Максим Данилин, 13.05.2021

Как сделать олдскульную неоновую вывеску

Шаг 1. Вдохновитесь старыми неоновыми вывесками

Когда мы думаем о неоновых вывесках, первое, что приходит на ум, это ночные улицы Лас-Вегаса 30-х годов прошлого века с бесчисленным количеством красочных неоновых рекламных щитов. Тогда неон был всюду — на каждом рекламном щите и магазинной вывеске. И что только не изображали, используя неоновые лампы: звёзды, напитки, танцовщиц, ковбоев, индейцев, цветы, музыкальные инструменты и многое другое.

Мы в Амперке решили сделать свою неоновую вывеску в духе старых времён. Было решено, что на вывеске будет неоновая ковбойша, рекламирующая пивной паб. Также мы решили добавить на вывеску какую-нибудь анимацию и управлять ею при помощи Arduino.

Шаг 2. Выбор неона

В действительности настоящие неоновые лампы для вывесок — это довольно дорогое удовольствие. Неоновая лампа — газоразрядная и состоит из фигурно изогнутой стеклянной трубки, наполенной газом под небольшим давлением. Цвет свечения лампы зависит от того, какой газ находится в трубке. Например, неон даёт красно-оранжевый цвет, гелий даёт бело-оранжевый цвет, а аргон — сиреневый. Однако вне завимости от газа такие лампы всё равно называют неоновыми. Чтобы зажечь подобную лампу, необходим специальный трансформатор низкого тока и большого напряжения в несколько киловольт, способный «выбивать» электроны из молекул газа. Величина напряжения и тока также влияет на оттенок свечения лампы. Неоновые трансформаторы дороги, а для изготовления их своими руками потребуются серьёзные расчеты и электронные компоненты. Ну а выдувание фигурных стеклянных трубок — это и вовсе настоящее искусство, которое требует недюжинных знаний, подготовки и инструментов. Таким образом, изготовление неоновых ламп в домашних условиях практически невозможно.

Вместо настоящих неоновых ламп можно использовать отличную замену в виде светодиодного гибкого неона. По сути, гибкий светодиодный неон — это обычная или адресная светодиодная лента в прозрачной силиконовой оболочке. Светодиодный неон дешёвый, его свечение не уступает по эффектности настоящей неоновой лампе, а для работы со светодиодами не нужны особые навыки.

Для этого проекта мы использовали гибкий светодиодный неон Arlight ARL, который работает от постоянного тока напряжением 12 В, с сечением 8×16 мм и кратностью реза 10 мм. Типоразмер гибкого неона 8×16 мм является одним из самых распространенных, и найти его несложно.

step-2-flex-neon

Всего мы приобрели несколько катушек неона разной длины со свечением разных цветов:

  • Жёлтый, 5 метров.
  • Тёплый белый 3000К, 10 метров.
  • Синий, 5 метров.
  • Холодный белый 5000К, 5 метров.
  • Красный, 5 метров.
  • Янтарный, 5 метров.
  • Зелёный, 5 метров.

Шаг 3. Придумайте дизайн вывески

Сперва нарисуйте эскиз вашей вывески на бумаге. Определитесь с размером вывески и тем, что именно и где будет на ней нарисовано. Когда эскиз готов, его нужно перенести в компьютер и задеталировать. Можно использовать любые графические редакторы, но мы рекомендуем создать точный чертёж вывески, используя 2D или 3D CAD-системы.

У нашей ковбойши жёлтая шляпа и зелёный шейный платок. Мы добавили персонажу две простые анимации. Первая — ковбойша подмигивает глазом. Вторая — ковбойша поднимает свою кружку с пивом и опускает её, слегка выплёскивая пивную пену. Также мы добавили в верхний правый угол вывески слово «Saloon», которому сделали световые эффекты, например, мигание или «бегущий огонёк».

