Grâce à la possibilité de relier la console de commande au tableau d’affichage par voie radio, l’ensemble peut être installé rapidement sans aucun problème dans tous les gymnases ou sur tous les terrains de sport, pour peu que l’afficheur soit à l’abri des intempéries (et encore, il peut être placé dans un sur coffret étanche en plexiglas).
Il est certainement arrivé à de nombreux passionnés de volley-ball, ou de sport en général, d’avoir suivi une partie importante, dans un petit club, et d’être resté le souffle suspendu jusqu’au dernier point décisif pour l’équipe qu’ils étaient venu encourager, faute d’un affichage correct.
Contrairement aux autres sports de balle, et il partage cela avec le tennis, au volley-ball, seul le score détermine la fin du match et donne la victoire à l’une des deux équipes.
Notre montage
Le tableau électronique d’affichage des scores décrit dans cet article a été développé, d’abord, pour une utilisation en volley-ball mais, comme nous le verrons plus loin, rien n’empêche de l’exploiter aussi au tennis, au basket, au football, aux boules, au billard et nous en passons ! Précisons, avant tout, que le tableau d’affichage proposé ici se subdivise en deux parties principales et qu’il est complètement modulaire.
Dans cette première partie, nous examinerons et réaliserons la console de commande constituant la base de tout le projet. Il s’agit d’un boîtier en forme de pupitre (figures 5, 8 et 9) mettant à la disposition de l’utilisateur les poussoirs de commande, les afficheurs à LED et les LED de visualisation. En fait, tout ce qu’il faut pour gérer le tableau électronique d’affichage des scores.
Voyons maintenant, en détail, les tâches que doit accomplir notre tableau des scores pour volley-ball. Il doit indiquer :
- le nombre de points marqués par chacune des deux équipes,
- le nombre de sets gagnés par chaque équipe et
- quelle équipe a la balle dans son camp, (le reste sera le souci des joueurs, des supporteurs et… de l’arbitre !).
Afin de pouvoir gérer au mieux toutes les fonctions nécessaires, 4 poussoirs, 2 LED et 6 afficheurs à 7 segments ont été prévus. Pour être tout à fait exacts, 4 afficheurs seulement sont utilisés en totalité et deux autres, représentant la centaine, ne peuvent afficher que des 1 (c’est-à-dire deux segments) : ce qui fait deux chiffres et demi, soit la possibilité d’inscrire jusqu’à 199 points. D’ailleurs, si l’on pense utiliser l’appareil pour le volley-ball exclusivement, inutile de monter l’afficheur de centaine car, dans ce sport, les sets se terminent à 25 points ! Mais pour d’autres disciplines, comme le basket par exemple, le chiffre des cent peut servir.
Le décompte des points au volley
Au volley-ball, une partie se termine quand une équipe gagne trois “sets” ou manches. Un set (sauf le cinquième qui est décisif) est gagné par l’équipe qui, la première, obtient 25 points avec un écart d’au moins deux points.
Dans le cas d’un score de 24 partout, le jeu continue jusqu’à l’obtention par une équipe, d’un écart supérieur de deux points au moins (26, 27, 28…) : et cette équipe emporte le set, bien entendu. Le cinquième set (joué seulement en cas d’ex-aequo de sets, soit 2 à 2) est joué à 15 points avec un écart de deux points au moins (15 à 13, 16 à 14…). Chaque fois que la balle tombe à terre, quand une équipe commet une faute ou quand elle reçoit une pénalité de la part de l’arbitre, un point est marqué. Alors, bien sûr, le tableau des scores pour volley-ball doit pouvoir signaler le score en points du set, le nombre de sets gagnés par chaque équipe et dans quel camp est la balle.
Notre dispositif, réalisé essentiellement dans ce but, ne néglige rien : toutes les informations nécessaires sont visualisées sur le pupitre de contrôle comme sur le panneau lumineux électronique d’affichage. Voyons-en de plus près le fonctionnement interne.
Le schéma électrique
Le schéma électrique de la partie qui nous intéresse dans cet article (le pupitre de contrôle ou console de commande) est donné à la figure 1. Nous voyons que toutes les opérations sont confiées au programme EF426, porté par un PIC16F628 de chez Microchip, déjà programmé en usine. Ce microcontrôleur travaille à la fréquence de 20 MHz, dispose de 2 kilo-octets de mémoire programme et de 16 ports d’entrées/sorties (E/S ou I/O).
