Displej Arduino Bluetooth Bingo pro sluchově postižené: 8 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Moje žena a já se jednou týdně setkáváme s přáteli a rodinou, abychom si zahráli Bingo v místní restauraci/baru. Sedíme u dlouhého stolu. Tváří v tvář mi stojí muž s poruchou sluchu a zraku. Místnost je velmi hlučná a muž často musí požádat svou manželku, aby zopakovala mnoho vyvolaných čísel. Rozhodl jsem se tedy vytvořit dvoudílný systém spojený s technologií Bluetooth na obrázku výše. Na své jednotce zadám volané číslo a on to uvidí na své jednotce.

Vysílací jednotka má 12klávesovou klávesnici telefonního typu. Pět kláves (1, 4, 7, *, 0) je naprogramováno tak, aby zadávaly BINGO abecední znak každého nového volaného čísla. Tato jednotka má také 4místný displej se 14 segmentovými alfanumerickými znaky LED zobrazujícími úplné číslo (např. B-15).

Přijímací jednotka má stejný displej, jehož velikost a jas jsou pro zamýšleného diváka více než dostačující. Zatímco vysílací jednotka sedí naplocho na stole, přijímací jednotku lze také vyklopit pro lepší sledování.

Každá jednotka má přepínač, který přepíná mezi zapínáním a vypínáním nabíjení interní 9V baterie Li-ion prostřednictvím znázorněného konektoru. Po připojení Bluetooth se na každé jednotce zobrazí modrá LED dioda.

Poznámka: V následujícím textu budu označovat vysílací jednotku jako Master a přijímací jednotku jako Slave.

Krok 1: Získejte díly, materiály a nástroje

Zásilkové díly

Klávesnice (1) Adafruit 7,50 $ za kus

Čtyř alfanumerický displej (2) Adafruit 10 $ ročně

Pájitelná deska typu PCB (2) Adafruit 3 balení 13 $, Amazon 4 balení 13 $

Arduino Nano (2) Amazon 3-pack 13 $

Modul Bluetooth HC-06 (2) Amazon 8,50 USD za kus

5mm hlavní (2) Amazon 5-pack 8 $

Přepínač DPDT Amazon 10-pack 6 $

9V Li-ion dobíjecí baterie (2) a duální nabíječka Amazon (EBL) 17 $

Nabíjecí kabel s nasazovací 9V baterií a válcovou zástrčkou (2) Amazon 5-pack 6 $

Místní díly

Malý box na památku (2), vysoký přibližně 4,75 x 4,75 x 2,5 palce, JoAnn (místně i online) 5,50 $

#4 Šrouby a matice pro instalaci displeje (8)

Distanční podložky pro šrouby stroje (8)

Malé šrouby (v balení mosazného závěsu) pro instalaci pomocí klávesnice (1 balení) Michaels

Díly pravděpodobně po ruce

Modrá LED (2)

Držák LED (2), volitelný

Stužkové svetry, žena-žena

Stužkové svetry, muž-žena

1K ohmový odpor (4)

Rezistor 2K ohm (2)

Mužské záhlaví

#22 pevný měděný propojovací vodič: červený, černý, bílý

Materiály

Tmel na dřevo

Nastříkejte nebo naneste štětcem

Maskovací páska, nejlépe běžného a modrého typu

Permanentní montážní páska Scotch (oboustranná pěnová páska)

Nástroje

Třmen (doporučeno)

Motorová pila nebo ruční pila

Soubor (nebo brusný papír)

Vrták a bity

Vodítko vrtáku (má okótované otvory pro všechny bity)

Cepín

Klenotnická sada šroubováků

Běžné křížové šroubováky a kleště

Štípačky

Odstraňovač drátů

Pájecí zařízení

Malířský štětec

Krok 2: Připravte si krabice

) je skvělý, ve srovnání s odstraněním a výměnou šroubů, když potřebujete přístup dovnitř. Ve skutečnosti jsem zaplatil více za mistrovskou ¼ palcovou překližku JoAnn, kterou jsem již měl po ruce, a plýtval časem a energií na její výrobu. Budu tedy předpokládat, že použijete dvě pole JoAnn.)

