tl;dr

Es geht um ein Maker-Projekt, den Selbstbau einer LED-Matrixanzeige auf welcher beliebige Informationen angezeigt werden können. Das Gerät wird über WLAN mit dem lokalen Netzwerk verbunden, und kann darüber lokale oder via Internet verbundene Quellen anzapfen, welche dann auf dem Display angezeigt werden können, wie z.B. Audioquellen die zur Zeit abgespielt werden (Zone, Artist, Album, Titel), Wetter, beliebige RSS-Feeds, und Uhrzeit. Das ganze kann komfortabel über eine App gesteuert werden, welche auf allen wichtigen Plattformen läuft (iPhone, iPad, Android, MacOS, Windows, Linux). 

Bei der RoonMatrix handelt es sich um eine LED-Anzeige, welche von einem Raspberry Zero 2W angetrieben wird.

Das ist im wesentlichen ein CPU-Board mit einer Quad-Core 64-Bit Arm Cortex-A53 CPU, die mit 1GHz getaktet ist, und über 512 MB LPDDR2 SDRAM verfügt.
Das Board kann drahtlos über ein 2.4GHz 802.11 b/g/n Wireless LAN und Bluetooth 4.2 inkl. Bluetooth Low-energy (BLE) mit der Aussenwelt kommunizieren.
Auch ein HDMI-Port für den Anschluss eines Displays ist vorhanden, welcher in diesem Projekt aber nicht verwendet wird.
Das Betriebssystem inkl. der Steuerungs-Software kann auf eine micro-SD Karte geschrieben, und in den entsprechenden micro-SD Slot des Boards geschoben werden.
Das Board verfügt ausserdem über einen vielseitigen 40pin I/O Port. Dieser wird in diesem Projekt genutzt, um hierüber eine LED-Matrix und Steuerungstaster anzuschliessen. Diese beiden Zusatzkomponenten werden genutzt, um auf dem Gerät verschiedenste Dinge anzeigen, und den Ablauf steuern zu können. Praktisch ist auch der micro-B USB Port. Hier kann z.B. ein USB Bluetooth Audio-Adapter angeschlossen werden.
Vor allem ist dieses Board aber sehr kompakt. Es misst nur 65 x 30 x 5mm, und lässt sich daher sehr gut in kleine Geräte integrieren - wie hier in der RoonMatrix.

So sieht das CPU Board aus:

Die LED-Matrix besteht aus LED-Modulen mit jeweils 8x8 LEDs, also 8 horizontal angeordnete Leuchtdioden in 8 Reihen, sowie einer Steuerungsplatine, in der die LED Matrix eingesteckt ist. Diese Module sind mittlerweile sehr günstig zu haben. Im Standardgerät sind 21 Stück davon in Reihe verbaut, was dann eine Displayauflösung von 168x8 ergibt. In der Mini-Variante sind es 9 Module mit einer Displayauflösung von insgesamt 72x8.

Ein solches Modul sieht so aus:

Die Steuerplatine konvertiert den seriellen Datenstrom des CPU Boards in parallele Steuerungsimpulse, welche über I/O Leitungen die LED Matrix steuern. 
Die serielle Verbindung reduziert die Anzahl der vom I/O Port des CPU Boards benötigten Anschlüsse auf nur 3 Leitungen.
Zusammen mit dem Anschluss an die Stromversorgung kommt man dann auf insgesamt 5 Leitungen, welche vom CPU Board zum ersten Modul verkabelt werden müssen.

Hier ein Blick auf das Steuermodul, die LED Matrix, sowie die 5poligen Stiftleisten zur Verbindung mit dem CPU Board.:
 

Jetzt wirst du eventuell fragen: Wofür hat das Modul denn zwei Leisten?
Nun, darüber lassen sich mehrere Module in Reihe miteinander verbinden, denn ein einzelnes Modul wäre ja irgendwie langweilig.
Dadurch kann man also fast beliebig lange Modulketten erzeugen.
Man ist grundsätzlich frei, wieviele der Module man tatsächlich in Reihe schalten möchte. Die Anzahl ist in der dazu passenden Software frei konfigurierbar.

