HowTo: Elektronik – Sieben Segment Ziffer “pxlDigit” aus WS2812 LED’s bauen

Für ein anderes Projekt benötigte ich dringend eine relativ große Ziffer um eine Zeitdauer anzuzeigen. Daraus ist letztendlich dieses kleine “Unterprojekt” entstanden. Denn mit dem hier beschrieben 3D gedruckten Rahmen und ein paar WS2812 LEDs könnt Ihr leicht eine Sieben-Segment-Ziffer (oder auch mehrere) aufbauen und daraus Displays zum Darstellen von Zahlen aufbauen.

Mit der Zeit ist mir aufgefallen, dass sich diese Art Ziffern für allerhand Projekte eignen. So habe ich sie zum Beispiel auch schon für den Bau einer Uhr genutzt.

Vielleicht habt Ihr ja auch noch eine neue Verwendung dafür. Bin gespannt was Euch so einfällt. Lasst mir dann doch gerne einen Kommentar da. 🙂

Wie Ihr so eine Ziffer aufbaut ist im folgenden Artikel beschrieben.

Sicherheitshinweise

Ich weiß die folgenden Hinweise sind immer irgendwie lästig und wirken unnötig. Aber leider haben schon viele Menschen die es "besser" wussten aus Leichtsinnigkeit Augen, Finger oder anderes verloren bzw. sich verletzt. Im Vergleich dazu ist ein Datenverlust fast nicht der Rede Wert, aber auch diese können echt ärgerlich sein. Deswegen nehmt Euch bitte fünf Minuten Zeit um die Sicherheitshinweise zu lesen. Denn auch das coolste Projekt ist keine Verletzung oder anderen Ärger wert.
https://www.nerdiy.de/sicherheitshinweise/

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Voraussetzungen

Hilfreiche Artikel:
Bevor ihr mit diesem Artikel startet solltet Ihr euch mit den Grundlagen des Lötens beschäftigt haben. Informationen dazu findet Ihr in dem folgenden Artikel.

• Elektronik – Mein Freund der Lötkolben
• Elektronik – THT Bauteile per Hand verlöten
• Elektronik – SMD Bauteile per Hand verlöten

Benötigtes Material:

In der folgenden Liste findet Ihr alle Teile die Ihr zur Umsetzung dieses Artikels benötigt.

Benötigtes Werkzeug:

In der folgenden Liste findet Ihr alle Werkzeuge die Ihr zur Umsetzung dieses Artikels benötigt.

Die benötigten Teile sammeln

Um eine Ziffer aufzubauen benötigt Ihr die folgenden Teile:

• 3D gedruckter Rahmen
• 7x 2x LEDs eines 60LED/m WS2812 Streifens
• ca. 15cm 3 polige Leitung

Weitere Ansicht der benötigten Teile

Die STL-Dateien zum ausdrucken auf Eurem 3D Drucker findet Ihr im Repository unter folgendem Link.

• https://github.com/Nerdiyde/NerDIYs_STLs/tree/main/STLs/pxlDigit

LED-Elemente vorbereiten

Damit Ihr die LED-Elemente später leicht in den Rahmen einkleben könnt, solltet Ihr diese zunächst vorbereiten.

Verzinnt dazu als erstes die Kontakte auf dem LED-Streifen.

Nun solltet Ihr sechs ca. 3cm lange Stücke von der drei-adrigen Leitung abschneiden.

Die abgeschnittenen Leitungs-Stücke und die die übrige Leitung könnt Ihr dann an den Enden ca. fünf mm weit abisolieren..

… und mit etwas Lötzinn verzinnen.

So vorbereitet, solltet Ihr die Leitungen leicht mit den vorbereiteten LED-Streifen…

…verlöten können.

Achtet dabei darauf, dass Ihr die Leitungen jeweils an dem Ende des LED-Streifens anlötet an dem der Pfeil zur LED zeigt.

Dies ist der Dateneingang der ersten LED auf dem LED-Streifen. So verlötet könnt Ihr Euch später Fehler beim endgültigen verlöten der LED-Streifen vermeiden.

