega besedila.

V

DEVELOPMENT OF THE OUTDOOR LED DISPLAY

Key words: led diode, display, dsPIC, PCB design, C language.

UDK : 004.312.466 (043.2)

Abstract

Thesis describes the development of outdoor LED display. The intended use of display

is to show current information on activities in shopping centres with moving text. The text

itself is diplayed in two rows where the size of the complete display is 1320 mm in width

and 720 mm in height.

The development of the display contains everything from the conceptual idea, selection

of main components, designing of two-layer PCB, components assembly, creating of

software application in C language and communication with an external device. The aim

of thesis is to provide a robust and reliable system for displaying advertising text.

VI

KAZALO

Povzetek ................................................................................................................................. IV

Abstract .................................................................................................................................. V

KAZALO SLIK ..................................................................................................................... VIII

KAZALO TABEL ................................................................................................................. X

UPORABLJENI SIMBOLI ................................................................................................... XI

UPORABLJENE KRATICE ................................................................................................. XII

1 UVOD .................................................................................................................................. 1

2 ZASNOVA PRIKAZOVALNIKA LED ........................ ................................................... 2

2.1 Razvojna enota ............................................................................................................ 3

2.2 Izdelava in testiranje testne 4 x 4 matrike led ............................................................. 5

2.3 Meritve testne led matrike 4 x 4 ................................................................................. 11

3 NAČRTOVANJE TISKANINE ...................................................................................... 16

3.1 Izbira ustreznih elektronskih komponent tiskanine .................................................... 16

3.2 Načrtovanje led matrike 16 x 16 ................................................................................. 16

4 PROGRAMSKA OPREMA ............................................................................................ 20

4.1 Opis razvoja programske opreme ............................................................................... 22

4.2 Priprava knjižnice alfanumeričnih znakov.................................................................. 28

4.3 Optimizacija delovanja ............................................................................................... 30

5 SESTAVLJANJE PRIKAZOVALNIKA ....................... ................................................ 37

5.1 Izdelava aluminijaste konstrukcije ohišja ................................................................... 37

VII

5.2 Določitev ventilacije prikazovalnika .......................................................................... 38

5.3 Povezava signalnih linij med komponentami ............................................................. 39

5.4 Komunikacija med terminalom in prikazovalnikom .................................................. 41

5.5 Meritve ........................................................................................................................ 43

6 TESTIRANJE IN ZAKLJU ČEVANJE DELOVANJA................................................ 44

7 REZULTATI ..................................................................................................................... 46

8 SKLEP ............................................................................................................................... 49

9 LITERATURA ................................................................................................................. 50

10 DODATKI ......................................................................................................................... 51

10.1 Naslov študenta ........................................................................................................... 51

10.2 Kratek življenjepis ...................................................................................................... 51

VIII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Prikazovalnik s komponentami ............................................................................................ 2

Slika 2.2: Razvojna enota ETKM V7 ................................................................................................... 4

Slika 2.3: Testno vezje led matrike 4 x 4 ............................................................................................. 6

Slika 2.4: Led dioda PTS630 - 70 ........................................................................................................ 6

Slika 2.5: Časovni diagram 16-bitnega pomikalnega registra .............................................................. 7

Slika 2.6: Pomikalni register STP16CP05PTR .................................................................................... 7

Slika 2.7: Vezava matrike 4 x 4 ........................................................................................................... 8

Slika 2.8: Testni program v jeziku C za led matriko 4x4 ..................................................................... 9

Slika 2.9: Zaporedje povezav led diod na tiskanini ........................................................................... 10

Slika 2.10: Praktični primer prikaza znaka na led matriki 4 x 4 ......................................................... 10

Slika 2.11: Izhodni signal SDO pomikalnega registra ........................................................................ 11

Slika 2.12: Prikaz signala SDO in CLK pomikalnega registra ........................................................... 12

Slika 2.13: Prikaz signala SDO in OE pomikalnega registra ............................................................... 12

Slika 2.14: Napajalni pretvornik 230 V /3,3 V.................................................................................... 13

Slika 2.15: Prisotnost motenj med testiranjem .................................................................................... 13

Slika 2.16: Motnje na izhodnih signalih krmilnika ............................................................................. 14

Slika 2.17: Logično vezje za stabilni napetostni nivo 3,3 V ............................................................... 14

Slika 2.18: Ojačani signali z logičnimi registri ................................................................................... 15

Slika 2.19: Ojačani signali SDO ......................................................................................................... 15

Slika 3.1: Del elektrosheme matrike 16 x 16 .................................................................................... 17

Slika 3.2: PCB sklop z enim pomikalnim registrom ......................................................................... 18

Slika 3.3: Celotna slika PCB matrike 16x16 ..................................................................................... 18

Slika 3.4: Prikaz zgornje površine tiskanine matrike 16 x 16 ............................................................ 18

Slika 3.5: Prikaz spodnje površine tiskanine matrike 16 x 16 ............................................................ 18

Slika 3.6: Končni izdelek matrike 16 x 16 ......................................................................................... 19

Slika 3.7: Testiranje led matrike 16 x 16 ........................................................................................... 19

Slika 4.1: Določitev bitov na matriki 16 x 16 .................................................................................... 20

Slika 4.2: Celotni prikazovalnik, sestavljen iz modulov matrik 16 x 16 ............................................ 21

Slika 4.3: Osnovna rutina delovanja programa za prikazovalnik ....................................................... 23

Slika 4.4: Algoritem za določitev bitov celotnega prikazovalnika..................................................... 24

Slika 4.5: Branje bitov s polja ............................................................................................................ 25

IX

Slika 4.6: Branje bitov iz knjižnice znakov ........................................................................................ 25

Slika 4.7: Knjižnica kodiranih znakov za prikaz na prikazovalniku .................................................. 26

Slika 4.8: Pogojna zanka za zapolnitev matrike 48 x 96 z biti ........................................................... 27

Slika 4.9: Algoritem pomikanja led stolpcev na prikazovalniku ....................................................... 27

Slika 4.10: Shranjevanje znakov s terminala v trenutno polje ............................................................ 28

Slika 4.11: Shranjevanje znakov v bliskovni pomnilnik ...................................................................... 28

Slika 4.12: Primer priprave knjižnice znakov za prikazovalnik ........................................................... 29

Slika 4.13: Primer ustvarjanja znakov za prikazovalnik ...................................................................... 29

Slika 4.14: Knjižnica znakov v šestnajstiški obliki .............................................................................. 30

Slika 4.15: Xport modul ....................................................................................................................... 31

Slika 4.16: Preverjanje sprejetih bitov s terminala ............................................................................... 32

Slika 4.17: Prenos znakov s terminala v razvojno enoto ...................................................................... 32

Slika 4.18: Komunikacija med enotami ............................................................................................... 33

Slika 4.19: Posnetek bitov z osciloskopom vodila RS232 ................................................................... 33

Slika 4.20: Preverjanje pravilnosti delovanja s pomočjo terminala ..................................................... 34

Slika 4.21: Izpis števca modulov na terminal....................................................................................... 34

Slika 4.22: Preverjanje vrednosti matrike 48x96 ................................................................................. 35

Slika 4.23: Izpis vrednosti matrike 48 x 96 .......................................................................................... 35

Slika 4.24: Vezje z uro realnega časa ................................................................................................... 36

Slika 4.25: Integrirano vezje DS1820 .................................................................................................. 36

Slika 5.1: Nosilna konstrukcija sestave matrike 16 x 16 .................................................................... 37

Slika 5.2: Sestava šestih matrik 16 x 16 ............................................................................................. 38

Slika 5.3: Zunanja oblika ohišja prikazovalnika z ventilacijo ............................................................ 38

Slika 5.4: Sestavljanje celotnega prikazovalnika z moduli ................................................................ 39

Slika 5.5: Vgradnja in povezava komponent na prikazovalniku ........................................................ 39

Slika 5.6: Sprednja stran celotnega prikazovalnika ............................................................................ 40

Slika 5.7: Razvojna enota ETKM V7 ................................................................................................. 40

Slika 5.8: Celotni prikazovalnik v končni obliki ................................................................................. 42

Slika 5.9: Notranjost prikazovalnika .................................................................................................. 43

Slika 7.1: Grafični prikaz meritev temperature komponent v odprtem prostoru ................................ 47

Slika 7.2: Grafični prikaz meritev temperature komponent v zaprtem prostor .................................. 48

X

KAZALO TABEL

Tabela 2.1: Primer pretvorbe šestnajstiškega v binarni zapis................................................................. 9

Tabela 2.2: Prikaz izhodne napetosti pomikalnega registra za posamezno diodo ............................... 12

Tabela 7.1: Meritve temperature komponent v odprtem prostoru ........................................................ 46

Tabela 7.2: Meritve temperature komponent v zaprtem prostoru ........................................................ 47

Tabela 7.3: Podatki prikazovalnika ...................................................................................................... 48

XI

UPORABLJENI SIMBOLI

m - Meter (enota za dolžino) V - Volt (enota za električno napetost) Hz - Hertz (enota za frekvenco) min - Minuta (enota za čas) sec - Sekunda (enota za čas) W - Vat (enota za električno moč) A - Amper (enota za električni tok) Ω - Ohm (enota za električno upornost) °C - Stopinj Celzija (enota za temperaturo) bit/s - Bitov na sekundo (enota za merjenje prometa v računalniških

omrežjih in telekomunikacijah

XII

UPORABLJENE KRATICE

SPI - zaporedno periferno vodilo (Serial Peripheral Interface) - zaporedno vodilo C (Inter-Integrated Circuit)

ICSP - serijsko programiranje v vezje (In-circuit serial programming) PWM - pulzno širinska modulacija (Pulse-width modulation) LED - svetleča dioda (Light Emitting Diode) A/D - analogno/digitalno (Analog/Digital) SMD - površinski elementi (Surface-mounted device) UART - univerzalni asinhronski sprejemnik/oddajnik (Universal Asynchronous

Receiver/Transmitter) Byte - zlog MIPS - milijonov inštrukcij v sekundi (Millions of instructions per second) SDO - serijski podatki iz pomikalnega registra (Serial data out terminal) OE - omogočitveni izhod registra (Input terminal of output enable) SMPS - stikalni napajalnik (Switch Mode Power Supply) LAN - lokalno omrežje (Local Area Network) EEPROM - električno izbrisljiv in programirljiv bralni pomnilnik (Electrically Erasable

Programmable Read-Only Memory) FLASH - bliskovni pomnilnik (Flash Memory) RAM - bralno/pisalni pomnilnik (Random Access Memory) RS232 - standard za serijsko komunikacijo med napravami (Recommended Standard

232) CAN - krmilniško področno vodilo (Controller Area Network)

Razvoj zunanjega prikazovalnika LED

1

1 UVOD

V diplomski nalogi je predstavljen razvoj prototipnega prikazovalnika iz svetlečih diod.