Le microcontrôleur devant piloter 4 poussoirs, 2 LED et les afficheurs à 7 segments, il a fallu, par la force des choses, lui adjoindre un MM5450.
Ce circuit intégré est un pilote d’afficheur capable de gérer jusqu’à 4 afficheurs à 7 segments en utilisant les données provenant d’une ligne sérielle à 2 fils simplement, pilotée par le microcontrôleur.
Les deux segments de centaine (en parallèle entre eux pour les deux équipes) sont contrôlés directement par le microcontrôleur au moyen des ports RA0 et RA2, à travers les résistances R7 et R6. Ces résistances déterminent la luminosité des chiffres de centaine (des 1) et elles sont dimensionnées de manière à ce que, une fois allumés, ces chiffres aient la même luminosité que les autres. La luminosité des quatre afficheurs à 7 segments est réglée, en revanche, par le trimmer R1 connecté entre la VDD (broche 20) et le signal “BRIGHT” (broche 19) du MM5450. L’idéal, par conséquent, pour rendre uniforme la luminosité des chiffres, est d’utiliser pour R6 et R7 des résistances de 470 ohms et de régler le trimmer jusqu’à l’obtention du résultat souhaité.
Les poussoirs
Comme nous pouvons le voir sur le schéma, le microcontrôleur, en dehors du pilotage direct des chiffres de centaine, gère les LED, indiquant dans quel camp est la balle (LD1 et LD2) au moyen des ports RA1 et RA3 et les quatre poussoirs (P1 à P4) au moyen des entrées RB1, RB2, RB0 et RB3.
Ces poussoirs, une fois pressés, mettent à la masse le potentiel de la broche à laquelle ils sont reliés et, par conséquent, ils indiquent leur état au microcontrôleur. Ce dernier, utilisant les résistances de “pull-up” internes, reconnaît normalement au niveau logique haut (1) ses broches d’entrée (RB0 à RB3).
A la gestion des poussoirs est confié tout le fonctionnement de l’unité de contrôle : ils servent à la mise à jour de l’état des afficheurs, des sets remportés et de la possession de la balle. En appuyant sur P1 ou P2 (correspondant à TEAM A et TEAM B) on attribue la balle à l’équipe A ou à l’équipe B. Les poussoirs P3 et P4 (UP et DOWN) permettent de modifier le score de l’équipe qui, actuellement, est indiquée par LED comme étant en possession de la balle.
Par conséquent, si la LED indique l’équipe A, toutes les variations seront effectuées sur la première équipe ; si la LED allumée indique l’équipe B, toutes les actions effectuées par les poussoirs P3 et P4 se référeront à la seconde équipe.
Outre la modification des scores, les poussoirs P3 et P4 servent à la mise à jour du compte des sets gagnés par chaque équipe et pour la remise à zéro des scores. Ces fonctionnalités sont activées en pressant les touches UP ou DOWN et en maintenant appuyé le poussoir de l’équipe sur laquelle on veut agir. Par conséquent, si nous voulons attribuer un set à l’équipe A, nous devons maintenir appuyé le poussoir P1 (TEAM A) et presser P3 (UP).
Cette séquence de touches attribue un set à l’équipe A de manière cyclique, passant de 0 set gagné à 1, de 1 à 2 et de 2 à 0. Si nous tenons pressé P2 (TEAM B) les mêmes opérations sont effectuées sur l’afficheur correspondant à l’équipe B. Si le poussoir P4 (DOWN) est pressé en même temps qu’un poussoir correspondant à une équipe, le score de cette équipe est remis à zéro. Si nous pressons P1 (TEAM A) et P4 (DOWN) le score (et non les sets gagnés) de l’équipe A sera remis à zéro. Si nous pressons P2 et P4, le score remis à zéro sera celui de l’équipe B.
Mais voyons maintenant comment on envoie les données au panneau d’affichage électronique suspendu dans le gymnase et destiné au public.
Ce panneau d’affichage à LED à haute luminosité sera décrit en détail dans la seconde partie.