Die fertig aufgebaute Anzeige ist grundsätzlich in der Lage, beliebig lange Texte auf der Anzeige anzuzeigen. Die Texte werden dabei horizontal durchgeschoben (neudeutsch gescrollt).
Es ist aber auch möglich, Texte autom. zu splitten, und dann vertikal zu scrollen. Die Helligkeit lässt sich ebenso regeln, wie die Geschwindigkeit anpassen.
Damit man Inhalte flexibel steuern kann, gibt es ein Tasterkreuz. Das sind 4 Buttons welche im Kreuz angeordnet sind, sowie einen Taster in der Mitte. Ähnliches kennt man von vielen Fernbedienungen für den Medienkonsum.

Das Tasterkreuz wird über ein 5poliges Flachbandkabel mit den I/O Ports des CPU Boards verbunden:

Die fertige LED Matrix-Anzeige sieht dann so aus:

Detailansicht mit den Tastern:

Noch eine Frage: Warum heisst das Ding denn RoonMatrix?

Nun, die dazu passende Software ermöglicht es, verschiedene Dinge auf der LED-Matrix anzuzeigen. Und ein zentrales Feature davon ist die Unterstützung für die vielleicht momentan beste Musiksteuerungs-Software: Roon.
RoonMatrix erlaubt über das Tasterkreuz die Steuerung dessen, was auf den verschiedenen Devices zu hören ist, welche über den Roon Server angebunden sind.
Das können Bluetooth Kopfhörer sein, Digitalverstärker, oder Streamer welche Roon-Ready sind, oder andere Ausgabegeräte eines Mac oder PC worauf die Roon Client Software läuft.
Die Steuerung erlaubt es, zum nächsten Musiktitel zu springen, oder in einem Album zum Titel vor dem aktuell abgespielten zurückzuspringen, den Stream anzuhalten, oder wieder zu starten.
Auch die Steuerung ob man Titel in zufälliger Reihenfolge abspielen möchte oder nicht, ist über das Tastenkreuz möglich (shuffle mode).

Aber natürlich ist nicht nur die Steuerung der Kanäle möglich.
Die Matrixanzeige zeigt die Informationen für alle momentan abgespielten Titel an: Die Roon Zone, Artist, Album, und den Titel.

Aber es gibt noch mehr: Neben Roon wird auch Apple Music und Spotify unterstützt, so dass auch die darüber abgespielten Titel angezeigt werden können. Diese lassen sich ebenfalls über das Tastenkreuz steuern. Das geht aber nicht Out-of-the Box, etwas Software in Form eines lokalen Webservers wird dafür benötigt. Nähere Infos dazu findest du hier.

Die weiteren Features (momentaner Stand der Software):
- Anzeige der Wetterdaten für einen Ort.
- Beliebige RSS Feeds
- Datum und Uhrzeit

Welche Details genau in welcher Art und Weise angezeigt werden sollen, kann entsprechend per Terminalverbindung (SSH) via WIFI zum CPU-Board in einer Datei konfiguriert werden.

Wesentlich komfortabler geht die Konfiguration aber mit einer passenden App, welche es für Apple (macOS, iOS), Android, sowie Windows und Linux (Arm und Intel) gibt.
Die App bietet folgende Vorteile:
- Komplette Konfiguration über die App.
- Steuerung der Audiostreams über ein virtuelles Tastenfeld.
- Beliebigen Text eingeben und auf dem Matrixdisplay anzeigen.
- Live-Kontrolle über Laufband-Geschwindigkeit sowie Kontrast der Anzeige.
- die Anzeige der Daten welche über die RoonMatrix angezeigt wird als Text-Laufband.
- Monitoring der aktuellen RoonMatrix-Variablen.
- RoonMatrix LOG der letzten Stunde(n).

Hier ein paar Screenshots:

 

 

 

 

Für RoonMatrix werden folgende Bauteile benötigt (Menge, Bezeichnung, Maße, Bezugsquelle):

(Anmerkung: Die Links zu den Einzelteilen sind keine Affiliate-Links, ich verdiene nichts daran. Sie sollen lediglich die Suche nach passenden Einzelteilen erleichtern, welche in diesem Projekt verwendet wurden. Es sind die Original-Bezugsquellen, welche ich in diesem Projekt verwendet habe.)

