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3,60m LED-Matrix

Im Dezember 2010 habe ich ein lang geplantes Projekt gestartet, dass ich Ende Januar 2011 fertiggestellt habe. Seit dem hängt im Arbeitszimmer über den PC-Arbeitsplätzen eine 3,60m lange und 0,5m hohe LED-Matrix mit 512 Pixeln.

Die LED-Matrix besteht aus Regalrückwänden, in die ich für die blauen 5mm LEDs 64x8 Löcher gebohrt habe. Die Trägerplatten sind mit Schrauben gegen Dachlatten geschraubt, die wiederum an der Wand befestigt sind. Diese Konstruktion ermöglicht es, hinter den Trägerplatten die Steuerplatinen für die Spalten zu platzieren. Vor den Trägerplatten mit den LEDs habe ich 4mm Plexiglas (matt, 79%) befestigt, damit das Licht der LEDs etwas diffuser wird und man die LEDs nicht so deutlich sehen kann.

Technisch ist das ganze eher einfach gehalten: Die LEDs sind spalten- und zeilenweise über Kupferlitze verbunden. Hinter den LED-Platten sind 8 Steuerplatinen für die Spalten versteckt. Jede dieser Platine ist mit einem 74HC595-Schieberegister und einem ULN 2803A Darlington-Array ausgestattet. Die Ansteuerung der Schieberegister erfolgt ohne große Magie. Trotz relativ langer Daten- und Clock-Leitungen (insgesamt über 5 Meter) kommt es auch bei höheren Taktfrequenzen zu keinen Störungen. Vor den LEDs ist jeweils ein Widerstand verbaut, um den maximalen Strom zu begrenzen. Die Widerstände sind so hoch gewählt, dass die LEDs auch ohne Scannen der Zeilen nicht über den Maximalwerten betrieben werden. Die Widerstände sind gesockelt, damit ich die Werte ggf. mal anpassen kann.

Die Ansteuerung der Zeilen wird auf der Controller-Platine von 8 Transistoren übernommen. Diese schalten +12V. Diese Umsetzung habe ich mir überlegt, um trotz Spannungsabfall über die 5 Meter unter verschiedenen Lasten (Anzahl eingeschalteter LEDs) eine relativ kleine Schwankung in der Helligkeit zu erhalten. Bei Tests mit 5V war der Spannungsabfall teilweis so hoch, dass die LEDs am Leitungsende deutlich dunkler waren, als die am Leitungsanfang. Mit der 12V-Lösung ist das nicht mehr zu beobachten.

Die restliche Steuerlogik besteht aus einem ATMEL Mega8, der mit 14,7456 MHz betrieben wird, um die UART-Verbindung mit 38400 Baud stabil zu halten. Der Controller speichert jeweils einen Frame zwischen und sorgt für die Darstellung auf der Matrix. Dazu wird der Frame zeilenweise über die Schieberegister "rausgeschoben". Ist eine Zeile draußen, schaltet der Controller die entsprechende Zeile ein. Danach folgt die nächste Zeile. Die typische Matrix-Ansteuerung halt.

Über einen MAX 232 ist der Controller mit der seriellen Schnittstelle eines Embedded PCs (IGEL Compact 364 LX), auf dem Debian Linux läuft, verbunden. Auf dem IGEL läuft ein kleines Server-Programm, das UDP-Pakte, die per IPv6 reinkommen, an die serielle Schnittstelle in Richtung Controller/Matrix weiterleitet. Außerdem läuft auf dem Rechner ein Apache-Webserver mit diversen php-Skripten, die die Steuerung der Matrix über den Webbrowser ermöglichen. Dank IPv6-Anbindung ist der Steuer-Rechner der Matrix direkt aus dem Internet erreichbar. IPv6 vorausgesetzt. Daher kann ich die Matrix auch über mein Smartphone ohne zusätzliches App ansteuern.

Insgesamt ist die Matrix somit als absolutes Low-Cost-Projekt (für diese Größe) ausgelegt. Die Gesamtkosten belaufen sich auf schätzungsweise 200€, wobei das Plexiglas mit knapp 100€ schon den größten Teil ausmacht. Der IGEL liegt bei knapp 35€ inkl. Versand und einer 4GB CF-Karte für das System. Die LEDs kamen für knappe 20€ im 1000er Beutel aus China. Die Holzteile gibt es für kleines Geld in jedem Baumarkt. Die restlichen Elektronik-Komponenten liegen im Cent-Bereich.

Was ich beim Bau gelernt habe und "nächstes Mal" besser mache:

Leider gibt es zu diesem Projekt rein gar nichts an Dokumentation. Die gesamte Hardware habe ich komplett "aus dem Kopf" gebaut, weil alles so einfach gestaltet ist. Wer dieses Projekt nachbauen will, sollte sich aber eh so gut auskennen, dass er ohne Probleme die Komponenten erstellen kann. Ansonsten lieber die Finger davon lassen! Es ist echt eine Menge Arbeit!

Good news, everyone! Es gibt zwei Vides bei youtube:

Update: Meine Matrix bei hackaday.com