La connexion au tableau électronique d’affichage des résultats
La connexion au tableau d’affichage lumineux mérite un regard un peu appuyé (lui aussi !). Le schéma électrique nous montre que la ligne RB4 du microcontrôleur correspond au signal DATA OUT allant au jack stéréo. La résistance en série est nécessaire : elle constitue une protection dans le cas où, quand on enfonce le jack, le contact DATA OUT se trouverait en court-circuit avec le +12 V, ce qui serait dommageable au port du microcontrôleur.
L’intérêt de ce type de connexion est qu’elle peut être établie aussi bien par câble que par radio. En effet, si l’on connecte au jack une interface d’émission de données par radio, il est possible d’envoyer à une platine de réception le signal qui, en cas de connexion directe, est envoyé par câble. Ce procédé permet de réaliser le tableau électronique d’affichage des scores dans sa version de base en réduisant le coût de réalisation (liaison par câble) mais en ayant ensuite la possibilité, si on le veut, sans aucune modification de la console, d’ajouter l’interface radio que vous découvrirez dans un prochain article et d’obtenir ainsi le système complet constitué d’une unité émettrice (la console de commande) et l’unité réceptrice (le panneau lumineux).
Dans notre système, grâce à un protocole d’émission propriétaire à haut nouveau de sécurité (voir figure 8) utilisant une émission unidirectionnelle, le signal radio peut être capté par autant de panneaux lumineux que nous voulons, puisque ceux-ci n’ont aucune réponse à donner à l’unité de base.
Maintenant que les caractéristiques de la console de commande du tableau d’affichage des scores ont été éclaircies, nous pouvons passer à la description de la construction.
Figure 1 : Schéma électrique de la console de commande du panneau d’affichage du tableau électronique d’affichage des scores.
Figure 2 : Schéma d’implantation des composants de la console de commande.Sur la face “composants” seront placés les circuits intégrés, le régulateur de tension, la diode, les résistances, les condensateurs, le trimmer, le quartz et les connecteurs. Ne pas oublier de souder les composants sur les deux faces (ces composants ont un fond jaune).
Sur la face “afficheurs” du circuit imprimé double face, on disposera les afficheurs à 7 segments, les poussoirs et les diodes LED. Si vous réalisez vous-même le circuit imprimé, n’oubliez pas de faire les interconnexions entre les deux faces à l’aide de petits morceaux de queues de composants (ces composants sont en pointillé).
Figure 3a : Photo de la face “composants” d’un des prototypes de la console de commande.
Figure 3b : Photo de la face “afficheurs” du même prototype.
Figure 4a : Dessin, à l’échelle 1, du côté “composants” du circuit imprimé double face de la console de commande.
Figure 4b : Dessin, à l’échelle 1, du côté “afficheurs” du même circuit imprimé double face.Liste des composants de la console
R1 = 10 kΩ trimmer horiz.
R2 = 10 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 470 Ω
R5 = 470 Ω
R5 = 470 Ω
R6 = 470 Ω
R7 = 470 Ω
R8 = 4,7 kΩ
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 470 μF 25 V électrolytique
C3 = 470 μF 25 V électrolytique
C4 = 100 nF multicouche
D1 = Diode 1N4007
LD1 = LED rouge 5 mm
LD2 = LED rouge 5 mm
U1 = μContrôleur PIC16F628-EF426
U2 = Driver MM5450N
U3 = Régulateur 7805
Q1 = Quartz 20 MHz
DIS1 = Afficheur 7 seg. A. C.
DIS2 = Afficheur 7 seg. A. C.
DIS3 = Afficheur 7 seg. A. C.
DIS4 = Afficheur 7 seg. A. C.
DIS5 = Afficheur 7 seg. A. C.
DIS6 = Afficheur 7 seg. A. C.
P1 = poussoirs pour c. i. N.O.
P2 = poussoirs pour c. i. N.O.
P3 = poussoirs pour c. i. N.O.
P4 = poussoirs pour c. i. N.O.
