LED Pit Board: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Este instructivo es para un Pit Board LED digital que usamos para Karting. Es especialmente útil para carreras nocturnas en interiores y exteriores, incluidas las carreras de 24 horas. La tabla es clara a la luz del sol y se destaca por la noche. Debido a la serie de karts en la que participamos, el número de Kart podría ser diferente en cada carrera y es posible que tengamos 2 o 3 Karts corriendo en esa carrera, por lo que tenemos que cambiar el número en el tablero rápidamente sobre la marcha. Esto se hace a través de un teclado de 16 dígitos en la parte posterior de la placa.

El tablero se compone de 14 segmentos con 4 LED de sombrero de paja blanco en cada segmento. Todo se controla a través de un Arduino Nano (el que tiene el puerto USB incorporado). La placa se puede atenuar si es necesario y también puede parpadear para captar aún más la atención del conductor.

La parte delantera y trasera son una lámina acrílica de 3 mm con un marco de madera en el medio. Esto luego se perforó para cada LED individual. El tamaño total es el mismo que el de una hoja de papel A4.

Nota: Este instructivo muestra exactamente lo que hice, algunos de los componentes que ya tenía por ahí, así que usé lo que tenía. Hay mejores soluciones para algunas partes de esta compilación, y aprendí algo en el camino, las discutiré al final.

Que necesitas:

1 x Arduino Nano

1 x USB Power Bank (1A, más de 2200mOhm, preferiblemente sin su propio interruptor)

1 x cable USB

1 x interruptor

1 x teclado de 16 dígitos

3 resistencias de 7K5Ω (para el teclado)

3 resistencias de 2 KΩ (para el teclado)

Hoja de acrílico de 2 x 3 mm tamaño A4

1 x IRF9530 (MOSFET de canal P)

14 x IRL510 (MOSFET de canal N)

15 resistencias de 220 Ω (resistencias MOSFET)

15 x 10K resistencias de extracción

56 x LED de sombrero de paja blanco de 5 mm

56 x Resistencia adecuada para LED (220 Ω suele ser bueno)

Algún cable para conectar los LED / MOSFET, etc.

Un poco de tablero de la tira

Un poco de madera para el marco.

Cinta adhesiva negra

12 x tornillos

1 x manija de cajón

Paso 1: construye el marco

Aquí utilicé 18 mm x 44 mm x 2400 mm, que se cortó en 2 piezas a 261 mm y 2 piezas a 210 mm para que cuando se ensamblaran, la dimensión exterior coincidiera con las láminas acrílicas que había comprado (tamaño de papel A4 en este caso). Estos simplemente se atornillaron con unos tornillos para madera adecuados. En este punto, decida cuál será la parte superior y marque el punto central en la pieza superior. Desde este punto central, mida la misma cantidad a cada lado para adaptarse a la manija de su cajón, taladre agujeros para adaptarse al tamaño del tornillo de la manija. Envuelva el exterior de la madera con cinta adhesiva negra para darle un buen acabado. Finalmente monte el tirador del cajón con los tornillos suministrados.

Paso 2: Taladre los orificios del LED y monte los LED

Marque el acrílico (la protección de la cinta aún está encendida) con el diseño del segmento, en este caso 2 dígitos con 7 segmentos en cada dígito y 4 LED en cada segmento.

Taladre el acrílico con mucho cuidado, utilicé un pequeño trozo de madera de desecho para perforar en la parte posterior y comencé con un taladro de menor diámetro (2,5 mm) y terminé con un orificio de 5 mm para aceptar los LED de 5 mm. El acrílico es bastante quebradizo y puede astillarse fácilmente cuando se perfora, así que tenga cuidado.

Finalmente (y la parte más meticulosa) monta cada LED en cada agujero usando una pequeña cantidad de superglue. Sin embargo, no use demasiado en caso de que necesite cambiar un LED más adelante en la prueba. Si pega todo el contorno, la única forma de quitar un LED es taladrándolo. Encontré una pequeña mancha en un lado del LED lo suficiente como para mantenerlo en su lugar de forma segura y también soportar un poco de abuso.

