Разработка средств отображения информации на базе LED-индикаторов

Ключевые слова: светодиодный куб, разработка, программа управления, плата EasyPIC7, блок индикации, алгоритм.

Рассматриваются основные положения магистерской диссертационной работы: цель, идея, защищаемые научные положения, научные результаты, новизна. Описывается получившее широкое распространение применение полупроводниковых индикаторов. Например, использование дискретных светодиодов в рекламе и при наблюдении за параметрами технологического процесса. Приводится описание светодиодного куба как объекта управления. Предложена структура и техническая реализация средства отображения информации на базе LED-куба. Также описываются алгоритм и программа управления светодиодным кубом.

Брейдо И.В., Сичкаренко А.В., Д?нібекова Е.Ж. А?паратты LED-индикаторлар базасында бейнелеу ??ралдарын ?зірлеу.

Магистрлік диссертациялы? ж?мысты? негізгі ережелері ?арастырылады: ма?саты, идеясы, ?ор?алатын ?ылыми ережелер, ?ылыми н?тижелер, жа?алы?ы. Ке?інен тара?ан жартылай ?ткізгіш индикаторларды ?олдану сипатталады. Мысалы, дискретті жары? диодтарын жарнамада ж?не технологиялы? процесс параметрлерін ?ада?алау кезінде ?олдану. Бас?ару объектісі ретінде жары? диодты кубты? сипаттамасы беріледі. А?паратты LED-куб базасында к?рсету ??ралдарыны? ??рылымы мен техникалы? ж?зеге асырылуы ?сынылады. Сонымен бірге жары? диодты бас?ару алгоритмі мен программасы сипатталады. полупроводниковый индикатор светодиод

Breydo I.V., Sichkarenko A.V., Danibekova Ye.Zh. Developing Information Display Facilities Based on LED-Indicators.

There are considered the basic provisions of master's dissertation thesis: the purpose, idea, the protected scientific provisions, scientific results, novelty. The widely adopted use of semiconductor indicators is described. For example, use of discrete light-emitting diodes in advertising and at supervision over parameters of technological process. The description of a LED cube as object of management is provided. The structure and technical realization of means of display of information on the basis of a LED cube is offered. There is also described the algorithm and the program of management of a LED cube.

Согласно эмпирическому наблюдению, сделанному в 1975 году Гордоном Муром, которое в современной формулировке предусматривает удвоение количества транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы каждые 24 месяца и которое впоследствии вследствие своей реалистичности стало называться "законом Мура" [1], настоящее развитие электронных кристаллов происходит экспоненциально.

Значительные успехи, достигнутые в области вычислительной техники и разрабатываемых на ее основе цифровых аппаратурных комплексов, стимулировали широкий фронт работ по созданию электронных индикаторных устройств и систем [2].

Высокие технические характеристики полупроводниковых индикаторов обеспечили их успешное внедрение в качестве элементов индикации в аппаратуре, используемой в различных областях народного хозяйства.

Одним из достоинств полупроводниковых индикаторов является возможность бесшовной стыковки благодаря особенностям их конструктивного исполнения в виде унифицированных модулей. Модульная конструкция индикаторов также обеспечивает высокую ремонтопригодность устройств отображения информации.

Следующим немаловажным достоинством полупроводниковых индикаторов является совместимость уровней их управляющих напряжений и потребляемых токов с напряжениями логических уровней и токами микросхемной техники, что позволяет сократить объемы схем управления полупроводниковыми индикаторами, а также повышает их надежность за счет использования элементной базы, выполненной только по полупроводниковой технологии.

Использование дискретных светодиодов наблюдается также и в наружной рекламе: это различные светодиодные матрицы, табло, кубы и т.д. Данный вид рекламы становится очень популярным и, соответственно, экономически привлекательным для рекламодателей.

В рамках диссертационной работы создается светодиодное средство отображения информации, которое в дальнейшем будет использовано для привлечения студентов кафедрой АПП. Светодиодный куб как объект управления представляет большой интерес для специалистов в области автоматизации и управления. При разработке системы управления светодиодным средством отображения информации осуществляется интеграция платы EasyPIC7 в систему управлении. Разработка программного обеспечения на базе MPLAB 8.40 требует знаний в области программирования, а именно, языка низкого уровня ассемблер или компилятора для контроллеров MicroCip на базе языка Си. Следовательно, магистерская работа на тему "Разработка средств отображения информации на базе LED-индикаторов" вполне оправдана.