Diplomsko delo smo izdelali v podjetju Etra, d. o. o. v okviru razvojnega projekta.

Cilj izdelave reklamnega prikazovalnika LED je razvoj z zadovoljivo kvaliteto

prikazovanja. Prikazovalnik uporablja sistem indikacije prikaza s pomočjo rdečih led diod

s kapaciteto 4608, kjer je velikost aktivnega prikaza (120 cm v dolžino in 60 cm v višino).

Osnovna zasnova sestave prikazovalnika temelji z uporabo razvojne enote ETKM,

izdelave tiskanine, strojne konstrukcije ohišja, izdelave programske aplikacije v jeziku C

ter uporabniškim vmesnikom za vnos besedila. Pri uporabi prikazovalnika je možen vnos

besedila za prikaz s pomočjo terminala računalniške enote.

Diplomsko delo opisuje celotni potek, od idejne zasnove prikazovalnika do končnega

testiranja. Idejna zasnova temelji na izdelavi prikazovalnika s želenimi komponentami,

katere bodo iztočnica za razvoj in nadgrajevanje nadaljnjih prikazovalnikov. Naša želja je

predstaviti uporabniku prikazovalnik, kateri bo omogočal prijazno in zanesljivo uporabo.

Delo je razdeljeno na osem poglavij. V uvodnem poglavju bralca seznanimo s temo

diplomskega dela. V drugem poglavju predstavimo idejno zasnovo od izbire komponent do

testiranja na testnih vezjih z razvojno enoto ETKM V7. V tretjem poglavju predstavimo

električno shemo in načrtovanje tiskanine. Razvoj programske izvorne kode v jeziku C je

opisan v četrtem poglavju, kjer predstavimo izbrane dele programa. V petem poglavju

podrobno opišemo sestavljanje prikazovalnika po posameznih komponentah. Zunanje

ohišje prikazovalnika je iz aluminija velikosti 1320 mm x 720 mm x 200 mm (širina x

višina x globina). V šestem poglavju opišemo povezavo prikazovalnika s terminalom

računalniške enote. Podrobno je predstavljen protokol za komunikacijo po vodilu RS232,

ki je nadalje povezan na mrežno vodilo. V sedmem poglavju je opisano testiranje

prikazovalnika. V osmem poglavju so predstavljeni rezultati meritev. V sklepu

povzamemo opravljeno delo.


2

2 ZASNOVA PRIKAZOVALNIKA LED

Najprej smo naredili idejno zasnovo zunanjega prikazovalnika LED, ki bo omogočal

oddaljen dostop. Zaradi nadaljnje prodaje razvojnega prikazovalnika je potrebno uporabiti

komponente z minimalnimi stroški in želeno kvaliteto. Prikazovalnik bo namenjen

oglaševanju aktualnih oglaševalnih informacij. Sistem prikazovanja besedil bo deloval s

pomočjo visoko svetlečih rdečih diod. Uporabljena bo glavna razvojna enota ETKM V7

za krmiljenje. Prikazovalnik bo omogočal prikaz reklamnih sporočil za večnamenske

prodajne trgovine, ki bodo sporočala javnosti aktualne novice, cene izdelkov in trenutna

sporočila.

Sestavni deli slike 2.1 so:

• napajalnik za led diode izhodne napetosti 3,3 V,

• razvojna enota ETKM V7,

• tiskana vezja označena na sliki 2.1 od SD0 do SD17,

• močnostni vhodni del, ki predstavlja varovalni del in

• ojačevalnik signala, ki omogoča ojačitev digitalnih izhodnih signalov.

Slika 2.1: Prikazovalnik s komponentami


3

Izbira komponent prikazovalnika bo namenjena za robustno delovanje različnih zunanjih

vplivov. Izbrano krmiljenje prikazovalnika je razvojna enota, ki vsebuje 16-bitni PIC

mikrokrmilnik.

Razvoj prototipa se bo omejil na glavno krmilno enoto in njene posodobitve ter sistem

krmiljenja svetlečih diod s pomočjo pomikalnih registrov. Glede na velikost

prikazovalnika in veliko število posameznih komponent imata velik vpliv na uporabo

pravilna izbira in cena komponent.

Pri izbiri komponent se je izvedel povdarek na naslednjih komponentah, zaradi cene,

delovanja in velikega števila elementov.

Izbira naslednjih komponent:

• 4.608 led diod,

• 288 pomikalnih registrov,

• 4 napajalniki za led diode,

• 18 tiskanin velikosti 20 cm x 20 cm in

• konstrukcija prikazovalnika.

Izbirali smo med led diodo PTS630 s različnimi koti svetilnosti in pomikalne registre med

STP16CP05PTR in 74HC595. Želeni postopek dela bo izbira razvojne enote za krmiljenje

prikazovalnika s svetlečimi diodami, določitev ključnih komponent za načrtovanje

tiskanine in izbire močnostnih komponent. Sestavni deli konstrukcije prikazovalnika bodo

iz aluminjastega ohišja.

2.1 Razvojna enota

Razvojna enota je podjetja Etra, d. o. o. V začetni fazi testiranja prikazovalnika smo

uporabljali razvojno enoto z mikrokrmilnikom PIC 18F7822. Z dodajanjem posameznih

zahtevnih komponent, hitrejšega delovanja in shranjevanja smo izbrali zahtevnejšo

različico mikrokrmilnika dsPIC33FJ128GP708. Razvojna enota je načrtovana za široke

potrebe v industrijskih sistemih, saj omogoča enostavno posodabljanje tudi po nadgradnji

komponent na tiskanem vezju. Uporabili smo zmogljivejši mikrokrmilnik

dsPIC33FJ128GP708 proizvajalca Microchip, ki nam bo omogočal visoke potrebe po


4

hitrosti in shranjevanju. Razvojna enota je glavna enota prototipnega razvojnega

prikazovalnika.

Razvojna enota ETKM V7 vsebuje:

• 24 V enosmerno napajanje,

• mikrokrmilnik PIC dsPIC33FJ128GP708,

• 2 x komunikacijski vmesnik RS232,

• zaporedno periferno vodilo (SPI, Serial Peripheral Interface),

• zaporedno vodilo IC,( Inter-Integrated Circuit),

• konektor ICSP za ICD2,

• 24 vhodnih digitalnih priključkov,

• 16 izhodnih digitalnih priključkov,

• 3 analogne vhodne priključkov,

• 2 izhoda s pulzno-širinsko modulacijo PWM, (Pulse-Width Modulation) in

• števce.

Slika 2.2: Razvojna enota ETKM V7

Razvojna enota za krmiljenje vsebuje mikrokrmilnik serije dsPIC33 proizvajalca

Microchip [7]. Uporabljeno je DSP jedro za digitalne signalne procesorje s 16-bitnim

podatkovnim vodilom. Uporabljena centralna procesna enota zmore 40 MIPS. Uporablja se


5

enosmerna napetost 3 V in 3,6 V. Na mikrokrmilniku smo uporabili digitalne izhode,

komunikacijski vmesnik RS232 [5] in bliskovni pomnilnik za shranjevanje podatkov.

Tehnični podatki dsPIC33:

• 80-pinsko ohišje,

• 16-bitna arhitektura,

• hitrost procesorja 40 MIPS,

• 128 KB programskega bliskovnega pomnilnika (FLASH, Flash Memory),

• 16 KB podatkovnega delovnega pomnilnika (RAM, Random Access Memory),

• temperaturno delovanje -40 do 125 °C,

• napetostni nivo delovanja 3 do 3,6 V,

• 69 vhodno/izhodnih priključkov,

• notranja oscilatorja: 7,37 MHz, 32,768 MHz in

• devet 16-bitnih števcev in štirje 32-bitni števci.

• 2 x univerzalni asinhronski sprejemnik - oddajnik (UART, Universal Asynchronous

Receiver/Transmitter),

• 2 x SPI,

• 2 x I2C,

• priključni del za programiranje ICD2 in

• 2 x krmilniško področno vodilo (CAN, Controller Area Network).

2.2 Izdelava in testiranje testne 4 x 4 matrike led

Najprej smo se osredotočili na razvoj led matrike 4 x 4 za ustrezno razporeditev svetlečih

diod. Uporabili smo diode s štirimi nožicami za pravilno postavitev na tiskano vezje, kot je

prikazano na sliki 2.3. Za celotni prikazovalnik smo potrebovali 4608 svetlečih diod. Za

takšno število smo morali ustrezno razporediti razmik med diodami, da smo lahko

vključili še pomikalne registre in upore. Vzporedno sestavo testnega vezja smo pripravili

testni program za prikaz določenih znakov izbranih časovnih intervalih. Uporabili smo

visoko svetleče diode PTS630 - 70, ki svetijo pod kotom 70°. V primeru testiranja led

diod, ki svetijo pod kotom 90°, se je na oddaljenosti 30 m svetilnost izkazala kot


6

neustrezna zaradi nepravilnega odboja svetlobe. Bistvenega pomena je bil razmik med

diodami. Po končanem testiranju smo izbrali razmik med diodami v vseh smereh 5,5 mm.

Za sprednjo ploščo, ki bo nameščena pred svetlečimi diodami, smo uporabili rdeče akrilno

steklo debeline 5 mm.

Slika 2.3: Testno vezje led matrike 4 x 4

Na testnem vezju matrike 4 x 4 smo uporabili predupore za vsako svetlečo diodo.

Ugotovili smo, da bomo v tem primeru zasedli veliko prostora na tiskanini za ostale

komponente. Odločili smo se za 16-bitne pomikalne registre, ki že vsebujejo integrirane

predupore za posamezno svetlečo diodo, in prihranili pri prostoru tiskanine.

Svetleča dioda PTS630 na sliki 2.4 vsebuje štiri nožice za postavitev na tiskano vezje.

Rdeča svetleča dioda deluje na osnovi galijevega arzenida (GaAs) s svetlobnim spektrom

630 nm ter svetilnost 2100 mcd.

Slika 2.4: Led dioda PTS630 - 70


7

Pomikalni register se loči po načinu vnosa in branja podatkov. Podatke pišemo v register

ali iz njega beremo. Uporabita se lahko zaporedni ali vzporedni prenos podatkov. V

našem primeru bomo uporabili zaporedni prenos podatkov, kjer se posamezni biti podatka

zvrstijo eden za drugim po eni sami povezavi. Takšen primer imenujemo serial-in,

parallel-out, kot je prikazano na sliki 2.5.

