Un afficheur géant pour cartes PI-1 et PI-1 X4 (Gottlieb® System-1)

C'est une extension "ludique" des cartes PI-1, PI-1 X4 et PI-80, qui permet d'afficher les scores du joueur en cours sur un "écran géant" de 75 x 21 cm composé de chiffres à diodes LED haute luminosité qui se voient à plus de 10 mètres à la ronde. Idéal donc pour un concours de flipper, ou bien se faire repérer à Vierzon ! On peut même jouer dans le noir tellement les LEDs éclairent fort. Par contre, il faut impérativement savoir jouer au flip, sinon tout le monde le voit...



VERSION LOGICIELLE
La carte PI-1 ne peut piloter cet afficheur géant qu'à partir de la version de Juin 2003 (voir menu "COMPTES", pas Nº14).

Les cartes PI-1 X4 et PI-80 n'ont pas ce problème et gèrent cet afficheur géant quelle que soit la version logicielle.

GENESE ET THEORIE
Tout est parti du numéro 39 (août 2002) de la revue Electronique et Loisirs Magazine, qui décrivait un tableau électronique d'affichage des scores pour salle de sport. Certains éléments de cet article sont d'ailleurs extraits de la revue ELECTRONIQUE et Loisirs magazine et sont publiés avec leur aimable autorisation.

Leur idée était des créer un chiffre géant, de taille 17 x 10 cm, dont plusieurs exemplaires peuvent être chainés et juxtaposés pour former une panneau d'affichage du nombre de chiffres désiré. Dans le cas des flippers Gottlieb® System-1, les scores montent jusqu'à 999,990 donc 6 chiffres sont nécessaires.

Chaque afficheur est composé de 7 segments (plus un point, non utilisé dans notre cas) de chacun 4 LED géantes (10mm de diamètre) à haute luminosité (100 à 1000 fois celle d'une LED 5mm classique), le tout piloté par bus I2C dont on peut librement choisir l'adresse de décodage parmi 8 à l'aide de 3 "dip switches".

Pour obtenir l'article d'origine, se rendre sur leur site web

Cliquer ici pour le schéma au format GIF


EXTENSION BILLE/JOUEUR + INFRAROUGE

Afficher le score c'est bien, mais on peut utilement le compléter par le numéro de la bille et du joueur en cours, grâce à une platine d'extension optionnelle qui gère 4 afficheurs plus petits pour afficher ces informations. Pour être juxtaposable avec les autres, elle fait la même taille et utilise les même signaux de commande. Elle possède son adresse I2C propre.

Cliquer ici pour le schéma au format PDF



En bas de la platine, un récepteur infrarouge peut être soudé, pour profiter des joies de la navigation dans les menus à l'aide d'une simple télécommande de téléviseur (Sony ou RCA). "Un System-1 à télécommande ?? N'importe quoi, et puis c'est pas d'origine !!" a-t-on entendu, alors qu'une fois qu'on y a goûté, on ne peut plus s'en passer. Se référer également au manuel de la télécommande infrarouge.

REALISATION

Toutes les informations sont fournies ici pour vous permettre de réaliser vos propres platines, mais les afficheurs géants sont également disponibles auprès de la société COMELEC, téléphone 04 42 70 63 90, site web www.comelec.fr sous la référence ET427DK pour environ 30 euros pièce (à confirmer auprès d'eux !!).

Par défaut, le kit de base comprend la platine simple face de haute qualité, avec sérigraphie (marquage des composants) et vernis épargne, les composants électroniques et les LEDs haute luminosité de couleur rouge. Si vous voulez d'autres couleurs, discutez-en avec eux (je leur ai déjà commandé une version à LEDs vertes).

Liste des composants + circuit imprimé pour un afficheur géant
..donc à multiplier par 6 !!

Référence(s)	Valeur	Note
R1, R2, R3, R6, R9, R12, R15, R18, R21, R24, R27	Résistance 10K 1/4W
R5, R8, R11, R14, R17, R20, R23, R26	Résistance 4.7K 1/4W
R7, R10, R13, R16, R19, R22, R25	Résistance 100 ohms 1/4W	selon couleur des LEDsvoir texte
T2 à T8	Transistor NPN BC547
LD2 à LD29	LED rouge haute luminosité 10 mm	voir texte
U1	Circuit intégré PCF8574ou PCF8574A (Philips)	+ support DIP16
DS1	DIP-SWITCH 4 voies
R4, T1, LD1	non utilisés

Cliquer ici pour le plan du circuit imprimé face soudures (inférieure) au format GIF

Cliquer ici pour le plan d'implantation des composants au format GIF

ALIMENTATION ET TYPE DE LED
La consommation de l'ensemble n'excède pas 50mA sur le +5V, mais demande bien plus sur le +12V : en calculant le pire cas (que des "8", donc tous les segments de tous les chiffres allumés), cela dépasse 1A au total. Il faut y rajouter 200mA pour la carte d'extension. Il n'y a par contre aucune crainte à avoir pour le flipper, vu que mes cartes PI-1 et PI-1 X4 délestent largement le +12V général.

