Ogaki Mini Maker Faire に出展予定の作品に関して
フルカラーLEDを使用した信号機
その他の作品
マイコン(WS2811)内蔵フルカラーLEDを
5個使用して鉄道で使用されている
5灯式信号機の模型を作成してみました。
フルカラーLEDである必要はないのですが
LEDに内蔵されているマイコンの特性により
最小限(3本の配線)の配線で
複数の信号機を連続して接続し
制御できる利点に着眼し作成しました。
LEDを実装した基板と土台となる基板を
6セット作成し、LED基板を土台基板のソケットに
接合して信号機としています。
信号機と信号機の間を3線で接続するだけで
各LEDに対して独立した制御が可能です。
制御信号を生成するマイコンには
ESP8266(Wifi機能搭載マイコン)を使用
マイコンと初段の信号機の間を接続しています。
将来的には鉄道模型のおまけか
集中管理システムの模型の一部として
使用する構想を描いています。
今回使用したLEDは黄色の発色が悪いのが難点ですが
黄色の発色が良好なLEDを再選定して
最終形にしたいと考えています。
動画は準備中
参考までに5灯式の信号機は
閉塞区間(列車と列車の間隔)を
少しでも短くしたい線区
(例えば南海の新今宮〜天下茶屋では連続的に運用)
で使用されています。
5種類の表示現時があります。
列車が通過すると信号機は
通過直後は赤を表示し(停止現時)
その後方(次)の信号機は黄2個(警戒)
さらに後方の信号機は黄1個(注意)
さらに後方の信号機は黄1個、緑1個(減速)
さらに後方の信号機は緑1個(進行)
とする仕様です。
最奥の進行(緑)とその手前の(赤)の間に
列車が走行しているイメージです。
列車が見えないのでエア鉄道模型です。
MakerFaireなどの電子工作を展示するイベントでは
鉄道模型を走行させるスペースの確保は難しいと思うので
列車模型の代わりに列車の走行位置をLEDで
表示させることを検討中です。
部品調達はLED及びLED実装基板以外は
シリコンハウスやデジットで購入しました。
フルカラーLEDは秋月電子さんから
「PL9823-F5」を購入しました。
40円なので店頭販売価格と比較すると
単色のLEDの価格と大差がありません。
高輝度LEDだと単色でも同じか
それ以上の価格で販売されていることもあります。
「PL9823-F5」は4端子のLEDで
信号入力、電源、GND、信号出力
のピン配置となっています。
データシート(秋月さんのページからDL)
を確認すると、マイコンが内蔵されていること、
シリアル信号のパルス幅を「1」「0」
と判別して制御する仕組みとということまでは
わかりますがマイコンの型番が記載がなく
内部構成のブロック図の記載がないため
外付け部品の要否を簡単には判断できません。
下部にApplicationなる回路が記載されていますが
これを外付け部品と仮定すると
パスコンはマイコン側に付けるべきもので
矛盾します
何を伝えたいのか判断できません。
困ったものです。
「PL9823-F5」の商品のページに内蔵マイコンとして
「WS2811」のデータシートがリンクされているので
内蔵されているのは「WS2811」と判断し
こちらのデータシートもダウンロードして仕様を推定しました。
制御方法が独特で
Hの時間を1.35us±0.15us、
Lの時間を0.35us±0.15us
で倫理が「1」として
「H」「L」がその逆のタイミングで
「0」の論理となるように制御信号を
生成する必要があるようで、
かなりシビアなタイミングです。
ArduinoでdigitalWrite
を使用して制御していたのでは
delayなしでクロックを生成しても
2〜3usの時間が必要であり
到底間に合いません。
先駆者のライブラリを使用して
スケッチは作成します。
ライブラリのダウンロード、適用方法、使用方法に関しては、
下記をかなり参考にさせていただきました。
S/W参照元
ただし外付け抵抗やコンデンサは
下記を参照して挿入品のカラーLEDの場合は不要と
私は判断しました。
外付け抵抗が必要か不要か
もしリードタイプ(4ピン)のLEDの
電源ピンに100Ωの抵抗を挿入すると
10mAで1Vの電圧降下が
30mAでは3Vの電圧降下が生じます。
5V電源に対して抵抗の後段で
マイコンとLEDアノードを分岐させてしまうと
LEDの点灯条件により
マイコンのバイアス電圧が変動するという
ありえない構成になります。
リードタイプ(4ピン)のLEDには
抵抗が内蔵されていると判断しました。
実測してみようかと考えてWEBを検索してみると
すでに検証されている方がおられたようです。
LED実装基板はフレキシブルユニバーサル基板を
ハサミで切って製作することも考えましたが
不揃に基板が仕上がることが
予想できたので、PCBを設計して
製造依頼することにしました。
といってもH/W的には非常に簡単です。
下の写真のように単純にLEDを同じ方向に
下端(IN)、上端(OUT)として並べ
電源とGNDの2本は1直線で接続
後はINとOUTを数珠繋ぎするだけです
信号部の基板を作成するにあたり
DesignSparkPCBを使用、
非常に単純なパターンなので
回路図は作成せずに、いきなり基板図から
外形作成⇒2.54mm間隔でパッド配置⇒
パッド間とパッドの間の配線という手順
で設計(作図)しました。
意外と苦労したのは外形の作図でした。
なお土台部は暫定的にパターン付ユニバーサル基板で
製作しています。
現在「Ogaki Mini Maker Faire」 へ出展応募中です。
選考に通過すれば、もう少し仕様を見直したもので、
出展したいと思っています。
なお、この他にも各種LEDを使用した、
電子工作とソフトの作成を補助するツールを
展示及び紹介する予定です。
その他の作品(詳細)
右下の基板と上の2枚の基板は
実装している部品が異なるだけで
ベースとなる基板は同じです。
詳細はその他の作品(詳細)
を参照下さい。
スケッチ作成の補助環境を準備しました。
Excelツールを使用します。
お絵かき感覚で点灯させたいLEDの位置に
「1」を入力、生成されるコードを
Arduino IDEにコピペするだけです。
Excelツールはダウンロードして使用していただけます。
MAX7219{ﾏﾄﾘｯｸｽLED(8×8)}制御用資料をダウンロード
ESP8266参考スケッチをダウンロード
電光掲示板用にもスケッチの作成を補助するツールを準備しました。
こちらは2次元配列をArduino IDEにコピペして使用します。
ドットを直接入力しても使用することもできますが
フォームも準備しました。
使用したい文字が登録されているか確認した後
「文字を記入する」ボタンを押下げで
ドット情報をワークシートに記入できます。
フォントには美咲フォントを使用します。
ワークシート上にドット情報を登録済みですです。
漢字は1700文字登録済みです。
こちらのExcelツールもダウンロードして使用していただけます。
電光掲示板用の資料をダウンロード
詳細は
その他の作品(詳細)
を参照して下さい。
Wifiを使用した遠隔制御は
点灯情報を記入したテキストファイルを
FTPサーバへアップロードして実現しました。
テキストファイルの編集とアップロードを
ExcelのVBA(ユーザーフォーム上)で行っています。
FTPサーバへアップロードは
VBAだけでは困難なためBASP21を使用しています。
「遠隔操作開始」ボタン押下げで表示状態を
テキストファイルへ反映した後、
サーバーへアップロードします。
こちらのツールは公開していませんが
来場いただいた方には
操作を体験していただけるよう準備いたします。
フルカラーLEDを使用した信号機
その他の作品(詳細)
