Arduino Bluetooth Bingo Display til hørehæmmede: 8 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Min kone og jeg møder venner og familie en gang om ugen for at spille bingo på en lokal restaurant/bar. Vi sidder ved et langbord. Over for mig står en mand med nedsat hørelse og syn. Værelset er meget støjende, og manden skal ofte bede sin kone om at gentage mange af de kaldte numre. Så jeg besluttede mig for at lave det Bluetooth-koblede system med to enheder som vist ovenfor. På min enhed indtaster jeg det kaldte nummer, og han ser det på sin enhed.

Senderenheden har et tastatur med 12 knapper. Fem af tasterne (1, 4, 7, *, 0) er programmeret til at indtaste BINGO -alfabetisk tegn for hvert nyt opkaldt nummer. Denne enhed har også et display med 4 tegn, med 14-segmenters LED-alfanumeriske tegn, der viser hele nummeret (f.eks. B-15).

Modtagerenheden har det samme display, hvis størrelse og lysstyrke er mere end tilstrækkelig til den tiltænkte seer. Mens senderenheden sidder fladt på bordet, kan den modtagende enhed også tippes op for bedre visning.

Hver enhed har en vippekontakt, der skifter mellem opstart og slukning af det interne Li-ion 9V batteri via den viste tønde stik. En blå LED på hver enhed viser, når Bluetooth er tilsluttet.

Bemærk: I det følgende vil jeg betegne sendeenheden som Master og den modtagende enhed som Slave.

Trin 1: Hent dele, materialer og værktøjer

Postorderdele

Tastatur (1) Adafruit $ 7,50 ea

Quad alfanumerisk display (2) Adafruit $ 10 ea

PCB-type loddet brødbræt (2) Adafruit 3-pack $ 13, Amazon 4-pack $ 13

Arduino Nano (2) Amazon 3-pakke $ 13

HC-06 Bluetooth-modul (2) Amazon $ 8,50 stk

5 mm tønde jack (2) Amazon 5-pak $ 8

DPDT switch Amazon 10-pack $ 6

9V genopladeligt Li-ion batteri (2) og dobbelt oplader Amazon (EBL) $ 17

Opladningskabel, med 9V batteri clip-on og tønde stik (2) Amazon 5-pack $ 6

Lokale dele

Lille kasse (2), ca. 4,75 x 4,75 x 2,5 tommer høj, JoAnn (lokalt og online) $ 5,50

#4 Maskinskruer og møtrikker til skærminstallation (8)

Afstandsstykker til maskinens skruer (8)

Små skruer (i messing hængsel pakke) til tastatur installation (1 pakke) Michaels

Dele sandsynligvis ved hånden

Blå LED (2)

LED -holder (2), valgfri

Båndhoppere, hun-hun

Båndhoppere, han-hun

1K ohm modstand (4)

2K ohm modstand (2)

Mandlige overskrifter

#22 fast kobber tilslutningstråd: rød, sort, hvid

Materialer

Træforsegler

Spray eller pensel på maling

Maskeringstape, gerne almindelig og blå type

Scotch Permanent Monteringstape (2-sidet skumtape)

Værktøjer

Bremsekaliper (anbefales)

Drevet rulle eller håndsav

Fil (eller sandpapir)

Bor og bits

Borevejledning (har dimensionerede huller til alle bits)

Ispluk

Juvelerens skruetrækker sæt

Almindelige stjerneskruetrækkere og tænger

Trådskærer

Wire stripper

Loddeudstyr

Pensel

Trin 2: Forbered æskerne

(Bemærk: Du vil se på billederne, at jeg lavede Master-boksen, før jeg fandt den hængslede boks til Slave hos JoAnn. Jeg anbefaler denne boks på det kraftigste. Den er næsten i samme størrelse, godt lavet, rimeligt prissat og det hængslede låg er fantastisk sammenlignet med at fjerne og udskifte skruer, når jeg skal have adgang til indersiden. Jeg betalte faktisk mere for Master ¼ tommer JoAnn krydsfiner, som jeg allerede havde ved hånden, og spildte tid og energi på at gøre det. Så jeg vil antage, at du vil bruge to af JoAnn -boksene.)

Fjern de hængslede toppe og hængsler. Sæt hængsler og skruer i en sikker beholder for at undgå at miste dem.