En el panel trasero, corte el orificio para el teclado y el interruptor, asegurándose de que se alineen con la sección central de los LED en la placa opuesta para que tenga suficiente espacio libre. Monte el teclado y el interruptor y taladre los orificios para el banco de energía

Paso 3: el circuito

El circuito se ha dividido en 3 secciones, ya que me resulta más fácil describirlo.

1 - El lado de la potencia:

La energía se entrega al Arduino, al IRF9530 individual y al teclado a través del interruptor de encendido. El interruptor de encendido está conectado directamente al banco de energía de 5v. El IRF9530 se encuentra entre la potencia de 5v y cada uno de los segmentos de LED. Es este MOSFET de canal P el que se encargará de atenuar PWM y hacer parpadear los segmentos LED. Está conectado al pin digital 10 a través de una resistencia de protección de 220 Ω.

2 - Los segmentos LED:

Cada segmento de LED tomará su energía del IRF9530. Los segmentos están formados por 4 LED, todos conectados en paralelo, cada uno con su propia resistencia limitadora de corriente, que debería ser adecuada para la corriente directa de sus LED.

El lado –ve de los LED se conecta a un MOSFET de canal N IRL510 (un poco exagerado, pero tenía algunos por ahí). Cada segmento tiene su propio IRL510 ya que este es el "interruptor" para cada segmento. Cada IRL510 se conecta de nuevo a su pin Arduino correspondiente a través de una resistencia de protección de 220 Ω y tiene una resistencia desplegable de 10K para asegurarse de que se apaga por completo. (Las resistencias desplegables podrían omitirse ya que el Arduino se mantendrá bajo cuando no esté encendido).

3 - Cableado del teclado:

Debido a la cantidad de pines de Arduino que se utilizan para controlar los segmentos, no podemos utilizar el método de conexión de matriz de 8 pines para el teclado, así que desarrollé un método de conexión de 1 pin para este proyecto. Al agregar resistencias en los pines del teclado, podemos crear un divisor de voltaje diferente para cada botón. Conectando esto a un Pin analógico en el Arduino, podemos determinar qué botón se ha presionado según el diagrama del teclado.

Paso 4: Cablee la placa

Usé tablillas para crear un "PCB" para cada segmento. En cada segmento de PCB se encuentran los LED x 4, las resistencias LED x 4 y un MOSFET IRL510. Cada segmento tiene una conexión de 5v desde el IRF9530 y una conexión de 0v (casi como una red de anillo). La puerta del IRL510 se conecta a la "PCB" de Arduino en el centro.

Las resistencias de 220 Ω para los IRL510 están en el PCB central de Arduino junto con el IRF9530.

Conecte el teclado a 5V, 0V y el pin de señal al Arduino.

Finalmente, corte el extremo no deseado del cable USB y páselo por el panel trasero dejando suficiente para conectarlo al banco de energía. En el interior, pele con cuidado la carcasa exterior y separe los cables. Solo necesitamos las líneas de 5v y 0v. Podrías usar un multímetro aquí para encontrar cuál es cuál. Conecte el cable de 5v al interruptor y el 0v al teclado y PCB Arduino.

Una vez que se hayan realizado todas las conexiones, cargue Arduino Sketch a través del puerto USB de Arduino.

Paso 5: Encendido y funcionamiento

Conecte un banco de energía que pueda entregar al menos 1A e idealmente debería ser de 2200 mAh o más (esto debería ser suficiente para hacer funcionar la placa a máxima intensidad con todos los segmentos encendidos durante aproximadamente 1,5 horas) y encender la alimentación principal.

