Hardware

Componenten

We bouwden een grote kaart waarop de treintrajecten en steden werden weergegeven aan de hand van LEDs. De spelers kunnen de trein besturen aan de hand van de joystick. Voor elke game is er een apart logo dat wordt afgebeeld op een LCD, als kleine hint. Hieronder vindt men een lijst met de gebruikte componenten. Het PCB ontwerp wordt verderop besproken.

• Joystick : KY-023 Joystick module (XY-Axis)
• Ledkaart : WS2811 Digitale 8mm RGB LED String
• Lcd scherm : 2.2” SPI TFT Display Module ILI9341 (240x320)
• PCB : Eigen design
• Voeding : CS1202000 AC-DC convertor 12V 2A
• Gelasercut spelbord : Kartonplaat

Joystick

Deze joystick heeft vijf pinnen. Twee pinnen zijn voor de voeding: 5V en GND. De drie andere pinnen geven data door. De joystick kan over twee assen bewegen, de x-as en de y-as. Twee pinnen worden gebruikt om een signaal tussen 0 en 4095 te sturen, afhankelijk van de positie van de joystick. De laatste pin bevat het signaal van de drukknop, deze genereert een signaal dat 0 of niet 0 is, afhankelijk of de knop wordt ingedrukt of niet. We maken geen gebruik van de drukknop.

LEDS

Voor de leds maken we gebruik van WS2811 LEDS. Deze hebben drie aansluitingen: 5 V, GND en data. Het datasignaal moet ook vijf volt bedragen om de leds correct aan te sturen. Het datasignaal van de ESP bedraagt 3,3 volt, we gebruiken een level shifter om het signaal te versterken. De LEDS kunnen elk apart worden aangestuurd. De ledlampjes zijn per vijftig verbonden, er is een koppelstuk voorzien om meerdere ledstrings met elkaar te verbinden. Wij maken gebruik van twee ledstrings zodat we een array van 100 leds bekomen.

Communicatie Leds

De 100 leds worden aangestuurd via één datapin. Er moet dus een manier voorzien worden om via één datalijn alle leds aan te sturen. Hiervoor heeft elke led een IC die de data gaat lezen en de juiste data hieruit gaat halen. Hier wordt het IC WS2811 gebruikt. Zo stuurt het signalen door naar de drie verschillende led kleuren.

Iedere led heeft 24 bits (3 byte) nodig om een led een bepaalde kleur te geven. Dit komt doordat elke led een intensiteit heeft van 0 tot 255 en dit drie keer voor de rode, groene en blauwe led. Het eerste RGB led gaat zijn 24 bits van de datalijn inlezen en ervan halen. De overschot van de datalijn wordt doorgestuurd naar de tweede led die ook weer zijn 24 bits hiervaan gaat afnemen. Zo wordt elke RGB led voorzien van de data. De leds weten dat er weer data gestuurd wordt naar de eerste led wanneer er een pauze is van meer dan 280µs tussen de twee signalen.

LCD

Als LCD gebruikten we de 2.2” SPI TFT Display Module ILI9341. Dit is een LCD scherm dat 320 x 240 RGB leds heeft. Via de seriele communicatie SPI wordt dit schermpje aangestuurd. Deze vorm van communicatie wordt gebruikt omdat het zowel data stuurt naar het scherm maar ook gelijktijdig de data van de touchscreen moet terugsturen. Voor deze puzzel maakten we enkel gebruik van het scherm en niet van de touch functie. SPI neemt standaard vier pins in beslag: MISO, MOSI, SCK en CS. De vijf anderen zijn: ground, Vcc, Leds (apparte vcc voor de leds te doen branden) en DS/CS.

Voeding

We gebruiken een adaptor die onze opstelling van 12 volt voorziet. Deze kan stromen leveren tot 2A, dit is voldoende voor onze proef. Deze sluiten we aan op onze PCB aan de hand van een buck convertor.

PCB

We voeden ons ontwerp met een adapter die 12 V en 2 A voorziet. We vormen deze spanning om tot een spanning van 5 V aan de hand van een buck convertor. Deze spanning wordt op zijn beurt omgevormd door een spanningsregelaar. Alle externe componenten worden aangesloten aan de hand van pinheaders. Deze zijn rechtstreeks of onrechtstreeks verbonden met de ESP32-WROOM. Om de leds aan te sturen maken we gebruik van een data signaal. De ESP stuurt signalen uit van 3.3V maar de LEDS hebben een datasignaal van 5 V nodig. We gebruiken een level shifter om het signaal te versterken. Verder maken we nog gebruik van weerstanden en condensatoren. Hieronder volgt een lijst met componenten.

• Spanningsregelaar: AMS1117
• Level shifter: BSS138
• Boot/Enable: drukknop
• Barrel jack: Voedingchassisdeel 2,1mm
• Buck convertor
• Pin header
• Condensatoren
• Weerstanden

ESP

Buck convertor & voeding

Aansluiting pinheaders

Spanningsregelaar

PCB

Het ontwerp van de PCB bevindt zich hieronder. Er zijn nog een paar aanpassingen gebeurt om fouten op te lossen, deze zullen we verder verklaren.