Slika 2.5: Časovni diagram 16-bitnega pomikalnega registra

Za pravilno krmiljenje pomikalnega registra uporabimo štiri vhodne signale. Celoten

podatek na vhod registra SDI vnesemo naenkrat ob ciklu urinega signala. Izpis je

omogočen le, če je vhod LE (load enable) na visokem nivoju. V nasprotnem primeru se

izvede pomik podatka zgolj v registru. Za testni primer smo uporabili dva zaporedno

vezana 8-bitna pomikalna registra 74HC595 s ohišjem DIP. Za uporabo 4608 svetlečih

diod bomo potrebovali 288 pomikalnih 16-bitih registrov. Uporabili smo površinsko

namestitev elementov (SMD, Surface-Mounted Device) pomikalnih registrov

STP16CP05PTR [6]. Slika 2.6 prikazuje pomikalni register.

Slika 2.6: Pomikalni register STP16CP05PTR


8

Za krmiljenje testne matrike smo uporabili podatkovne signale iz pomikalnega registra. Za

testiranje 16-bitnega registra smo razvili testno tiskanino, kot je prikazano na sliki 2.7. S

tiskanino smo izvajali različne meritve porabe svetlečih diod, pomikalnih registrov in

celotnega vezja. Med drugim smo izvajali testiranje ustreznega vidnega polja znakov in

določitev jakosti svetilnosti na želeni razdalji. Napajanje vezja je 5 V konstantne napetosti.

Pomikalni register uporablja notranji regulator napetosti, ki omogoča ponavljanje

delovanja. Zaradi pomanjkanja prostora na celotni tiskanini smo iskali rešitev po

komponentah, ki so namenjene za krmiljenje svetlečih diod. Na sliki 2.7 je prikazanih 16

svetlečih diod in en pomikalni register.

Slika 2.7: Vezava matrike 4 x 4

Za pravilni prikaz znaka na tiskanem vezju smo določili želen potek povezave na tiskanini

med izhodi pomikalnega registra in svetlečih diod. Slika 2.8 predstavlja osnovni program

za krmiljenje 4 x 4 matrike 16-bitnega pomikalnega registra. Kot prikazuje slika 2.8, je iz

pomikalnega registra povezava do diod v naslednjem vrstnem redu: na sliki 2.8, v vrstici 6,

je primer kodiranje znaka z uporabo šestnajstiškega zapisa 0x9BBF.


9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Slika 2.8: Testni program v jeziku C za led matriko 4x4

V tabeli 2.1 je prikazana pretvorba šestnajstiškega zapisa znaka E v binarni zapis, ki se

uporabi za krmiljenje zaslona. Slika 2.9 ponazarja zaporedje povezav na tiskanini od 1 do

16 in prikaz želenega znaka E. Tabela prikazuje zaporedje vnesenih bitov v pomikalni

register. Zaporedje svetlečih diod na tiskanem vezju je bilo potrebno upoštevati, saj so

posamezni biti potekali v zaporedju, v katerem je bil pomikalni register povezan.

Tabela 2.1: Primer pretvorbe šestnajstiškega v binarni zapis

Zaporedje bitov 15 8 7 0

BIN zapis (hex:9BBF) 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1

Zaporedje led diod 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Slika 2.9 ponazarja matriko 4 x 4 svetlečih diod. Oranžno obarvani kvadrati predstavljajo

aktivne bite ali aktivne svetleče diode. Določitev aktivnih svetlečih diod je določena v

tabeli 2.1. Iz tabele je razviden 16-bitni zapis. S pomočjo tabele 2.1 je uporabljen primer

prikaza znaka E v bitni obliki. Na sliki 2.9 posamezni kvadrati določajo zaporedje, ki na

tiskanini predstavlja povezavo med pomikalnimi registri in svetlečimi diodami. Posamezni

kvadrati so med seboj povezani v želenem zaporedju. Prvi prispeli bit v pomikalnem

registru predstavlja zadnji bit v tiskanem vezju.

void main () output_low(OE); output_high(MR); while (1) long podatek2 = 0x9BBF; //E for (stevec = 0; stevec <16; stevec++) if (podatek2 & 0x01) //bit = 1, vnos bit –a data(); else clock(); podatek2 >> = 1; latch();


10

Slika 2.9: Zaporedje povezav led diod na tiskanini

Matrika 4 x 4 iz svetlečih diod predstavlja osnovno matriko za izdelavo celotne matrike 96

x 48. Celotna matrika prikazovalnika je v tem primeru sestavljena iz 288 matrik 4 x 4, ki

so med seboj povezane. Celotni prikazovalnik določamo kot eno celoto, vendar izhajamo

iz posameznih točk, ki jih med seboj pravilno definiramo po posameznih bitih. V končni

obliki prikazovalnika je potrebno določiti posamezen bit matrike 96 x 48. Slika 2.10

prikazuje praktični primer prikaza znaka E na led matriki 4 x 4.

Slika 2.10: Praktični primer prikaza znaka na led matriki 4 x 4

Uporaba znakov večjih matrik 16 x 16 je opisana v poglavju 4. Po testiranju smo določili

komponente, ki bodo sestavljale želeni prikazovalnik:

• razvojno enoto ETKM V7 s mikrokrmilnikom dsPIC33FJ128GP708,

• rdeča svetleča dioda: PTS630 – 70,

• 16-bitni pomikalni register STP16CP05PTR v SMD ohišju in

• rdeče akrilno steklo debeline 5 mm.


11

2.3 Meritve testne led matrike 4 x 4

Pri testiranju led matrike 4 x 4 smo izvajali različne meritve. Meritve so predstavljale

pomembno vlogo za pravilno določitev delovanja in odkrivajna možnih nepravilnosti. Pri

testiranju svetlečih diod s tokom 20 mA smo ugotovili preveliko svetilnost, zato smo

uporabili tok 10 mA. Pomikalni register potrebuje 2,5 mA za lastno delovanje krmiljenje

16 svetlečih diod. Celotni prikazovalnik potrebuje 288 pomikalnih registrov, kar znaša 720

mA. Na sliki 2.11 je prikazana meritev pomikalnega registra z osciloskopom za izhodno

napetost serijskega izhodnega signala iz pomikalnega registra (SDO, serial data out

terminal).

Slika 2.11: Izhodni signal SDO pomikalnega registra

Težavo smo imeli z različnimi napetostnimi nivoji posameznih komponent, ki smo jih

želeli prilagoditi na enak napetostni nivo. Uporabljali smo napetostne nivoje

mikrokrmilnika 3,3 V, svetlečih diod 3,3 V ter pomikalnih registrov 5 V. Opravili smo

predhodno testiranje in meritve, kako se odzivajo v skupnem delovanju. Hkrati smo izvedli

meritve delovanja 16-bitnega pomikalnega registra, tako da smo primerjali vhodno in

izhodno napetost na registru, ter zaznali nihanja napetosti na izhodu. Na sliki 2.12 smo

prikazali signale SDO in CLK, na sliki 2.13 pa signale SDO in OE pomikalnega registra.


12

Slika 2.12: Prikaz signala SDO in CLK Slika 2.13: Prikaz signala SDO in

pomikalnega registra OE pomikalnega registra

Izvedli smo meritve pri napajanju pomikalnega registra v povezavi s svetlečimi diodami

pri različnih napetostnih nivojih, kar prikazuje tabela 2.2. S testiranjem smo preverjali,

notranji generator pomikalnega registra, ki regulira izhodno napetost podatkovnega

signala. Merili smo rezultate napetostnih izhodov pomikalnega registra z uporabo ene,

dveh in treh svetlečih diod s posameznimi signali. Tabela 2.2 prikazuje posamezne izhodne

signale pomikalnega registra, povezanega na posamezno diodo.

Tabela 2.2: Prikaz izhodne napetosti pomikalnega registra za posamezno diodo

Ena led dioda Dve led diodi Tri led diode

IvH [mA] Vdd [V] Uizh [V] IvH [mA] Vdd [V] Uizh [V] IvH [mA] Vdd [V] Uizh [V]

10 4.5 3.8 20 4.5 2.9 30 4.5 2.9

10 4 3.55 20 4 2.9 30 4 2.9

10 3.5 3.41 20 3.5 2.9 30 3.5 2.9

10 3 2.8 20 3 2.9 30 3 2.9

10 2.5 1.95 20 2.5 1.85 30 2.5 1.85

10 2 1.95 20 2 1.85 30 2 1.85

Za napajanje pomikalnih registrov in razvojne enote smo izvedli samostojno napajalno

enoto, ki pretvarja nivo izmenične napetosti 230 V na enosmerno napetost 3,3 V.


13

Slika 2.14: Napajalni pretvornik 230 V /3,3 V

Med izvajanjem meritev smo ugotovili, da napetost na izhodnih priključkih pomikalnih

registrov niha. Povzročanje nihanja napetosti na izhodnih signalih je nastalo zaradi daljših

povezav med digitalnimi izhodi krmilne enote in pomikalnih registrov. Motnje oziroma

nihanje nivoja napetosti so se kazale na prikazovalniku v obliki nekontroliranega utripanja

svetlečih diod, kot prikazuje slika 2.15.

Slika 2.15: Prisotnost motenj med testiranjem

Na sliki 2.16 je prikazana meritev opazovanja signalov SDI in SDO z osciloskopom.

Prikazani so oslabljeni signali, kar je kot posledico povzročalo motnje med delovanjem.


14

Slika 2.16: Motnje na izhodnih signalih krmilnika

Vezje za okrepitev signala je sestavljeno iz logičnih vrat in uporablja samostojno

napajanje 3,3 V. Okrepljeno vezje je sestavljeno iz logičnih vrat IN z integriranim vezjem

74HC08, kot je prikazano na sliki 2.17. Za stabilni napetostni nivo signala je logično vezje

povezano med krmilno enoto in pomikalnimi registri. Za celotni prikazovalnik smo

uporabljali štiri logična vezja. Nihanje smo odpravili z logičnih registrov IN, kot je

prikazano na sliki 2.17.

Slika 2.17: Logično vezje za stabilni napetostni nivo 3,3 V


15

Dodatno izvedeno logično vezje smo vgradili v sistem celotnega prikazovalnika. Na sliki

2.18 je prikazan ojačan signal s pomočjo logičnega vezja.

Slika 2.18: Ojačani signali z logičnimi registri

Od omogočitvenega signala na krmilni enoti se pošlje 4608 bitov na pomikalne registre. Slika 2.19 prikazuje ojačan signal SDO v trenutku prenosa bitov v pomikalne registre.