Divers :
2 Barrettes “tulipe” sécables à 20 broches
2 Barrettes “tulipe” sécables à 9 broches
12 Barrettes “tulipe” sécables à 5 broches femelles
1 Plug d’alimentation
1 Prise jack stéréo 6,3 mm pour circuit imprimé
1 Dissipateur ML26
1 Vis 10 mm 3MA
4 Vis 5 mm 3MA
4 Entretoises filetées 8 mm 3MA avec leurs écrous
5 Ecrous 3MA
1 Boîtier TEKO PULT363
Figure 5 : Comment utiliser la console de commande.La console de commande permet de changer le score des points, le nombre de manches (“sets”) gagnées pour chaque équipe et le camp dans lequel se trouve la balle. Pour modifier cette dernière indication (par des LED marquées “BALL”), il suffit de presser le poussoir “TEAM A” ou “TEAM B”, selon l’équipe en possession de la balle. La LED d’indication de possession de balle signale, en outre, sur quelle équipe agiront les poussoirs “UP” et “DOWN”.
En effet, si l’équipe A est en possession de la balle et qu’elle gagne un point, il suffira de presser la touche “UP” pour voir augmenter de 1 le nombre de points de l’équipe A.
Si, en revanche, A possède la balle et que B marque 1 point, il faudra d’abord changer la possession de la balle (presser par conséquent la touche “TEAM B”) et ensuite attribuer le point à l’équipe B en pressant “UP”.
En effet, maintenant c’est l’équipe B qui possède la balle et par conséquent les poussoirs “UP” et “DOWN” agiront sur le décompte des points de l’équipe B. Bien sûr, le poussoir “DOWN” sert à corriger d’éventuelles erreurs commises par l’appareil… ou la personne qui s’en sert !
Supposons maintenant que l’équipe A atteigne les 25 points fatidiques (en assurant deux points d’écart par rapport au score de l’équipe B) et gagne donc la manche (“set”) : pour indiquer sur le panneau lumineux du gymnase le set remporté, il est nécessaire de tenir appuyée la touche “TEAM A” tout en pressant la touche “UP”. De cette manière, la console affichera le point décimal du premier afficheur de l’équipe A et sur le panneau lumineux la LED correspondant au premier set de l’équipe A s’allumera.
Pour remettre à zéro les points des deux équipes (puisqu’on vient de terminer un set), il faut presser “TEAM A” + “DOWN” et “TEAM B” + “DOWN”. Au début de la nouvelle manche (“set”), il suffit d’attribuer la possession de la balle à l’équipe ayant perdu le set précédent et marquer les points comme on l’a vu ci-dessus. Quand la manche est terminée, on doit presser “TEAM A” (ou “TEAM B”) + “UP” pour attribuer le set et “TEAM A” + “DOWN” et “TEAM B” + “DOWN” pour remettre à zéro les scores de points. Et ainsi de suite jusqu’à la fin de la partie.
Figure 6 : Le protocole de communicationPour envoyer les données à visualiser au panneau lumineux, la console utilise un protocole d’émission propriétaire atteignant un degré de sécurité très élevé, aussi bien par câble que par radio. Des caractères de synchronisme (U), sans cesse contrôlés par l’unité réceptrice, sont envoyés à intervalles prédéterminés, dans le flux de commande. En outre, pour augmenter la sécurité, un caractère de contrôle est envoyé à la fin du flux (“checksum” ou somme de contrôle).
Le flux complet permet de régler chaque caractère de l’afficheur en envoyant les valeurs des unités, des dizaines et de la centaine de chaque équipe : Si, par exemple, nous devons visualiser le score 21 pour l’équipe A, il suffit d’envoyer, en correspondance avec la cellule “Unités S1” et “Dizaines S1” les caractères “1” (code ASCII = 49) et “2” (code ASCII = 50).
Si, outre le décompte des points, nous devons signaler un set gagné, soit allumer la LED située sous un chiffre, nous devons, pour le chiffre en question, ajouter 10 au code ASCII du caractère à visualiser : Si, par conséquent, dans l’exemple précédent, l’équipe A, en plus d’avoir 21 points dans le set actuel, a déjà gagné un set, il suffit d’envoyer le caractère “2” comme “Dizaines S1” et le caractère “;” (code ASCII = 49 + 10) pour les unités.
Dans le flux de communication sont également prévues des commandes macro servant à remettre à zéro tout le panneau lumineux (“Clear” = éteindre toutes les LED) ou pour l’allumer complètement (“Set” = allumer toutes les LED). Dans la suite de cet article, nous entrerons davantage dans les détails concernant le protocole d’émission car tout est géré de façon entièrement automatique par les microcontrôleurs des deux interfaces.
