Un minuteur à base LED multicolores

Nouveau projet annexe, réaliser un minuteur, ou un décompte assez gros pour être visible depuis les gradins lors des compétitions de robotique.

Bien sûr, il ne faut pas que ça coute trop cher, que ce soit ludique et pédagogique, donc DIY à fond.

J'ai commandé :
- un bandeau de LED WS2812 (sur AliExpress) en non-étanche (normalement c'est fini les bêtises avec les poissons à pêcher) avec une densité de 30 LED/m sur fond noir
- Un Arduino Uno (enfin l'équivalent  sinisé)
- une planche de bois format A3 (environ)
- une capa 100 uF- une alimentation stable 5V 4A

Et mes outils préférés :
- un fer à souder + étain
- crayon gomme équerre
- fil monobrin

Je suis parti d'un tuto en ligne assez bien fait, même s'il est dans la langue de Goethe : https://www.youtube.com/watch?v=UVISnxXh_VY

Et d'un autre qui m'a donné l'idée des gros chiffres : https://www.youtube.com/watch?v=LojGHyBFE8Q
 

Ouverture du colis

Premier test rapide du bandeau de LED, sans utiliser la protection de la capa. J'ai pour ça découpé mon bandeau pour ne garder que 4 LED.

Sur l'IDE Arduino, il suffit de télécharger la librairie NeoPixel d'Adafruit et de tester le programme de base "sample". Le bandeau de LED sera branché comme suit :
- le fil rouge sur le bouton rouge... euh.. sur le 5V
- le fil blanc sur la masse
- le fil vert sur D6

La prise en main est super rapide, il y a deux paramètres à régler dans le programme, la pin utilisée (j'ai gardé la D6) et le nombre de LED, que j'ai changé pour mettre 4

// Which pin on the Arduino is connected to the NeoPixels?

#define PIN            6

// How many NeoPixels are attached to the Arduino?

#define NUMPIXELS      4

Ensuite, l'allumage d'une LED se fait en utilisant la méthode setPixelColor(numéro de LED, couleur), puis la méthode show() de la classe AdaFruit_NeoPixel

pixels.setPixelColor(num, pixels.Color(0,150,0));

pixels.show();

La méthode Color() prend 3 paramètres, la valeur de rouge (0->255), de vert (0->255) et de bleu (0->255). Pour éteindre la LED, il faudra donc lui imposer Color(0,0,0) et faire un show()

Je me suis même amusé à faire un programme de couleur aléatoire sur les 4 LED avec un délai de 200ms entre chaque... Un peu psychédélique, mais ça le fait :-)

Revenons donc au minuteur.

Le principe électronique sera le suivant (excusez l'utilisation de powerpoint comme logiciel de conception électronique, mais chez nous on fait plutôt du Lego)

On part sur deux chiffres car le décompte sera de 90s.

Chaque chiffre en vert correspond à un digit (une bande de 4 LED) dans l'ordre vu par l'arduino, chaque chiffre en noir correspond au numéro de la LED à allumer.
Le GO sera le lanceur du minuteur, donc un simple bouton poussoir

On voit qu'on a 56 LED qui consomme chacune jusqu'à 60mA (allumage à fond), donc il faut une alimentation pouvant générer 56x60 = 3360 mA + conso de l'Arduino, donc 4A pour être large.

Ceci étant défini, il faut tracer le schéma sur la planche en bois. Chaque chiffre fera environ 15x30cm, ce qui devrait être suffisant pour être vu d'assez loin

Dessin sur la planche

 Ne regardez pas les traces de gras sur la planche, je devais revenir du Mc Do :-). De toute façon, la planche sera recouverte de noir pour mieux faire ressortir les couleurs des LED

 

Le même avec l'échelle des distances

Ensuite, il y a une opération de collage des bandeaux de 4 LED. Il faut juste être vigilent de bien respecter le sens les flèches sur les  LED. En effet, le protocole unifilaire est le suivant :

• Une trame contenant toutes les infos est envoyée par l'Arduino sur le fil.
• Chaque LED (enfin c'est pas la LED mais la pupuce WS2812) contient une entrée pour recevoir les data (DIN) et une sortie pour les envoyer (DOUT)
• La première LED reçoit la trame, prend le premier bloc de couleur et renvoie le reste de la trame à la LED suivante.
• On continue jusqu'au bout de la trame.