Odstraňte sklopné vrcholy a závěsy. Vložte závěsy a šrouby do bezpečné nádoby, abyste je neztratili.

Displeje a klávesnice se montují pod vrchní část krabice a viditelné části procházejí skrz. Opatrně změřte tyto části, abyste určili rozměry požadovaných obdélníkových otvorů v horní části, s cílem úhledně přiléhat. Pro tento účel je nejvhodnější třmen.

Rozložte tyto obrysy na vrcholy boxu tužkou a pravítkem, horizontálně je vycentrujte a svisle rozmístěte podle potřeby. Nezapomeňte také umístit LED na horní straně Slave. Na tužkové čáry jsem umístil (modrou) maskovací pásku, aby byl velmi dobrým vodítkem pro řezání.

Vyvrtejte otvor pro pilový kotouč a pokračujte v řezání co nejblíže pásce, aniž byste se museli prohýbat přes čáru. Dokončete otvory pilováním nebo broušením až na pásku/linku. Poté vyzkoušejte vhodnost pomocí displeje. Pokud je příliš těsný, možná budete moci vynutit uložení v relativně měkkém lípu.

Nyní rozložte středové otvory pro spínač, konektor a LED a označte je pomocí sběrače ledu (nebo středového děrovače). Průměr otvoru určete zkušebním nasazením dílů do vedení vrtáku. Poté vyvrtejte otvory.

Nyní je vhodná doba k utěsnění a natření exteriérů boxů. Lípa absorbuje barvu, proto před lakováním natřete štětcem. Po zaschnutí jsem nastříkal dna a vrchní části krabice lesklou modrou Rustoleum, přičemž jsem dělal jen zvenčí. Rozhodl jsem se maskovat všechny otvory maskovací páskou na vnitřní straně.

Po zaschnutí dejte vrchní části sklopné krabice zpět.

Západka je potřebná pro odklápěcí horní část a musí být vnitřní, aby mohla Slave sedět vzpřímeně. Vytvořil jsem jednoduchou západku, která funguje dobře. Uřízněte plastovou vizitku do požadovaného tvaru a přilepte ji na vnitřní stranu horní části krabice se středem, jak je znázorněno na fotografiích s otevřeným rámečkem v kroku 6. Vyvrtejte pilotní otvor a otvor pro zahloubení ve spodní přední části krabice pro malý šroub, který zasune plast. Změřte vzdálenost středu šroubu dolů od horního okraje dna krabice, přeneste ji na plast a pomocí sběrače ledu vyrazte otvor se středem na plast, který projde šroubem. Zašroubujte šroub a krabice se zajistí. K otevření použijte tenkou čepel nože a vytlačte plast ze šroubu. K zavření můžete použít prst nebo nůž.

Krok 3: Sestavte dva displeje

Poznámka: Když jsem se pokoušel objednat zobrazovací sadu v seznamu dílů, Adafruit nebyl u všech barev na skladě. Musel jsem tedy objednat jinou verzi: Featherlight Quad Display, která se lišila pouze v batohu. Viz https://www.adafruit.com/product/3130. To však nemělo žádný způsob montáže na vrcholy boxů, takže jsem musel vymyslet vlastní držák. Jednoduše jsem připájel čtyři aktivní kolíky na záhlaví na desku s pájitelným typem, kterou vidíte na fotografiích s otevřeným krytem v kroku 6. Do perfboardu jsem vyvrtal čtyři montážní otvory. Dokonce jsem duplikoval samčí konektor záhlaví pro Master, ale rozhodl jsem se, že v Slave tak daleko nepůjdu.

Doufejme, že budete moci získat hezčí displej, který jsem doporučil v seznamu dílů.