LED Elemente in das Gehäuse einbauen

Nachdem Ihr die LED-Streifen vorbereitetet habt, geht es nun daran diese in den 3D gedruckten Rahmen einzukleben. Ich habe damals (die Aufnahme der hier gezeigten Bilder ist leider schon etwas her) nicht jeden einzelnen Schritt aufgenommen. Aber von jeder Verbindung existieren Detailaufnahmen welche es hoffentlich trotzdem möglich machen die Schritte nachzuvollziehen. 🙂

Als “grobe Orientierung” könnt Ihr diesen Schaltplan als Übersicht nutzen.

Die einzelnen LED-Segmente werden also nach folgender Reihenfolge verbunden.

• unten
• unten-rechts
• oben-rechts
• oben
• oben-links
• Mitte
• unten-links

Die blau gekennzeichneten Verbindungen sind nur der Vollständigkeit halber eingezeichnet. Diese sind natürlich schon vorhanden. Ansonsten entspricht “Rot” der 5V-Versorgung und “Schwarz” der Masse.

Bevor Ihr die einzelnen LED-Streifen miteinander verlötet solltet Ihr die einzelnen LED-Streifen wie abgebildet in den Rahmen kleben.

Weitere Ansicht der eingeklebten aber noch nicht verlöteten LED-Streifen.

Sobald Ihr alle LED-Streifen verlötet habt sollte Eure Ziffer in etwa so aussehen.

In den folgenden Absätzen kommen noch Detailaufnahmen der einzelnen Verbindungen.

Ansicht der Kreuzung wo sich die Segmente unten-rechts, Mitte und oben-rechts treffen.

Man kann dort sehen, dass das Segment unten-rechts mit dem Segment oben-rechts verbunden ist.

Natürlich sollte bei allen Verbindungen jeweils “5V” mit “5V”, “GND” und “DO” des einen LED-Streifens mit “DI” des anderen LED-Streifens verbunden werden.

Ansicht der Kreuzung wo sich die Segmente unten-links, Mitte und oben-links treffen.

Man kann dort sehen, dass das Segment unten-links mit dem Segment oben-links verbunden ist.

Ansicht der oberen rechten Ecke. Hier wird das Segment oben-rechts mit dem oberen Segment verbunden.

Ansicht der unteren rechten Ecke. Hier wird das Segment unten-rechts mit dem unteren Segment verbunden.

Ansicht der unteren linken Ecke. Hier werden keine Segmente verbunden.

Man kann aber dafür erkennen, wie die Zuleitung (über die später Energie und Daten an die LED-Streifen “gesendet” werden) nach unten aus dem Rahmen herausgeführt wird.

Ansicht der oberen rechten Ecke. Die Segmente oben-links und das obere Segment werden hier verbunden.

Ansicht des mittleren Segments.

Hier lässt sich erkennen, dass das Segment oben-links mit dem mittleren Segment und das mittlere Segment wiederum mit dem Segment unten-links verbunden ist.

Weiterleitung an die nächste Ziffer installieren

Für den Fall, dass Ihr mehrere Ziffern aufbauen wollt könnt Ihr diese auch zusammenschalten. Das heißt der Datenausgang der ersten Ziffer wird an den Dateneingang der zweiten Ziffer weitergereicht, usw. Dazu müsst Ihr natürlich Den Datenausgang aus der soeben aufgebauten Ziffer herausführen.

Lötet dazu eine einzelne Leitung an den “D0” Ausgang des LED-Streifens im unteren-linken Segment an.

Diese Leitung könnt Ihr dann im durch das Loch für die Zuleitung herausführen.

Diffusor einlegen

Damit das Licht der LEDs in einem einzelnen Segment später etwas besser gestreut, und die Ausleuchtung somit gleichmäßiger wirkt, solltet Ihr nun noch einen Diffusor in das Segment einlegen. Relativ gut geeignet ist ein kleiner Streifen aus Papier. Diesen Streifen könnt Ihr selber zuschneiden. Für den Fall, dass Ihr einen Papierplotter zur Verfügung habt, könnt Ihr diese aber auch zuschneiden Lassen. Die Vorlage dazu ist im Bereich der Materialliste verlinkt.