Slika 2.19: Ojačani signali SDO

V drugem poglavju smo opisali od idejne zasnove prikazovalnika do želene izbire vključenih komponent. Ugotovili smo, da je bistvenega pomena določitev komponent za nadaljnje nadgrajevanje in delovanje sistema. V tretjem poglavju sledi načrtovanje tiskanine na podlagi testiranj in izbranih komponent.


16

3 NAČRTOVANJE TISKANINE

3.1 Izbira ustreznih elektronskih komponent tiskanine

Kot orodje za načrtovanje električne vezave in tiskanin smo uporabili demo Protel.

Program smo uporabili za načrtovanje do končnega izdelka tiskanin z vmesnim

preverjanjem pravilnosti vezave za ustvarjanje tiskanine v velikosti 200 x 200 mm.

Načrtovana tiskanina vsebuje 256 svetlečih diod, 16 pomikalnih registrov, napajalne in

signalne priključke. Pri načrtovanju je bilo potrebno določiti zaporedje povezav svetlečih

diod in pomikalnih registrov. Celotni prikazovalnik bo sestavljal osemnajst modulov

velikosti 200 x 200 mm.

3.2 Načrtovanje led matrike 16 x 16

Pri načrtovanju električne sheme smo naredili vezalno shemo enega modula. Komponente

modula 16 x 16:

• 256 kosov svetlečih diod in

• 16 kosov 16-bitnih pomikalnih registrov.

Na sliki 3.1 je predstavljen del enega sklopa načrtovane električne sheme led matrike 16 x

16 z enim pomikalnim registrom. Pri načrtovanju smo uporabljali dvoslojno ploščo.

Zgornja stran tiskanine se uporabi za namestitev 256 svetlečih diod, spodnja stran tiskanine

pa za 16 pomikalnih registrov, priključkov za podatkovne signale in upore. Pri

načrtovanju in postavitvi diod ter pomikalnih registrov smo izvedli postavitev v naprej

določenem zaporedju. Določili smo horizontalno in vertikalno zaporedje povezav med

diodami za pripravo pri programiranju. Krmilni signali 16 pomikalnih registrov LE, OE,

CLK se prožijo istočasno.


17

Slika 3.1: Del elektrosheme matrike 16 x 16

Svetleče diode vsebujejo štiri nožice, dve anodi in dve katodi. V tem primeru smo

odstranili eno nožico na vsaki diodi v bližini pomikalnega registra in sprostili prostor za

povezovalne linije na tiskanini.

En modul ali matrika 16 x 16 vsebuje 16 pomikalnih registrov, kar znaša 256 bitov.

Celotni modul matrike 16 x 16 predstavlja 256-bitni pomikalni register. Celotni

prikazovalnik je sestavljen iz 18 modulov 16 x 16.

Na sliki 3.2 je prikazan del matrike 16 x 16 z enim pomikalnim registrom in 16

diodami na tiskanini. Ponovno zaradi optimizacije prostora smo na svetlečih diodah

odstranili nožice A6, A7, A10 in A11. Napajalne linije diod so debeline 1 mm, medtem ko

so ostale povezave 0,3 mm. Diode so povezane v vrstnem redu od A1 do A16.


18

Slika 3.2: PCB sklop z enim Slika 3.3: Celotna slika PCB matrike 16x16

pomikalnim registrom

Sliki 3.4 in 3.5 prikazujeta spodnjo in zgornjo stran tiskanine v končni izvedbi. Na testni tiskanini smo opravljali meritve porabe toka in segrevanja pri polni obremenitvi. Modul 16 x 16 vsebuje tri 3,3 V priključke za napajanje, podatkovne signale in negativni potencial. Tiskanina vsebuje šest utorov za pritrditev na nosilno konstrukcijo celotnega prikazovalnika. Razmik med diodami znaša 5,5 mm. Na modulu so svetleče diode razvrščene v vertikalni in horizontalni smeri po 16 diod. Pri načrtovanju in določanju lokacij komponent na tiskanini smo si prizadevali za enakomerno razporeditev in kratke povezave med komponentami. S kratkimi povezavami smo dosegli predvsem najbolj ustrezne poti povezave med komponentami. Za določitev lastnosti povezovalnih napajalnih linij na tiskanini smo izračunali tok in iz predhodnih meritev določili pravilno vrednost celotne tokovne obremenitve tiskanine in porabe posameznih komponent. Na osnovi tokovne porabe posameznega modula, smo določili debelino napajalnih povezav in vmesnih povezav do posameznih komponent.

Slika 3.4: Prikaz zgornje površine Slika 3.5: Prikaz spodnje površine tiskanine matrike 16 x 16 tiskanine matrike 16 x 16


19

Slika 3.6 prikazuje zaključeno matriko 16 x 16. Velikost matrike znaša 200 x 200 mm.

Priključitev napajanja in podatkovnega signala je v sredini tiskanine na letvice. Za sestavo

celotnega prikazovalnika smo izdelali 18 enakih matrik 16 x 16, kot prikazuje slika 3.6.

Slika 3.6: Končni izdelek matrike 16 x 16

Preverili smo pravilnost jedkanja komponent na tiskanem vezju, ter odpravili morebitne

nepravilnosti. Med drugim smo preverjali porabo in segrevanje komponent. Za matriko 16

x 16 smo v testni izvedbi uporabili napajalno napetost 5 V. V tem primeru je 256 svetlečih

diod potrebovalo 3,3 A, kar je za posamezno diodo znašalo 13 mA.

Slika 3.7: Testiranje led matrike 16 x 16


20

4 PROGRAMSKA OPREMA

Za izdelavo aplikacije ali programa smo uporabili demo prevajalnik CCS. Pred začetkom

pisanja programske kode je bilo potrebno spoznati mikrokrmilnik in delo z njim. Za zapis

programa v mikrokrmilnik smo uporabili programator MPLAB ICD2. Pri izdelovanju

programske aplikacije je bilo potrebno upoštevati povezave med komponentami na

tiskanini, saj je bilo le tako mogoče pravilno izdelati algoritem za vnos bitov. Celotno

tiskano vezje prikazovalnika vsebuje 18 modulov z 288 zaporedno vezanimi 16-bitnimi

pomikalnimi registri.

Slika 4.1 prikazuje zasnovo programiranja cele plošče. Podatkovni signali pomikalnih

registrov SDI in SDO so med seboj vezani zaporedno. Za lažjo izdelavo programske

aplikacije je plošča razdeljena na 16 celic. Vsaka celica predstavlja en pomikalni register

za polje posamezne celice svetlečih diod.

Slika 4.1: Določitev bitov na matriki 16 x 16

Prikazovalnik vključuje 18 modulov s 16 celicami z uporabo pomikalnih registrov. Za

nadzor vseh diod potrebujemo algoritem za krmiljenje 4608-bitnega registra.


21

Sestavne komponente celotnega prikazovalnika:

• razvojna enota ETKM V7,

• 18 modulov ali matrik 16 x 16,

• 4608 rdečih svetlečih diod,

• 288 pomikalnih registrov in

• 288 SMD uporov 1 kΩ.

Slika 4.2 prikazuje osemnajst modulov, ki sestavljajo celotni prikazovalnik. Moduli so

med seboj identični. Modul 0 predstavlja matriko 16 x 16.

V programskem delu je vključeno 4608 bitov, ki predstavljajo svetlečo diodo. Celotni del

prikazovalnika sestavlja matrika v višino 48 svetlečih diod in v širino 96 svetlečih diod,

kjer skupna velikost aktivnega prikaza znaša v višino 60 cm in širino 120 cm.

Slika 4.2: Celotni prikazovalnik, sestavljen iz modulov matrik 16 x 16


22

4.1 Opis razvoja programske opreme

Razvijanje programa se je začelo pri sestavi modulov in s testiranimi posameznimi

komponentami. Vseh 18 matrik 16 x 16 je med seboj identičnih. Ob prikazu vsebine je

potrebno krmiliti vsako diodo posebej, zato smo posamezne bite razvrstili v matrike. Prvi

korak razvijanja programa je testiranje in prikaz želenih znakov. Za dopolnitev

samostojnega delovanja prikazovalnika smo dodali komponenti za določanje trenutnega

časa in tipalo za merjenje zunanje temperature, kar je koristno z vidika testnega algoritma

za prikaz besedila.

Diagram poteka na sliki 4.3 predstavlja opis delovanja programa. Program se uporablja v

zanki, če v vseh poljih ni znakov za izpis besedila. Program je zasnovan tako, da bere tri

polja znakov pri različnih časovnih terminih. V primeru, da vnesemo znake samo v eno

polje, prikazuje besedilo na prikazovalniku 24 ur. Preko komunikacijskega terminala se

vnaša besedilo po mrežni komunikaciji v bliskovni pomnilnik mikrokrmilnika. Med

sprejemom besedila programska koda omogoča zajem znakov v posameznih intervalih.

Znaki se zapišejo v pomožna pomnilna polja, saj tako omogočajo neprekinjeni sprejem

znakov. Ko imamo polja zasedena, preverimo trenutni čas, na podlagi katerega se izbere

časovni termin, ki vsebuje izbrano polje znakov. Programska koda vsebuje tri polja za

predvajanje želenega besedila ob določenem časovnem terminu. Predvideni termini so

razdeljeni na dopoldanski, popoldanski in večerni čas. Vnešen časovni termin preko

terminala določa časovno, kdaj se bo besedilo predvajalo za pomnilno polje besedila.

Termini predvajanja se nastavljajo do minute natančno. V naslednjem koraku sledi

določitev začetne pozicije prikazovanja besedila na matriki bitov 96 x 48. Ko imamo

začetno točko določeno, je potrebno poiskati bit določenega znaka ali črke. Iz polja znakov

preberemo zaporedni znak, ga pretvorimo in definiramo v knjižnici znakov. Ko najdemo v

knjižnici želen znak, ga zapišemo v glavno matriko. Ko se besedilo znakov iz polja

zaključi, se na koncu začneta izpisovati temperatura in trenutni čas. Prikazovalnik

omogoča neodvisen prikaz besedila med zgornjo in spodnjo vrstico prikaza. Ves postopek

se nato ponovi za določen časovni termin.

Program celotnega prikazovalnika se izvaja tako, da v prvem ciklu pošlje posamezen bit za

vsak modul v začetno pozicijo. Vsak bit je poslan za posamezni modul s posameznim


23

izhodnim signalom SDO. V 256 ciklih se zapolni celotna bitna slika prikazovalnika z 18

moduli. Program je izdelan tako, da v vseh 256 ciklih polni pomikalne registre. Ko pride

do 256. cikla, omogoči na vseh 288 pomikalnih registrih signal LE, kjer se signali iz

pomikalnih registrov prenesejo na diode.

