Steuerung von 5000 LED

Ich mache ein Projekt, bei dem 10.000 E / A gesteuert werden müssen.

5000 Ausgang - Für 5000 LED, bei denen jeweils nur 1 LED aufleuchtet

5000-Eingang - Für 5000-Sensoren, bei denen das Vorhandensein eines Objekts erfasst wird.

Grundsätzlich mache ich ein Speichersystem (ähnlich wie bei einem Taubenloch), bei dem eine kleine Kiste in dieses Taubenloch gelegt wird. Derzeit habe ich etwa 5000 Kartons über 20 Racks platziert. Jedes Gestell hat 250 Löcher (10 Spalten x 25 Reihen).

Jedes dieser Löcher hat eine LED und einen Sensor. Daher brauche ich 5000 LED & 5000 Sensoren.

Alle Sensoren und LED werden an ein System angeschlossen. Wenn ich die Box in das Taubenloch legen muss, scanne ich den Barcode der Box und registriere ihn im System. Das System sucht dann in allen Racks nach einem leeren Steckplatz und leuchtet die LED auf. Ich werde die Box in das Taubenloch stellen und die LED erlöschen.

Wenn ich eine Box abrufen muss, würde ich die Boxnummer eingeben und die LED der genauen Position würde aufleuchten.

Ich bin mir nicht sicher, wie ich anfangen soll. Möchten Sie wissen, welche Art von Hardware über eine solche Anzahl von E / A-Ports verfügt?

Der beste Ansatz ist, Ihre LEDs in einer 64x80-Matrix zu platzieren . Da immer nur 1 LED leuchten muss, können Sie Demultiplexer sowohl für Zeilen als auch für Spalten verwenden. Für die Zeilen möchten Sie 1 Zeile niedrig, für die Spalten 1 Zeile hoch.
Eine Lösung besteht darin, zehn 74HC138 s für die Zeilen zu verwenden, die von 7 Adressleitungen gesteuert werden (2 <80 <2 ). Sie benötigen eine zusätzliche Logik, um die Steuereingänge für jeden 74HC138 von dieser Adresse abzuleiten. Für die Spalten benötigen Sie acht 74HC238 , was dem 74HC138 ähnlich ist, dessen Ausgang jedoch aktiv hoch ist. Hier benötigen Sie nur 6 Adressleitungen (64 = 2 ). Sie haben also insgesamt 13 Adressleitungen. 7 $^6$$^7$$^6$

Ein anderer Ansatz ist die Verwendung einer CPLD . 13 Adresszeilen, 64 Spalten + 80 Zeilen. Das sind 157 I / Os. Altera hat ein paar MAX3000- Geräte, die genau das Richtige für Sie sind.

Wenn Sie keine kompakte Darstellung für die LEDs haben, wie z. B. ein synoptisches Panel, möchten Sie sie möglicherweise mit einem höheren Strom betreiben, um eine bessere Sichtbarkeit zu erzielen. In diesem Fall benötigen Sie zusätzliche Transistoren an den Ausgängen.

Whooo, Junge ... Das wird kein billiges Projekt!

Ich stimme Ranieri in Bezug auf das allgemeine Konzept zu, das Projekt in wiederholte "Kacheln" aufzuteilen.

Vorausgesetzt, Sie haben 20 Racks mit 10 Spalten x 25 Zeilen. Ich vermute, Sie möchten einen Master-Controller für jedes Rack (der sich auch mit der Stromverteilung befasst), gepaart mit einer "Regaleinheit" für jede Zeile, die für die Ansteuerung der LEDs für die 10 Spalten und die Erfassung der Box verantwortlich ist. Der Master-Controller kann auch eine Master-Leuchte oben im Rack ansteuern, sodass das Ziel-Rack leicht erkannt werden kann.

In Anbetracht der Entfernungen denke ich nicht, dass Sie USB als Verbindung zu den Racks verwenden sollten - USB fährt nicht gerne lange Strecken. Stattdessen ist eine isolierte Schnittstelle wie Ethernet oder opto-isoliertes Ala-MIDI wahrscheinlich die bessere Wahl. Die Schnittstelle innerhalb des Racks kann jedoch mit so ziemlich jedem Ansatz erfolgen.

XMOS-Geräte werden häufig zur Steuerung sehr großer LED-Arrays verwendet. Die LEDs sind in "Kacheln" gruppiert, wobei jede Kachel von einem XMOS-Chip und geeigneten Schieberegistern gesteuert wird. Die XMOS-Geräte können über Hochgeschwindigkeits-XLinks oder Ethernet miteinander verbunden werden und über Ethernet oder USB mit einem Hostsystem kommunizieren. XMOS-Geräte können Hochgeschwindigkeits-USB und -Ethernet in Software implementieren und benötigen lediglich geeignete PHY-Chips.