Là intervient la couleur des LEDs utilisées. Sur chaque afficheur, les résistances R7, R10, R13, R16, R19, R22, R25 ont été calculées pour un courant de 20 à 25mA par segment, utilisant des LEDs rouges dont la tension directe (Vf) est de 2V environ. Une LED d'une autre couleur aura une valeur de Vf supérieure, entre 2.5V et 3.5V, plus élevée que les LEDs classiques. Il faudra alors adapter les valeurs de toutes les résistances ci-dessus à cette nouvelle valeur Vf, faute de quoi les LEDs s'allumeront très faiblement. Si la tension d'alimentation dépasse +14V, il faudra par contre augmenter les valeurs des résistances de 50%.

Couleur des LEDs	R7, R10, R13, R16, R19, R22, R25 =
Rouge	100 ohms
Verte, Jaune, Orange	47 ohms
Bleue, Blanche	47 ohms + alim >14V voir texte

LEDs bleues et blanches
Elles sont tout à fait utilisables, le hic c'est que leur tension Vf atteint ou dépasse 3V, donc 4 LEDs en série = 4 x Vf qui est supérieur à 12V, et dans ce cas les LEDs s'allument à peine, voire pas du tout !

Dans ce cas, l'utilisation d'une alimentation externe pouvant délivrer au moins 14V est obligatoire.

Liste des composants + circuit imprimé pour la carte d'extension optionnelle

Référence(s)	Valeur	Note
C1, C4, C5	Condensateur chimique 10µf 25V	axial (horizontal)
C2, C7	Condensateur 100nf 63V	mylar ou MKT jaune, pas 5mm
C3	Condensateur 2.7nf 63V	mylar ou MKT jaune, pas 5mm
C6	Condensateur chimique 470µf 25V	axial (horizontal)attention! de diamètre pas plus gros que les LED!
DISP1, DISP2	Afficheur 20mm anode commune	Par exemple LA8041R-11 ou SA08-11R (rouge)ou SA08-11G (vert)
D1 à D28	LED rouge haute luminosité 8 mm	plus petites que pour les afficheurs géants
D29	Remplacer par un strap
Q1, Q2	Transistor NPN BC547
R1, R2, R3	Résistance 10Kohms 1/4W
U1	Circuit intégré SAA1064 (Philips)	+ support 24 broches
U2	Récepteur infrarouge TSOP1738 (Vishray)
U3	Régulateur LM7809 (+9V 1A)	en boitier TO-220+ visserie (voir texte)

Cliquer ici pour le plan du circuit imprimé face soudures (inférieure) au format PDF

Cliquer ici pour le plan d'implantation des composants au format PDF

Sur la carte d'extension, le régulateur U3 doit être vissé à la platine avec un boulon M3 longueur 8mm + rondelle crantée + écrou + vernis de blocage. La diode D29 d'origine doit être remplacée par un strap.

Le câblage des cartes est simple, les composants bien espacés. Faire très attention au sens d'insertion des LED : le méplat repère-détrompeur coïncide avec la patte la plus courte, la cathode "?". Elles doivent, de plus, être enfoncées à fond dans les trous du circuit imprimé et donc être toutes au même niveau. Si une seule LED est mise en l'envers ou mal soudée, c'est une rangée complète (4 LEDs pour les afficheurs, 2 LEDs pour la carte d'extension) qui ne s'allumera pas.



Les platines étant simple face, quelques straps d'interconnexion sont nécessaires (queues de résistances, fil rigide dénudé etc..) :

• Platines afficheur : sous la LD24, à gauche de LD29 et à droite de LD6
• Carte d'extension : 8 straps en tout, dont 1 petit sous le support du circuit intégré principal U1 et 1 qui remplace D29

Le plan de la face inférieur du circuit imprimé est déjà en miroir. Faire très attention à l'échelle d'impression, les dimensions exactes sont de 17.27 x 10.16 cm.