Slika 4.3: Osnovna rutina delovanja programa za prikazovalnik

Na sliki 4.4 je prikazana zanka, v kateri se določa pozicija posameznega bita na matriki

48 x 96. Za določanje pozicij v matriki si pomagamo s sliko 4.2, ki prikazuje koordinate.


24

Na sliki 4.4 predstavljata vrstici 8 in 9 pozicije po x osi in y osi. S pomočjo teh vrstic

dobimo točko za določanje bita v matriki.

Začetni poziciji algoritma sta npr:

X = 95 – 0 – 0, Y= 47 – 0 – 0.

Koordinate matrike začnemo uporabljati na spodnji strani matrike. V tretji vrstici slike 4.4

programa se tako odšteva spremenljivka za 16 in ko pride s 95 na 15, se znova nastavi na

vrednost 111, kot je prikazano v vrstici 17. Zanka v enem ciklu vnese en bit v 18

modulov. V vrstici 10 določi funkcija vrednost bita v matriki, ki je lahko 1 ali 0.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Slika 4.4: Algoritem za določitev bitov celotnega prikazovalnika

Slika 4.5 opisuje funkcijo za iskanje vrednosti bita iz matrike 48 x 96. V funkciji imamo

ločeno iskanje do vrednosti 24 in nad 25 do 48. S pogoji tako definiramo spodnjo in

zgornjo polovico prikazovalnika po y osi. Razdelitvi bitov bi se izognili, če bi imeli 64-

bitne vrednosti spremenljivk. V tem primeru bi celotno y os matrike z 48 biti zajeli v 64-

bitni spremenljivki. Sedaj smo ju ločili na dve 32-bitni spremenljivki, s katerima smo brali

while (modul <= 17) xn -= 16; ide++; //algoritem za izračun pozicije v matriki 48 x 96 horizontala = xn - x2n- x3n; vertikala = yn - y2n- y3n; save = beri_matrika32(vertikala, horizontala); //postavitev izhodnega signala SD0, za izbran bit IzpisPIN(save, modul); if ((xn == 15)&& (yn == 15)) yn = 63; if (xn == 15) xn = 111; yn -=16; modul++;


25

samo 24-bitov. Ostali biti med 24 in 32 se ne uporabljajo. V funkciji beri_matrika32

beremo bite s polja matrika32 v vrstici 6 in 9.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Slika 4.5: Branje bitov s polja

V vrstici 1 in 4 slike 4.6 uporabimo funkciji za določitev znaka iz knjižnice znakov.

Knjižnica vsebuje bazo alfanumeričnih znakov polja, označena z1. Izbrani znaki, ki so

sestavljeni iz bitov, se tako prenesejo v polje matrika 32. Polje z1 vsebuje 32-bitno

vrednost, ki predstavlja eno od enajstih polj posameznega znaka. Zapis binarnega števila v

polje z1 iz knjižnice je bilo potrebno določiti v pravilnem vrstnem redu, saj je v

nasprotnem primeru prikazovanje znakov v zrcalni obliki. .

Funkciji FRONT_V(IskanjeZnaka) in FRONT_V(IskanjeZnakaSP) omogočata branje

znakov iz knjižnice za zgornjo in spodnjo vrstico prikazovalnika. Obe vrstici vsebujeta

svoje pomnilno polje in sta ločeni med seboj. Spremenjivki IskanjeZnaka in

IskanjeZnakaSP predstavljata alfanumerični znak iz knjižnice. V primeru iskanja znaka, ki

ga knjižnica ne vsebuje, se zapolni prazno polje in izpiše na komunikacijski terminal

opozorilo.

1 2 3 4 5

Slika 4.6: Branje bitov iz knjižnice znakov

int1 beri_matrika32(int8 vert, int8 horiz) int1 retv1=0; if (vert < 24) //vnos pozicije za spodnjo polovico prikazovalnika retv1 = bit_test(matrika32[0][horiz ],vert); else //vnos za zgornjo polovico prikazovalnika retv1 = bit_test(matrika32[1][horiz], vert - 24); return (retv1);

FONT_V(IskanjeZnaka); matrika32[0][95] = z1[stevecBUF]; FONT_V(IskanjeZnakaSP); matrika32[1][95] = z1[stevecBUF];


26

Slika 4.7 prikazuje del knjižnice znakov, ki so kodirani v šestnajstiškem številu. Vsak znak

je sestavljen iz 11 polj z1. Vsako polje je tako razdeljeno na 11 stolpcev enega znaka. V

poglavju 4.2 bomo spoznali, kako se znak pretvori iz binarnega v šestnajstiško število.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Slika 4.7: Knjižnica kodiranih znakov za prikaz na prikazovalniku

Za pomikanje stolpcev na prikazovalniku uporabimo pomikanje celotnih stolpcev z leve

proti desni.

Ko vrednost števca doseže 256 cikel se izvede pomik stolpca v levo. Ob tem pogoju se

pojavi izpis signalnih podatkov na prikazovalnik in se izvede pomik celotnega stolpca v

levo. Funkcija latch(), slika 4.8 vrstica 2, izvede prenos podatkov iz pomnilnika v 16-bitne

registre. S pomočjo funkcije shift() omogočimo pomik stolpcev v levo. Ta funkcija je

predstavljena na sliki 4.8.

void FONT_V (char znak) int8 _zt; for (_zt = 0; _zt <=11; _zt++) z1[_zt] = 0; switch (znak) case 'A' : z1[0] = 0x00000000, z1[1] = 0x00000000, z1[2] = 0x000FF000, z1[3] = 0x0007FE00, z1[4] = 0x00018FC0, z1[5] = 0x000181F0, z1[6] = 0x00018030, z1[7] = 0x000181F0, z1[8] = 0x00018FC0, z1[9] = 0x0007FE00, z1[10]= 0x000FF000; break; case 'B' : z1[0] = 0x00000000, z1[1] = 0x0007FFF0, z1[2] = 0x0007FFF0, z1[3] = 0x000C0C30, z1[4] = 0x000C0C30, z1[5] = 0x000C0C30, z1[6] = 0x000C0E70, z1[7] = 0x00061BE0, z1[8] = 0x0007F1C0, z1[9] = 0x0001C000, z1[10] = 0x00000000; break; case 'C' : z1[0] = 0x00000000, z1[1] = 0x00000000; z1[2] = 0x0000FE00; z1[3] = 0x0003FF80; z1[4] = 0x000781E0; z1[5] = 0x00060060; z1[6] = 0x000E0070; z1[7] = 0x000C0030; z1[8] = 0x000C0030; z1[9] = 0x000E0070; z1[10]= 0x000700E0; break;


27

1 2 3

Slika 4.8: Pogojna zanka za zapolnitev matrike 48 x 96 z biti

Za pomikanje v levo imamo ločeni polji za zgornji in spodnji del prikazovalnika. Pogoj, da

se pomikanje izvede, je, da ni v polju zapisanih znakov & in $, ki v programu določata

ločitev znakov od prikaza datuma in temperature. Na sliki 4.9 vrstice 3 in 4, se uporabi

pomik stolpcev z desne proti levi, stolpec za stolpcem, skupno 96 pomikov.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Slika 4.9: Algoritem pomikanja led stolpcev na prikazovalniku

Celotno besedilo za prikazovanje se vnese v bliskovni pomnilnik. Branje znakov iz

pomnilnika se avtomatsko izvede ob ponovnem vklopu. Za preverjanje statusa pomnilnika

uporabljamo ukaz preko terminala, ki omogoča celotno branje vsebine pomnilnika ali

celotnega izpisa besedil. Pisanje sprejetih podatkov s terminala se shranjuje v dve polji.

Mikrokrmilnik ne vsebuje EEPROM-a, zato smo uporabili bliskovni pomnilnik, saj nam bi

ob izpadu napajalnega omrežja izbrisalo vrednosti. Slika 4.10 prikazuje prenos znakov

polja sprejetega iz terminala v začasno polje. Polje znakov znak predstavlja glavno polje

zajema podatkov s terminala. Polji znakov znak in znakSP sta uporabljeni za shranjevanje

znakov za spodnji in zgornji del prikazovanja vrstic na prikazovalniku.

if (cikel == 256) latch(); shift();

for (levoShift = 1; levoShift <=95; levoShift ++) if (IskanjeZnaka != '$') mat_tmp = matrika32[0][levoShift]; matrika32[0][levoShift-1] = mat_tmp; if (IskanjeZnakaSP != '&') mat_tmp = matrika32[1][levoShift]; matrika32[1][levoShift-1] = mat_tmp;


28

1 2 3

Slika 4.10: Shranjevanje znakov s terminala v trenutno polje

Slika 4.11 prikazuje vnos znakov v bliskovni pomnilnik. V vrstici 5 in 6 so uporabljene

spremenljivke FLSH_ADR_ZG in FLASH_ADR_SP za določitev začetne lokacije

shranjevanja v registru pomnilnika, ki so definirane od naslova 2000 dalje.

1 2 3 4 5 6

Slika 4.11: Shranjevanje znakov v bliskovni pomnilnik

4.2 Priprava knjižnice alfanumeri čnih znakov

Besedilo na prikazovalniku se prikazuje v dveh vrsticah, kot je prikazano na sliki 4.12. Ker

je prikazovalnik prototip in ni bilo mogoče dobiti že ustvarjene knjižnice znakov, smo

knjižnico znakov ustvarili posebej za ta prikazovalnik. Posamezno črko je potrebno

prikazati v dveh vrsticah, znak za zgornjo in spodnjo vrstico pa je treba razdeliti

enakomerno. Pri izdelavi znakov smo morali biti pozorni na pravilno postavitev znakov, na

simetrijo, razmik in vidno polje na večji oddaljenosti od prikazovalnika. Izbrali smo obliko

pisave, ki je najbolj sorodna pisavi Times New Roman. Pri ustvarjanju znakov je bilo

potrebno paziti na šumnike, saj so znaki na večji razdaliji bili na pogled nepravilni,

medtem, ko na manjši razdaliji pravilni. Med izdelovanjem znakov smo težili k enostavnim

oblikam znaka in vidnim oblikam med znaki.