Вот ключевые моменты при дизайне вывески:

  • Чертёж вывески должен состоять из линий-контуров. Они соответствуют местам, где впоследствии будут установлены отрезки гибкого светодиодного неона на реальной вывеске.
  • Рисунок, персонажи и предметы на вывеске должены быть как можно проще. Но в то же время рисунок должен быть информативным.
  • Для линий-контуров используйте плавные кривые линии и сплайны. Старайтесь избегать острых уголов и маленьких радиусов кривизны, ведь по ним потом не получится согнуть ленту.
  • Ширина каждой линии-контура на чертеже соответствует ширине того гибкого неона, который вы испольуете. В нашем случае — 8 мм.
  • Длина каждой линии-контура должна быть кратна минимальной длине реза гибкого неона. В нашем случае кратность реза неоновой ленты — 10 мм, поэтому длины всех контуров тоже кратны 10 мм. Используйте вашу CAD-систему, чтобы легко узнать длину сплайна или кривой.
  • Не допускайте перекрещивания при использовании гибкого неона. Если один отрезок ленты светодиодного неона наложится на другой, то свечение будет видно только от верхнего отрезка. Если же вам всё-таки необходимо создать пересечение двух линий-контуров, попробуйте разрезать одну из линий в месте пересечения. Для примера взгляните на «подмигивающий» глаз нашей ковбойши.
  • Раскрасьте линии-контуры в те цвета, которые соответствуют реальным цветам вашего гибкого неона.
  • Помимо линий-контуров отрезков светодиодных лент не забудьте нарисовать и контур для основы всей вывески.

CAD-чертёж нашей вывески

Шаг 4. Перенесите чертёж на основу вывески

Выберите материал, из которого будет изготовлена основа для вашей вывески. За основу мы решили взять лист фанеры размерами 1500×1500 мм и толщиной 10 мм.

Перенесите готовый чертёж на вашу основу для вывески. Для переноса нашего рисунка мы распечатали его в масштабе 1:1 на нескольких листах А4 и склеили листы между собой.

step-4-image-1

Затем мы постепенно отрезали контуры с бумаги и повторили их карандашом на фанере. На основу нужно перенести как контуры светодиодных лент, так и контур всей вывески.

Шаг 5. Вырежьте контур вывески

Когда все контуры перенесены на основу, можно выпилить контур вывески. Мы использовали электролобзик с пилкой по дереву.

step-5-image-1

Шаг 6. Примерьте отрезки неоновых лент

Отрежьте от гибкого неона отрезки нужного цвета и длины согласно чертежу.

step-6-image-1

Теперь можно приступить к примерке неоновых отрезков. Прикрепить неон к основе можно разными способами — например, клеем, но мы решили зафиксировать их гвоздями. Мы использовали бронзовые гвозди без головки толщиной 1,2 мм и длиной 20 мм.

step-6-image-2

Мы разместили гвозди по обе стороны неоновых лент таким образом, чтобы гвозди сдавливали гибкие ленты по бокам. Не стоит забивать гвозди до конца, необходимо лишь обеспечить надёжное сдавливание ленты. Также с помощью гвоздей очень удобно создавать нужные изгибы неоновой ленты. Лучше всего вбивать гвозди в образующие точки кривых линий-контуров.

step-6-image-3

Мы спроектировали довольно крупную вывеску, поэтому нам пришлось вбить около тысячи гвоздей. Довольно рутинная задача, так что обязательно придумайте, как развлечь себя в процессе.

Примерьте все отрезки неона согласно чертежу. Убедитесь, что все размеры сошлись с чертежом и вывеска выглядит так, как вам нужно. Сейчас последний шанс что то подправить: например, укоротить или удлинить тот или иной отрезок, изменить изгиб или вбить больше фиксирующих гвоздей.

После примерки снимите все отрезки неона с основы.

Шаг 7. Подготовьте и покрасьте основу вывески

Следующий шаг — это покраска основы для вывески.

Перед покраской нужно сделать в основе отверстия для проводов питания неоновых отрезков. Питающие провода будут уходить с лицевой стороны вывески на заднюю сторону. Отверстия должны находиться на краях неоновых отрезков. Для каждого неонового отрезка светодиодной ленты выберите край, куда будут уходить провода. Мы просверлили отверстия диаметром 3 мм.

step-7-image-1

Если на вашей основе есть сколы или неровности — самое время их исправить. Мы обработали края основы рашпилем, наждачкой и замазкой по дереву.

При желании загрунтуйте основу перед покраской. С грунтовкой краска продержится дольше. Мы использовали обычный грунт по дереву.

Покрасьте основу в любой нужный вам цвет. Мы решили сделать бекграунд вывески чёрным и задули основу чёрной акриловой краской в баллончиках.

