Uit de specificaties van beide modules zou mogen worden opgemaakt dat ze allebei zijn ontworpen voor 5 volt. En de 'operating currents' voor de verschillende kleuren zijn voor beide boards precies eender werd gespecificeerd als: Red 13mA, Yellow 13mA, Green 25mA. Die laatste waarde leek me al vrij hoog want uit specificaties van 8 mm LEDs die ik online vond, bleek dat dergelijke groene 8 mm LEDs bij een operating voltage van 2,5 volt een nominale stroom van zo'n 20 mA zouden moeten trekken. En dan lijkt 25mA voor de groene LED op zich weer relatief veel. Immers, de maximale uitgangsstroom van een Arduino uitgang is dan wel 40mA, maar in de praktijk wordt echter 20mA aangehouden als een praktische limiet.

Omdat ik geïnteresseerd was hoe (en óf) de lichtsterkte van de verschillende kleuren LED's was gebalanceerd, bestudeerde ik de waarden van de SMD voorschakelweerstanden op de printplaatjes.

Tot mijn onsteltenis moest ik vaststellen dat het ‘PCB 1’ printje een 0Ω SMD weerstand, feitelijk een doorverbinding dus, als voorschakelweerstand voor de groene LED heeft. Deze LED hangt aldus direct aan 5 volt en trekt meer dan 110 mA! Omdat de nominale spanning over een dergelijke LED’s slechts 2,4 volt bedraagt, zal deze LED waarschijnlijk geen enorm lang leven beschoren zijn. Als je hem direct vanuit een Arduino aanstuurt, zou het zelfs de vraag kunnen zijn wat er eerder sneuvelt: de betreffende uitgang van de Arduino of de LED! Ik besloot de belangrijkste verschillen eerst maar eens in kaart te brengen en kwam voor de twee modelletjes die ik ontving tot de volgende waarden zoals in de tabel hierboven.

De voorzichtige conclusie is dat het eerste model printplaat, met de 0Ω voorschakelweerstand voor de groene LED, in zijn huidige uitvoering niet erg bruikbaar is voor direct gebruik op een Arduino en/of 5 volt. Anderzijds is op dit board voor de gele LED een veel te grote voorschakelweerstand van 4K7Ω opgesoldeerd. Deze zal moeten worden aangepast als we deze LED iets zichtbaarder en feller willen laten branden en we de helderheid van de drie LEDs van dit kleine verkeerslichtje op 5 volt een beetje willen balanceren.

Aanvullende voorschakelweerstanden

Voordat ik nou meteen SMD weerstanden ging lossolderen en wisselen, leek het me zinvol om eens in kaart te brengen met welke extra voorschakelweerstanden de lichtsterkte van de drie kleuren wat meer in balans kon worden gebracht.

De gele LED heeft op ‘PCB 1' echter al een veel te hoge voorschakelweerstand en zal zonder desolderen en wijzigen van deze SMD weerstand altijd, ook op 5 volt, eigenlijk slecht zichtbaar blijven. Daar komt bij dat voor de groene LED duidelijk geen low-current exemplaar lijkt te zijn gebruikt. We zouden door het zelf opnemen van een serieweerstand van 150Ω de stroom door de groene LED tot onder de 20mA kunnen begrenzen. Maar dan brandt deze groene LED nog relatief zwak. Hierdoor lijkt het nog niet zo gemakkelijk, om binnen aanvaardbare stroomgrenzen, de lichtsterkte van deze kleur enigzins aan te lijnen aan de lichtsterkte van de rode ‘low-current’ LED van datzelfde verkeerslicht.

Op het andere board, ‘PCB 2’, is eigenlijk ook een vrij grote weerstandswaarde opgesoldeerd voor de gele LED, maar we zouden de lichtsterkte van deze LED als uitgangspunt kunnen nemen. Door voor de groene en rode LED een aanvullende voorschakelweerstand van 1KΩ op te nemen, zijn de helderheden van de drie kleuren min of meer in balans bij een voedingsspanning van 5 volt. De groene en rode LEDs zijn hier z.g. low-current types en de stroomsterkte is erg laag terwijl deze toch mooi helder branden.
 
Bij een voedingsspanning van 9 volt wordt de lichtsterkte van de gele LED op ‘PCB 1’ zelfs aanvaardbaar. Opname van een extra serieweerstand, zoals voor de groene en rode LED, is niet nodig voor dit board. Zie de waarden in de tabel voor weerstandswaarden waarbij ik zelf vond dat de lichtsterkte van de drie LEDs niet te veel uiteenloopt.

Programmeren met AI

Voor de aansturing van de verkeerslichten, gebruikte ik een Arduino Mega Pro Mini. Om de opbouw van het experiment met het fischertechnik systeem te kunnen doen, was kwam een hiervoor ontworpen behuizing voor de Arduino goed van pas (zie meest rechtse foto hierboven).
 