Pri izdelavi znakov je bilo potrebno paziti na:

• velikost (višino in širino znaka),

• razmik med znakoma,

//kopiranje podatkov v vmesno polje if (zg_sp == 0) tbuff[j] = znak[i]; if (zg_sp == 1) tbuff[j] = znakSP[i];

//pisanje ure v flash if (zg_sp == 0) buffCAS[0] = CASA; write_program_memory (FLAH_ADR_URA,

buffCAS, 4); //prenos znakov v flash na določene lokacije glede na izbrano vrstico if (zg_sp == 0) write_program_memory (FLASH_ADR_ZG, tbuff, j); if (zg_sp == 1) write_program_memory (FLASH_ADR_SP, tbuff, j);


29

• enakomerno razporeditev med malimi in velikimi črkami, šumniki, številkami,

simboli in

• vidno praznino na robovih prikazovalnika.

Slika 4.12: Primer priprave knjižnice znakov za prikazovalnik

Izdelovanje knjižnice je potekalo s sprotnim izrisom v prirejeni tabeli. Določili smo tabelo

v obliki prikazovalnika s pravilno razvrščenimi razmiki znakov.

Pri izdelavi znakov je bilo potrebno paziti na branje šestnajstiškega števila. Branje

znaka v programu smo lahko uporabili na dva načina, in sicer 0xF01C0400 ali

0x00041CF0. Obe števili predstavljata želen znak, vendar slednja predstavlja zrcaljeno

obliko. Vse skupaj je izdelanih 103 znakov z enakim načinom izdelovanja, kot je

prikazano na sliki 4.13.

V programskem jeziku so znaki, ki so prikazani na sliki 4.13, obdelani v šestnajstiški

obliki in so vnešeni v polje z1. En znak je sestavljen iz 11 polj z1, iz 32-bitnih

spremenljivk. V celoti znak predstavlja matriko 24 x 11.

Slika 4.13: Primer ustvarjanja znakov za prikazovalnik


30

Slika 4.14 prikazuje znake, kodirane z uporabo šestnajstiškega zapisa. Polje z1[0]…z1[10]

predstavlja 32-bitne stolpce, iz katerih preberemo v funkciji zaporedje bitnih števil 1 ali 0.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Slika 4.14: Knjižnica znakov v šestnajstiški obliki

4.3 Optimizacija delovanja

Izvorna koda je v trenutku testiranja in posodabljanja vsebovala statične alfanumerične

znake v pomnilniku, ki so se na prikazovalniku prikazovali vedno enako. Ker naložitev

besedila za prikazovanje brez oddaljenega dostopa ni koristno, smo izvedli algoritem za

sprejemanje in pošiljanje znakov preko vodila RS232. Hitrost prenosa podatkov je bila

56.700 baud/s. Vodilo RS232 nam je na razpolago na razvojni enoti, vendar smo med

krmilno enoto in računalnikom vgradili integrirano vezje XPORT [8]. Na sliki 4.15 je

prikazana naprava XPORT, ki je samostojna enota in pretvarja iz serijske komunikacije na

UDP ali TCP/IP protokol. Konfiguracija modula poteka preko internetnega brskalnika.

Tako smo se odločili zaradi omejitev prenosa podatkov, dolžine prenosa in dostopnosti.

case 'š' :z1[0] = 0x00000000; z1[1] = 0x000F3C20; z1[2] = 0x00067660; z1[3] = 0x000C62C0; z1[4] = 0x0008C2C0; z1[5] = 0x0005CC60; z1[6] = 0x00039E20; z1[7] = 0x00000000; z1[8] = 0x00000000; z1[9] = 0x00000000; z1[10]= 0x00000000; break; case 'Š' :z1[0] = 0x00000000; z1[1] = 0x001F01C1; z1[2] = 0x000603E3; z1[3] = 0x00040636; z1[4] = 0x00080C14; z1[5] = 0x00081814; z1[6] = 0x00083826; z1[7] = 0x000C7063; z1[8] = 0x0007E1F1; z1[9] = 0x0003C000; z1[10]= 0x00000000; break; case '8': z1[0] = 0x00000000; z1[1] = 0x000381C0; z1[2] = 0x0007E3E0; //11 z1[3] = 0x000C3730; z1[4] = 0x00081C10; z1[5] = 0x00081810; z1[6] = 0x00083C10 ;z1[7] = 0x000C7630; z1[8] = 0x0007E3E0; z1[9] = 0x0003C1C0; z1[10]= 0x00000000; break; case '@':z1[0] = 0x0001FF00; z1[1] = 0x000300C0; z1[2] = 0x00047C60; //11 z1[3] = 0x00048330; z1[4] = 0x00084190; z1[5] = 0x0008F090; z1[6] = 0x0004FF90; z1[7] = 0x00048090; z1[8] = 0x00024020; z1[9] = 0x00011840; z1[10]= 0x00018780; break;


31

Slika 4.15: Xport modul

Izvorna koda prikazovalnika vsebuje tri časovne termine prikazovanja različnega

besedila, zato potrebuje tri rezervirana polja za shranjevanje prenesenih podatkov iz

računalnika. Za naložitev podatkov so trije termini, ki se jim lahko ura predvajanja

dinamično spremeni.

Termini z rezerviranim prostorom polja znakov:

1. termin: npr: 8.00 h – 13.00 h : Zgornja + spodnja vrstica prikazovalnika 4000 znakov.

2. termin: npr: 13.00 h – 20.00 h: Zgornja + spodnja vrstica prikazovalnika 4000 znakov.

3. termin: npr: 20.00 h – 8.00 h: Zgornja + spodnja vrstica prikazovalnika 4000 znakov.

Za komuniciranje med razvojno enoto ETKM in terminalom smo določili protokol med

napravama. Za prenos podatkov smo uporabili osnovni protokol za zajem najosnovnejših

podatkov.jZa prenos podatkov je zasnovan protokol, ki je sestavljen iz okvira začetnih

parametrov in besedila. Sestavni deli protokola:

• < začetni okvir podatka,

• 1 naslov zaporednega prikazovalnika,

• m leteče besedilo (definira vsebino podatka),

• A časovni termin (A prvi, B drugi, C tretji termin),

• Besedilo 1 vsebina besedila za zgornji del prikazovalnika,

• # loči vsebino besedila med zgornjo in spodnjo vrstico,

• Besedilo 2 vsebina besedila za spodnji del prikazovalnika in

• > zaključek okvirja.

Primer protokola prenosa podatkov: <1mABesedilo1#Besedilo2>.

Na sliki 4.16 je prikazano pravilno branje sprejetih podatkov s terminala. Branje podatkov

se začne s začetnim zankom v vrstici 4, nato se bere naslov prikazovalnika v vrstici 7,


32

namen prikazovanega besedila in določanje prikazanega besedila v zgornji in spodnji

vrstici. V primeru, da začetni okvir podatka ni zaznan se ostali podatki ne pišejo v polje.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Slika 4.16: Preverjanje sprejetih bitov s terminala

Slika 4.17 prikazuje izbiro časovnega termina za prikazovanje besedila. Prikazan je primer

začetnega časovnega termina prikazovanja besedila na prikazovalniku. V vrstici 3 se izbere

časovni termin A, ki je bil določen v okvirju podatka. V vrstici 4 se izvaja prenos sprejetih

znakov v polje. Nalaganje znakov v polje se izvaja ločeno za zgornjo in spodnjo vrstico

prikazovalnika.

1 2 3 4 5 6 7 8

Slika 4.17: Prenos znakov s terminala v razvojno enoto

Za komunikacijo med prikazovalnikom in razvojno enoto je uporabljeno vodilo RS232. Za

prenos podatkov se uporablja komunikacijski terminal Hercules. Zaradi omejene hitrosti

prenosa podatkov po vodilu so se podatki časovno sprejemali in shranjevali v krmilno

enoto s terminala. Za prenos podatkov s terminala smo uporabili hitrost 57600 baud/s. V

programski kodi smo uporabili krožni proces shranjevanja podatkov, ker je v primeru

sbi = getc(); if ((!gate) if(sbi == ZACETEK_TEL) _ startFRAME = 1; return (0); if(_startFRAME && sbi == MOJ_NASLOV) _startADRESS = 1; _startFRAME = 0; return (0); if(_startADRESS && sbi == KONEC_TEL) _startADRESS = 0; _endFRAME = 0; gate = 1; return (0);

if (!izbiraMENI) meni = sbi; return (0); switch (meni) case 'A': if ((sbi != '#') && (not ==1)) stetje++; znak[stetje] = sbi; if (stetje == 2000) stetje = 0; return (0); else if (_startADRESS) not = 0; stetjeSP++; znakSP[stetjeSP] = sbi; if (stetjeSP == 2000) stetjeSP =0; return(0); break;


33

velikega števila prenesenih podatkov na komunikacijski kanal mikrokrmilnika prišlo do

napake ali blokade zajemanja podatkov.

Slika 4.18: Komunikacija med enotami

Testiranje pravilnosti zapisovanja in izvajanja programa smo preverjali s terminalom. Na terminal smo pošiljali začasne vrednosti v časovnih intervalih, ki so imele tudi vlogo števca.

Slika 4.19: Posnetek bitov z osciloskopom vodila RS232

Naslednji primer prikazuje, kako smo preverjali pravilnost števca za določanje modula od

0 do 17 na sliki 4.20. Števec modul je določal zaporedno število posameznega modula.

Zaporedje posameznih točk iz programskega dela matrike je določalo zapis bitov v

izhodno polje. Programski števec je štel od 0 do 17, brez vmesnih vrednosti. V

programskem jeziku je zgled primera naveden v vrstici 15 s slike 4.20.