Skærmene og tastaturet monteres under boksens toppe med de åbenlyse dele, der stikker igennem. Mål omhyggeligt disse dele for at bestemme dimensionerne for de nødvendige rektangulære huller i toppen, med henblik på en pæn tæt pasform. En tykkelse er bedst til dette formål.

Læg disse konturer på æsketoppene med blyant og lineal, centrer dem vandret og afstand dem lodret som ønsket. Husk også at finde LED'en på Slave -toppen. Jeg lagde (blå) malertape på blyantslinjerne for at lave en meget god vejledning til skæring.

Bor et hul til savbladet og fortsæt med at skære så tæt på tapen som du kan uden at afvige over stregen. Afslut hullerne ved at filere eller slibe ned til tapen/linjen. Test derefter pasformen med et display. Hvis det er for stramt, kan du muligvis tvinge pasformen i det relativt bløde basswood.

Læg nu de midterste huller til kontakten, stikket og LED'en og markér dem med en ispluk (eller midterstans). Bestem huldiameteren ved at teste delene i borekronens guide. Bor derefter hullerne.

Nu er det et godt tidspunkt at forsegle og male kassen udvendigt. Basswood absorberer maling, så børst forsegl før maling. Efter tørring sprøjtede jeg boksens bund og toppe med Rustoleum blank blå, kun udvendigt. Jeg valgte at maskere alle huller med malertape på indersiden.

Når de er tørre, sættes de hængslede kassetoppe på igen.

En lås er nødvendig til den hængslede top, og den skal være indvendig for at slave kan sidde oprejst. Jeg lavede en simpel lås, der fungerer godt. Skær et visitkort i plast til den ønskede form, og lim det til indersiden af boksens top, centreret som vist på trin 6-billederne i åben boks. Bor et pilothul og et forsænkningshul i boksens bund foran for en lille skrue, der kommer i indgreb med plasten. Mål skruens centerafstand ned fra den øverste kant af boksens bund, overfør den til plasten, og brug ispinden til at slå et hul centreret på plasten, der vil passere skruen. Skru skruen i, og kassen låses. For at åbne skal du bruge et tyndt knivblad til at skubbe plastikken af skruen. For at lukke kan du faktisk bruge din finger, eller igen bruge kniven.

Trin 3: Saml de to displays

Bemærk: Da jeg forsøgte at bestille displaysættet på delelisten, var Adafruit udsolgt i alle farver. Så jeg var nødt til at bestille en anden version: Featherlight Quad Display, som kun adskilte sig i rygsækken. Se https://www.adafruit.com/product/3130. Dette havde imidlertid ingen midler til montering i boksens toppe, så jeg var nødt til at udtænke mit eget beslag. Jeg lodde simpelthen de fire aktive stifter på overskrifterne til et perf-bord, der kan loddes, som du kan se i trin 6-billederne med åbent cover. Jeg borede fire monteringshuller i perfboardet. Jeg kopierede endda en hanstik til master, men besluttede mig for ikke at gå så langt i Slave.

Forhåbentlig vil du kunne få det pænere display, jeg anbefalede på delelisten.

Hver skærm leveres som et firedelt kit: to dobbelte alfanumeriske LED-skærme, en rygsæk (LED-driver) og et 5-benet hanhoved. Lysdioderne og overskriften skal loddes til rygsækken. Se den fremragende vejledning på https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Du skal bruge en finpunkts loddetip, når du lodder LED-benene ved siden af rygsækens IC. Kun 4 forbindelser til overskriften bruges i dette projekt: 5V strøm (VCC. GND) og I2C data (SDA) og ur (SCL) linjer.

Trin 4: Lav printpladen

Jeg kan godt lide at bruge PCB-versionen af det almindelige brødbræt i halv størrelse, især når jeg allerede har foretaget en indledende systemopkobling med brødbræt og tilhørende enheder. Tilslutning af den loddbare PCB-version er meget lettere end den alternative loddebare perf board (point-to-point) version.

Downloadtabellen herunder giver ledningsinstruktioner, herunder hanhoveder til kabelføring og hunhoveder til fremstilling af Nano- og HC-06-stikkontakter. Hannhoveder snap af 40 pin-strimler, men hunhoveder skal afskæres. Jeg bruger en Dremel med et skærehjul.

Tabellen er identisk for Master og Slave bortset fra tastaturoverskriften, der er nødvendig på Master -kortet.

Ovenstående foto viser Slave bart og færdigt printkort.

