Bảng điều khiển LED: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Hướng dẫn này là dành cho Bảng mạch hố LED kỹ thuật số mà chúng tôi sử dụng cho Karting. Nó đặc biệt hữu ích cho các cuộc đua ban đêm trong nhà và ngoài trời, bao gồm cả các cuộc đua 24 giờ. Bảng rõ ràng dưới ánh sáng mặt trời và nổi bật vào ban đêm. Vì loạt phim kart mà chúng tôi tham gia, số lượng Kart có thể khác nhau ở mỗi cuộc đua và chúng tôi có thể có 2 hoặc 3 chiếc Kart chạy trong cuộc đua đó, vì vậy chúng tôi phải nhanh chóng thay đổi số trên bảng. Điều này được thực hiện thông qua một bàn phím 16 chữ số ở mặt sau của bảng.

Bảng được tạo thành từ 14 đoạn với 4 đèn LED mũ rơm màu trắng ở mỗi đoạn. Toàn bộ điều này được điều khiển thông qua Arduino Nano (thứ có cổng USB tích hợp). Bảng điều khiển có thể được làm mờ nếu cần thiết và cũng có thể nhấp nháy để thu hút sự chú ý của người lái xe hơn nữa.

Mặt trước và mặt sau là tấm acrylic 3mm với khung gỗ ở giữa. Điều này sau đó đã được khoan cho từng đèn LED riêng lẻ. Kích thước tổng thể giống như một tờ giấy A4.

Lưu ý: Hướng dẫn này hiển thị chính xác những gì tôi đã tạo ra, một số thành phần tôi đã có sẵn nên tôi đã sử dụng những gì tôi có. Có những giải pháp tốt hơn cho một số phần của bản dựng này và tôi đã có một số bài học trong quá trình thực hiện, tôi sẽ thảo luận về những giải pháp này ở phần cuối.

Những gì bạn cần:

1 x Arduino Nano

1 x Ngân hàng điện USB (1A, lớn hơn 2200mOhm - tốt nhất là không có công tắc riêng)

1 x cáp USB

1 x Công tắc

Bàn phím chữ số 1 x 16

Điện trở 3 x 7K5Ω (Đối với bàn phím)

Điện trở 3 x 2KΩ (Đối với bàn phím)

Tấm acrylic 2 x 3mm khổ A4

1 x IRF9530 (MOSFET kênh P)

14 x IRL510 (N Kênh MOSFET)

Điện trở 15 x 220Ω (Điện trở MOSFET)

Điện trở kéo xuống 15 x 10K

56 x Đèn LED Mũ Rơm Trắng 5mm

56 x Điện trở phù hợp cho đèn LED (220Ω thường là tốt)

Một số dây để kết nối đèn LED / MOSFET, v.v.

Một số bảng dải

Một số gỗ cho khung

Băng keo đen

12 x vít

1 x Tay cầm ngăn kéo

Bước 1: Xây dựng khung

Ở đây tôi đã sử dụng kích thước 18mm x 44mm x 2400mm được cắt thành 2 mảnh 261mm và 2 mảnh 210mm để khi lắp ráp lại với nhau, kích thước bên ngoài sẽ khớp với các tấm acrylic mà tôi đã mua (khổ giấy A4 trong trường hợp này). Chúng được vặn đơn giản với nhau bằng cách sử dụng một số vít gỗ thích hợp. Tại thời điểm này, hãy quyết định cái nào sẽ là phần trên cùng và đánh dấu điểm chính giữa trên phần trên cùng. Từ điểm chính giữa này, đo số lượng bằng nhau ở hai bên cho phù hợp với tay cầm ngăn kéo của bạn, khoan lỗ cho phù hợp với kích thước vít của tay cầm. Dùng băng keo đen quấn bên ngoài miếng gỗ để có lớp hoàn thiện đẹp mắt. Cuối cùng gắn tay cầm ngăn kéo bằng các vít đi kèm.

Bước 2: Khoan lỗ của đèn Led và gắn đèn LED

Đánh dấu acrylic (vẫn còn bảo vệ băng) với thiết kế phân đoạn trong trường hợp này là 2 chữ số với 7 đoạn ở mỗi chữ số và 4 đèn LED trong mỗi đoạn.

Khoan Acrylic rất cẩn thận, tôi sử dụng một mảnh gỗ vụn nhỏ để khoan vào mặt sau và bắt đầu với một mũi khoan có đường kính nhỏ hơn (2,5mm) và hoàn thành với một lỗ 5mm để chấp nhận đèn LED 5mm. Acrylic khá giòn và có thể dễ bị nứt khi bị khoan nên hãy cẩn thận.

Cuối cùng (và phần khó khăn) gắn mỗi đèn LED vào mỗi lỗ bằng cách sử dụng một lượng nhỏ siêu keo. Tuy nhiên, không sử dụng quá nhiều trong trường hợp bạn cần hoán đổi đèn LED sau này trong quá trình thử nghiệm. Nếu bạn dán keo hết cỡ, cách duy nhất để tháo đèn LED là khoan nó ra. Tôi tìm thấy một đốm màu nhỏ ở một bên của đèn LED đủ để giữ nó ở vị trí an toàn và cũng có một số lạm dụng.