Een 'verkeersregeling' voor één verkeerslicht bleek snel gemaakt. Het was een mooie test voor 'Duino Code Generator', die met behulp van Artificial Intelligence (AI) voorstellen voor Arduino software kan doen. Na ingave van de beschrijvende definitie "Generate a program to control 3 LEDs like a traffic light" werd een programma getoond dat zich zonder compileer-fouten in de door de mij voor dit project gebruikte Arduino liet uploaden. Na aansluiten van de drie stuursignalen voor de LED’s op de pinnen D2, D3 en D4 en het aansluiten van de gemeenschappelijke massa van het verkeerslichtje, bleek dit inderdaad een soort van verkeersregeling op te leveren. De drie LED’s van het mini verkeerslichtje kwamen in elk geval tot leven.

De LED’s werden afwisselend aangestuurd. De tijdsduur van elke stap was echter hardgecodeerd, en belangrijker, de sequentie klopte nog niet helemaal. Maar toch geeft een dergelijke jumpstart natuurlijk al een mooi beginpunt waarbij direct een werkend resultaat wordt bereikt dat daarna zelf eenvoudig aan te passen is.

Twee verkeersrichtingen

Na wat 'intellectueel finetunen' van de eerste automatisch gegenereerde software, probeerde ik hoe ver de AI Code Generator zou komen bij het aansturen van twee mini LED-verkeerslichtjes voor twee verschillende rijrichtingen. De input was deze keer "Generate a program to control two traffic light poles with 3 LEDs each for traffic control of two traffic directions".

Het resultaat was een eind in de goede richting, met het voorstel de drie aanvullende LED’s op de pinnen D5, D6 en D7 aan te sluiten. De software was echter weinig economisch geprogrammeerd. Zo was er er voor elke lamp een aparte functie opgenomen die alleen die lamp aanschakelt en de andere twee uitschakelt. Wat erger is, is dat de code syntactisch niet in orde was. De commando's voor het configureren van de Arduino pinModes voor de gebruikte output-pinnen veroorzaakte compilerfouten. Na het met de hand verplaatsen van dit stukje code binnen de hiervoor aangewezen setup() routine, kon het programma worden gecompileerd en geüpload. De regeling van de twee verkeerslichten moest echter daarna, net als bij het vorige voorbeeld, met de hand worden uitgebreid en gecorrigeerd.

Code genereren met AI

In de hoop snel een syntactisch correct basisprogramma te verkrijgen, probeerde ik de 'Duino Code Generator' met de zin "Generate a program to control two traffic light poles with 3 LEDs each for traffic control of two traffic directions. The lamp-sequence and timing must be configurable in an array of structs."

Het leverde een op zich complieerbaar programma op, dat helaas nogal onoverzichtelijk was. De noodzakelijke configuratie van de LED-pinnen was deze keer weliswaar correct in de setup() functie geplaatst, maar de 'structs' waren op verkeerslicht-niveau en bevatten daardoor slechts de drie parameters voor de drie lampen. De timing van de verschillende lampen was in arrays ondergebracht.
 
Mijn uitgangspunt was daarentegen een andere structuur waarbij elke individuele stap in de lichten-sequentie van een verkeersregeling in een struct is opgenomen. Op die manier kan er voor elke stap een tijdsduur en het wel of juist niet branden van elk van de zes lampen worden geconfigureerd per array element. Door een array van deze structuren te maken zou het dan mogelijk zijn heel flexibel verschillende ‘verkeersregelingen’ te configureren. Idealiter zou de definitie van een structuur van een ‘stap’ zoiets moeten zijn als de definitie van de struct lightsStep hieronder.

Het was, vooral met de headstart die de 'Duino Code Generator' maakte, betrekkelijk eenvoudig om snel een werkende verkeersregeling met de kleine LED-boards op te bouwen. De aanraakschakelaars zijn een nuttige toevoeging om ‘live’ te kunnen wisselen tussen de verschillende verkeersregelingen. Een mogelijke toekomstige uitbreiding zou een potmeter op een van de analoge ingangen kunnen zijn, waarmee de snelheid van de regeling kan worden ingesteld. Dit laat ik aan jou over!
 
De Arduino Sketch kan hierboven worden gedownload. De STL files van de Arduino Mini Mega houder en de bouwsteen voor het verkeerslichtje kunnen worden gedownload van Printables en Thingiverse. Wie op zoek is naar de Gerber-files van het kleine printplaatje, kan deze vinden op GitHub. Daar is ook alles in één keer als verzameling te downloaden. Wie op zoek is naar losse onderdelen zoals de printplaat, een bouwpakketje of de compleet gebouwde verkeerslichtjes help ik vanzelfsprekend graag met maatwerk.