Diseño e implementación de un módulo prototipo de pantalla tipo led como base para una pantalla gigante
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN La utilización de los sistemas de
pantallas gigantes de exteriores tipo LED, es común en el
país y tiene una creciente demanda en el sector de
publicidad, debido a que son los productos multimedia más
brillantes disponibles en el mercado.
La importancia del presente proyecto radica en el estudio e
implementación de un módulo prototipo de pantalla
LED, el cual es la base de las pantallas gigantes para
exteriores. Lastimosamente en el Ecuador no existen empresas
dedicadas a la fabricación de este tipo de pantallas
gigantes tipo LED, debido a falta de propuestas de
implementación propias y a desconocimiento de los costos
reales de implementación, obligando la importación
de estas pantallas tipo LED. IMPORTANCIA
OBJETIVOS
Diseño de Hardware
Fuente de Alimentación Para la selección de la
fuente de alimentación, se tomó en cuenta el
consumo de corriente del sistema. Basado en las
características del módulo la fuente seleccionada
tiene las siguientes características:
Circuito de Protecciones En el diseño del circuito de
protección para el módulo prototipo se
consideró cortocircuitos y sobrecargas, el dispositivo que
se uso para estas protecciones fue un fusible. El fusible
seleccionado fue de 3 Amperios.
Pantalla de LEDs La pantalla se implementó de 16 filas y
24 columnas, un total de 384 LEDs donde cada LED representa un
pixel de la pantalla. Se usó LEDs RGB smd de 5mm.
Circuito de control
Reguladores de Voltaje La fuente de alimentación es de
12V, se realizó tres diseños de reguladores de
voltaje.
Microcontrolador El microcontrolador seleccionado para este
diseño fue el PIC24FJ64GA006 por sus prestaciones y
características que se ajustan a las necesidades del
proyecto.
Para la escritura y lectura del programa del microcontrolador se
ha dispuesto de una interface ICSP. Microcontrolador
DRIVER TLC5951 Para la selección del driver TLC5951, se
tomó en cuenta las características que ofrece este
integrado, como son la necesidad de varios canales PWM, protocolo
de comunicaciones rápido, precio y disponibilidad.
DRIVER TLC5951
Circuito de Potencia El circuito de potencia se basa en una
interface para controlar la multiplexación de las filas de
la pantalla, encendiendo todo una fila a la vez durante un tiempo
definido.
Comunicación La comunicación del módulo
prototipo de pantalla LED con la interface en JAVA se realiza
mediante el protocolo de comunicaciones RS-232 de 3 hilos (Rx,
Tx, GND).
Comunicación
DISEÑO DE LA PLACA DE CONTROL La placa de control se
realizo en un circuito impreso de doble lado, con
características profesionales como mascara de
antisoldadura, vias metalizadas y mascara de impresión.
Para el diseño del circuito impreso se usó la
herramienta ARES de PROTEUS
DISEÑO DE LA PLACA DE CONTROL
DISEÑO DE LA PLACA DE CONTROL
DISEÑO DE LA PLACA DE CONTROL
DISEÑO DE LA PLACA DE LA PANTALLA
DISEÑO DE LA PLACA DE LA PANTALLA
DISEÑO DE LA PLACA DE LA PANTALLA
Diseño de Software El diseño del software del
prototipo de pantalla LED está dividido en el
diseño del firmware del microcontrolador encargado de
presentar la imagen en la pantalla y del diseño de la
interface en JAVA encargada de configurar la pantalla y de enviar
la información de los datos a presentar.
Algoritmo de Control
Diseño de la Interface El diseño de la interface se
realizó en JAVA y contiene cuatro secciones principales:
Dibujo Texto rotativo Importación de imágenes
Configuración
Diseño de la Interface / Dibujo
Diseño de la Interface / Texto
Diseño de la Interface / Importación
Diseño de la Interface / Configuración
Pantallas Gigantes Las pantallas gigantes están compuestas
de gabinetes, estos gabinetes son estructuras donde se montan los
módulos. Un gabinete esta formado de 16 módulos.
