Un tableau lectronique daffichage des scores "Le panneau daffichage lumineux"

Dans la premire partie nous vous avons invit construire le pupitre de commande de ce tableau lectronique daffichage des scores. Dans cette seconde et dernire partie nous allons construire avec vous le panneau daffichage LED gantes. Nous vous rappelons que la liaison entre les deux peut se faire par cble ou par radio.

Il sagit en effet dun systme modulaire pouvant facilement tre adapt vos propres exigences.

Pour une utilisation en tableau des scores pour volley-ball, il suffit de quatre chiffres mais, par exemple, pour le basket, six chiffres pourraient savrer ncessaires. Aussi, pour satisfaire le plus dexigences possible, mme si le pupitre est prvu pour le pilotage de deux chiffres et demi par quipe, notre panneau lumineux est en mesure de grer jusqu huit chiffres (soit quatre par quipe). Ainsi, lorsquun jour ou lautre lenvie vous prendra de raliser un pupitre diffrent et capable de commander davantage de chiffres, vous ne serez pas limit par le panneau lumineux.

Mais revenons maintenant notre tableau des scores et voyons les raisons qui nous ont conduits certains choix et comment ceux-ci fonctionnent.

Le schma lectrique

Soyons clairs : le panneau lumineux est constitu dune platine de contrle (schma lectrique figure 1) et dautant de platines afficheur quon souhaite de chiffres (schma lectrique de lafficheur un chiffre figure 4).

Commenons par le schma lectrique de la platine de contrle (figure 1) : le microcontrleur utilis, un PIC 16F628-EF427, dj programm en usine, avec quartz de 20 MHz, soccupe directement de la gestion des LED indiquant la possession de la balle (la balle est dans quel camp ? voir premire partie de larticle) [LD1 et LD2 relies aux broches 1 et 17] et reoit en entre, par la broche 2 (RA3), le flux de donnes provenant du pupitre de commande. La rsistance R5 est ncessaire pour viter dventuels dommages causs par des courts-circuits, toujours craindre lors de linsertion ou de lextraction du jack de liaison portant, outre les donnes, lalimentation de la platine.

Le rle du microcontrleur est dinterprter le flux reu, den contrler lexactitude en fonction du protocole de communication propritaire (l encore, voir la premire partie de larticle) et dextraire les donnes prsentes. Celles-ci sont ensuite utilises pour grer les deux LED connectes directement au microcontrleur et pour visualiser les bons chiffres sur les platines afficheur.

Le microcontrleur doit, par consquent, convertir les donnes reues, en commandes capables de piloter le PCF8574 prsent sur chaque platine un chiffre et de les envoyer (par le bus I2C constitu des donnes SDA et de lhorloge SCL) aux platines afficheur. A celles-ci arrivent, en outre, la masse et le positif dalimentation, ncessaires au fonctionnement du PCF8574 (+5 V) et des LED (+12 V). Chaque platine afficheur dispose, par consquent, dun PCF8574 ou PCF8574A, ncessaire pour piloter les segments des afficheurs gants raliss en plaant quatre LED haute luminosit de 10 millimtres pour chaque segment, de manire former le chiffre 8. Ce circuit intgr nest autre quun expanseur de I/O command par bus I2C permettant, par deux fils, de piloter huit lignes de sortie. La possibilit dutiliser indiffremment le PCF8574 ou le PCF8574A est due un dispositif logiciel prsent dans le microcontrleur : la seule diffrence notable entre les deux tient ladressage du dispositif. Pour le PCF8574 cest le header (en-tte) 0100 qui est utilis, alors que pour le PCF8574A cest le 0111. Le microcontrleur de la platine de contrle, afin de contourner le problme, envoie deux flux gaux mais avec des en-tte diffrents.

Ainsi, chaque PCF reoit le flux qui lui convient (et il est par consquent possible de monter dans le mme panneau des PCF diffrents).

Si nous jetons un coup doeil sur le schma lectrique de lafficheur (figure 4), nous voyons que les huit sorties de U1 sont connectes autant de transistors NPN lesquels, recevant le niveau logique haut (1) sur leur base, ferment le collecteur la masse, ce qui permet la file des LED associe de sallumer. Les broches 1, 2 et 3 correspondent ladresse identifiant le chiffre : dans la ralisation pratique on a prvu un dip-switchs quatre microinterrupteurs permettant de fermer la masse (ON) ou de laisser au +5 V ( travers les rsistances de pull-up R1, R2 et R3) ces entres.