Шаг 8. Припаяйте провода к неоновым отрезкам

Пока краска на основе вывески сохнет, можно заняться пайкой проводов.

step-8-image-1

Провода нужно припаять к одному торцу каждого отрезка гибкого неона. Всего нужно два провода: один на плюс, другой — на минус.

step-8-image-2

Провода можно использовать любые. Но лучше не выбирать слишком толстые и короткие провода.

step-8-image-3

После пайки концы отрезков неоновых лент необходимо загерметизировать. Это строго необходимо, если вы планируете установить вывеску на улице. Герметичные края защитят светодиодные ленты от дождя, пыли и грязи. Загерметизировать концы отрезков можно разными способами.

Можно использовать стандартные силиконовые колпачки-заглушки. Такие заглушки, скорее всего, можно найти там же, где и катушки с гибким неоном.

Однако в нашем случае такие силиконовые колпачки оказались слишком толстыми. Края гибкого неона в колпачках тяжело зажимались между гвоздями. Поэтому мы решили загерметизировать края гибкого неона прозрачными жидкими гвоздями и клеевым пистолетом.

step-8-image-6

Шаг 9. Установите неон

Когда основа вывески покрашена, а провода припаяны к отрезкам неоновых лент, можно установить ленты на основу.

Просуньте припаянные провода в подготовленные отверстия в основе вывески.

step-9-image-1

Установите все неоновые отрезки и надёжно зажмите их между гвоздей. Вытаскивать неон больше не потребуется.

Шаг 10. Выберите электронные компоненты

Какая электроника нам понадобится для управления неоновой вывеской?

Управление нагрузкой

Чтобы реализовать эффекты анимации, необходимо включать и выключать отдельные отрезки неоновых светодиодный лент независимо друг от друга. Для управления такой нагрузкой как светодиодная лента идеально подходит силовой ключ на MOSFET транзисторе. А для одновременной работы с несколькими подобными нагрузками можно использовать сборку из нескольких силовых ключей. Мы использовали две наших сборки из восьми силовых ключей в формате zelo-модуля. Всего в нашем распоряжении 16 полевых транзисторов.

Сборка силовых ключей P-FET (Zelo-модуль)

Каждая такая сборка способна коммутировать восемь отдельных силовых каналов постоянного тока напряжением до 30 В и током до 3 А. Этого более чем достаточно для коммутации не слишком длинных светодиодных лент. Управляется сборка силовых ключей через интерфейс SPI, и её легко можно подключить к Arduino.

Источник питания

Вывеска будет питаться от обычной розетки, и для питания светодиодных лент понадобится источник питания AC-DC. Наши неоновые ленты работают от постоянного тока напряжением 12 В, так что нужен блок питания на 12 В. Выбирать его следует исходя из максимального потребляемого неоновыми лентами тока. Суммарная длина всех отрезков неоновых лент на нашей вывеске получилась около 22 метров. Мы запитали все отрезки неона от лабораторного блока питания и измерили весь потребляемый ток амперметром. Получилось около 7–8 А. Таким образом, нужен источник питания с запасом по току — например, на 12,5 А.

Блок питания Mean Well (12 В / 12,5 А, 150 Вт

Контроллер

Нужен микроконтроллер, который будет управлять эффектами анимации. Мы используем самую популярную в мире DIY плату Arduino Uno.

Arduino Uno Rev3

Arduino Uno с понижающим преобразователем напряжения с 12 В до 5 В на борту идеально вписывается в наш проект.

Шаг 11. Схема подключения

После выбора электронных компонентов подумайте о схеме их подключения. Вот как мы решили все подключить:

step-11-wiring

Питание

Гибкий неон работает от 12 В постоянного тока. Источник питания преобразует переменный ток 220 В из розетки в нужные 12 В постоянного тока, которые поступают на следующие узлы:

  • Пины внешнего питания VIN платы Arduino Uno.
  • Колодки внешнего питания VIN на двух сборках силовых ключей.
  • Все неоновые части вывески, которые не участвуют в анимации и горят постоянно.

Логика

Сборки силовых ключей управляются посредством упрощенного SPI-интерфейса. Одна сборка подключается к контроллеру четырьмя проводами:

  • CS — chip select; пин D3 на Arduino Uno.
  • MOSI — master output / slave input; пин D11 на Uno.
  • SCL — clocking line; пин D13 на Uno.
  • GND — ground; общее заземление, присоединяется к земле на контроллере.

