Star > Elektronik > Judotafel

Wertetafel für den Judowettkampf

Kurzbeschreibung

Dieses Projekt enstand als Beitrag zum Wettbewerb "Jugend entwickelt Elektronik" der Fachzeitschrift "funkamateur". In Zusammenarbeit mit meinem Bruder entwickelte ich eine Elektronik, basierend auf der Basic Stamp 2, um Wertungen während eines Judowettkampf zu erfassen und darzustellen. Beim Wettbewerb belegten wir den zweiten Platz.

Aktuell:
Es gibt noch Probleme mit der großen Anzeigetafel. Scheinbar übersteuern wir die Anodentreiber so stark, dass die Speicherzeit sich enorm verlängert. Im Klartext: die Treiber schalten nicht schnell genug ab, wodurch die Ausgabe mehrerer Stellen überlagert erscheint. Sobald ich Zeit habe, probiere ich MOSFETs als Treiber aus.

Kurzübersicht

Autoren Alexander, Dominik
Mikroprozessor Basic Stamp 2 von Parallax
Eigenschaften
  • Bedienpult und Großanzeige getrennt
  • drei Wertungsanzeigen pro Kämpfer
  • Kampfzeit wird gestoppt - Signal bei Ende
  • Separate Anzeige & Zeitmessung für Haltegriffe
  • Einfacher Anschluß für Großanzeige
  • 13 Tasten + 1 Wahlschalter, mit Flipflops entprellt
  • 8 Bit Datenbus - 4 Bit Addressbus
  • 32768 Hz Oszillator als Zeitgeber
Gehäuse MDF-Platten 10mm
Plexiglasscheibe mit Öffnungen für die Tasten
Blechausschnitt zur Montage eines Kaltgeräteanschluß
Stromversorgung 230V/50 Hz über Printtransformator, Gleichrichter und Glättungskondensatoren

Lizenz

Die Schaltpläne sowie die Firmware für den Controller stehen unter einer Creative-Commons-Lizenz.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.0 License.

Downloads

Hauptplatine EAGLE 138kb / PNG-Image 74kb
Hauptplatine 2 EAGLE 141kb / PNG-Image 36kb
Anzeige 1 EAGLE 136kb / PNG-Image 34kb
Anzeige 2 EAGLE 136kb / PNG-Image 34kb
Zeitanzeige EAGLE 140kb / PNG-Image 40kb
Quellcode Basic Stamp 2 ZIP 3kb / HTML
Großanzeige EAGLE 212kb / PNG-Image 82kb
Großanzeige Einzeltreiber EAGLE 79kb / PNG-Image 21kb
Großanzeige Anordnung PNG-Image 10kb
Vorlage Große 7-Segmentanzeige PNG-Image 10kb
Vorlage Kleine 7-Segmentanzeige PNG-Image 8kb
Vorlage Strafpunkte PNG-Image 6kb

1. Aufgabenstellung

Die elektronische Tafel soll die Zeit nehmen. Sie muss also eine Start-Stop-Funktionalität für die Kampfzeit zur Verfügung stellen. Zusätzlich soll die Haltezeit gestoppt werden. Die Kampfzeit läuft parallel dazu weiter. Maximale Haltezeit sind 25 Sekunden. Die maximale Kampfzeit beträgt 3 oder 5 Minuten. Die beiden Zeiten müssen wählbar sein.

Wertungen sollen sehr einfach erfasst aber auch wieder korrigiert werden. Pro Kämpfer fallen drei verschiedenen Wertungen und drei Strafen an. Fehleingaben müssen abgefangen werden.
Ein deutliches Signal/Zeichen sollte klarstellen, ob die Zeitmessung geraude pausiert.

Wettbewerb: Der Mikrocontroller Basic Stamp 2 soll verwendet werden. Es sind keine weiteren Controller erlaubt. In der Funkamateur wurde eine Platine vorgestellt mit der die Funktionalität des Original-Moduls ohne SMD-Bauteile nachgebildet wird. Nährere Infos: Sander-electronic.de.

2. Umsetzung

Für jede Wertung jedes Kämpfers gibt es eine Taste und eine Anzeige. Die drei Strafen sind als LED-Punkte aufgebaut. Die jeweilige Anzeige wird unmittelbar bei Tastendruck inkrementiert. Hält man während des Tastendruck die Zurücktaste, dekrementiert die Tafel diese Wertung. Eine Rückgängigtaste (Undo) macht die letzte Änderung ungeschehen.

Ein Binärzahler, in Hardware realisiert, hält die Zeit in 1/128 Sekundenschritten fest. Der Mikroprozessor speichert bei Beginn der Haltegriffzeit die aktuelle Zeit und stellt danach die Differenz der aktuellen zur gespeicherten Zeit dar. Ein Schiebeschalter an der Seite ermöglicht es, die Länge der Kampfzeit festzulegen.
Für die Kampfzeit haben wir drei Ziffern und für die Haltezeit zwei Ziffern genommen. Ein LED-Punkt neben der Kampfzeit informiert über den Pausestatus.

