LED Matrix Player: la scheda per gestire matrici e strisce di led

La scheda presentata in questo articolo permette di ricevere tramite una porta USB gli effetti di luce comandati da un PC, portatile, o tablet, e di trasferirli per la corretta attuazione a una matrice di fino a 1024 led, oppure a una striscia di led, oppure ancora a un dispositivo indossabile. Il progetto può anche essere utilizzato per realizzare sistemi più complessi, come cubi luminosi, pannelli indicatori, display per videogiochi, sistemi di illuminazione per feste tra amici, sistemi luminosi di avviso e segnalazione, e altro ancora.

Introduzione

Il metodo standard utilizzato normalmente per controllare il colore e la luminosità dei led RGB si basa sull’utilizzo della tecnica PWM (Pulse Width Modulation), il cui segnale viene solitamente generato da un microcontrollore. Per pilotare ciascuno dei tre colori primari (rosso, verde, e blu) è richiesto un canale PWM. In passato era necessario progettare un circuito piuttosto complesso dal punto di vista hardware, composto da multiplexer, latch, driver, e diversi componenti passivi, in modo tale da realizzare l’interfaccia tra il controller e i led. Le più recenti versioni di strisce led RGB (come ad esempio Digital-LED, Digi-Dots, e NeoPixel) integrano all’interno della striscia tutta la circuiteria necessaria per il pilotaggio, e pertanto il numero di componenti addizionali richiesti per completare il circuito è minimo.

Il trasporto dell’informazione

Potremmo pensare di controllare i led collegando direttamente le uscite di un modulo PWM ai contatti dei led, e di inviare al modulo le informazioni relative al colore e alla luminosità in opportuni pacchetti dati su una linea di comunicazione seriale. Il successivo livello di integrazione consiste nel realizzare il driver PWM all’interno del modulo led; in questo modo (oltre all’alimentazione) è richiesta soltanto una connessione per i dati in ingresso. Spingendosi ancora oltre, potremmo pensare di inviare le sequenze di pacchetti dati una dopo l’altra, come i vagoni che compongono un treno merci, attraverso una catena di led tutti collegati in serie. Questo tipo di soluzione richiede un’uscita addizionale per ogni led, in modo tale che le informazioni possano transitare e raggiungere l’elemento successivo della catena. In teoria si potrebbe collegare in serie (tramite daisy-chain) un numero qualunque di led, inviare poi il corrispondente numero di pacchetti dati lungo la catena, e generare un comando di “load” affinchè ciascun led possa caricare e memorizzare le informazioni di colore e luminosità che lo riguardano. Si tratta sicuramente di una soluzione semplice e intelligente. Il progetto Elektor “Party LED Button BULI” è un esempio di utilizzo di questa soluzione [1].

Utilizzando questa tecnica, non ci si limita più alla progettazione di forme e strutture semplici, come strisce, pannelli, cerchi, oppure punti: è infatti possibile creare forme più complesse come cubi, orologi, dispositivi indossabili, e altro ancora. Gli effetti luminosi vengono solitamente composti su un PC, e poi trasferiti al controller del display che si occuperà di pilotare i led. Esistono diversi modi per trasferire le informazioni dal PC al modulo di interfaccia led (connessione Ethernet, interfaccia seriale tramite porta COM, oppure USB), e tutti si basano su un protocollo comune: il TPM2. Il controller del display rappresenta il link tra il PC e i led: il suo compito è quello di ricevere le informazioni in formato TPM2, e di convertirle nel formato richiesto dai led digitali.

L’hardware

Il cuore della scheda LED Matrix Player è rappresentato da un potente microcontrollore Cortex-M0 STM32F042, in grado di controllare fino a 1024 led digitali del tipo WS2812 o compatibili [2], comunemente noti con il termine Digi-Dots oppure NeoPixel. Lo schema elettrico del progetto è visibile in Figura 1. Il microcontrollore Cortex-M0 richiede [...]

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2 Commenti

  1. Giovanni Di Maria Giovanni Di Maria 18 aprile 2017
  2. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 18 aprile 2017

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