Имея две сборки силовых ключей, нет необходимости подключать каждую из них к микроконтроллеру отдельно. Вместо этого две сборки можно последовательно объединить в цепочку. Таким образом вместо двух сборок на восемь каналов получится одно устройство на шестнадцать каналов.

Силовые каналы

Всего в нашем распоряжении 16 каналов, и вот как мы их распределили:

  • CH0 — управление буквой «S» слова «Saloon».
  • CH1 — управление буквой «A».
  • CH2 — управление буквой «L».
  • CH3 — управление первой буквой «O».
  • CH4 — управление второй буквой «O».
  • CH5 — управление буквой «N».
  • CH6 — управление «открытым» глазом ковбойши.
  • CH7 — управление «подмигивающим» глазом ковбойши.
  • CH8, CH9 — управление опущенной вниз кружкой пива. Эта часть вывески потребляет много тока. Мы объединили два канала в один для уменьшения нагрузки на транзистор.
  • CH10 — не используется.
  • CH11, CH12 — управление поднятой вверх кружкой пива. Эта часть вывески потребляет много тока. Мы объединили два канала в один для уменьшения нагрузки на транзистор.
  • CH13, CH14, CH15 — не используются.

Шаг 12. Корпус электроники

Со схемой разобрались. Теперь можем подумать о корпусе для всех электронных компонентов.

Мы решили поместить всю электронику в пластиковый водонепроницаемый корпус из ABS, а для проводов использовать герметичные кабельные вводы.

step-12-image-1

Надёжный и герметичный корпус крайне необходим, если вы планируете разместить вашу вывеску на улице.

В корпусе мы разместили текстолитовую подложку, а на ней закрепили все электронные компоненты.

Шаг 13. Кабель-менеджмент

Мы закрепили коробку с электронной начинкой на задней стороне вывески.

Пришло время протянуть все провода от всех неоновых лент в коробку с электроникой. Для фиксации проводов на основе вывески мы использовали кабельные стяжки.

Шаг 14. XOD

Для создания программы мы используем язык визуального программирования XOD. Он не требует обширных навыков в программировании и является идеальный выбором для новичков в мире Arduino. Язык XOD подходит для быстрого прототипрования различных устройств или быстрого создания несложных программ.

Всю программу для управления нашей вывеской мы разместили в отдельной XOD-бибилиотеке gabbapeople/neon-saloon.

В этом проекте мы использовали XOD-библиотеку для управления сборкой силовых ключей amperka/octofet.

Шаг 15. Программировние

Вот какой итоговый патч программы у нас получился:

step-15-programming

Заметьте, в проекте вашей вывески необязательно использовать конкретно этот патч. Скорее он служит в качестве примера, каким образом можно запрограммировать анимацию. Рассмотрим программу и её принцип работы подробнее.

В библиотеке gabbapeople/neon-saloon есть три главные ноды: saloon, eye и beer-mug. Каждая из этих нод ответственна за управление эффектами определённой части вывески.

Нода saloon управляет надписью «Saloon», нода eye управляет подмигиванием глаза ковбойши, а нода beer-mug управляет пивной кружкой. Эти ноды составные и, по сути, состоят из счётчиков и генераторов прямоугольных импульсов. Помимо этого на патче находится нода octofet-16 из библиотеки amperka/octofet. Эта нода отвечает за работу двух сборок силовых ключей, объединённых в цепочку.

Нода saloon

На выходе нода имеет шесть пинов типа boolean. Каждый из них соответствует одной из шести букв в слове «Saloon». Идея проста: если выходной пин имеет значение true, то буква горит; если false — то не горит. На входе нода saloon имеет множество пинов, которые описывают её фунцкии. Всего у ноды четыре функции:

Зажечь все буквы в слове

Пин ALL_U (all up). Входной сигнал pulse на этом пине включит свет на всех шести буквах слова «Saloon».

Погасить все буквы в слове

Пин ALL_D (all down). Входной сигнал pulse на этом пине выключит свет на всех шести буквах слова «Saloon».

Мигнуть всеми буквами в слове

  • Пин BLNK (blink). Входной сигнал pulse на этом пине запустит мигающаую последовательность всех букв в слове «Saloon».
  • Пин BN (blink number). Целочисленное значение — показывает, сколько раз нужно мигнуть.
  • Пин B_Ton. Время в секундах — задаёт интервал, в течение которого буквы остаются включёнными во время мигающей последовательности.
  • Пин B_Toff. Время в секундах — задаёт время, в течение которого буквы остаются выключенными во время мигающей последовательности.
  • Выходной пин B_D (blink done). Сгенерированный сигнал pulse на этом пине информирует, что мигающая последовательность завершила работу.