La convention utilise par le microcontrleur pour grer les chiffres, prvoit un code de type binaire pour lidentification des chiffres. Ainsi, pour indiquer le premier chiffre, celui des units, de lquipe A, on utilise le code 000 (ON ON ON), pour indiquer le second chiffre, celui des dizaines, de la mme quipe, le code 001, pour le troisime, celui des centaines, 010 et pour le quatrime, celui des milliers, 011. Quant lquipe B, le premier code (unit) sera 100, le second (dizaines) 101, le troisime (centaines) 110 et le dernier (milliers) 111 (voir Tableau 1).

Une autre remarque importante, propos du schma lectrique de lafficheur, a trait aux rsistances R4, R7, R10, R13, R16, R19, R22 et R25 : elles dterminent la luminosit des LED et sont dimensionnes en consquence.

Les valeurs utilises dans notre montage ont t calcules pour bnficier de manire optimale des LED employes.

Figure 1 : Schma lectrique de la platine de contrle du panneau lumineux.

Figure 2 : Le pupitre de commande dcrit dans la premire partie de larticle.

Lutilisation du pupitre de contrle peut se rsumer en quelques mots : tout dabord, il faut dterminer dans quel camp est la balle (possession de la balle) en pressant le poussoir TEAM A ou TEAM B. Ceci fait, les poussoirs UP et DOWN feront varier le dcompte des points de lquipe slectionne. Pour indiquer une manche (set) gagne, il est ncessaire de maintenir presse la touche TEAM A (ou TEAM B selon lquipe vainqueur de la manche) et presser la touche UP. Ainsi sallumera sur le pupitre le point dcimal de lafficheur de lquipe A (ou B) et sur le panneau lumineux sallumera la LED correspondant la manche de lquipe A. Pour remettre zro les points des deux quipes, il suffit de presser TEAM A + DOWN et TEAM B + DOWN. TEAM A + TEAM B produit une remise zro gnrale.

Figure 3 : Le protocole du PCF8574. Voici le dtail de la diffrence dadressage entre le PCF8574 et le PCF8574A.

Figure 4 : Schma lectrique dune platine afficheur (un chiffre) du panneau lumineux qui en comporte au minimum quatre.

Figure 5 : Schma dimplantation des composants de la platine de contrle du panneau lumineux.

Liste des composants de la platine de contrle

R1 = 330

R2 = 330

R3 = 4,7 k

R4 = 4,7 k

R5 = 10 k

R6 = 4,7 k

C1 = 100 nF multicouche

C2 = 470 F 25 V lectrolytique

C3 = 470 F 25 V lectrolytique

C4 = 100 nF multicouche

D1 = Diode 1N4007

LD1 = LED verte 10 mm

LD2 = LED verte 10 mm

U1 = Contrleur PIC16F628-EF427

U2 = Rgulateur 7805

Q1 = Quartz 20 MHz

Divers :

1 Support 2 x 9 broches

1 Prise pour jack stro pour ci, 6,35 mm

4 Vis 10 mm 3MA

4 Ecrous 3MA

Figure 6 : Schma dimplantation des composants dune platine afficheur du panneau.

Liste des composants pour une platine afficheur

R1 = 10 k

R2 = 10 k

R3 = 10 k

R4 = 680

R5 = 4,7 k

R6 = 10 k

R7 = 100

R8 = 4,7 k

R9 = 10 k

R10 = 100

R11 = 4,7 k

R12 = 10 k

R13 = 100

R14 = 4,7 k

R15 = 10 k

R16 = 100

R17 = 4,7 k

R18 = 10 k

R19 = 100

R20 = 4,7 k

R21 = 10 k

R22 = 100

R23 = 4,7 k

R24 = 10 k

R25 = 100

R26 = 4,7 k

R27 = 10 k

T1 = NPN BC547

T2 = NPN BC547

T3 = NPN BC547

T4 = NPN BC547

T5 = NPN BC547

T6 = NPN BC547

T7 = NPN BC547

T8 = NPN BC547

LD1/LD29 = LED rouge haute luminosit 10 mm

U1 = Intgr PCF8574A ou PCF8574

DS1 = micro-interrupteur 4 voies

Divers :

1 Support 2 x 8 broches

Figure 7 : Photo dun des prototypes du panneau lumineux avec, au centre, la platine de contrle et, de chaque ct, deux platines afficheur un chiffre, ce qui fait quatre platines et quatre chiffres. En mdaillons grossissants on a mis en vidence les micro-interrupteurs quatre voies (voir Tableau 1).