Die 5.000 Eingänge können auf ähnliche Weise miteinander verbunden werden.

Es ist wirklich schwierig, klare Empfehlungen zu finden, ohne eine genauere Vorstellung davon zu haben, was das gesamte System tun soll oder wie die LEDs und Sensoren angeordnet sein sollten, aber ich werde es versuchen.

Sie werden keine einzige Komponente mit 10000 digitalen E / A-Ports finden, und selbst wenn Sie dies tun würden, würde die Treiber- / Puffer- / Vorspannungsschaltung für die LEDs und Sensoren eine große Menge an Platz auf der Platine beanspruchen. Am besten teilen und erobern Sie - erstellen Sie eine Reihe von "Kacheln", die eine bestimmte Unteraufgabe verarbeiten, und verbinden Sie sie miteinander.

Wenn beispielsweise die LEDs und die Sensoren zusammen angeordnet werden müssen, kann jede Kachel beispielsweise 100 LEDs und 100 Sensoren, (De-) Multiplexer und einen einfachen Mikrocontroller enthalten. Dann würden Sie 50 dieser Kacheln zusammenbauen und die Gesamtzahl auf 5000 LEDs und 5000 Sensoren erhöhen. Anschließend verbinden Sie jede dieser Kacheln mit einer "Hauptplatine", die die einzelnen Platinen adressieren, mit dem Mikroprozessor auf ihnen sprechen und die LEDs und die Sensorwerte schreiben / lesen kann.

Eine der wichtigsten Entwurfsentscheidungen wird die "Leistung" des Muttersystems sowie der Verbindungsschaltung sein. Wenn Sie beispielsweise bereit sind, das Objekt von einem Laptop (oder einem ähnlichen Gerät) aus zu steuern, können Sie USB als Verbindung verwenden. Sie können dann einen Software-USB-Stack wie VUSB auf den Kacheln ausführen, um die Kosten niedrig zu halten. Andere Optionen könnten CAN, I2C und sogar Ethernet sein. Auch hier bestimmen die Besonderheiten Ihres Systems, was verwendet werden soll.

Für bestimmte Verwendungszwecke stehen wichtige Verknüpfungen zur Verfügung. Wenn die LEDs beispielsweise als Anzeige verwendet werden, können Sie sie wahrscheinlich mit einem Matrix-Setup und einem einfachen Bildspeicher von einem einzelnen Mikrocontroller aus steuern.

Es gibt Alternativen

• Sie können für jedes Rack separate Module erstellen und diese über LAN miteinander verbinden. Jedes Modul steuert 250 LEDs.

und / oder

• Sie können LEDs in einer 3D-Matrix steuern. Da jede LED nur 2 Anschlüsse hat, können Sie mithilfe eines Transistors einen dritten hinzufügen. Die LED leuchtet nur auf, wenn der Kollektor, der Emitter und die Basis korrekt mit Strom versorgt werden. Die 3D-Matrix benötigt nur 52 E / A (17 * 17 * 18) zur Steuerung von 5000 LEDs anstelle von 142 (71 * 71).

In der Zwischenzeit können Sie mit dem Rainbowduino und der 8 * 8 RGB LED Matrix spielen, die 192 LEDs (3 * 8 * 8) steuert.

Da Sie den Barcode an die zentrale Rechenstation übertragen müssen, müssen Sie einen Bus einrichten. Je nachdem, wie groß Ihre Boxen sind, spielt die Entfernung bei der Auswahl des Busses eine Rolle.

Analoge Verkabelung mit LED-Multiplexing ist bei großflächigen Konfigurationen, bei denen die LEDs nicht nahe beieinander liegen (Verkabelungsaufwand, unterschiedlicher Verkabelungswiderstand usw.), keine gute Idee.

Nehmen wir an, Sie möchten es billig halten. Versuchen Sie es mit I2C und machen Sie es hierarchisch. Es würde Routerknoten geben, die mit dem Master-Computer kommunizieren und Nachrichten zu und von den Blattknoten weiterleiten, von denen es einen pro Box geben würde.

Ein Blattknoten kann den Barcode lesen, eine LED anzünden und bei Bedarf verschiedene andere Funktionen ausführen, indem er Nachrichten liest oder an seinen Routerknoten sendet.

Dieses Setup befindet sich wahrscheinlich in derselben finanziellen Liga wie eine zentrale Verkabelung für 5k-LEDs und 5k-Sensoren, auch wenn diese modularisiert sind. Der günstigste AVR ATtiny4 mit 4 GPIOs kostet zahlenmäßig 0,6 EUR.