2.1 Bussystem

Wir haben uns für einen Datenbus mit 8 parallelen Leitungen sowie einen Adressbus aus 4 Leitungen entschieden. Die Basic Stamp 2 stellt ingesamt 16 Ports zur Verfügung. Uns blieben noch 4 Ports zur direkten Ansteuerung der Pause-LED, des Summers und der Taktfreigabe des Zählers. Ein Demultiplexer am Adressbus aktiviert das Gerät mit der gewünschten Adresse. Eine Adresse bleibt gezielt ungenutzt. Immer zwei Ziffern haben die gleiche Adresse. Der Datenbus wird bidirektional betrieben, wir lesen und schreiben also darauf. Für die Großanzeige sind der Daten- und Adressbus nach außen geführt.

2.2 Sieben-Segment-Anzeigen

Jede Anzeige wird über den Standardlogikbaustein 74HC4511 gesteuert. Er ist ein BCD-Dekoder, Zwischenspeicher und LED-Treiber. Das heisst, dass er die darzustellende Zahl in 4 Bit-Darstellung entgegennimmt und dann die sieben Segmente ansteuert. Durch den Zwischenspeicher behält er die Zahl bis zur nächsten Aktualisierung. Jeweils zwei Ziffern (2x4 Bit) teilen sich den 8 Bit-Bus.

2.3 Tasten

Bei den Tasten haben wir uns für recht hochwertige Modelle von Conrad (Artikel-Nr.: 709140 - 62) entschieden. Sie sind robust und zudem Umschalter, es sind also immer zwei der drei Anschlüße verbunden. Bei mechanischem Druck prellen Tasten immer. Auf der Leitung ist das so, als ob die Taste mehrmals gedrückt und wieder losgelassen wird. Unsere Entprellung geschieht durch RS-Flipflops. Die Taste zieht den jeweiligen FF-Eingang auf An. Über Pullup/Pulldown-Widerstände (je nach Flipflop) werden beide Eingänge auf Aus gesetzt. Das erste Signal am Eingang triggert das Flipflop. Nachfolgende Impulse durch das Prellen sind irrelevant, da nur der andere Eingang den Zustand ändern kann.

2.4 Aufbau

Die Schaltung ist auf fünf Lochrasterplatinen im Euroformat verteilt. Zwei davon bilden die Hauptplatinen mit Tastenentprellung, Zähler etc. Dort wird die Basic Stamp angeschlossen. Für jeden Kämpfer und die Zeit bauten wir eine eigene Platine um diese direkt hinter die Plexiglasscheibe zu montieren. Die Tasten sind auf kleinen Platinenresten aufgelötet. Untereinander haben wir die Platinen mit 14 bzw. 22-poligem Flachbandkabel verbunden. Die Tasten sind über einfache Steckverbinder mit langen Kabeln integriert. Für die Verbindung zur Großanzeige hält ein Kabel aus dem PC-Bereich her: normalerweise führt es den Parallelport vom Motherboard zum Slotblech.

3. Großanzeige

Für die Kampfrichter und andere, z.b. die Trainer, werden die Wertungen sowie ggf. die Kampfzeit und die Haltezeit auf einer großen Anzeige dargestellt. Die Anzeige wird über ein einfaches Parallelkabel (vom Drucker/Scanner) an das Pult angeschlossen und zeigt dieselben Werte an wie das Pult. Wenn gewünscht können einzelne Ziffern, z.b. die Zeit, weggelassen werden.

3.1 Komponenten

Die Großanzeige besteht aus ca. 1000 roten LEDs, 32 steuerbaren Konstantstromquellen, 22 Anodentreibern, der Steuerelektronik und einer eigenen Stromversorgung. Da die Anzeige nicht zum Wettbewerb gehört, verwenden wir hier den Mikrocontroller Atmega 8515. Seine 35 verfügbaren digitalen Ein-/Ausgänge ermöglichen es, ohne weitere Logikbausteine die Signale des Pults zu empfangen und gleichzeitig die Stromquellen und die Anodentreiber zu schalten.

3.2 Ansteuerung der Segmente

Die Segmentanzeigen sprechen wir im Zeitmultiplexverfahren an. Jeweils zwei Anzeigen werden kurzzeitig über die Anodentreiber angeschaltet, dann die nächsten zwei usw. bis wieder die anfänglichen Anzeigen leuchten. Jede Segmentanzeige braucht zwei Anodentreiber, die den gesamten Strom durch die jeweilige Anzeige verkraftet. Jedes Segment hängt an zwei Stromquellen, parallel mit bis zu 6 anderen Segmenten. Jeweils 6 bzw. 7 LEDs sind in Reihe geschaltet. Es sind dann 30 Stromquellen, wobei 14 Segmente und 2 Punkte parallel leuchten sollen (Schematische Darstellung) Die Punkte benötigen nur eine Stromquelle, jedes Segment jedoch zwei, da ein Segment aus einer 6er- und einer 7er-Reihe LEDs besteht..