Зажечь все буквы в слове последовательно

  • Пин ACC (accumulate). Входной сигнал pulse на этом пине запустит последовательное зажжение всех букв в слове, начиная с первой.
  • Пин A_Ton. Время в секундах — интервал между зажжением букв.
  • Выходной пин A_D (accumulate done). Сгенерированный сигнал pulse на этом пине информирует, что последовательное зажжение букв завершилось.

Нода eye

На выходе нода имеет два пина типа boolean. Пин EYEO (eye open) управляет открытым глазом неоновой ковбойши, а пин EYEC (eye closed) закрытым. Всего у ноды три функции:

Открыть глаз

Пин O (open). Входной сигнал pulse на этом пине зажжет те части неоновых лент, которые подсвечивают открытый глаз ковбойши, и погасит те части, что подсвечивают закрытый.

Закрыть глаз

Пин C (close). Входной сигнал pulse на этом пине зажжет те части неоновых лент, которые подсвечивают закрытый глаз ковбойши, и погасит те части, что подсвечивают открытый.

Мигнуть глазом

  • Пин BLNK (blink). Входной сигнал pulse на этом пине запустит мигающаую последовательность для глаза.
  • Пин N (number). Целочисленное значение — показывает, сколько раз нужно мигнуть.
  • Пин Ton. Время в секундах — задаёт интервал, в течение которого глаз открыт во время мигающей последовательности.
  • Пин Toff. Время в секундах — задаёт время, в течение которого глаз закрыт во время мигающей последовательности.
  • Выходной пин B_D (blink done). Сгенерированный сигнал pulse на этом пине информирует, что мигающая последовательность завершила работу.

Нода beer-mug

На выходе нода имеет два пина типа boolean. Пин BUP (beer up) управляет поднятой кружкой пива, а пин BDOWN (beer down) — опущенной. Всего у ноды три функции:

Поднять кружку

Пин U (up). Входной сигнал pulse на этом пине зажжёт те части неоновых лент, которые подсвечивают поднятую кружку пива, и погасит те части, что подсвечивают опущенную кружку.

Опустить кружку

Пин D (down). Входной сигнал pulse на этом пине зажжёт те части неоновых лент, которые подсвечивают опущенную кружку пива, и погасит те части, что подсвечивают поднятую кружку.

Потрясти кружкой

  • Пин BLNK (blink). Входной сигнал pulse на этом пине запустит последовательное мигание поднятой и опущенной кружкой.
  • Пин N (number). Целочисленное значение — задаёт, сколько раз потрясти кружку.
  • Пин Ton. Время в секундах — задаёт время, в течение которого кружка находится наверху.
  • Пин Toff. Время в секундах — задаёт время, в течение которого кружка находится внизу.
  • Выходной пин B_D (blink done). Сгенерированный сигнал pulse на этом пине информирует, что ковбойша потрясла кружкой нужное число раз.

Алгоритм работы

Используя описанные выше функции, мы составили следующий алгоритм работы программы:

  • Начало работы программы. Задержка в 3 секунды.
  • Глаз ковбойши открыт, кружка опущена, надпись «Saloon» не горит.
  • Запуск цикла.

Цикл:

  • Буквы надписи «Saloon» начинают загораться последовательно.
  • Задержка в 1 секунду.
  • Ковбойша подмигивает 1 раз. Одновременно с этим надпись «Saloon» мигает 1 раз.
  • Задержка в 1 секунду.
  • Ковбойша трясёт кружкой 1 раз. Одновременно с этим надпись «Saloon» мигает 1 раз.

Шаг 16. Повестьте вывеску

Вывеска должна обрести свое место! Вашу неоновую вывеску можно повесить в помещении или на улице, если она достаточно герметична.

Мы долго думали, как поступить с нашей вывеской. В итоге мы решили подарить её знакомым в паб (56.34794336430581, 37.519853912626594), где она действительно будет к месту и не окажется на свалке.

outro-1

Вот уже больше полугода она работает «в боевых условиях», семь дней в неделю без перерыва и радует посетителей. По отсутствию каких-либо проблем можно судить о надёжности используемых модулей и о том, что подобный проект действительно работает!

outro-2