Mme si au volley-ball deux chiffres pour chaque quipe suffisent, chaque panneau lumineux peut comporter huit chiffres au maximum car ladressage de chaque chiffre est effectu par la combinaison de 3 micro-interrupteurs (le micro-interrupteur 1 nest pas utilis). La figure 7 montre la configuration standard pour raliser le tableau des scores pour volley-ball et le Tableau ci-dessus indique toutes les combinaisons pour adresser les chiffres disponibles.

Comme les micro-interrupteurs sont paramtrs seulement au moment de linstallation, il est possible de les remplacer par des straps fermant les contacts correspondant la position ON.

Tableau 1 : Le paramtrage des micro-interrupteurs (lire aussi le texte de larticle).

Figure 8 : Dessins, lchelle 1, des circuits imprims du panneau lumineux.

A gauche : le circuit imprim de la platine de contrle. A droite : le circuit imprim dun afficheur (un chiffre).

Figure 9 : Les LED utilises.

Les LED utilises dans notre montage ont t choisies aprs de multiples essais et le meilleur rsultat a t obtenu en prenant des LED de 10 millimtres rouges haute luminosit (500 mcd 20 mA) et ouverture angulaire de 60. Ce choix garantit, ainsi que ladoption dun plexiglas rouge, une visibilit optimale sous nimporte quel angle.

Figure 10 : Ralisation et montage dans le botier du panneau lumineux.

La construction du panneau daffichage se divise en trois phases principales : le montage des diverses platines, leur assemblage et la construction du botier. Pour ce qui est du cblage des platines, il suffit de monter tous les composants (sans oublier les straps, lire larticle) et deffectuer les soudures avec soin. Lassemblage des chiffres (quatre ici) doit tre ralis en plaant cte cte les platines et en soudant avec un gros fer souder les pastilles de connexion comme le montrent les photos. Pour la ralisation du botier, nous vous conseillons dutiliser un fond en compens ou contre-plaqu, des cornires de bois ou de plastique coupes onglets ( 45) et une feuille de plexiglas rouge (ncessaire pour augmenter le contraste des LED) constituant un couvercle translucide.

Figure 11 : Schmas lectriques de la liaison radio. En haut, le schma lectrique de lmetteur ; en bas, celui du rcepteur.

Figure 12 : La liaison par cble. En haut : le panneau daffichage lumineux. En bas, droite, la console de commande.

Outre la liaison radio, il est possible de relier le pupitre de commande et le panneau lumineux par un cble deux conducteurs avec blindage, comme celui utilis avec les micros symtriques : la section des conducteurs doit tre de 0,75 mm. La longueur du cble ne doit pas excder 10 m.

Figure 13 : Schma dimplantation des composants de lmetteur de la liaison radio.

Figure 14 : Photo dun des prototypes de lmetteur de la liaison radio.

Figure 15 : Dessin, lchelle 1, du circuit imprim de lmetteur de la liaison radio.

Liste des composants de lmetteur liaison radio

R1 = 10 k

C1 = 100 nF multicouche

C2 = 10 F 63 V lectrolytique

D1 = Diode 1N4007

U1 = Module hybride TX8LAVSA05

U2 = Rgulateur 7805

Divers :

1 Jack stro 6,35 mm

2 Vis autotaraudeuses 3MA

1 Vis 8 mm 3 MA

1 Ecrou 3 MA

1 Coupe de fil de 8 cm

1 Nappe 3 fils de 5 cm

1 Botier plastique SC/703

Figure 16 : Schma dimplantation des composants du rcepteur de la liaison radio.

Figure 17 : Photo dun des prototypes du rcepteur de la liaison radio.

Figure 18 : Dessin, lchelle 1, du circuit imprim du rcepteur de la liaison radio.

Liste des composants du rcepteur liaison radio

R1 = 10 k

C1 = 100 nF mulicouche

C2 = 10 F 63 V lectrolytique

D1 = Diode 1N4007

U1 = Module hybride RX8L50SA70SF

U2 = Intgr 7805

Divers :

1 Jack stro 6,35 mm

2 Vis autotaraudeuses 3MA

1 Vis 8 mm 3MA

1 Ecrou 3MA

1 Coupe de fil de 8 cm

1 Nappe 3 fils de 5 cm

1 Botier plastique SC/703

Figure 19 : Le raccordement du jack 6,35 mm sur lmetteur et sur le rcepteur.

Figure 20 : Mise en place du panneau lumineux dans le gymnase.

Bien que le panneau, grce lutilisation du plexiglas rouge, offre un contraste optimal et soit bien visible sous nimporte quel angle, il est tout de mme important de le placer de telle manire que les rayons du soleil passant par les fentres du gymnase ne rendent sa lecture impossible.

