LED Matrix "Kellercrew"

Mal wieder eine Auftragsarbeit für den "Kellercrew" Jugendverein  [Link].

Im Rahmen des alljährlichen Keller Open Air Festivals (Stand: 2012) kam einem Mitglied des Jugendvereins die Idee einer LED Matrix, welche das Logo des Vereins animieren sollte.

Keller-Crew Logo
Derjenige welcher, wusste von meinem LED Basteleien (LED Cube) und bat mich um Hilfe. Sofort war mein Interesse geweckt, wollte ich doch schon längst mal eine solche Matrix bauen.

Da es wie immer schnell gehen musste, schaute ich zuerst in meine Bauteilkiste. Ein ATMega8 war zu finden...ok. Auf Basis dessen und auf der Erfahrung mit dem LED Cube kam ich zu dem Entschluss, eine 10x24 LED Matrix aufzubauen. Das bedeutet zehnfaches Multiplexen wird nötig sein. Bei dem LED Cube wurden die Leuchtdioden mit nur ein Drittel des Stroms für ein Achtel der Zeit betrieben und die Helligkeit ist ausreichend. Bei der LED Matrix wird nun jede Leuchtdiode für nur ein Zehntel der Zeit, dafür aber mit dem doppelten (40mA) Strom betrieben, damit die Matrix auch in heller Umgebung gut sichtbar wird. Das bedeutet aber, es müssen LED Treiber zum einsatz kommen.

Als besondere Schwierigkeit stellt sich das Logo des Vereins an sich dar. Ein Männchen welches eine Treppe herunter läuft. Nach längeren "Studien" der Gangart des Menschen begann ich damit, erst einmal die Matrix zu simulieren (kleine GIF Bildchen). Herausgekommen sind doch ganz anschauliche Testergebnisse:

Hier die erste Variante, der normale Gang auf der Ebene:

ein Männchen lüft gerade

Und nun das Ganze etwas schräg gestellt und eine Treppe darunter. Passt noch nicht ganz, aber sieht schon gut aus:

ein Männchen läuft die Treppe herunter

Weitere Zeichnungen habe ich mir verkniffen, da es doch relativ aufwendig ist solche Gifs zu erstellen (ca. 35 Bilder pro Gif). Zumindest ist damit eine Grundlage geschaffen.

Schaltplan:

Der Atmega8 steuert ganz normal eine 10x8 LED Matrix an, wobei die 10 Zeilen gemultiplext werden. Von diesen Matrizen werden drei Stück aufgebaut und über drei D-Latchens samt LED Treiber angesteuert (vgl. Ebenen beim LED Cube). Auf einen externen Quarz wurde verzichtet, da die 8Mhz des internen RC Oszillators genügen und nahezu alle IOs benötigt werden.

Schaltplan

 

Platinenlayout

Mal wieder ließen sich einige Drahtbrücken aufgrund des einseitigen Layouts nicht vermeiden. Die acht parallelen Brücken werden mit Flachbandkabel realisiert. Unten rechts auf dem Layout sind bereits die Vorwiderstände für die dauerhaft leuchtenden Treppenleds vorgesehen.

Aufbau:

Als Grundlage des Mechanischen Aufbaus standen einige Vierkanthölzer und zwei Werbetafeln zur Verfügung. Die Werbetafeln sind 5mm dicke Kunstoffplatten welche sich hervorragend bearbeiten lassen. Die 460 Löcher zu bohren und anzufasen war mal wieder eine schöne Arbeit zum Kopf frei bekommen . Die Treppe ist irgendwie etwas schräg (haha) geworden.

die gebohrte Frontplatte

Die LEDs wurden wie bei allen Matrizen mit der Kathode Reihenweise und die Anoden Spaltenweise verlötet. Auch hier hat sich der Einsatz von 0,6mm Kupferdraht bewährt. Bei den Kathoden wurde leider darauf verzichtet noch zusätzlich Draht anzulöten. Dies machte sich vorallem dadurch negativ bemerkbar, dass duch das weiche Trägermaterial die Lötstellen ständig wechselnden mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und die Lötstellen relativ schnell abreißen. Dies wurde später durch zusätzlichen Draht und Vergussmasse über die LEDs und Lötstellen ausgebessert.

LED Verdrahtung

Die Platine wurde nach obigen Layout geätzt und aufgebaut. Wiedereinmal musste ich feststellen, dass mir eine Bohrfräse in meiner Werkstatt fehlt. Die ca. 430 Löcher wurden alle per Drehmel in der Hand gebohrt...

Platinen Lötseite

Fertig verdrahtet und die Platine im Rahmen platziert sieht das Ganze dann so aus. Da bei der Treppe immerhin knapp 600mA fließen wurde die Zuleitung über mehrere Flachbandkabel geteilt. Natürlich wurden die Kabel noch fixiert bevor die Rückwand drauf kam.
 
Anschluss der Kabel an die Matrix

Programmierung:

Programmiert wurde die LED Matrix mittels AVR Studio in der Programmiersprache C. Da der mechanische Aufbau erst eine Woche vor dem Festival fertiggestellt wurde und die einzelnen Schritte des Männchens sich in nur 8 Bildern vereinfachen lassen, wurden diese Bilder einfach als Lookup-Table in den Flash des Mikrokontrollers einprogrammiert. Schlussendlich wird nichts weiter gemacht, als die Bilder durchzucasten. Zusätzlich wurde noch eine Laufschrift implementiert. Damit ist das Schild für jedes Event der Keller-Crew umprogrammierbar. Auf Wunsch folgen eventuell noch ein paar weitere Animationen.

Video:

Projekt aus dem Jahre 2012