Trên bảng điều khiển phía sau, hãy khoét lỗ cho bàn phím và công tắc đảm bảo chúng thẳng hàng với phần trung tâm của đèn LED ở bảng đối diện để bạn có đủ khoảng trống. Gắn bàn phím và công tắc và khoan lỗ cho pin sạc dự phòng

Bước 3: Mạch

Mạch đã được chia thành 3 phần để tôi dễ mô tả hơn.

1 - Mặt nguồn:

Nguồn được chuyển đến Arduino, IRF9530 duy nhất và Bàn phím thông qua công tắc nguồn. Công tắc nguồn được kết nối trực tiếp với nguồn điện 5v. IRF9530 nằm giữa nguồn 5v và từng đoạn LED. Chính MOSFET kênh P này sẽ chịu trách nhiệm làm mờ PWM và nhấp nháy các đoạn LED. Nó được kết nối với chân số 10 thông qua một điện trở bảo vệ 220Ω.

2 - Các đoạn LED:

Sau đó, mỗi đoạn LED sẽ lấy nguồn từ IRF9530. Các phân đoạn được tạo thành từ 4 đèn LED, tất cả đều được đấu dây song song với mỗi điện trở giới hạn dòng điện riêng của nó, phải phù hợp với dòng điện thuận của đèn LED của bạn.

Sau đó, phía bên trái của đèn LED được kết nối với MOSFET kênh N IRL510 (có một chút lỗi nhưng tôi có một số lỗi nằm xung quanh). Mỗi phân đoạn có IRL510 riêng vì đây là 'công tắc' cho mỗi phân đoạn. Mỗi IRL510 được kết nối trở lại với chân Arduino tương ứng của nó thông qua một điện trở bảo vệ 220Ω và có một điện trở kéo xuống 10K để đảm bảo nó chuyển mạch hoàn toàn. (có thể bỏ qua các điện trở kéo xuống vì Arduino sẽ ở mức thấp khi không bật).

3 - Kết nối bàn phím:

Do số lượng chân Arduino được sử dụng để điều khiển các phân đoạn, chúng tôi không thể sử dụng phương pháp kết nối ma trận 8 chân cho bàn phím nên tôi đã phát triển phương pháp kết nối 1 chân cho dự án này. Bằng cách thêm điện trở qua các chân bàn phím, chúng ta có thể tạo ra một bộ chia điện áp khác nhau cho mỗi nút. Kết nối cái này với một Pin tương tự trên Arduino, sau đó chúng ta có thể xác định nút nào đã được nhấn theo sơ đồ Bàn phím.

Bước 4: Lên dây bảng

Tôi đã sử dụng dải bảng để tạo ‘PCB’ cho mỗi phân đoạn. Trên mỗi phân đoạn PCB là LED x 4, LED điện trở x 4 và IRL510 MOSFET. Mỗi đoạn sau đó có một kết nối 5v từ IRF9530 và một kết nối 0v (gần giống như một vòng chính). Cổng từ IRL510 sau đó được kết nối với Arduino ‘PCB’ ở trung tâm.

Các điện trở 220Ω cho IRL510 nằm trên Arduino PCB trung tâm cùng với IRF9530.

Kết nối bàn phím với 5V, 0V và chân tín hiệu với Arduino.

Cuối cùng, cắt đầu không mong muốn của cáp USB và luồn qua bảng điều khiển phía sau để đủ để kết nối với pin dự phòng. Bên trong cẩn thận dải vỏ ngoài và tách các dây. Chúng tôi chỉ cần dòng 5v và 0v. Bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng ở đây để tìm cái nào. Kết nối dây 5v với công tắc và 0v với Arduino PCB và bàn phím.

Sau khi tất cả các kết nối được thực hiện, hãy tải Arduino Sketch qua cổng USB của Arduino.

Bước 5: Bật nguồn và vận hành

Kết nối Ngân hàng điện có thể cung cấp ít nhất 1A và lý tưởng là mức này phải là 2200mAh trở lên (mức này phải đủ để chạy bo mạch ở cường độ cao với tất cả các phân đoạn được chiếu sáng trong khoảng 1,5 giờ) và bật nguồn chính.

Lưu ý: Các Ngân hàng Điện lực công bố xếp hạng mAh nhưng xếp hạng đó dành cho bộ pin bên trong (thường là pin li-ion 18650) trên danh nghĩa là 3,7v. Ngân hàng điện có một mạch tăng cường bên trong dc-dc chuyển đổi điện áp thành 5v. Việc chuyển đổi này có nghĩa là một số mAh bị mất. ví dụ: pin dự phòng 2200mAh sẽ thực sự là (2200 * 3,7) / 5 = 1628mAh ở 5v. Thật không may, đây chưa phải là điểm kết thúc vì hầu hết các bộ chuyển đổi dc-dc đều không hiệu quả 100% (mạch thực hiện chuyển đổi cũng cần một số điện năng), vì vậy bạn có thể mất thêm 10% - 15% bên trong lớp phủ. Vì vậy, 1628mAh bây giờ mất 162,8mAh khác tối đa, có nghĩa là cuối cùng bạn nhận được khoảng 1465,2mAh.