Avec une lumire artificielle il ny a, en effet, aucun problme de ce type redouter, mais si le panneau tait utilis en plein jour et sil tait plac de manire incorrecte, il pourrait tre moins visible. Dans un trs petit gymnase, le panneau peut tre reli par cble et plac sur la table ou la tribune du responsable des scores. Dans le cas dune installation fixe, en revanche, il serait judicieux de le protger des jets de balle par une grille larges mailles. Mieux vaut en effet que lexpression pulvriser les scores reste une mtaphore !

La ralisation pratique

Eh bien, puisque nous avons tudi le circuit, nous pouvons maintenant nous consacrer la ralisation pratique de ce panneau lumineux, cest--dire de ses diffrentes platines : une platine de contrle et au moins quatre platines afficheur (jusqu huit).

Partons, bien sr, des circuits imprims, facilement ralisables par la mthode dcrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprims facilement ?" : on trouvera figure 8, gauche, la de contrle et, droite, platine afficheur un chiffre). Tous deux sont lchelle 1, bien entendu.

Quand vous vous tes procur les circuits imprims ou que vous les avez vous-mme gravs et percs, montez les composants en commenant par ceux ayant le profil le plus bas : comme dhabitude, respectez le sens des composants polariss (diodes, LED, transistors, circuits intgrs monts sur supports, rgulateurs, condensateurs lectrolytiques, dip-switchs, etc.) en vous aidant des schmas dimplantation (figures 5, 6) et de la photo du prototype (figure 7).

Pour les LED haute luminosit, le mplat repre-dtrompeur concide avec la patte la plus courte, la cathode (figure 9). Elles doivent, de plus, tre enfonces fond dans les trous du circuit imprim et donc tre toutes au mme niveau.

Noubliez pas les straps sur les platines afficheur (sous la LD24, gauche de LD29 et droite de LD6).

Aprs toutes les soudures, introduisez avec soin les circuits intgrs dans les supports : microcontrleur et PCF.

Vous pouvez alors assembler les platines (la platine de contrle et les 4, au moins, platines afficheur), comme le montrent les figures 7 et 10 et constituer le panneau lumineux : chaque platine afficheur est dote de pastilles latrales servant aux connexions entre platines. Placez deux platines cte cte et, en utilisant une grosse panne et un fer souder de 50 watts au moins, soudez avec beaucoup de tinol de diamtre 1 millimtre les points de connexion. Les pastilles situes au bord suprieur des platines ne sont pas vraiment des connexions lectriques, elles servent plutt donner de la rigidit au panneau.

Le cble de liaison

Quand vous avez cr le tableau lumineux en solidarisant quatre platines afficheur avec la platine de contrle au centre et que vous avez paramtr les micro-interrupteurs de manire donner ladresse exacte chaque platine (figure 7), vous pouvez raliser le cble de liaison entre le pupitre de commande et le tableau lumineux (sauf si vous avez choisi la liaison radio, dans ce cas, reportez-vous la rubrique affrente) et procder aux essais.

Pour fabriquer la liaison filaire, un cble deux conducteurs (plus la tresse de masse) et deux jacks 6,35 millimtres suffisent : le fil de masse (la tresse de blindage dun cble deux conducteurs de type audio pour micro symtrique) est connecter la cosse correspondant la partie la plus longue du cylindre mtallique et la plus proche du cache du jack (en bleu fonc, GND, figure 19), lun des deux fils au centre (+12 V, en rouge, figure 19) et lautre au troisime point (DATA, en vert, figure 19). Bien sr, maintenez la mme convention pour les deux jacks.

Quand le cble est ralis, vous pouvez relier le pupitre et le panneau, alimenter le pupitre et essayer lensemble. Tout devrait fonctionner impeccablement du premier coup : le pupitre doit effectuer son test de mise en route. De mme pour le panneau. Quand tout est au repos, essayez dutiliser le pupitre comme expliqu dans la premire partie de larticle et toutes les oprations visualises jusqualors seulement sur lafficheur du pupitre le seront en grand sur le panneau lumineux.

Le montage dans le botier

Pour profiter de manire optimale de votre tableau des scores et pour le rendre encore plus professionnel, il est ncessaire de construire un botier adapt. Il vous suffira de prendre un fond en compens ou contre-plaqu (pas trop pais cause du poids mais tout de mme assez pour quil soit rigide), des cornires de bois ou de plastique coupes onglets (avec une scie onglets, elle aussi, comme en utilisent les encadreurs, justement) et une feuille de plexiglas rouge. Le plexiglas rouge augmentera le contraste et lclat des segments constitus par les LED haute luminosit et protgera le montage de la poussire et de lhumidit.