1000 mm U-Profil aus 2,0 mm rostfreiem Edelstahl, 25 x 40 x 25 mm, Oberfläche gebürstet K320, gekürzt auf 766mm Länge (Versandmetall, Amazon)
Plexiglas Acrylglas getönt grau ( 7C83 ) lichtdurchlässig 21%, 800x200mm, 5mm dick, Zuschnitt: 766mm x 36mm (Ebay, Gerner Kunststoffe)
Raspberry Pi Zero 2W (Amazon)
HKY 5V Universal Netzteil für 5V 3A mit 5,5 x 2,1 mm Hohlbuchse (Amazon)
SanDisk Micro SDHC 8GB Class 4 Speicherkarte (Amazon)
4 Stück Schrauben M2.5 Edelstahl 6 mm (Amazon)
20 Stück M2.5 Schraubenmutter, besonders flach, Edelstahl A2 DIN 43,9 (Amazon)
8 Stück Abstandshalter M2.5x6mm+6mm Messing (Amazon)
20 Stück Schrauben M3 x 6 mm Linsenkopfschrauben (Amazon)
20 Stück Abstandshalter M3 Messing, 5+6mm (sourcing map, Amazon)
M3 Schraubenmuttern (Amazon)
schwarzer Tonkarton 110gr/qm, 88x37mm als Abdeckung für Button-Platine (Amazon)
2x seitliches Abschlussblech: 36 x 17-18mm
Dichtung aus Gummistreifen, 15 mm breit, 2 mm dick, 3 Meter lang, schwarz (sourcing map, Amazon)
6 Stück 20mm Magnethaken, hält bis zu 12Kg (Newaner, Amazon)
Tesa 4651 Premium Gewebeklebeband, Breite: 6mm, Farbe: schwarz, Rollenlänge: 25m (2B Klebebänder)
2 Stück Kabelschellen DIN 72573 Stahl verzinkt A2 V2A W4, Durchmesser 6mm (Sound-Pressure.de, Ebay)
2 Stück Opiol Distanzhülsen M3 (Ø Innen: 3,2 mm; Ø Außen: 6 mm; Länge: 18 mm) aus Aluminium (Opiol, Amazon)
2 Stück Innensechskant M3x30mm Senkkopf Schraube, schwarz (sourcing map, Amazon)
5 Stück Cerioll taktiler 4-poliger Miniatur-Mikro-Taster 6x6mm, 14mm Kopflänge (Amazon)
1 x DC Mount Hohlstecker 5,5 x 2,1 mm (RUNCCI-YUN, Amazon)
1 Stück Euro Epoxy Punktrasterplatine 160x100mm (Amazon)
2x 50pol. zweireihige rechtwinklige PCB Stift Leiste, 2,54mm Rastermaß (Amazon)
Lötzinn (Amazon)
Schaltlitze 0.14 qmm, rot und schwarz (Amazon)
UHU Sekundenkleber (Amazon)

21 Stück LED 8x8 Matrix Typ 1088AS mit MAX7219 LED-Controller (4er Modul von AZDelivery oder als Einzelmodul von Hailege, Amazon)
Bei den 4er Modulen ist zwischen den einzelnen LED-Modulen etwas zu viel Abstand. Die Module müssen hier sauber getrennt (gesägt),
und mit Sekundenkleber an den Seitenflächen der LED-Module miteinander geklebt werden. Die Einzelmodule sind etwas teurer, dafür machen sie weniger Arbeit, da hier die Platinen nicht über die Breite der LED-Module hinaus abstehen, und diese daher nicht gekürzt werden müssen.

Optional für Bluetooth Audio Modul (Micro USB Port nach aussen legen):
1x Exingk 11x16mm, Micro USB Adapter (Amazon, Exing)
1x 0.15mm Kupferlackdraht (Reichelt)
Tesa extra Power Perfect Gewebeband, schwarz, 2,75 m x 19 mm (Amazon)

Es folgen die Bilder zu den Bauelementen:

 

Optional kann man die RoonMatrix mit einem Bluetooth Audio Modul erweitern.
Dieses wird an den Micro-USB Port des Raspberry Zero 2W angeschlossen.
In diesem Fall muss man den Micro-USB Port nach aussen führen, und benötigt daher eine kleine Micro-USB Adapterplatine.