34

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Slika 4.20: Preverjanje pravilnosti delovanja s pomočjo terminala

Primer preverjanja podatkov je prikazan na sliki 4.21. Rezultati preverjanja so pravilni v

primeru, da je na koncu bila vrednost cikel1 enaka 255.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Slika 4.21: Izpis števca modulov na terminal

printf("cikel -> %u\n\r", cikel); while(modul <= 17) xn -= 16; ide++; horizontala = xn - x2n- x3n; vertikala = yn - y2n- y3n; save = beri_matrika32(vertikala, horizontala); //postavitev izhodnega signala SD0, za izbran bit IzpisPIN(save, modul); if ((xn == 15)&& (yn == 15)) yn = 63; if (xn == 15) xn = 111; yn -=16; modul++; printf("modul %u\n\r", modul);

cikel -> 52 modul 0 modul 1 modul 2 modul 3 modul 4 modul 5 modul 6 modul 7 modul 8 modul 9 modul 10 modul 11 modul 12 modul 13 modul 14 modul 16 modul 17 cikel -> 53


35

Preverjanje delovanja programa je potekalo z opazovanjem vrednosti bitov v poljih 48 x

96 za izpis v pomikalne registre. Funkcijo za izpis na terminal prikazuje slika 4.22 v vrstici

15. Testiranje delovanja je sledilo ob vsaki spremembi programske kode. Kontrolo

delovanja smo izvajali s 4608 posameznimi biti, ki so predstavljali utripanje svetleče

diode. Nepravilno določitev bita je predstavljalo na prikazovalniku nepravilno utripanje

svetleče diode.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Slika 4.22: Preverjanje vrednosti matrike 48x96

Prikaz testiranja s terminala, kjer smo preverjali vnos vrednosti v polja matrike 48 x 96 na

sliki 4.23.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Slika 4.23: Izpis vrednosti matrike 48 x 96

ide++; //algoritem za izračun pozicije v matriki 48 x 96 horizontala = xn - x2n- x3n; vertikala = yn - y2n- y3n; save = beri_matrika32(vertikala, horizontala); printf("[%u][%u] = %u, \n\r", vertikala, horizontala, save); //postavitev izhodnega signala SD0, za izbran bit IzpisPIN(save, modul); if ((xn == 15)&& (yn == 15)) yn = 63; if (xn == 15) xn = 111; yn -=16; modul++; printf("modul %u\n\r", modul);

[45][64] = 0, [45][63] = 0, [45][62] = 0, [45][61] = 1, [45][60] = 0, [45][59] = 1, [45][58] = 1, [45][57] = 0, [45][56] = 0, [45][55] = 0, [45][54] = 1,


36

Prikazovalnik je namenjen za oglaševanje in k temu je dodano obveščanje trenutnega časa.

Razvojna enota ni vsebovala mikrokrmilnika za določanje trenutnega časa, zato smo

uporabili integrirano vezje PCF8583, tako imenovano uro realnega časa (real time clock).

Integrirano vezje z razvojno enoto komunicira preko vodila . Trenutni datum in ura se

prikazuje v zgornji vrstici prikazovalnika. Podatki za datum in čas se preberejo in vnesejo

v določeno polje, kjer se nato prenesejo v polje za prikazovanje besedila. To smo uredili

tako, da se je trenutni čas začel prikazovat takrat, ko se je polje besedila prebralo do konca.

Slika 4.24: Vezje z uro realnega časa

Za merjenje temperature smo uporabili integrirano vezje DS1820. Komunikacija med

enotama poteka preko ene žice. Vrednost temperature se prikazuje v spodnji vrstici

prikazovalnika. Vrednost temperature se vnaša v polja po enakem delovanju kot čas v

zgornji vrstici. Temperatura iz merilne sonde se bere vsakih 30 s. Slika 4.25 prikazuje

integrirano vezje za merjenje temperature. Integrirano vezje DS1820 smo vgradili v

ustrezno ohišje, ter namestili na ohišje prikazovalnika, ki je meril zunanjo temperatuo.

Slika 4.25: Integrirano vezje DS1820


37

5 SESTAVLJANJE PRIKAZOVALNIKA

Prikazovalnik je namenjen za zunanjo uporabo. Idejna zasnova konstrukcije je bila

aluminijast material, ker je lahka za prenašanje celotnega prikazovalnika in hkrati odporna

na zunanje vplive. Za ustrezno določitev konstrukcije prikazovalnika je bilo potrebno

paziti na pravilno odpiranje vrat. Predvidena uporaba prikazovalnika je na določeni višini,

ki ni lahko dostopna. Za poseganje do prikazovalnika je bilo potrebno izdelati pravilno

odpiranje in hkrati pravilno ventilacijo komponent. Zunanje velikosti ohišja prikazovalnika

so 1320 mm v širino in 720 mm v višino. Na ohišje smo namestili uporabniške priključke

za napajanje in komunikacijo.

5.1 Izdelava aluminijaste konstrukcije ohišja

Na prikazovalniku so izdelani stranski nosilci, na katere smo pritrdili module in

medsebojne povezave. Ločili so se posamezni signali in močnostni del, saj bi ob nepravilni

razporeditvi prihajalo do motenj. Slika 5.1 prikazuje sestavo modulov z notranje strani,

kjer kroži zrak med moduli.

Slika 5.1: Nosilna konstrukcija sestave matrike 16 x 16


38

Slika 5.2 prikazuje zunanji del prikazovalnika. S konstrukcijo smo zagotovili enakomerni

razmak med moduli.

Slika 5.2: Sestava šestih matrik 16 x 16

5.2 Določitev ventilacije prikazovalnika

Zaradi segrevanja komponent je zasnova ventilacije velikega pomena, saj z njo določamo

življenjsko dobo komponent. Na ohišju panela je ventilacija zasnovana pod diagonalo, kjer

je na eni strani dovod zraka, na drugi strani diagonalno pa odvod le-tega. Panel vsebuje

grelce za hladne razmere, ki so nameščeni na spodnji strani ohišja. Za ohišje smo namestili

tri grelce 50 W. Za odvajanje toplote smo namestili dva ventilatorja. Ohišje prikazovalnika

vsebuje temperaturno sondo, ki meri zunanjo temperaturo. Merjenje zunanje temperature je

namenjeno za prikaz temperature na prikazovalniku. Slika 5.3 prikazuje prostor na ohišju

prikazovalnika, kjer je nameščena temperaturna sonda, ki je nameščena v notranjosti ohišja

in je izolirana z notranje strani.

Slika 5.3: Zunanja oblika ohišja prikazovalnika z ventilacijo


39

5.3 Povezava signalnih linij med komponentami

Vsak modul ima posamezni del močnostne in podatkovne povezave. Podatkovni signali so

med seboj povezani.

Slika 5.4: Sestavljanje celotnega prikazovalnika z moduli

Naslednji korak je bil pravilno razporediti krmilni in napajalni del. Za pravilno

razporeditev napajanja svetlečih diod smo uporabili štiri napajalnike z izhodno napetostjo

3,3 V. Prikaz prikazovalnika z notranje strani je na sliki 5.5.

Slika 5.5: Vgradnja in povezava komponent na prikazovalniku


40

S sprednje strani vsebuje prikazovalnik 5 mm rdeče pleksi akrilno steklo, kot je prikazano

na sliki 5.6.

Slika 5.6: Sprednja stran celotnega prikazovalnika

Vseh 18 modulov ima posamezno napajanje in povezavo s krmilnimi signali. Napajalniki,

nameščeni v notranjosti prikazovalnika, napajajo štiri ali pet modulov. Signalne povezave

od SD0 do SD17 na sliki 5.7 predstavljajo podatkovne povezave, ki so povezani iz

razvojne enote. Časovni cikli delovanja in omogočanje prenosa za pomikalne registre so iz

razvojne enote povezani zaporedno od enega do drugega modula.

Slika 5.7: Razvojna enota ETKM V7


41

5.4 Komunikacija med terminalom in prikazovalnikom

Za komunikacijo s prikazovalnikom smo uporabili terminal Hercules. S terminalom smo

opravljali komunikacijo s prikazovalnikom preko mrežne povezave. Preko terminala se

opravlja popolni nadzor nad prikazovalnikom. Spremljamo morebitne napake delovanja,

velikost zasedenosti pomnilnika, nastavitev ure, časovni termin predvajanja in opazovanje

temperature.

Prikazovalnik je namenjen za predstavitev aktualnih podatkov in želenega oglaševanja.

V ta namen je programsko pripravljena aplikacija na razvojni enoti, ki omogoča vnos

želenega oglaševanja ob različnih časovnih terminih. Za nastavitev terminov preko

terminala se vnese ukaz za določitev želenih terminov. V primeru, če želimo nastaviti

termine predvajanja različnega besedila od 7. do 12. ure in od 12. do 19. ure, vnesemo

ukaz <1n0#071219>. Trije različni termini predstavljajo tri različna besedila predvajanja

na prikazovalniku. Za vnos besedila obstaja opcija, da se posamezni znaki vnašajo samo za

en termin in ostali ostanejo nespremenjeni.

Naložitev besedila preko terminala v programsko aplikacijo:

<1mA# Zgornja vrstica # Spodnja vrstica > 1. Meni (7.00-12.00),

<1mB# . ............ # ............... > 2. Meni (12.00-19.00),

<1mC# ............... # ............... > 3. Meni (19.00-7.00).

Posamezne termine, ki so namenjeni za različna predvajanja ob različnih urah, je možno

predvajati v treh terminih za tri različna besedila ali predvajanje enega besedila v enem

terminu. V tem primeru bi se besedilo predvajalo cel dan. Izvorna koda na razvojni enoti

omogoča različna branja statusov delovanja prikazovalnika.

Pri pošiljanju ukazov s terminala lahko opazujemo naslednje lastnosti prikazovalnika:

• omogočimo vklop vseh svetlečih diod na prikazovalniku in preverjamo morebitno

nepravilno delovanje diod,

• uporabljamo testni režim delovanja in preverjamo vse znake in hitrost pomikanja

besedila na prikazovalniku,


42

• nastavitev ure in datuma,

• branje ure in datuma,

• brisanje celotnega pomnilnika s podatki in trenutnih polj v programu,

• pisanje in branje bliskovnega pomnilnika,

• osvežitev celotnega mikrokrmilnika,

• opazovanje statusov delovanja mikrokrmilnika in

• predvajanje statičnega besedila v primeru okvare.

Izvorna koda uporablja predvideno varno predvajanje. Predvajanje se izvede v primeru

napake delovanja prikazovalnika. Napaka je lahko na primer, če se razvojna enota

nepričakovano izklopi in se pri ponovnem delovanju ne izvede popolna inicializacija.

Takrat se program preklopi v varni način delovanja, kar pomeni, da začne predvajati že

vnešeno besedilo v statičnem pomnilniku. Besedilo je lahko določeno po želji uporabnika,

kjer se predvaja splošni del.

Slika 5.8: Celotni prikazovalnik v končni obliki


43

5.5 Meritve

Meritve na prikazovalniku smo izvajali v vsakem koraku. Merjenje temperature je bilo

namenjeno testu, ki nam pove, kako se obnaša vezje pri povečanju temperature in

stabilnosti delovanja. Vseh 18 modulov bo zaprtih v ohišju in izoliranih od zunanjega

okolja. Predvidene temperature gibanja bodo od -15 °C do 50 °C. Ohišje prikazovalnika je

zasnovano za preprečevanje vlage v notranjosti ohišja. Slika 5.9 prikazuje testiranje pri

polni obremenjenosti z vklopom vseh svetlečih diod z notranje strani prikazovalnika.