Každý displej je dodáván jako čtyřdílná sada: dva duální alfanumerické LED displeje, batoh (ovladač LED) a 5pinový konektor pro muže. LED diody a záhlaví musí být připájeny k batohu. Podívejte se na skvělý návod na https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Při pájení LED kolíků sousedících s IC batohu budete potřebovat pájecí hrot s jemným hrotem. V tomto projektu jsou použita pouze 4 připojení k záhlaví: 5V napájecí (VCC. GND) a I2C datové (SDA) a hodinové (SCL) linky.

Krok 4: Vytvořte obvodovou desku

Rád používám PCB verzi běžného polovičního prkénka, zvláště když jsem již provedl předběžné připojení systému s prkénkem a pomocnými zařízeními. Zapojení verze s pájitelnou deskou plošných spojů je mnohem jednodušší než verze s alternativní pájitelnou deskou (bod-bod).

Níže uvedená tabulka ke stažení obsahuje pokyny k zapojení, včetně konektorů samců pro kabeláž a konektorů samice pro výrobu zásuvek Nano a HC-06.. Samčí záhlaví se odlamují ze 40 kolíkových pásků, ale zásuvkové konektory musí být odříznuty. Používám Dremel s řezacím kolečkem.

Tabulka je shodná pro Master a Slave s výjimkou záhlaví klávesnice potřebného na desce Master.

Výše uvedená fotografie ukazuje obnaženou a dokončenou desku s obvody Slave.

Krok 5: Nainstalujte všechny součásti do krabic

Zobrazit

Umístěte displej do otvoru a označte čtyři montážní body. Vyvrtejte otvory pro šrouby stroje. Vyberte rozpěrky pro výstupek, se kterým jste spokojeni, a poté jej přišroubujte.

Klávesnice

Montážní otvory jsou velmi malé. Naštěstí jsou v balení mosazných závěsů k dispozici vhodné šrouby. Umístěte klávesnici do jejího otvoru a označte čtyři montážní body. K vrtání startovacích otvorů použijte nejmenší bit ze sady. Pak to přišroubujte. Šrouby budou trochu vyčnívat nad vrchol. Je -li to žádoucí, vyšroubujte šrouby a opište body. Znovu nainstalujte.

Přepínač, Jack a LED

Zatlačte spínač do jeho otvoru a otáčením jej přepněte do polohy zapnutí. Zajistěte ji dodanou maticí.

Podobně nainstalujte konektor tak, že jej otočíte, abyste získali nejlepší přístup k pájení.

Nakonec vložte LED do držáku a zatlačte ji do jejího otvoru (zepředu). To by mělo být těsné.

Deska s obvody a baterie

Obvykle nechávám v krabici dostatek místa pro přístup ke konektoru USB mikrořadiče (Nano) pomocí kabelu USB, aniž byste museli hýbat deskou, protože usnadňuje ladění a změny. Tady jsem to nedělal, protože krabice už byly větší, než jsem doufal.

Věřím, že oboustranná pěnová páska je dobrým způsobem, jak nainstalovat desku a baterii. Pokud použijete minimální pásku, umožní snadné odstranění a přitom zajistí pevnou instalaci. Ponechejte nahrávání, dokud nebudete připraveni se definitivně zapnout.

Krok 6: Nainstalujte kabeláž a kabeláž

Elektrické vedení

Přepínač je DPDT. Středové póly se připojují k baterii. Horní póly se připojují k nabíjecímu konektoru. A spodní póly se připojují k hlavičce Nano Vin/Gnd.

Pájecí 9V baterii připájejte na středové póly spínače. Červený vodič definuje, který pól je kladný (+).

Pájecí kabel připojte z horních pólů spínače ke konektoru.

POZOR! Zajistěte, aby záporná strana směřovala na středový kolík zvedáku. Proč? Protože nabíjecí napětí je na středovém kolíku hlavně záporné. Vysvětlení viz krok 8.

Pomocí dvojice můstkových propojek MF propojte spodní póly spínače s kabelovým konektorem Nano Vin/Gnd. Připájejte kolíky ke spodním pólům a ujistěte se, že kladné kontakty budou směřovat na Vin bez kroucení kabelu.

