Velký displej nejen pro stopky

Na četné žádosti o velký displej k Hasičským stopkám jsem se rozhodl navrhnout následující řešení. Snažil jsem se o co možná nejuniverzálnější konstrukci, provedenou tak, aby byla bez nutnosti zásahu do stopek použitelná na všechny předchozí i budoucí verze. Zároveň je kompatibilní prakticky s jakýmkoli zařízením, které používá sedmisegmentové LED zobrazovače s multiplexním řízením. Je tedy použitelná například i pro hodiny, teploměry a další zařízení.

Celý displej se skládá z několika modulů, které ulehčují montáž a zároveň přispívají k univerzálnosti. Hlavní součástí je procesorem řízený sedmisegmentový zobrazovač připojený na sériovou sběrnici. Obsahuje 116 LED diod o velikosti 5 mm, z nichž je sestaven jeden znak displeje. Použitím několika takových znaků lze vytvořit kompletní displej až s patnácti sedmisegmentovými zobrazovači.

Každý zobrazovač obsahuje čtyřpolohový DIP switch, kterým se nastavuje adresa nutná k identifikaci příchozích dat a správnému zobrazování. Ve spojení s hasičskými stopkami jsou použity následující adresy:

Adresa na DIP je vždy zleva a adresování je dobře patrné z fotografií v dokumentaci. Adresa 0 je nastavena napevno a nelze ji měnit. Je určena k ovládání dvojteček na displeji, které jsou ovládány samostatně přímo z desky napájecího zdroje. Adresy 1-6 jsou jednotlivé zobrazovače v displeji stopek. Adresa 10 je určena pro poslední sedmisegment, na kterém se zobrazují doplňující informace hlavně o koncových spínačích v jednotlivých terčích. Znak P znamená data pravého terče, L levého terče a U signalizuje ukončení měření a připravenost pro nové měření.

Další součástí displeje je modul zdroje. Jeho hlavní částí je regulovatelný STEP-UP měnič, který z 12 V vytváří přibližně 24 V pro napájení LED displeje. Toto napětí je regulovatelné trimrem R7 v rozmezí 15-30 V, čímž se nastavuje jas celého displeje. Modul zdroje obsahuje také RS232 konektor a převodník, přes který jsou stopky propojeny s displejem. Přijatá data se posílají na interní sériovou sběrnici, odkud si je jednotlivé zobrazovače čtou a zobrazují.

Modul sedmisegmentovky

Modul sestává ze 116 LED diod o průměru 5 mm sestavených do jednotlivých segmentů. Každý segment má dvojici omezovacích rezistorů, jejichž hodnotou nastavujeme požadovaný proud při daném napětí. Napájení každého segmentu je zvoleno na 24 V s tím, že pokud se napětí pohybuje v rozmezí 18-30 V, lze tak řídit jas.

Spínání segmentů zajišťuje IC1 ULN2004. Přímo na pin 9 IC1 lze pomocí propojky JP2 přivést GND a aktivovat všechny segmenty, což slouží ke kontrole LED. Řízení zobrazování a dekódování přijímaných dat obstarává PIC16F628A. JP3 slouží k nahrání programu do procesoru; při nahrávání nesmí být aktivní čtvrtý switch S1-4. Protože napájecí napětí je 24 V, je zařazen stabilizátor 78L05 pro procesor.

Při osazování je potřeba pracovat pečlivě, obzvláště okolo procesoru, kde jsou spoje taženy mezi vývody. Pro procesor by se měla osadit patice DIL18. Nezapomeňte také osadit tři drátové propojky.

Modul zdroje

Modul zdroje se stará o několik věcí. V první řadě jde o spínaný STEP-UP zdroj sestavený s integrovaným obvodem LT1070. Tento obvod již na svém čipu sdružuje vše potřebné a stačí doplnit tlumivku a diodu. Měnič je sestaven podle katalogového doporučení výrobce. Integrovaný obvod a dioda jsou umístěny na menším chladiči určeném pro montáž do PCB. Je důležité nezapomenout osadit izolační podložku a průchodku pod diodu.

Kmitočet vnitřního oscilátoru je dán RC členem R2 a C10. Výstupní napětí je nastaveno děličem tvořeným R3, R4 a trimrem R7, kterým se nastavuje výstupní napětí a tím i jas displeje. Další částí je převodník z RS232 na USART tvořený obvodem IC1 MAX232 a kondenzátory C6-C9. Připojovací konektor je Canon9 Male do PCB 90°.