Целью диссертационной работы является разработка и изготовление средств отображения информации на основе LED-индикаторов, а также разработка и отладка программного обеспечения. Главная идея работы заключается в том, чтобы, используя возможности оборудования кафедры АПП, создать светодиодное средство отображения информации для изучения его функциональных возможностей и дальнейшего использования при отображении параметров технологического процесса.

Научная проблема состоит в поиске оптимальной структуры аппаратной части и программных решений.

Защищаемые научные положения: разработанное средство отображения информации обеспечивает оптимальное применение аппаратной структуры системы его управления в связке с разрабатываемым программным обеспечением.

Научные результаты: разработанное средство отображения информации на базе LED-индикаторов, аппаратная часть системы управления и программное обеспечение.

Научные ценности (новизна) работы: алгоритм преобразования входной информации в виде текста, файлов трехмерных изображений и другого мультимедийного контента в статический или динамический массив данных, обеспечивающий отображение информации с помощью имеющих два состояния LED-индикаторов, расположенных равноудаленно так, что они образуют куб.

Практическая ценность: разработанная система отображения информации на основе LED-индикаторов позволит изучать функциональные возможности аппаратной части платы EasyPIC7 и производить отладку программного обеспечения для управления светодиодным кубом.

Предлагаемая структура базируется на технических решениях, отработанных при написании дипломного проекта, в качестве которого был изготовлен LED-куб. Структурная схема представлена на рисунке.

Светодиодный куб представляет собой матрицу светодиодов размерностью 8х 8х 8. В структуру также входит буфер данных и плата управления EasyPIC7. Буфер данных представляет собой совокупность ключей, резисторов и управляющих микросхем. Он соединен с блоком индикации 8 анодами (8 слоев) и 64 катодами, определяющими знакоместо в слое. Буфер данных получает питание от блока питания +5 В. Входящая в буфер данных информация поступает с PORTС платы EasyPIC7. А входной информацией для платы EasyPIC7 является исходный код программы (HEX-код), который загружается с персонального компьютера через USB-порт. Данный код создается в программной среде MPLAB 8.40, затем, используя mikroPROGSuite, HEX-код программы записывается в управляющую плату EasyPIC7.

Существует два основных способа индикации светодиодов: статическая и динамическая индикация. Самый простой вид индикации - статический. При его использовании индикатор постоянно находится в одном из двух состояний - включен или выключен. Достоинства: состояние индикатора не изменится, пока не будет подана новая входная информация; максимальная яркость индикатора. Недостатки: каждый индикатор требует установки резистора. При динамической индикации светодиоды зажигаются по очереди. А за счет инерции глаза кажется, что индикатор горит постоянно. Из ее основных плюсов - требуется гораздо меньше внешних элементов. Основной минус - для нее постоянно требуется внимание процессора.

В рамках созданного дипломного проекта, в программе управления светодиодным кубом использовалась статическая индикация.

Программа управления светодиодным кубом представляет собой определенную последовательность действий. Сначала объемная фигура разбивается на слои и точки (8 слоев и 64 точки), затем создается массив чисел в шестнадцатеричном коде, который определяет данную фигуру. Далее преобразованный массив передается из ПК в EasyPIC7 и после выполнения подпрограммы "Индикация" подсвечивается первый из слоев отображаемой фигуры. Затем повторно выполняется подпрограмма "Индикация" до тех пор, пока не будет передан весь массив чисел, описывающих трехмерную фигуру [3].

Структурная схема светодиодного куба

Для использования динамической индикации необходимо осуществлять переключение между слоями через каждые 5 мс, таким образом, создаётся трёхмерная статическая фигура [3].

Разработанный на базе дипломного проекта светодиодный куб позволяет создавать различные световые эффекты, в том числе надписи.

Однако данная размерность куба не позволяет создавать сложные эффекты, объемные и движущиеся надписи. Поэтому было принято решение на базе полученных знаний и опыта создать светодиодное средство отображения информации, удовлетворяющее данным требованиям. Его разработка и изготовление, создание программы управления и являются целью магистерской диссертации.