CABLAGE (1ère partie) ET CONFIGURATION
Une fois toutes les platines réalisées, il faut interconnecter tous les signaux de commande. Chaque platine a besoin de :

• +5V (logique de commande)
• +12 à +15V (alimentation des LED)
• SDA et SCL (bus I2C de contrôle)
• masse
• sortie du capteur infrarouge (carte d'extension, si capteur installé)

Sur une table, poser à plat et à l'envers (côté pistes face à soi donc) toutes les cartes parfaitement alignées, la carte d'extension (si présente) étant placée en dernier à gauche.

Ensuite, interconnecter les 6 plots rectangulaires d'une platine à l'autre, qui vont convoyer tous les signaux d'un bout à l'autre de la "chaine", en soudant un petit fil rigide (ou une queue de résistance) entre 2 plots juxtaposés. Faire en sorte de conserver la planéité de l'ensemble, sinon, si une platine est mal assemblée à ses voisines, la mise en boitier sera problématique.



Pour la connexion au flipper, utiliser du câble blindé 6 conducteurs + masse (tresse métallique), de 1m de longueur, tel qu'acheté chez Gotronic (noir 6x0.22mm2) et comportant les couleurs suivantes :

• +5V : jaune
• +12V : vert
• SDA : gris
• SCL : rose
• Infrarouge : blanc
• masse : marron + tresse métallique

Il faudra souder ces fils sur le dernier afficheur le plus à gauche, qui se retrouvera donc à droite une fois dans le boitier : ce sera soit la carte d'extension (si elle est utilisée) soit le dernier afficheur des unités. La sérigraphie à côté de chacun des plots de connexion reprend les noms des signaux ci-dessus pour ne pas se tromper.

Ensuite, retourner l'ensemble (attention toutes les cartes sont solidaires ! c'est lourd et fragile !!) face composants vers soi, et configurer les DIP SWITCHES des 6 afficheurs géants selon le tableau ci-dessous pour que la carte PI-1 ou PI-1 X4 puisse les piloter individuellement :

Afficheur (position)	DIPSW 2	DIPSW 3	DIPSW 4 (droit)
Nº1 (gauche)	OFF	OFF	ON
Nº2	OFF	ON	OFF
Nº3	OFF	ON	ON
Nº4	ON	OFF	OFF
Nº5	ON	OFF	ON
Nº6 (droit)	ON	ON	OFF

Le DIP SWITCH 1 (le plus à gauche) n'est pas utilisé et doit être sur OFF pour tous les afficheurs.

La carte d'extension n'a besoin d'aucun réglage.

TEST AVANT MISE EN BOITE

Connecter les 3 signaux +5V, +12V et la masse sans toucher aux 3 autres signaux : les afficheurs géants doivent tous afficher "8" (sauf la carte d'extension). Si un segment ne s'allume pas, vérifier l'orientation des 4 LEDs. Si un chiffre entier ne s'allume pas, vérifier la présence du +5V et du +12V sur la carte et la bonne insertion du circuit U1.

MISE EN BOITE
L'électronique est quasiment terminée, passons à l'étape menuiserie et peinture, un peu longue mais très simple. Le boitier proposé ici peut accueillir 6 chiffres + la carte d'extension, ou bien 7 chiffres (voir chapitre sur les jeux System-80A à la fin). Il faut :

• Un carrelet (tasseau) de sapin raboté de 18x18mm, longueur 2 mètres
• Une planche d'aggloméré, contreplaqué ou MDF (carton dense) de 75,1 x 21,1 cm, d'épaisseur minimum 20mm pour bien lester le tout
• Une plaque de plexiglass de mêmes dimensions (voir texte)
• De la peinture à bois noire, éventuellement une sous-couche pour fonds très absorbants
• Des vis bois/agglo diamètre 3mm longueur 30mm, tête fraisée "posidriv" (cruciforme)
• Une mèche bois diamètre 2mm
• De l'adhésif mousse double face (comme celui pour fixer les miroirs) noir de préférence
• Des bandes de joint mousse autocollant pour isolation des fenêtres, épaisseur 3 à 6mm, longueur 2m

Couper dans le carreau de sapin 2 baguettes de 75,1 cm et 2 de 17,5 cm.