3.3 Anbindung an das Pult

Die erste Version des Bedienpults führt den 8 Bit breiten Datenbus sowie den 4 Bit Adressbus zur Anzeige. Für ein zweites Pult ist eine serielle Übertragung der Daten geplant. Eine der ungenutzen Leitungen im Kabel zwischen Pult und Anzeige wird den seriellen Modus in der Anzeige aktivieren. Dadurch ändert sich die Leitungsbelegung der 12 Eingänge. Der Atmega liest die Daten dann seriell ein. Die Ansteuerung der Segmente verändert sich nicht.

3.4 Stromversorgung Großanzeige

Bei unseren LEDs muss die Versorgungsspannung mindestens 18V betragen, da über jeder Quelle ungefähr 3-4 V abfallen müssen, damit sie korrekt funktioniert. Pro Segmentstrich sind in der Spitze kurzzeitig mit 100mA zu rechnen, damit kommt man auf maximal 750mA pro Anzeige, inkl. Punkt, der nur 50mA Pulsstrom benötigt. Gleichzeitig können zwei Segmente leuchten, also beträgt der maximale geschätzte Stromverbrauch in etwa 1.5A. Wegen dem Multiplexverfahren steuert man die LEDs mit einem höheren Strom an, der aber nur für eine kurze Zeit fließen darf. Durch jede LED-Reihe lassen die Konstantstromquellen einen Pulsstrom von etwa 50mA fließen. Maximaler Pulsstrom sowie Versorgungsspannung sind stets vom Typ der LED abhängig!

3.5 Umsetzung

Die ca. 1000 LEDs finden Platz auf einer MDF-Platte mit den Maßen 140x45cm. Die Platte ist mit schwarzem Fotokarton (2x 70x50cm) beklebt. Die Vorlagen sowie die Anordnung sind unter Downloads zu finden. Wir haben die Markierungen auf das Holz gezeichnet und dann für jede Ziffer eine Kopie der Vorlage auf Pergament gedruckt. Mit einem Dremel und zwei Bohrern à 1mm bzw. 0.8mm (beide später abgebrochen) wurden die Löcher freihändig gebohrt. Die LEDs sind einfach nur durchgesteckt und deren Beinchen umgebogen. Der harte Fotokarton gibt ausreichen Halt, ggf. kann etwas Kleber nicht schaden. Für eine evtl. Wartung können LEDs einfach ausgelötet und rausgezogen werden, oder man kann sie kurzfristig überbrücken.

4. Hintergrund (Judo)

Judo ist ein Wettkampfsport. In regelmäßigen Abständen finden Turniere statt, wo sich die Judoka in Zweikämpfen messen. Das Ziel ist, den Gegner unmittelbar aus dem Stand mit einer Judotechnik auf den Rücken zu werfen oder ihn in einem Haltegriff am Boden festzusetzen. Alternativ sind je nach Altersklasse auch Würger und Hebel im Boden und Stand erlaubt. Für Techniken, die nicht direkt zum Sieg führen, gibt es verschiedene Wertungen (in aufsteigender Reihenfolge): Koka, Yuko, Wazaari.

Bei offiziellen Veranstaltungen gibt es einen Kampfrichter sowie ein bis zwei Mattenrichter und die Zeitnehmer. Die Zeitnehmer sitzen hinter der Wertetafel und stoppen, wie ihr Name schon sagt, die Kampfzeit und die Haltegriffzeit wie vom Kampfrichter angezeigt. Des weiteren notieren sie die vergebenen Wertungen. Diese sollen für den Kampfrichter sichtbar auf der Tafel gezeigt werden. Der Kampfrichter hat die alleinige Entscheidungsgewalt. Er kann sich mit den Mattenrichtern, falls vorhanden, abstimmen. Siehe auch Wikipedia (Judo)

Bilder

Hauptplatine JPEG 47kb
Hauptplatine 2 JPEG 56kb
Anzeige JPEG 44kb
Zeitanzeige JPEG 45kb
Basic Stamp 2 Modul JPEG 23kb
Diverse Kabel und Tasten JPEG 42kb
Verwendete Tasten JPEG 32kb

Auf einigen Bildern sieht man noch in der Luft hängende Widerstände und Drähte, die wir zum schrittweisen Testen der Schaltungen verwendet haben. Die schwarzen Striche unten den Brücken sind sicherlich nicht schön, aber zum Glück sieht man sie später nicht.

Wenn Sie selber die Schaltungen aufgebaut haben (siehe dazu auch Lizenz), wären wir sehr dankbar, wenn Sie uns Bilder Ihres Nachbaus zur Verfügung stellen könnten. Schicken Sie uns dann eine Email an elektronik_KEINEWERBUNG@vbinside.de (Bitte _KEINEWERBUNG beim Senden entfernen). Falls Ihr Name nicht genannt werden soll, geben Sie dies bitte in der Email an.

Nachbau

Selbstverständlich dürfen Sie die Schaltungen nachbauen (auf eigene Gefahr), dies allerdings nur zu nicht-kommerziellen Zwecken. Siehe dazu auch den Unterpunkt Lizenz. Sollten Sie eine eigene Version aufgebaut haben, würden wir uns darüber freuen, wenn Sie uns Bilder ihres Nachbaus zur Verfügung stellen würden. Siehe Unterpunkt Bilder.