Trin 5: Installer alle komponenter i æskerne

Skærm

Placer displayet i dets hul, og markér de fire monteringspunkter. Bor huller til maskinens skruer. Vælg afstandsstykker til fremspringet, du er glad for. Bolt det derefter fast.

Tastatur

Monteringshullerne er meget små. Heldigvis findes der passende skruer i messinghængselpakken. Placer tastaturet i dets hul, og markér de fire monteringspunkter. Brug den mindste bit i dit sæt til at bore starthuller. Skru det derefter fast. Skruerne stikker lidt over toppen. Hvis det ønskes, skal du fjerne skruerne og filere punkterne. Geninstaller.

Kontakt, stik og LED

Skub kontakten ind i dens hul, og drej den for at skifte til tænd-positionen. Fastgør den med den medfølgende møtrik.

På samme måde skal du installere donkraften og dreje den for at få den bedste lodning.

Slut endelig LED'en i holderen og skub den ind i hullet (forfra). Dette skal passe tæt.

Printkort og batteri

Jeg efterlader normalt nok plads i boksen til at få adgang til mikro-controller (Nano) USB-stikket med et USB-kabel uden at flytte kortet, fordi det gør fejlfinding og ændringer lettere. Det gjorde jeg ikke her, fordi kasserne allerede var større, end jeg havde håbet.

Jeg tror, at tosidet skumtape er en god måde at installere kortet og batteriet på. Hvis du bruger minimalt bånd, er det let at fjerne, mens den stadig giver en fast installation. Lad tapningen stå, indtil du er klar til at knappe op for godt.

Trin 6: Installer ledninger og kabler

Ledninger

Omskifteren er en DPDT. Midterpolerne tilsluttes batteriet. Øverste poler forbindes til opladningsstikket. Og bundpoler forbinder Nano's Vin/Gnd -header.

Lod et 9V batteri til afbryderens midterpoler. Den røde ledning vil definere, hvilken pol der er positiv (+).

Loddetilslutningskablet fra switchens øverste poler til stikket.

FORSIGTIG! Sørg for, at den negative side går til jack center pin. Hvorfor? Fordi opladningsspændingen er negativ ved tøndeproppens centerstift. Se trin 8 for en forklaring.

Brug et par M-F bånd jumpere til at forbinde switchens nederste poler til Nano's Vin/Gnd kabelhoved. Lod lodstiftene til de nederste poler, og sørg for, at der går positivt til Vin uden kabelvridning.

Brug også et par M-F båndhoppere til at forbinde LED'en til headeren ved 1K strømbegrænsningsmodstanden på HC-06 "STATE" -udgangen. Lod lodstiftene til LED -ledningerne, og sørg for, at den længere (anode) ledning går til modstanden.

Kabelføring

Tastaturet, displayet og Nano bruger alle hanhoveder og F-F-jumpere til forbindelser. Notér jumperens farveorientering, når den er tilsluttet overskrifterne, og gem den væk til fremtidig reference.

Tastaturet har en matrix -tast tilslutning, fire rækker og tre kolonner, så dets header -forbindelse bruger 7 ben. Sæt en 7-leder F-F båndjumper ind i headeren, og uden at vride, tilslut den anden ende til Nanos tastaturhovedforbindelse.

Displayet har en 5-polet header-forbindelse, men vi har kun brug for 4 ben til strøm og I2C serielle data (SDA, SCL). Sæt en 4-leder F-F jumper i den. Adskil den anden ende i to 2-leder stik, og tilslut dem til brødbrættets 5v strømstik og til Nanos I2C header ved stifterne A4-A5. Sørg for, at +5V viser 5V, og SDA viser SDA.

Jeg kan godt lide at pakke hunstikkene sammen på hver kabelende for at skabe en stærkere forbindelse og gøre det lettere at parre sig med de mandlige overskrifter.

Trin 7: Download skitserne og test systemet

Download og kopier de to Arduino -skitser herunder, og indsæt dem i Arduino IDE (1.8.9 eller nyere).

www.dropbox.com/s/qut4pkywkijbag9/Bingo_Ma…

www.dropbox.com/s/4td68e3vspoduut/Bingo_Slave_7-15.odt?dl=0

Jeg tror, du vil finde skitserne lette at forstå, fordi jeg har sørget for at tilføje nyttige kommentarer. Specialfunktionerne fra bibliotekerne forenkler også skitserne. Selvom du ikke helt forstår en funktion, kan du føle dig godt tilpas, fordi den virker, og du kan sandsynligvis bruge den i en egen skitse med lidt eller intet problem.