Noubliez pas le passage du jack dans la partie suprieure (figure 20) et, si vous choisissez cette solution, du petit botier radio (le rcepteur) que nous allons maintenant prsenter.

La liaison radio

En effet, nous disposons prsent dun tableau des scores complet contrl par cble. Mais notre systme prvoit, en outre, une liaison sans fil radio. Il suffit de substituer au cble de liaison, les deux modules dmission et de rception radio des donnes.

Les schmas lectriques du TX et du RX

Regardons les schmas lectriques des deux modules, figure 11 : lmetteur reoit directement lalimentation du pupitre de commande alors que le rcepteur a besoin, lui, dune alimentation externe 12 volts. Et ce, parce que le panneau lumineux, auquel le rcepteur est connect, ne dispose daucune alimentation (dans la version cble, il est aliment via ce dernier par le pupitre).

Il la reoit par le jack de liaison et, par consquent, lalimentation fournie au module de rception radio servira aussi alimenter le panneau lumineux.

Lalimentation doit donc tre en mesure de fournir un courant assez lev (au moins 1,5 ampre).

Les rsistances R1 relies entre lentre (ou sortie) du module radio et le jack, ont pour rle, l encore, de protger llectronique contre les risques de courts-circuits pendant linsertion ou lextraction dudit jack.

Les modules radio utiliss sont tous deux des AUREL, un TX8LAVSA05 et un RX8L50SA70SF. Ce sont des modules AM travaillant sur 868 MHz, garantissant un haut niveau de fiabilit et une porte de 50 100 mtres au moins, ce qui est plus que suffisant pour une installation dans tout gymnase.

La ralisation pratique de la liaison radio

Elle ne prsente pas non plus de difficult particulire. Procurez-vous ou ralisez les deux circuits imprims dont la figure 15 (pour le rcepteur) et la figure 18 (pour lmetteur) donnent les dessins lchelle 1. On pourra les raliser par la mthode dcrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprims facilement ?".

Montez sur les deux circuits imprims les quelques composants externes et les modules (attention lorientation des composants polariss : diodes, rgulateurs et condensateurs lectrolytiques) en vous aidant des figures 13, 14, 16 et 17.

Comme antenne, il suffit dutiliser un morceau de fil de cuivre maill de 8,5 centimtres de longueur environ (dont on aura dbarrass lextrmit souder de son mail avec une lame de couteau et de la toile meri).

Le montage du TX et du RX dans leur botier

Les jacks sont fixer au botier plastique (modle TEKO SC704) et relier au circuit imprim par deux morceaux de fil en respectant les inscriptions visibles figures 13 et 16. Prvoyez, dans le botier du rcepteur, un trou pour la prise dalimentation. Fixez les platines par les trous mnags dans les circuits imprims et fermez les botiers.

Vous pouvez alors substituer les modules au cble : reliez lmetteur au pupitre et le rcepteur au panneau (attention de ne pas les intervertir !) et alimentez ce dernier. Votre tableau des scores fonctionne parfaitement sans fil. Ce type de liaison permet dinstaller le panneau lumineux sans avoir tirer un cble entre pupitre et panneau. En outre, le systme est ainsi aisment transportable et extensible. En effet, si lon monte plusieurs panneaux radio, il est possible, avec un seul pupitre, de commander plusieurs points de visualisation en mme temps. Cela est possible grce au fait que lmission est monodirectionnelle et quelle nattend aucune rponse de la part du panneau : par consquent, le signal mis par le pupitre est capt par tout rcepteur cal sur la mme frquence dans laire de couverture de lmetteur. Le seul inconvnient de la liaison radio consiste dans les ventuelles perturbations HF environnantes : cest pourquoi nous avons choisi la frquence de 868 MHz car, ayant t autorise au public depuis peu, elle est nest pas encore encombre (ce qui nest pas le cas de la frquence 433 MHz).

Si vous aviez tout de mme des difficults de liaison, vous pourriez rapprocher le pupitre de commande du panneau lumineux ou encore optimiser les antennes, quitte monter des directives ( 868 MHz, elles ne sont pas bien grandes !).

Quant linstallation dans le gymnase (figure 20), nous vous conseillons deffectuer plusieurs essais de manire trouver la position la plus adapte pour le panneau : il doit tre install dans un endroit bien visible par le public comme par les joueurs et, si possible, labri des tirs de balles. Si une installation risque ne peut tre vite, prvoyez une grille mtallique mailles larges. Lorsque le lieu dinstallation optimal est trouv, prvoyez les liaisons par cble ou par radio, allumez le systme et bon match.Fin. 3me anne gnie lectriqueAdminiHaut du formulaireBas du formulaire

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