Bevor Ihr den Papierstreifen einlegen könnt, müsst Ihr ihn…

…leicht zusammenbiegen.

Draufsicht des eingelegten Diffusors.

Die sieben Papierstreifen sollten sich dann wie abgebildet in die einzelnen Segmente einlegen lassen.

Weitere Ansicht der eingelegten Diffusor-Papierstreifen.

Achtet darauf, dass die Diffusor nicht aus dem 3D gedruckten Rahmen hervorstehen.

Papier-Frontblende aufkleben

Es gibt mehrere Möglichkeiten eine Frontblende anzubringen. Der Einbau einer 3D gedruckten Frontblende ist im nächsten Absatz beschrieben. In diesem Abschnitt ist beschrieben, wie Ihr eine Papierblende, welche sich am besten mit einem Papierplotter zuschneiden lässt, als Frontblende aufkleben könnt. Dazu solltet Ihr die Blenden auf selbstklebenden “Etikettenpapier” plotten. So könnt Ihr diese leicht abziehen und auf den 3D gedruckten Rahmen aufkleben.

Nachdem Ihr die Frontblende geplottet habt könnt Ihr sie vorsichtig vom Trägerpapier lösen…

…und passend auf em 3D gedruckten Rahmen aufkleben.

Danach solltet Ihr die ganze Ziffer auf die Vorderseite legen und mithilfe eines schweren Gegenstands die Frontblende länger andrücken.

Die aufgeklebte Frontblende sollte dann in etwa so aussehen. 🙂

3D gedruckte Frontblende anbringen

Die 3D gedruckte Frontblende solltet Ihr am besten aus transparenten oder weißen Filament drucken. (Es muss natürlich Licht durchscheinen können. 🙂 ) Auf den gezeigten Bildern habe ich transparentes Filament verwendet um Blenden für die pxlBlck_digitClock anzufertigen. Diese werden dann mit etwas Heißkleber am Rahmen der Ziffer befestigt.

Dieser Bilder sind ein Auszug aus den Aufbaubildern der pxlBlck_digitClock.

Ihr seht Hier die vier 3D gedruckten Frontblenden.

Um diese mit dem Rahmen der jeweiligen Ziffer zu verbinden reicht…

…ein kleiner Tropfen Heißkleber auf der einen…

…und der anderen Seite.

Dann könnt ihr die Frontblende schnell auf den Rahmen der jeweiligen Ziffer auflegen.

Die Frontblenden zentrieren sich von selbst auf den Rahmen der Ziffern und sollten dank des Heißklebers nicht mehr herausfallen können.

Weitere Ansicht.

Ansicht der Ziffern inklusive 3D gedruckter Frontblenden im Betrieb.

Code zur Ansteuerung mithilfe eines Arduinos

Ein Beispiel wie Ihr diese Art von Sieben Segment Display zum Beispiel mit einem Arduino ansteuern könnt, werde ich in den kommenden Tagen posten und dann auch hier verlinken. 🙂 findet Ihr im folgenden Artikel

• Arduino – Timer „time_timy“ zur Visualisierung von Zeitdauern bauen

Darin enthalten ist ein erster Usecase wie Ihr “pxlDigit’s” einsetzen könnt. Der verlinkte Arduino Code hilft hoffentlich bei den ersten Programmierarbeiten. Ich werde demnächst aber noch einen separaten Artikel zur einfachen Ansteuerung verfassen. 🙂

Viel Spaß mit dem Projekt

Ich hoffe bei euch hat alles wie beschrieben funktioniert. Falls nicht oder ihr Fragen oder Anregungen habt lasst es mich in den Kommentaren bitte wissen. Ich trage dies dann ggf. in den Artikel nach.
Auch Ideen für neue Projekte sind immer gerne willkommen. 🙂

P.S. Viele dieser Projekte - besonders die Hardwareprojekte - kosten viel Zeit und Geld. Natürlich mache ich das weil ich Spaß daran habe, aber wenn Du es cool findest, dass ich die Infos dazu mit Euch teile, würde ich mich über eine kleine Spende an die Kaffeekasse freuen. 🙂