Una pantalla gigante se forma con gabinetes según el
tamaño que se desee.
Resultados / Placa de control
Resultados / Placa Pantalla
Resultados / Colores RGB
Resultados / Colores CMY
Resultados / Dibujo
Resultados / Dibujo
Resultados / Dibujo
Análisis Económico Costo de Insumos Directos del
Módulo Prototipo
Costo de Producción del Módulo Prototipo Costo de
Insumos Directos de la Pantalla
Costo de Producción de la Pantalla
CONCLUSIONES Se cumplió con el objetivo de implementar un
módulo prototipo de pantalla tipo LED, controlado mediante
una interface en Java y capaz de presentar información
como imágenes y texto con una alta gama de colores. El
estudio de diferentes tipos de pantallas LED, permitió
establecer la multiplexación por filas como el
método más optimo de generación de
imágenes, esta es una técnica con la cual se
permite realizar un barrido de filas a una velocidad que es
imperceptible para el ojo humano, permitiendo un ahorro de
energía en la pantalla. Mediante la caracterización
de los drivers PWM TLC5951 de Texas Instruments, se logró
ejercer un control total sobre sus 24 canales PWM, permitiendo
que los LEDs RGB sean controlados de forma unitaria.
CONCLUSIONES Se determinó que el uso del lenguaje de
programación orientado a objetos JAVA, logró
facilitar la realización de la interface, la misma que
incluye todos los parámetros necesarios para el control
del módulo prototipo, además se obtuvo como
resultado una interface intuitiva y de fácil manejo para
el usuario. Se estableció que el hardware del
módulo prototipo, cumple con los requerimientos para poder
ser colocados en serie en un gabinete, de esta manera pueden
formar parte de una pantalla gigante tipo LED. Los requerimientos
de software fueron totalmente cubiertos por el microcontrolador
seleccionado PIC24FJ64GA006, gracias a sus altas prestaciones de
procesamiento e instrucciones mejoradas, con respecto a familias
anteriores.
CONCLUSIONES En base al modulo implementado en este proyecto, se
realizó la esquematización de un gabinete
conformado por módulos, permitiendo tener una base para un
trabajo de diseño, el cual detalle a fondo los elementos
necesarios para la implementación de un gabinete. El
contar con el soporte de una empresa local que produzca placas de
circuito impreso de alta calidad, permitió el uso de
elementos de montaje superficial, facilitando la
implementación de un circuito impreso de tamaño
reducido y terminado profesional. Los resultados obtenidos del
análisis económico, determinan la factibilidad de
implementar pantallas gigantes tipo LED en el país, debido
a que el costo de un metro cuadrado de pantalla formado por
módulos, es competitivo en el mercado nacional.
RECOMENDACIONES Para lograr una correcta visualización de
las imágenes y texto de la pantalla, se recomienda
observar a una distancia mayor de 10 metros, para que exista una
mezcla de colores óptima. Debido a que las pantallas
gigantes tipo LED se encuentran montadas a grandes distancias con
respecto al observador, se puede considerar una mayor distancia
entre pixeles, para que la mezcla de colores entre los LEDs no
sea errónea. Para poder visualizar animaciones y videos en
el módulo prototipo de pantalla LED, se recomienda la
implementación de un protocolo de comunicación, que
tenga mayor velocidad de transmisión de datos, como por
ejemplo el USB.
RECOMENDACIONES Para tener un mayor espacio de almacenamiento
para imágenes, animación o texto, se recomienda
añadir una memoria EEPROM al diseño del hardware
del módulo prototipo de pantalla LED. Cuando se fabrique
la placa de la pantalla, se recomienda utilizar una mascara de
anti soldadura negra, en vez de la verde usada en este proyecto,
debido a que el fondo negro ayuda al contraste de la pantalla,
mientras se realizan pruebas de funcionamiento.