Dans une des petites, faire une encoche (aux ciseaux à bois) de 5 x 5 mm à 3 cm du bord, pour laisser passer le câble vers le flipper :



Positionner les 4 baguettes tout autour de la grande planche, celle avec l'encoche sur le côté droit, encoche au fond contre la grande planche et à petite distance du grand côté inférieur :



Les maintenir en place avec des petit étaux, retourner l'ensemble, percer côté fond (envers de la grande planche) un trou aux 4 coins, à 1 cm le long de chaque grand côté, puis tous les 15 cm à la mèche bois sur une profondeur de 2,5 cm (attention ! sans déboucher hors des baguettes !). Visser, serrer : le cadre et le support sont prêts.

Poncer le bois neuf, passer la sous-couche, laisser sécher, appliquer une ou deux couches de noir en ponçant légèrement entre chaque couche.

Côté cadre, à l'intérieur, coller dans la longueur 3 grandes bandes de joint pour fenêtres à distance égale. Ce sont elles qui vont créer une surépaisseur pour que les pattes des composants ne mordent pas dans le bois, et de plus la mousse va gommer les légères différences de hauteur pour que toutes les LEDs affleurent bien à la surface du plexiglass.



Positionner l'assemblage des afficheurs à l'intérieur du cadre, sur le fond, en faisant passer le câble par l'encoche à droite. Ca doit rentrer pile poil. Si les LEDs dépassent beaucoup du cadre, presser doucement sur les cartes pour faire "travailler" les bandes de joint et les amincir avec la pression.

Enfin, découper des petits carrés d'adhésif mousse double face et les coller sur les bords supérieurs du cadre à intervalles réguliers, plus 1 à chaque coin. Ne pas enlever la pellicule de protection de la face supérieure pour l'instant.

Plexiglass
Le plexiglass choisi sera de la couleur des LEDs utilisées, et de préférence traité anti-reflets. Pour des LEDs rouges, un plexiglass fumé donne même de meilleurs résultats que le rouge. L'épaisseur sera de 3 ou 4mm. Pour en trouver, faire une recherche dans les pages jaunes (internet) et téléphoner pour trouver un vendeur qui vous en vende à la découpe, pas besoin d'acheter une plaque de 6m2 !!

Ultime étape : enlever la pellicule de protection de la face supérieure de chaque carré d'adhésif double face et positionner le plexiglass pour qu'il soit bien aligné avec tous les bords du cadre. C'est terminé !

CABLAGE (2ère et dernière partie)
Il faut maintenant ajouter les connecteurs au bout du câble qui sort de l'afficheur par l'encoche sur le côté droit. Pour en éviter l'arrachage, on peut colmater l'encoche au pistocolle et/ou replier le câble au dos de l'afficheur et le maintenir par quelques cavaliers plastiques d'électricien (voir photo plus loin).

Pour la connexion à la carte PI-1 ou PI-1 X4, il faut utiliser 2 rangées de 4 picots femelles HE-10 (au pas de 2.54mm), ou bien des connecteurs femelles 4 broches "STOCKO" (que je peux vous fournir, comme sur les photos), qui vont s'enficher dans les connecteurs à picots mâles A1J8 (+5V, masse, SCL et SDA) et IFR (capteur infrarouge) :

Signal	Broche sur A1J8	Couleur du fil
+5V	1	jaune
Masse	2	marron
SCL	3	rose
SDA	4	gris

Signal	Broche sur IFR	Couleur du fil
Capteur infrarouge	4	blanc
non utilisés	1, 2, 3

A1J8 et IFR sur PI-1	A1J8 et IFR sur PI-1 X4

Les 2 derniers fils, le +12V (vert) et la tresse de masse métallique (qui entoure tous les autres fils) doivent aller soit aux bornes du gros condensateur C1 sur la platine d'alimentation d'origine, soit sur le bornier à vis de la carte PI-1 X4 ou de ma nouvelle carte d'alimentation, comme sur les photos ci-dessous. La tresse étant très courte, on la rallongera avec un morceau de fil pas trop fin (bien isoler la soudure avec de la gaine thermo) pour aller jusqu'au point de connexion de masse désiré :

+12V et masse sur alim d'origine	+12V et masse sur PI-1 X4

L'avantage est que cet ensemble fil + connecteurs est suffisamment fin pour se glisser entre les ouïes d'aération de la face supérieure du fronton du flipper, donc la connexion se fera sans perçage ni découpe.