Slut din computer til Nano USB Mini B -stikket i masteren. Desværre skal Nano -bordet vippes op for at gøre dette. Tænd for strømmen, og kompilér/download hovedskitsen. Gentag på samme måde dette med slaven. Du er nu klar til at betjene systemet.

Fjern USB -kablerne, og tænd begge bokse. Du skulle nu se begge skærme aktivere og vise alle bindestreger. Dette viser, at strømmen er tændt, og systemet er i drift. Vent, indtil begge Bluetooth -lysdioder lyser, hvilket viser, at Bluetooth -forbindelse mellem Master og Slave er sket.

Bemærk: Første tryk på bestemte taster resulterer i en alfabetisk indtastning.

"1" indtaster "B".

"4" indtaster "jeg"

"7" indtaster "N"

“*” Indtaster “G”

"0" indtaster "O"

Prøv "B01". Både Master- og Slave-skærme skal vise "B-01"

Prøv andre poster.

Indtast nu "B15" på mastertastaturet. Du bør se B-15 på begge skærme. Indtast langsomt B15 igen. Tegnene på Master vises, når de indtastes. Slave -displayet ændres ikke, før alle tre tegn i et bingonummer er indtastet.

Du bør til enhver tid kunne slette fejl ved at trykke på "#". Gør det, og ovenstående sidste indtastning skal slettes på begge skærme. Men hvis du indtaster mindre end tre tegn og trykker på "#", er det kun dit Master -display, der slettes. Således vil seeren på slaven ikke være opmærksom på din fejl.

Det afslutter testen. Håber det lykkedes!

Trin 8: Lær mere om komponenterne

Tastatur

Se

og

Tasterne er angiveligt forbundet i en matrix med 4 rækker og 3 kolonner, der ligner tastaturet:

{'1', '2', '3'}, {'4', '5', '6'}, {'7', '8', '9'}, {'*', '0', '#'}

Nøglerne i hver række og hver kolonne kører sammen. De 7 række- og kolonnetråde kommer ud til tastaturets 7-benede headerforbindelse. Ifølge den første URL ovenfor er de første tre ben til venstre for mit overskrift kolonnerne, og de følgende fire ben til højre er rækkerne. De to webadresser ser imidlertid ud til at vende rækkefølgen, medmindre de ser på forskellige sider af tavlen. Jeg antog, at nøgle “1” definerer kolonne 1 og række 1, og de andre kolonner og rækker fortsætter i numerisk rækkefølge. Jeg fandt imidlertid ud af, at kolonner og rækker ikke svarer til den ordnede progression af pin -numre på Nano, som angivet i begge webadresser ovenfor. Jeg kan ikke finde nogen anden grund end tastaturet er kablet anderledes.

RibTastaturets båndkabel tilsluttes Nano's breadboard 7-benede header uden at vride. Denne header forbinder Nano's D4-D10-input. Jeg fandt ud af, at bestillingen skulle være som vist nedenfor for at tastetrykkene skulle blive vist korrekt:

Tastaturstifter (1, 2, 3) forbinder til Nano -ben (D8, D10, D6} i den rækkefølge

Tastaturstifter (4, 5, 6, 7) forbinder til Nano -ben (D9, D4, D5, D7) i den rækkefølge

Det fungerer helt sikkert rigtigt. Skitserne i trin 7 sørger for at tildele stifttilslutningen.

Skærm

Som allerede diskuteret, er der fire alfanumeriske 14-segmenters LED-display sektioner Disse styres af rygsækken, som går gennem hver og tænder de relevante LED'er.

Uden rygsækken skulle du medbringe 14 LED-strømledninger til Nano plus et 4-leder display/fælles retur. Disse 18 linjer ville bruge alle 18 Nano digitale I/O-ben (D0-D12 og A0-A5), uden at der blev efterladt noget til de 11 ben, der kræves til almindelig seriel (Arduino IDE), software seriel (Bluetooth) og tastaturet (7 stifter).

Med rygsækken har du kun brug for de to I2C digitale ledninger til kontrol plus to +5V strøm/jordledninger.

Bluetooth (vist ovenfor)

HC-06 er et fantastisk lille modul. Alt du skal gøre er at give den de serielle tegn, du vil sende, og læse de serielle tegn, der sendes til den. Det tager sig af alle Bluetooth -funktioner.