Figure 7 : La connexion au tableau lumineux.La possibilité de connecter la console de commande au tableau lumineux en utilisant une interface radio, présente des avantages appréciables par rapport à la liaison par câble. Avant tout, la commodité de l’installation.
Grâce à l’absence de câble, en effet, on pourra placer le tableau lumineux au meilleur endroit en terme de lisibilité par le public et la console de commande sur la table de la personne préposée aux scores du match.
Un autre avantage est celui de pouvoir alimenter la console de commande avec une petite batterie de 12 V, dans la mesure où sa consommation propre est dérisoire, alors que le panneau lumineux, lui, devra être alimenté avec un adaptateur secteur capable de fournir 12 Vcc sous 1 A.
L’aspect le plus important reste cependant la possibilité de relier plusieurs tableaux lumineux à la même console de commande : en effet, comme le signal est unidirectionnel (seule la console de commande émet et le tableau est en réception constante), on ne peut craindre aucune sorte d’interférence.
Enfin, la portée, limitée à une dizaine de mètres dans le cas d’une liaison par câble, se voit portée à 100 mètres, ce qui laisse beaucoup plus de liberté à l’opérateur.
Le seul inconvénient de la liaison radio par rapport au câble (en dehors de l’aspect économique) est que des perturbations peuvent être localement présentes et perturber le signal utile (par exemple, les portables, s’ils sont vraiment proches, peuvent perturber l’émission) : comme dans les salles de cinéma, il faut alors prier le public de bien vouloir éteindre les téléphones. Néanmoins, le risque de subir ce phénomène de perturbation est largement réduit grâce à l’utilisation de modules à 868 MHz.
Figure 8 : Les avantages de la connexion par radio.La console de commande peut être reliée au tableau lumineux par un câble à trois fils (sur 10 mètres) ou par radio (100 mètres). Les signaux “VCC”, “DATA” et “GND” seront transportés.
Si on choisit la liaison par câble, il faudra utiliser un modèle blindé à deux fils dont la tresse de blindage constituera la masse et devra donc être reliée à la cosse de masse du jack. Les deux fils seront connectés indifféremment aux contacts “DATA” et “VCC” (par contre, repérez bien les couleurs et ne les interpolez pas à l’autre bout du câble).
La consommation du tableau lumineux étant assez importante (environ 1 A), ne prévoyez pas une section inférieure à 75/100 pour le fil “VCC”.
Par radio, nous le verrons dans la suite de cet article, ce problème est supprimé car le panneau lumineux est alimenté de manière autonome.
La réalisation pratique
La réalisation de la platine de contrôle ne présente aucune difficulté particulière sauf que, le circuit imprimé étant à double face, sa fabrication requiert une certaine expérience et le matériel adéquat. Si vous vous lancez, vous pouvez tout de même utiliser la méthode de la “feuille bleue” (PNP blue) décrite dans le numéro 26 d’ELM pour le côté “composants” (la figure 4a en donne le dessin à l’échelle 1).
Percez ensuite les trous, ce qui vous donnera des repères pour l’autre face et appliquez la feuille bleue photocopiée pour graver le côté “afficheurs” (la figure 4b en donne le dessin à l’échelle 1). Ne vous trompez pas dans le sens haut/bas ou droite/gauche de la deuxième face par rapport à la première (les trous sont décisifs).
Réalisez les traversées (via) avec de tout petits morceaux de fil de cuivre (des chutes de queues de composants feront l’affaire) soudés des deux côtés (la figure 2 vous aidera à déterminer quels sont les trous de communication entre les deux faces).
Lorsque vous serez en possession du circuit imprimé, vous pouvez commencer à insérer les composants en faisant bien attention au fait que certains sont à disposer sur un côté de la carte alors que d’autres le sont sur l’autre côté.
Les composants marqués en pointillé seront à monter du côté opposé à ceux marqués d’un trait plein. Pour vous aider dans le montage, nous avons rempli ces composants d’une couleur jaune.