Khi Arduino đã khởi động, chữ số bên phải sẽ hiển thị số không. Tại thời điểm này, bất kỳ số một hoặc hai chữ số nào cũng có thể được nhập vào và số đó sẽ được hiển thị trên bảng. Nếu một số có một chữ số được nhập, bảng sẽ hiển thị số 0 ở chữ số bên trái.

Các chức năng khác là:

Phím ‘*’ sẽ bật hoặc tắt màn hình nhấp nháy

Phím ‘A’ sẽ hiển thị FL trên bảng (có thể được sử dụng để thông báo cho người lái xe rằng họ đã đặt vòng chạy nhanh nhất hoặc chúng tôi sử dụng phím này để nhắc người lái xe lấy Nhiên liệu ở điểm dừng tiếp theo).

Phím ‘B’ sẽ thêm chữ P vào chữ số bên trái và sau đó bạn có thể thêm bất kỳ số nào vào chữ số bên phải để hiển thị vị trí cuộc đua e’g P4.

‘C’ Tăng độ sáng

‘D’ Giảm độ sáng.

Bước 6: Bài học / Cải tiến

Bước 6 - Cải tiến / Giải pháp tốt hơn

Như tôi đã nói lúc đầu, bo mạch này được chế tạo bằng cách sử dụng các thành phần có sẵn thay vì mua mới, tuy nhiên điều này đã làm tổn hại đến thiết kế một số và dẫn đến một số phức tạp. Mặc dù thiết kế cuối cùng hoạt động tốt và có vẻ ổn, đây là một số cải tiến hoặc ý tưởng khác để tạo ra cùng một kết quả cuối cùng.

1 Sử dụng dải LED 5v (LED trắng trên dải đen 60 / m) để tạo từng đoạn thay vì xây dựng từ đầu. Chúng rẻ và có sẵn trên ebay và có thể được dán vào mặt trước của bo mạch chứ không phải khoan từng đèn LED. Các dải đã được nối dây sẵn và thường bao gồm cả điện trở hiện tại. Điều này có thể làm cho thiết kế nhẹ hơn và mỏng hơn do không cần quá nhiều không gian bên trong.

2 Tương tự như trên nhưng sử dụng đèn LED dải có thể ghi riêng như đèn LED RGB loại WS2812B và cũng có tải xuống thư viện cho Arduino. Bạn sẽ cần phải xem xét nguồn điện khả dụng từ pin dự phòng vì hiển thị màu trắng có thể yêu cầu vượt quá 3Amps. Nhưng hiển thị màu đỏ, xanh dương hoặc xanh lá cây riêng lẻ sẽ tiêu thụ điện năng tương tự như thiết kế của tôi. Ưu điểm của đèn LED có thể định địa chỉ riêng là bạn có thể tháo các MOFETS IRL510 và lợi ích lớn là bạn chỉ cần 1 Pin Arduino để điều khiển tất cả các đèn LED. Bởi vì phương pháp này giải phóng các chân Arduino, nên việc đấu dây đơn giản hơn nhiều và bạn có thể sử dụng thư viện Bàn phím ma trận, do đó bạn cũng không cần điện trở trên bàn phím. Khả năng sử dụng các màu sắc khác nhau cũng có thể hữu ích.

3 Có thể tạo ra một phiên bản cơ bản hơn của bảng bằng cách tháo bàn phím và Arduino, đồng thời sử dụng các công tắc trượt nhỏ bên cạnh mỗi đoạn và chuyển bảng theo cách thủ công. Điều này là ổn nếu chỉ chạy một chiếc xe kart và bạn không cần nhanh chóng thay đổi số. Bạn cũng sẽ mất chức năng làm mờ và nhấp nháy nhưng nó sẽ là một bản dựng đơn giản hơn nhiều. Ban đầu tôi đã tạo một cái như thế này nhưng nhận thấy rằng chúng tôi không có đủ thời gian để hoán đổi số giữa các kart trong một số trường hợp.

4 Tôi đã cân nhắc sử dụng màn hình máy tính xách tay cũ thay vì đèn LED để hiển thị bất kỳ văn bản nào nhưng màn hình không đủ sáng, đặc biệt là khi trời nắng chói chang, nhưng ngay cả vào buổi tối mưa, nó vẫn bị mờ sau tấm che ẩm ướt. Ngoài ra, người lái xe chỉ có thời gian để lướt qua nên việc đọc rất khó khăn, vì vậy hãy tránh điều này.