FIXATION SUR LE FRONTON DU FLIP
Il faut une fixation qui soit à la fois solide, pour résister aux "secousses" des joueurs,et qui ne cause aucun dommage au bois du flipper : des attache-lustre pour plafonds creux. Ils se composent d'un crochet de bonne longueur et d'une petite plaque en "U" (soit fixe soit repliable à ressort) à insérer dans la cavité. La plaque est dotée de mors qui vont l'immobiliser au support (le plafond) au serrage. Et ça marche super bien dans les ouïes d'aération du fronton !

Il faut en trouver des assez fines pour passer dans les ouïes, 10mm de large et 5mm de haut maxi, et remplacer le crochet d'origine [à gauche sur la photo] par un boulon poëlier (tête cruciforme plate extra-large) de 4mm de diamètre et 4 cm de longueur [à droite sur la photo] :



Visser au préalable 2 équerres d'étagère, en "L" de 15 x 12 cm, noires de préférence, côté le plus long au dos de l'afficheur géant, à 14 cm de chaque petit côté. J'ai trouvé un modèle à Leroy-Merlin qui a les 2 trous de fixation du côté le plus court à 3,8 et 11,5 cm de l'angle, et qui s'alignent parfaitement avec les ouïes de tous les frontons des jeux System-1 (même les extra-larges Genie et Roller Disco).

Faire ensuite passer les 2 boulons dans les 2 trous de fixation du côté le plus court de l'équerre, 1 le plus au fond et 1 le plus en avant possible sans que ça ne gène la fermeture du cadre de la porte vitrée. Sinon, si l'afficheur est trop loin vers l'arrière, le surélever avec un carreau de sapin de 20mm de côté, de longueur 65cm, donc 10 cm moins long que l'afficheur, ce qui libère l'espace suffisant pour que le gond de fermeture du cadre s'y glisse. Résultat impeccable !

L'équerre arrière droite et le carreau pour surélever	L'équerre arrière gauche et ses 2 attaches

CONNEXION FINALE
Passer le câble et ses connecteurs par les ouïes entre le bois et la plaque métallique intérieure. C'est un peu sport mais ça passe tout seul en les attrapant avec une pince plate effilée, et en faisant levier sur la plaque avec un tournevis plat pour dégager un peu plus d'espace.

Connecter enfin les 2 connecteurs 4 broches sur A1J8 et IFR (voir photos précédentes, attention au sens !!) puis la masse et le +12V soit à la carte PI-1 X4 soit à la carte d'alimentation.

Tout vérifier, puis allumer le flip.. et ça marche ! Un message de bienvenue "[PI-1]" s'affiche suivi du compte à rebours de 5 secondes pendant l'étape de sélection du jeu. Sur les afficheurs du flipper, les messages supplémentaires "+ AFFP", pour les afficheurs géants, et "+ AFFB", pour la carte d'extension bille/joueur, s'affichent également au démarrage.

Dans les menus, l'afficheur vous donne en plus le numéro du menu et du sous-menu simultanément, ainsi que du DIPSW et de sa valeur "On" ou "Of" si la carte d'extension est présente.

SYSTEM-80 et SYSTEM-80A ?
L'afficheur géant trouve également sa place sur tout flipper System-80 avec la PI-80, qui possède également des scores à 6 chiffres.

Les System-80A disposant eux de 7 chiffres, si on veut garder le même boitier, il faudra sacrifier la carte d'extension et la remplacer par un 7è chiffre géant dont les DIPSW seront à configurer en conséquence (le moment venu !).

AUTRES JEUX ?
Pour piloter cet afficheur géant, il faut que le jeu sur lequel on veut le connecter dispose :

• du bus I2C (lignes SCL et SDA)
• du logiciel qui va bien
• d'une alimentation de +12V à +20V pouvant débiter au moins 1A

La condition #1 peut être également réalisée par une carte adaptatrice qui "transformerait" les sorties des afficheurs de la carte CPU d'origine en commandes I2C, ce qu'un microprocesseur dédié pourrait faire (et donc réaliserait du même coup la condition #2). Certains composants seront en outre à adapter en fonction de la valeur de la tension d'alimentation, si elle est supérieure à +14V.

CONCLUSION


COUT : compter 30 euros par afficheur (x 6 !) + 30 euros pour la carte d'extension + 25 euros de bois/visserie/peinture

TEMPS : environ 1H par afficheur + 2H de menuiserie/peinture + 10 minutes d'installation

PLAISIR : indiscutable !! :) comme en témoigne la photo ci-dessous de JC Guerrier prise à Vierzon.