Face “composants”, commençons donc par les résistances et la diode D1 (bague vers le bas) puis continuons par les condensateurs non polarisés, les condensateurs électrolytiques (en prenant bien garde de ne pas inverser leur polarité), le quartz (à monter debout mais bien plaqué contre la carte), le trimmer R1 (couché) puis les deux connecteurs “POWER” et “DATA OUT”, le régulateur de tension U3 (à visser couché dans son dissipateur contre l’aplat de cuivre du circuit imprimé à l’aide d’un petit boulon 3MA de 10 mm) et, enfin, les supports du microcontrôleur U1 et du pilote U2. Pour une fois, ces supports seront de type “tulipe”, à deux lignes de broches sécables, ce qui permettra d’exécuter les soudures d’interconnexion sans endommager les composants.
Les composants à monter sur la face opposée, que nous avons appelés “afficheurs”, sont les deux LED (méplat vers le bas), les 4 poussoirs et les supports des 6 afficheurs à 7 segments (là encore, et pour la même raison que celle que l’on vient d’invoquer, on utilisera des barrettes “tulipe” sécables).
Comme il s’agit d’un circuit imprimé double face, les composants seront soudés des deux côtés : cela constitue les interconnexions principales. Veillez à ne pas les endommager par une surchauffe excessive. En particulier les supports “tulipe” de circuits intégrés, le trimmer et les poussoirs.
Bien sûr, ce n’est qu’à la fin, soudures terminées et vérifiées (pas de soudure froides ou “collées” ni court-circuit entre pistes proches ni oubli d’une interconnexion, etc.) qu’on insérera les circuits intégrés U1 et U2 (repère-détrompeurs en U tournés respectivement vers le centre de la carte et vers R8) et les 6 afficheurs à 7 segments (point repère vers le bas, à droite). Le montage dans le boîtier Quand le montage a été réalisé avec soin, vous devez encore percer la face avant du pupitre dans lequel il viendra prendre place (pour le prototype, nous avons utilisé un boîtier plastique TEKO PULT363 mais vous pouvez utiliser un équivalent à votre convenance).
Les trous étant carrés, percez à un diamètre égal au côté du carré puis limez dans les quatre directions sans perdre courage*… ! Quant à la déco, nous vous faisons confiance mais rien ne vous empêche de vous inspirer de nos photos de prototypes (figures 5, 8 et 9).
| *En attendant qu’un génial inventeur ne nous propose des forets à percer les trous carrés ! |
Figure 9 : Un des prototypes terminé de la console de commande.Les essais
Nous pouvons maintenant alimenter le dispositif (12 Vcc, batterie ou adaptateur secteur) et vérifier le bon fonctionnement de l’ensemble : un premier test consiste à effectuer un comptage de 0 à 99 pour chaque équipe (pas besoin, pour le moment, d’avoir de vrais joueurs devant soi !).
Vous pouvez ensuite vous familiariser à la pratique de la console de commande en fonction de ce que vous avez appris à la lecture de cet article, notamment concernant le volley-ball (points dans un set, nombre de sets, camp où se trouve la balle).
A un moment, vous pourrez faire ces essais dans un gymnase, en vraie grandeur, sans avoir besoin du panneau d’affichage électronique des résultats suspendu à la vue du public. Ainsi, vous pourrez vous entraîner… et, éventuellement, vous tromper sans conséquence fâcheuse puisque vous serez seul à voir s’afficher les “résultats” du match sur votre console autonome, pour l’instant, non encore reliée aux afficheurs géants.
N’oubliez pas non plus que vous n’êtes pas limité au volley-ball : le tennis, les boules, le billard utilisent un système de scores analogue. Les chiffres des cent vous permettent de vous intéresser au basket, etc.
La suite… au prochain article !
La seconde partie sera consacrée à la réalisation du panneau lumineux d’affichage des résultats. Nous y présenterons aussi les interfaces radio permettant, si on le souhaite (voir figures 7 et 8), d’éviter l’emploi d’un câble pour la liaison entre console et panneau lumineux.
Précisons, par anticipation, que la fréquence utilisée sera 868 MHz, beaucoup moins perturbée que le classique 433 MHz. La portée sera de l’ordre de 50 à 100 mètres. Pour comparer, le câble, lui, ne devra guère excéder la dizaine de mètres.
Nous verrons enfin, dans la seconde partie, comment installer le système à l’intérieur du gymnase.
En attendant, pour patienter, vous pouvez commencer à construire l’élément principal : la console de commande.
A suivre…
Le panneau d’affichage lumineux