5000 LEDの制御

10,000のI / Oを制御する必要があるプロジェクトをやっています。

5000出力-5000 LEDの場合、一度に1つのLEDのみが点灯します

5000入力-オブジェクトの存在を感知する5000センサーの場合。

基本的に、私はストレージシステム（鳩の穴に似たもの）を行っています。これにより、小さな箱がこの鳩の穴に配置されます。現在、私は20のラックに約5000箱を置いています。各ラックには250の穴があります（10列x 25列）。

この穴のそれぞれに1つのLEDと1つのセンサーがあります。したがって、5000個のLEDと5000個のセンサーが必要です。

すべてのセンサーとLEDがシステムに接続されます。ボックスを鳩の穴に配置する必要がある場合は、ボックスのバーコードをスキャンしてシステムに登録します。次に、システムはラック内の空のスロットを探し、LEDを点灯させます。ボックスを鳩の穴に入れ、LEDをオフにします。

ボックスを取得する必要がある場合は、ボックス番号を入力すると、正確な場所のLEDが点灯します。

開始する方法がわからない。このような数のI / Oポートを備えたハードウェアの種類を知りたい。

最善の方法は、LEDを64x80マトリクスに配置することです。いつでも1つのLEDのみを点灯する必要があるため、行と列の両方にデマルチプレクサを使用できます。行を1行低くしたい場合、列を1行高くしたい。
1つの解決策は、7つのアドレスラインによって制御される行に10の74HC138を使用することです（2$^6$ <80 <2$^7$）。このアドレスから各74HC138の制御入力を取得するには、いくつかの追加ロジックが必要です。カラムには、74HC138と同様の8つの74HC238が必要ですが、出力はアクティブHIGHです。ここで必要なのは6行の住所行だけです（64 = 2$^6$）。したがって、合計13行の住所行があります。

別のアプローチは、CPLDを使用することです。13行のアドレス入力、64列+ 80行の出力。これは157のI / Oです。アルテラには、この要求に適合するMAX3000デバイスがいくつかあります。

シノプティカルパネルのようなLEDのコンパクトなプレゼンテーションがない場合は、視認性を高めるために、より高い電流でLEDを駆動することができます。その場合、出力に追加のトランジスタが必要になります。

おっと、男の子...これは安っぽいプロジェクトにはなりません！

プロジェクトを繰り返しの「タイル」に分解するという一般的な概念については、ラニエリに同意します。

10列x 25列のラックが20個あるとします。あなたが望むのは、各列の「シェルフユニット」とペアになっている各ラックのマスターコントローラー（これは配電も処理します）であり、10列のLEDの駆動とボックスの感知を担当していると思います。マスターコントローラーは、ラックの上部にあるマスターライトを駆動することもできるため、目的のラックを簡単に見つけることができます。

距離を考慮すると、ラックへの相互接続としてUSBを使用するべきではないと思います。USBは長距離をドライブするのが嫌いです。代わりに、イーサネットのような絶縁されたインターフェース、または光絶縁されたala MIDIがおそらくより良い方法です。ただし、ラック内のインターフェースは、ほとんどすべてのアプローチで実行できます。

XMOSデバイスは、LEDの非常に大規模なアレイを制御するためによく使用されます。LEDは「タイル」にグループ化され、各タイルはXMOSチップと適切なシフトレジスタによって制御されます。XMOSデバイスは、高速XLinksまたはイーサネットを介して相互に接続でき、イーサネットまたはUSBを介してホストシステムと通信できます。XMOSデバイスは、適切なPHYチップを必要とするだけで、高速USBおよびイーサネットをソフトウェアに実装できます。

5,000入力は、同様の方法でインターフェースできます。

システム全体の動作や、LEDやセンサーの配置方法を正確に把握していなければ、明確な推奨事項を提示するのは非常に困難ですが、試してみましょう。

10000のデジタルIOポートを備えた単一のコンポーネントを見つけることはできません。LEDとセンサーのドライバー/バッファリング/バイアス回路を実行したとしても、ボード上で莫大なスペースを占有します。あなたの最善の策は、分割して征服することです-特定のサブタスクを処理してそれらを結合するいくつかの「タイル」を作成します。

たとえば、LEDとセンサーを同じ場所に配置する必要がある場合、各タイルには、100個のLEDと100個のセンサー、（デ）マルチプレクサー、および単純なマイクロコントローラーがあります。次に、これらのタイルを50個組み立て、合計で最大5000個のLEDと5000個のセンサーをもたらします。次に、これらのタイルのそれぞれを、個々のボードをアドレス指定できる「マザーボード」に接続し、それらのマイクロプロセッサーと通信して、LEDとセンサー値を書き込み/読み取ります。

主要な設計決定の1つは、マザーシステムの「パワー」と相互接続回路です。たとえば、ラップトップ（または同様のもの）から制御する場合は、USBを相互接続として使用できます。次に、タイルでVUSBなどのソフトウェアUSBスタックを実行して、コストを抑えることができます。その他のオプションには、CAN、I2C、さらにはイーサネットがあります。繰り返しますが、システムの仕様によって何を使用するかが決まります。

特定の用途については、利用可能な重要なショートカットがあります。たとえば、LEDがディスプレイとして使用されている場合、マトリックスセットアップと単純なフレームバッファーを使用して、単一のマイクロコントローラーからLEDを駆動できます。

代替案があります

• ラックごとに個別のモジュールを作成し、LAN経由で相互接続できます。各モジュールは250個のLEDを制御します。

および/または

• 3DマトリクスでLEDを制御できます。各LEDには2つの端子しかないため、トランジスタを使用して3つ目の端子を追加できます。コレクター、エミッター、ベースに正しく電力が供給されている場合にのみ、LEDが点灯します。3Dマトリクスは、5000個のLEDを制御するために、142（71 * 71）ではなく52のI / O（17 * 17 * 18）しか必要としません。

その間、私はあなたがRainbowduinoと192個のLED（3 * 8 * 8）を制御する8 * 8 RGB LEDマトリックスで遊ぶことができると思います。

バーコードを中央計算ステーションに転送する必要があるため、バスをセットアップする必要があります。ボックスの大きさに応じて、距離はバスの選択に影響します。

LED多重化によるアナログケーブル接続は、LEDが互いに近くにない大面積のセットアップ（ケーブル配線の労力、ケーブル抵抗の違いなど）ではお勧めできません。

あなたがそれを安く保ちたいとしましょう。多分I2Cを試して、それを階層化してください。マスターコンピューターと通信し、リーフノードとの間でメッセージをルーティングするルーターノードがあり、ボックスごとに1つ存在します。

リーフノードは、バーコードを読み取り、LEDを点灯し、必要に応じて、メッセージを読み取ったり、ルーターノードに送信したりして、その他のさまざまな機能を実行できます。

このセットアップは、モジュール化されている場合でも、おそらく5k LED、5kセンサーの中央ケーブルと同じ金融リーグにあります。4つのGPIOを備えた最も安価なAVR ATtiny4は0.6ユーロです。