Nota: los Power Banks indican una clasificación de mAh, pero esa clasificación es para el paquete de batería interna (generalmente una batería de iones de litio 18650) que es nominalmente 3.7v. El banco de energía tiene un circuito de refuerzo interno que dc-dc convierte el voltaje a 5v. Esta conversión significa que se pierden algunos mAh. por ejemplo, un banco de energía de 2200 mAh realmente será (2200 * 3,7) / 5 = 1628 mAh a 5 v. Desafortunadamente, este no es el final del piso, ya que la mayoría de los convertidores dc-dc no son 100% eficientes (el circuito que realiza la conversión también necesita algo de energía), por lo que puede esperar perder otro 10% - 15% dentro del coverter. Entonces, 1628mAh ahora pierde otros 162.8mAh en el mejor de los casos, lo que significa que finalmente obtiene alrededor de 1465.2mAh.

Una vez que Arduino se haya iniciado, el dígito derecho mostrará un cero. En este punto, se puede ingresar cualquier número de uno o dos dígitos y ese número se mostrará en la pizarra. Si se ingresó un número de un solo dígito, el tablero mostrará un cero en el dígito izquierdo.

Otras funciones son:

La tecla ‘*’ alternará entre una pantalla parpadeante encendida o apagada

La tecla "A" mostrará FL en el tablero (podría usarse para decirle a un conductor que ha establecido la vuelta más rápida, o la usamos para recordarle al conductor que obtenga combustible en la siguiente parada).

La tecla "B" agregará una letra P al dígito izquierdo y luego puede agregar cualquier número al dígito derecho para mostrar la posición de la carrera, por ejemplo, P4.

"C" Aumentar el brillo

"D" Reducir el brillo.

Paso 6: lecciones / mejoras

Paso 6 - Mejora / Mejores soluciones

Como dije al principio, esta placa se construyó utilizando componentes disponibles en lugar de comprar nuevos, sin embargo, esto comprometió un poco el diseño y provocó algunas complicaciones. Aunque el diseño final funciona bien y se ve bien, aquí hay algunas mejoras u otras ideas para crear el mismo resultado final.

1 Utilice tiras de LED de 5v (LED blancos en una tira negra de 60 / m) para crear cada segmento en lugar de construir desde cero. Estos son baratos y están disponibles en eBay y se pueden unir al frente de la placa en lugar de perforar cada LED. Las tiras ya están precableadas y generalmente también incluyen la resistencia de corriente. Esto puede hacer que el diseño sea más liviano y delgado, ya que no se requiere tanto espacio interno.

2 Similar a lo anterior, pero use tiras de LED que se pueden escribir individualmente como los LED RGB tipo WS2812B y también hay descargas de bibliotecas para Arduino. Deberá considerar la energía disponible del banco de energía, ya que la visualización en blanco podría requerir más de 3 amperios. Pero mostrar rojo, azul o verde individualmente consumiría energía similar a mi diseño. La ventaja de los LED direccionables individualmente es que puede eliminar los MOFETS IRL510 y la gran ventaja es que solo necesitaría 1 Pin Arduino para controlar todos los LED. Debido a que este método libera los pines de Arduino, hace que el cableado sea mucho más simple y puede usar la biblioteca de teclado de matriz para que tampoco necesite las resistencias en el teclado. La capacidad de utilizar diferentes colores también podría ser útil.

3 Se podría hacer una versión más básica de la placa quitando el teclado y el Arduino y usando pequeños interruptores deslizantes al lado de cada segmento y cambiando manualmente la placa. Esto está bien si solo corres un kart y no necesitas cambiar rápidamente el número. También perdería la función de atenuación y destello, pero sería una construcción mucho más simple. Originalmente construí uno como este, pero descubrí que no teníamos tiempo suficiente para intercambiar los números entre los karts en algunos casos.

4 Consideré usar una pantalla de computadora portátil vieja en lugar de los LED para que se pudiera mostrar cualquier texto, pero la pantalla no es lo suficientemente brillante, especialmente cuando hace sol, pero incluso en una noche lluviosa estaba tenue detrás de una visera mojada. Además, el conductor solo tiene tiempo para echar un vistazo de pasada, por lo que la lectura es difícil, así que evítelo.