Den kan tilsluttes et standardbrætbræt eller et PCB-stik, der er fremstillet af en 7-bens kvindelig header. De seks ben er: +5V strøm og jord, seriel indgang fra Nano RXD), seriel udgang til Nano (TXD) og STATE-udgang, som vi bruger til at drive LED'en, der viser, når der er en forbindelse mellem de to HC-06 i Mester og slave.

Batteri og oplader

Batteriet er en “9V” lithium-ion. (I dette tilfælde gælder 9V mere for pakkekonfiguration end spænding.) Den har to celler i serie, hver celle har 3,6-3,7V nominel output. Så batteriets nominelle spænding er 7,2-7,4V. Ved fuld opladning kan batterispændingen være så høj som 8,4V. Grafen herunder giver en typisk afladningskurve og viser, hvordan spændingen holder sig i lang tid. Batteriet har et internt beskyttelseskredsløb, der inkluderer en afbrydelse på ca. 6,6V (3,3V pr. Celle); Li-ion-batterier kan ikke lide at blive helt afladet, og det hurtige spændingsfald ved afladningsenden kræver en rimelig høj afbrydelsesspænding. Bemærk, at afbrydelsesspændingen er lidt mindre end 7V minimum Nano -specifikationen, som giver mulighed for spændingsregulatorhovedrummet over det 5V regulerede output. Så det er muligt, at Nano holder op med at arbejde, før batteriet gør det.

Batteriets nominelle effekt er 600 milliamp. Jeg målte slavestrømafløb ved 113mA med et “B-88” display og Bluetooth tilsluttet. (Displayet svarer til de mest strømafladende skærme i vores BINGO -applikation.) Den BINGO -session, jeg deltager i, varer i cirka 2,5 timer, med 6 spil og cirka 10 minutter mellem spil. Jeg har slukket mellem spil. Efter en nat kom jeg hjem, tændte og ventede på, at slaven holdt op med at arbejde, hvilket den gjorde 2,3 timer senere. Jeg læste spændingen, og den var 6,6V, så batteriet stoppede, før Nano gjorde det. Det er sikkert at sige, at batteriet er mere end tilstrækkeligt til mit formål.

Her er mine Slave -strømmålinger (ved 7,2V):

Alt kører, viser "B-88": 113 mA

(Ikke et rigtigt bingonummer, men forventes gennemsnit: 7 LED -segmenter tændt i hver sektion)

Display ryddet: 27 mA (Display trækker det meste af strømmen: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth er ikke tilsluttet, displayet er slettet: 64 mA

(Bluetooth sender nu, forsøger at oprette forbindelse. Det ser ud til at være en 64 - 27 mA = 37 mA effekt.)

Bluetooth-modul fjernet efter nedlukning: 51 mA, efter opstart

(Displayet er alle søjler. Hver bjælke er 2 lysdioder, så forvent 2/7 x 86 = 25 mA til visning.

så 26 mA forskellen skyldes Bluetooth.)

Masterstrømmen vil faktisk være den samme. Tastaturet trækker ikke strøm, og Bluetooth -transmissionerne er meget korte.

Opladeren og ladekablerne er vist på billedet ovenfor. Master og Slave kan oplades samtidigt. På grund af de korte kabler skal opladeren sættes i en forlængerledning. Opladeren fungerer fint, bortset fra at en af lysdioderne ikke slukker, når batteriet er fuldt opladet; der er lignende kommentarer på Amazon om lysdioderne.

ChargingLadningskablerne er virkelig designet til at klippe fast på et 9V batteri og tilsluttes en tønde stik for at drive en Arduino Uno eller et andet printkort. Jeg bruger dem til at tilslutte opladeren. Men du skal være forsigtig med polaritet, som jeg bemærkede i trin 6 og forklare nedenfor.

Når vi tilslutter ladekablet til 9V -opladeren, er spændingen ved tøndejackets midterstift pin negativ, ikke positiv som den er, hvis vi tilsluttede et 9V batteri. Oplader- og ladekablets stik har de samme polariteter; de skal hver for at acceptere et 9V batteri. Så stikket til ladekablet skal drejes 90 grader, når det sættes i opladeren, og derved vendes polariteter ved tøndeproppen. Dette gør det nødvendigt at tilslutte batteriet negativt til opladningsstikkets midterterminal.