Slika 5.9: Notranjost prikazovalnika

V zaključnem delu testiranja so se pokazale določene motnje, kot so motnje podatkovnega

signala. Le-te so se pokazale v obliki nepravilnega utripanja svetlečih diod. Odstranitev

utripanja smo odpravili s filtri vhodnega glavnega napajanja in vmesnimi filtri na

posameznem izvoru napetosti prikazovalnika.


44

6 TESTIRANJE IN ZAKLJU ČEVANJE DELOVANJA

Testiranje opreme smo izvajali od začetka do zaključevanja projekta. V začetnem delu

testiranja smo odkrivali morebitne napake v postavitvi koncepta sestavljanja in izdelovanja

prikazovalnika. Med drugim smo ugotavljali pravilno izbiro komponent in njihov strošek.

Pri testiranju prikazovalnika je prihajalo do odkrivanja različnih napak in težnji po

izboljševanju. V zaključnem delu testiranja je bilo pomembno določiti jakost svetilnosti

svetlečih diod s pravilno mejo porabe toka.

Motnje med delovanjem so se pojavljale zaradi različnih napetostnih nivojev.

Uporabljali smo napajanje razvojne enote 5 V in napajanje pomikalnih registrov 3,3 V.

Razliko napetosti smo uredili s spremembo komponent, kjer se je napetost spremenila s 5

V na 3 V. Naslednji vzrok pojavljanja motenj so bile daljše povezave med

mikrokrmilnikom in pomikalnimi registri. Pojavili so se oslabljeni podatkovni signali, kar

je za posledico povzročalo nestabilno delovanje. V tem primeru smo dodali logično vezje,

ki je okrepilo signal napetosti na 3,3 V. Z nastavitvijo internih registrov je bilo omogočeno

hitrejše delovanje mikrokrmilnika in s tem pomikanje besedila na prikazovalniku. Pri

izvajanju testov smo iz prvotnega dela komunikacije med terminalom uporabljali vodilo

RS232. Vendar se je s testiranjem in delom na daljavo izkazalo, da je bolj priročno delo z

mrežnim modulom XPORT. Mrežni modul je pretvornik iz vodila RS232 na mrežno

vodilo in vsebuje lasten konfigurator.

Testiranje celotnega prikazovalnika z vso opremo je potekalo pet dni. Prva težava se je

pojavila z motnjami na prikazovalniku, ki so se pojavljale med delovanjem, in sicer v

obliki nekontroliranega utripanja diod. Vzrok motenj so bila različna napajanja naprav z

različnimi frekvencami delovanja. V tem primeru smo dali med napajalno enoto sito za

signale.

Naslednja težava se nam je pojavljala z zamrznitvijo ali ustavitvijo pomikanja besedila.

Ustavitev delovanja prikazovalnika se je pojavljala nekontrolirano po nekaj urah

delovanja. Težava se je pojavljala zaradi zasedenosti delovnega podatkovnega pomnilnika


45

na mikrokrmilniku. Ugotovili smo, da se med delovanjem ni izvajalo brisanje trenutnih

polj. Tako se je zasedenost pomnilnika seštevala in je v polni zasedenosti pripeljala do

ustavitve delovanja.

Med opazovanjem predvajanja besedila smo ugotovili, da prikazovalnik uporablja

močno svetilnost svetlečih diod, kar je imelo za posledico pri dolgotrajnem opazovanju na

prikazovalnik neprijeten učinek ob gledanju vanj. Da smo zmanjšali jakost svetilnosti, smo

znižali napajalno napetost diod s 3,3 V na 2,5 V. Tako se je hkrati zmanjšala poraba

celotnega prikazovalnika kot tudi jakost svetilnosti.


46

7 REZULTATI

Zanimala nas je predvsem stabilnost delovanja prikazovalnika in njegova poraba.

Stabilnost delovanja smo preverjali s spreminjanjem temperature v notranjosti ohišja

prikazovalnika in mikrokrmilnika. Preverjanje je potekalo na porabi električnega toka.

Prikazovalnik vsebuje 4608 svetlečih diod, kar znaša za posamezno diodo 13 mA.

Napajanje posameznih modulov je razdeljeno med štiri stikalne napajalnike tipa SMPS

(Switch Mode Power Supply). Izhodna poraba do omrežne znaša 9 A.

Tabela 7.1: Meritve temperature komponent v odprtem prostoru

Čas [min]

temperatura

integriranega vezja

[°C]

temperatura

tiskanine [°C]

temperatura

konektorjev [°C]

temperatura

kablov [°C]

0 28 28 28 24

5 37 40 42 25

10 38 40 44 26

15 39 40 45 27

20 41 40 45 27

25 42 43 45 27

30 44 44 45 27

40 44 45 45 27

60 45 45 45 27

120.5 45 45 45 27


47

Slika 7.1: Grafični prikaz meritev temperature komponent v odprtem prostoru

Tabela 7.2: Meritve temperature komponent v zaprtem prostoru

Čas [min]

Temperatura

integriranega vezja

[°C]

temperatura

tiskanine [°C]

temperatura

konektorjev [°C]

temperatura

kablov [°C]

0 28 27 28 27

5 30 34 30 27

10 33 38 31 28

15 38 40 34 29

20 43 41 37 30

25 46 46 41 31

30 51 48 45 31

40 54 52 49 31

60 54 52 51 31

120.5 54 52 51 31

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30 40 60 120.5

temperatura

integriranega vezja [°C]

temperatura

tiskanine[°C]

temperatura

konektorjev[°C]

temperatura

kablov[°C]


48

Slika 7.2: Grafični prikaz meritev temperature komponent v zaprtem prostor

Tabela 7.3: Podatki prikazovalnika

Tehnični podatki prikazovalnika

Zunanje dimenzije prikazovalnika [mm] (š x v x g) 1320 x 720 x 200

Površina prikazovalnika 0.72m2

Aktivno območje prikaza (š x v) 1200 x 600

Število led diod 4608

Število barv 1 (rdeča)

Obratovalna temperatura -20 °C do 50 °C

Napajanje 230 V AC 50 Hz

Komunikacijski vmesnik LAN, RS232

Teža 15 kg

Moč 2070 W

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 40 60 120.5

temperatura

integriranega vezja[°C]

temperatura

tiskanine[°C]

temperatura

konektorjev[°C]

temperatura

kablov[°C]


49

8 SKLEP

V okviru diplomskega dela smo od idejne zasnove do izdelave prototipa razvili zunanji

prikazovalnik LED. Tekom razvoja in na osnovi opravljenega testiranja smo

neprestano nadgrajevali strojno in programsko opremo, ter iskali nove pristope pri

montaži komponent. Nadgradili smo tudi mikrokrmilnik v okviru razvojne enote, saj se je

izkazalo, da izvajanje zahteva visoko hitrost procesiranja podatkov. Ob izbiri gradnikov

prototipa smo bili še posebno skrbni, saj so morali biti primerno kvalitetni in cenovno

dostopni. Pri izbiri pomikalnih registrov smo želeli izbrati registre, ki bodo omogočali

obdelavo večjega števila bitov na enem integriranem vezju. Uporabili smo 16-bitne

registre, ki nam ustrezajo pri obdelavi bitov in so cenovno primerni. .

Prototip deluje zanesljivo in zadostuje vsem podanim zahtevam, zato ocenjujemo, da

smo dosegli cilj diplomskega dela. Na osnovi pridobljenih izkušenj ob odpravljaju težav, bi

predlagali spremembe pri izvedbi napajalnih in signalnih povezav. Izbrane povezave bi

izvedli na tiskanini, nove komponente pa bi dodali z uporabo priključnih letvic. Tako bi v

večji meri odpravili motnje, ki so posledica prepletanja povezav z različnimi napetostnimi

nivoji in rezultirajo v nepravilnem utripanju svetlečih diod. .

Prikazovalnik predstavlja dobro osnovo za nadaljnji razvoj. Ideje, ki so se pridobile pri

izdelavi prikazovalnika se bodo uporabile pri naslednji izdelavi prikazovalnika. Ena izmed

sprememb bo, izdelava terminala za vnos besedila. Terminal se bo uporabil na oddaljenem

računalniku za prikaz statusa delovanja krmilne enote, analize delovanja in vnosa besedila.

Naslednja sprememba se bo vršila pri nadgradnji razvojne enote, kjer se bodo integrirale na

razvojno enoto komponente za prikazovanje trenutnega časa, modul za internetno

povezavo in pretvornik napetosti 5 V na 3,3 V.


50

9 LITERATURA

[1] Viljam Žumer, J.Brest Strukturirano programiranje in programski jezik C++, 2002

[2] Microchip, PIC microcontroller [Spletni vir], naslov: http://www.microchip.com/

[Dostopano: 16. 7. 2014]

[3] Wikipedia, Dot-matrix display [Spletni vir].

Naslov: http://en.wikipedia.org/wiki/Dot_matrix_display, [Dostopano: 14. 7. 2014]

[4] Microchip, PIC microcontroller Forums [Spletni vir].

Naslov: http://www.microchip.com/forums/f178.aspx , [Dostopano: 14. 7. 2014]

[5] ARC Electronics, [Spletni vir], naslov: http://www.arcelect.com/rs232.htm

[Dostopano: 15. 7. 2014]

[6] Pomikalni register [Spletni vir] Naslov: http://www.datasheets360.com

[Dostopano: 21. 7. 2014]

[7] Mikrokrmilnik dsPIC Naslov: http://www.alldatasheet.com/; [Dostopano: 24. 7. 2014]

[8] XPORT; Naslov: http://www.lantronix.com/ ; [Dostopano: 13. 8. 2014]


51

10 DODATKI

10.1 Naslov študenta

Ime in priimek: Andrej Murn Naslov: Tratna pri Grobelnem 33 Pošta: 3231 Grobelno E-pošta: [email protected]

10.2 Kratek življenjepis

Rojen: Celje, 10. 9. 1984

Šolanje: 1991 – 1999 Osnovna šola Rogatec

1999 – 2003 Poklicna in tehniška elektro in kemijska šola v Celju

2003 – 2008 Visokošolski študij

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Univerza v Mariboru, visoki študijski program elektrotehnika, smer elektronika

2008 – 2016 Univerzitetni študij

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Univerza v Mariboru, univerzitetni študijski program elektrotehnika, smer elektronika

Zaposlitev: od 2011 Etra d.o.o.


52


53


54

Documents

RAZVOJ ZUNANJEGA PRIKAZOVALNIKA LED - core.ac.uk · Tabela 2.1: Primer pretvorbe ... SMD - površinski elementi ... Izbirali smo med led diodo PTS630 s razli čnimi koti svetilnosti