Falls man die 4er LED-Matrix Module einsetzen möchte, bekommt man unter Umständen das Problem, dass die einzelnen Module etwas zu viel Abstand zum nächsten Modul haben.
Das ist für unsere Anwendung als Laufband natürlich nicht wünschenswert. Es soll früher™ diese Module auch ohne diesen Abstand gegeben haben.
In meinem Fall hatten die Einzelmodule einen Abstand von 1-2mm. Daher habe ich diese kurzerhand mit der Säge getrennt, und dann neu zusammengesetzt.
Das ist etwas Arbeit, aber dafür ist das Ergebnis dann auch sehr zufriedenstellend. Alternativ kannst du die Module auch einzeln kaufen. In diesem Fall ist dieser Arbeitsschritt dann nicht notwendig.

Hier die einzelnen Arbeitsschritte:

Ich habe jeweils immer 4 Einzelmodule zusammengelötet, und das für alle Module wiederholt.
Am Schluss habe ich dann die 4er Module miteinander verbunden, so dass ich zum Schluss alle 21 Module in Reihe geschaltet habe.
Es ist ratsam, die Verbindungen mit einem Durchgangsprüfer zu prüfen.
Die Verbindungen von Vcc, GND, CS, und CLK sollten durchgehend verbunden sein, also vom ersten Modul bis zum letzten.
Es sollte natürlich keine Verbindung zw. den einzelnen Leitungen bestehen (vor allem zw. GND und VCC). 
Dout ist immer mit dem Din des nächsten Moduls verbunden, also wie eine Kette, wobei zw. Dout und Din des gleichen Moduls keine Verbindung bestehen sollte.
Wenn man beim löten alles richtig macht, dann sollte es später beim Anschluss an die Stromversorgung keine rauchende "Überraschung" geben :-)
Wer sich nicht sicher ist, sollte besser einmal mehr als einmal zu wenig die Kontakte mit dem Durchgangsprüfer kontrollieren!

Das U-Profil aus Edelstahl muss von einer Länge von 100cm auf 76,6cm gekürzt werden.
Ausserdem werden einige Bohrungen benötigt, und zwar:

1. Eine Bohrung für den Stromanschluss (11 mm)
2. Zwei Bohrungen für die beiden Befestigungshaken (4 mm)
3. Zwei Bohrungen zur Befestigung der Acrylglasscheibe (3 mm)
4. Vier Bohrungen für die Raspberry Zero 2W Platine (2,5 mm)
5. Vier Bohrungen für die LED-Module (3 mm)
6. Optional: weitere Bohrungen für Befestigung mit Magnethaken
7. Optional: Drei Bohrungen für Micro-USB Port

Im Bild siehst du die Position der Bohrungen und deren Bohrdurchmesser.
Die genauen Positionen ermittelst du am besten direkt am Objekt.
Dazu später mehr.

Die Bohrungen lässt man vielleicht besser in einer Fachwerkstatt durchführen, welche über die notwendigen Maschinen zur Bohrung in Edelstahl verfügt.
Das muss nicht teuer sein. Mit etwas Glück reicht eine kleine Spende in die Kaffeekasse, wie in meinem Fall.
Die Schutzfolie auf der U-Profil-Rückseite sollte man nicht vorher entfernen, damit das Profil beim Bearbeitungsvorgang keine Kratzer bekommt.

Nach den Bohrungen sollte das U-Profil in etwa so aussehen:

Download der technischen Zeichnung (DXF Datei, wurde mit QCAD erstellt):

Optional kann man die RoonMatrix mit einem Bluetooth Audio Modul erweitern.
Dieses wird an den Micro-USB Port des Raspberry Zero 2W angeschlossen.
In diesem Fall muss man den Port nach aussen führen, da das Modul im Gehäuse keinen Platz mehr findet.

Der Micro-USB Port wird über eine kleine Adapterplatine nach aussen geführt.
Hierfür muss ein Loch für den Port in das U-Profil gebohrt, und passend ausgefeilt werden, so dass der Port durch das Loch passt.
Anschliessend werden die beiden M3 Bohrungen für die Verschraubung der Adapterplatine angezeichnet, und gebohrt.

Das Bild zeigt einen Prototypen, wo das Loch für den USB-Port nicht ganz optimal ausgefeilt wurde. Das geht natürlich besser. :-)

Die Pins vom Micro-USB Port des Raspberry Zero 2W müssen 1:1 mit den Anschlüssen auf der Adapterplatine verbunden werden.
Die Vorgehensweise bei der Verkabelung wird in RoonMatrix Teil 12: Bluetooth Audio Modul Option genauer beschrieben.