Chaque bandeau de 4 LED doit ensuite lié au suivant :
La masse sur la masse
Le +5V sur le +5V
Le DOUT de la dernière LED sur le DIN de la sauivante

Pour relier, j'ai opté pour du câble monobrin, ce qui permet d'éviter les petits brins qui causeraient avec le point de soudure à côté... et qui mettrait le brun. En plus c'est bien plus simple à dénuder et   découper

Voilà le résultat en vidéo du montage :

Ensuite le programme Arduino

J'ai défini 3 couleurs.
coul_on : du blanc pas trop puissant pour pouvoir garder juste l'Arduino pour alim
coul_red : un rouge pour la fin du compteur
coul_off : pour éteindre les LED

La pin 7 permet de lancer le compteur lorsqu'il est mis à la masse (le bouton du chrono quoi!)

Les chiffres sont allumés en blanc, le 0 en rouge pendant 5 secondes, puis tout est éteint.

La fonction Affiche(num, coul) porte bien son nom... elle allume les LED avec la couleur souhaitée pour former le nombre souhaité.

Chaque chiffre est décrit par sa correspondance binaire (dans l'ordre des digits) dans le tableau chiffres[], cela permet d'optimiser un peu le code. Les bits 1 sont allumés à la couleur voulue et les autres à coul_off (donc éteints)

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

// Which pin on the Arduino is connected to the NeoPixels?

#define PIN_PIXELS            6

// How many NeoPixels are attached to the Arduino?

#define NUMPIXELS      56

// how many pixels per branch of the digits

#define NUM_PIX_PER_BRANCH  4

// the pin for launching counter

#define PIN_LAUNCH        7

// When we setup the NeoPixel library, we tell it how many pixels, and which pin to use to send signals.

// Note that for older NeoPixel strips you might need to change the third parameter--see the strandtest

// example for more information on possible values.

Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN_PIXELS, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

// colors defined for lignhtened (or not) pixels

uint32_t coul_on = pixels.Color(30,30,30);

uint32_t coul_red = pixels.Color(30,0,0);

uint32_t coul_off = pixels.Color(0,0,0);

int chiffres[10] = {0x77,0x44,0x3E,0x6E,0x4D,0x6B,0x7B,0x46,0x7F,0x6F};

int go_counter=0;

int val_counter = 90; // number of seconds

void setup() {

  // put your setup code here, to run once:

  pixels.begin(); // This initializes the NeoPixel library.

  pinMode(PIN_LAUNCH,INPUT_PULLUP); // input is set as pullup to avoid having three wires

  Affiche(0,coul_off); // turn off the leds

}

void loop() {

  // put your main code here, to run repeatedly:

  if (digitalRead(PIN_LAUNCH)== LOW) // button pressed

    go_counter = 1; // used as a RSFlipFlop

  if (go_counter)

  {

    if (val_counter > 0)

      Affiche(val_counter,coul_on); // showing the number

    else if (val_counter > -5)

      Affiche(0,coul_red); // during funny action

    else

      Affiche(0,coul_off); // after funny action, everything is off

    val_counter--; // minus 1s

    delay(1000);// if no RTC, the delay must be calibrated to keep real timing

  }

}

void Affiche(int number,uint32_t color )

{

  uint32_t col; //color, on or off

  if (number > 99)

    return; // no lighting over 99

  byte n_diz = number/10;

  byte n_uni = number % 10;

  for (int i=0;i<7;i++) // each digit

  {

    // first dozens

    if ((1<<i) & chiffres[n_diz])

      col = color;

    else

      col = coul_off;

    for (int j=0;j<NUM_PIX_PER_BRANCH;j++)

    {

      pixels.setPixelColor(i*NUM_PIX_PER_BRANCH+j,col);

    }

    // then units

    if ((1<<i) & chiffres[n_uni])

      col = color;

    else

      col = coul_off;

    for (int j=0;j<NUM_PIX_PER_BRANCH;j++)

    {

      pixels.setPixelColor(7*NUM_PIX_PER_BRANCH + i*NUM_PIX_PER_BRANCH+j,col);

    }

  }

  pixels.show();

  }

Le résultat en vidéo (j'ai débuté le compteur à 10s, ça suffit pour la démo)

 

C'est pris d'un peu près, donc le résultat n'est pas hyper génial sur la vidéo. En se mettant à plusieurs mètres, ça rend beaucoup mieux.

Les améliorations à apporter :

• Rajouter le condo 100 uF pour pouvoir utiliser une alim externe et protéger les LED quand on allumera à fond
• remplacer l'arduino Uno par un Arduino min pro, plus compact et largement suffisant.
• Couvrir d'une plaque de plastique dépoli pour diffuser les lumières des LED
• peindre le fond en noir pour mieux faire ressortir les lumières 
• Calibrer la valeur du Delay pour avoir 90s exactement
• Rajouter un câble long pour lancer le minuteur à distance (comme l'arbitre le fera).

N'hésitez pas à copier, modifier, améliorer...