Převedené signály z převodníku jsou vedeny jak na sériovou sběrnici konektorem JP1, tak do procesoru PIC16F628A, který se stará o řízení dvojteček. Dvojtečky jsou spínány tranzistorem Q1 a vyvedeny na JP3. Pokud dvojtečky nepožadujeme, není nutné procesor osazovat. Pro signalizaci blikání dvojteček je použita LED2 přímo ve zdroji.

Součástí je také stabilizátor 78L05 na 5 V pro napájení procesoru. Napájení celého modulu zdroje 12 V je přivedeno svorkovnicí X2. Jištění je provedeno trubičkovou pojistkou 3-4 A. Dioda D1 slouží jako ochrana při přepólování tak, že se přes ni uzavře zkrat a dojde k přepálení pojistky. Zelená LED1 signalizuje, že napájení 5 V je v pořádku.

Při osazování je potřeba pracovat pečlivě, obzvláště okolo procesoru. Pro procesor by se měla osadit patice DIL18. Nezapomeňte osadit dvě až tři drátové propojky.

Modul převodníku

Modul převodníku převádí signály přímo z displeje stopek na sériovou komunikaci. Tím je zajištěn přenos dat z malého displeje stopek do velkého displeje. Převodník je podobný elektronice samotných stopek a je možné ho montovat přes distanční sloupky přímo nad elektroniku stopek.

Obsahuje stabilizovaný zdroj 5 V tvořený C1, C2, C3 a IC3 78L05. Dioda D1 slouží jako ochrana při přepólování napájení, které se připojuje na svorku X2. Napájení je možné volit v rozsahu 8-24 V, ideálně přímo ze stopek za diodovým můstkem. LED1 signalizuje přítomnost napájecího napětí. Převodník na RS232 je tvořen obvodem IC2 MAX232 a kondenzátory C4-C7. Výstup RS232 tvoří konektor X1 Cannon9 M.

Vlastní převodník používá stejný procesor jako stopky, tedy PIC16F873A. JP3 je programovací servisní konektor. JP2 je konektor pro připojení signálů z displeje stopek a zapojení odpovídá původnímu zapojení ve stopkách. Je důležité připojovat převodník přímo na vývody procesoru stopek, ne až za omezovací rezistory. Pokud by malý displej nebyl ke stopkám připojen, je možné JP2 připojit přímo do konektoru displeje ve stopkách.

JP1 se připojuje přímo na řízení anod displejů, tedy na kolektory tranzistorů ve stopkách. Pro zajištění správných napěťových úrovní jsou v převodníku připojeny rezistory R3-R8. Jumperem JP7 se volí, zda se jedná o displej se společnou anodou nebo katodou. V případě stopek jde o společnou anodu, takže se jumper osadí na piny 1/2 JP7. Varianta se společnou katodou v současné době podporována není.

Jumpery JP4 a JP5 slouží k volbě přenosové rychlosti na RS232, ale v současné době převodník tuto možnost nepodporuje. JP6 je servisní pro přímé propojení převodníku a sedmisegmentového zobrazovače na krátkou vzdálenost. V běžném provozu se stejně jako JP3 nepoužívá.

Na pinu 1 konektoru X1 je připojeno +5 V, stejně jako u zdroje. Zatím to nemá funkci, ale počítalo se s možností bezdrátového propojení stopek a displeje. Pokud používáte k propojení kabel, je nutné přerušit cestu na plošném spoji k pinu 1 u X1.

Seznam všech použitých součástek ke všem modulům najdete v dokumentaci na konci článku.

Při osazování je potřeba pracovat pečlivě, obzvláště okolo procesoru. Pro procesor by se měla osadit patice DIL28. Nezapomeňte také osadit tři drátové propojky.

Dokumentace - aktualizováno 12.02.2017

No a na závěr si zde můžete stáhnout veškerou dokumentaci pro stavbu. Je zde i projekt pro Eagle.

Změny

12.02.2017	Z dokumentace byly odstraněny všechny staré verze PCB, které již nejsou aktuální a z mé strany již nejsou podporovány. Dokumentace byla aktualizována a zpřehledněna. V článku mohou být stále staré soubory, proto používejte podklady z dokumentace.
14.11.2015	Do dokumentace byla přidána DEMO verze programu pro zobrazovač.

Prohlášení

Tato konstrukce je z mé hlavy, a proto není povoleno bez mého souhlasu přejímání na jiné stránky nebo komerční využití. Je povoleno pouze odkazovat na tento web a tuto konstrukci. Zároveň nepřebírám jakoukoli odpovědnost za chování zařízení a případné škody způsobené použitím tohoto zařízení. Zařízení je určeno pouze k užití pro vlastní potřebu.

V této konstrukci je použit program mikrokontroleru, na který se vztahují autorská práva. Jakýkoli prodej není bez souhlasu autora možný.