Rovněž použijte dvojici propojovacích můstků M-F k připojení LED k hlavičce na rezistoru omezujícím proud 1K na výstupu „STATE“HC-06. Připájejte piny k LED diodám a ujistěte se, že delší (anodový) vodič jde k odporu.

Kabeláž

Klávesnice, displej a Nano používají pro připojení hlavičky a propojky F-F. Po zapojení do záhlaví si poznamenejte barevnou orientaci propojky a zastrčte ji pro budoucí použití.

Klávesnice má připojení maticových klíčů, čtyři řádky a tři sloupce, takže její záhlaví používá 7 pinů. Zapojte 7vodičovou propojovací pásku F-F do záhlaví a bez překroucení zapojte druhý konec do připojení záhlaví klávesnice Nano.

Displej má 5pinové připojení záhlaví, ale potřebujeme pouze 4 piny, pro napájení a sériová data I2C (SDA, SCL). Zapojte do něj 4vodičový propojovací kabel F-F. Oddělte druhý konec do dvou 2vodičových konektorů a zapojte je do 5V napájecí lišty a do konektoru Nano I2C na pinech A4-A5. Ujistěte se, že +5V bude zobrazovat 5V a SDA bude zobrazovat SDA.

Rád spojuji konektory na každém konci kabelu, aby bylo silnější spojení a bylo snazší se spojit se zástrčkami.

Krok 7: Stáhněte si náčrty a otestujte systém

Stáhněte a zkopírujte níže uvedené dva náčrtky Arduino a vložte je do Arduino IDE (1.8.9 nebo novější).

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

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

Věřím, že vám náčrty budou snadno srozumitelné, protože jsem se postaral o přidání užitečných komentářů. Speciální funkce z knihoven také zjednodušují náčrty. I když plně nerozumíte funkci, můžete se cítit pohodlně, protože funguje, a pravděpodobně byste ji mohli použít ve své vlastní skici s malým nebo žádným problémem.

Připojte svůj počítač ke konektoru Nano USB Mini B v Master. K tomu musí být nano deska bohužel nakloněna nahoru. Zapněte napájení a zkompilujte/stáhněte hlavní skicu. Podobně to zopakujte se Slave. Nyní jste připraveni systém provozovat.

Odpojte kabely USB a zapněte oba boxy. Nyní byste měli vidět, jak se oba displeje aktivují a zobrazují všechny spojovníky. To ukazuje, že je zapnuto napájení a systém je funkční. Počkejte, až se rozsvítí obě LED diody Bluetooth, což ukazuje, že došlo k Bluetooth spojení Master a Slave.

Poznámka: První stisknutí určitých kláves vede k abecednímu zadání.

„1“zadá „B“.

„4“zadává „I“

„7“zadává „N“

„*“Zadá „G“

„0“vstupuje do „O“

Zkuste „B01“. Displej Master i Slave by měl zobrazovat „B-01“

Zkuste jiné položky.

Nyní zadejte na hlavní klávesnici „B15“. Měli byste vidět B-15 na obou displejích. Znovu zadejte B15 pomalu. Znaky na předloze se zobrazí při jejich zadávání. Displej Slave se nezmění, dokud nezadáte všechny tři znaky v čísle Bingo.

Chyby byste měli být schopni kdykoli vymazat stisknutím „#“. Udělejte to a výše uvedený poslední záznam by měl na obou displejích zmizet. Pokud však zadáte méně než tři znaky a stisknete „#“, smaže se pouze váš hlavní displej. Divák v Slave si tedy nebude vědom vaší chyby.

Tím je test hotový. Doufám, že to bylo úspěšné!

Krok 8: Zjistěte více o součástech

Klávesnice

Viz

a

Klíče jsou údajně zapojeny v matici 4 řádků a 3 sloupců, která vypadá stejně jako klávesnice:

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

Klíče v každém řádku a v každém sloupci se spojí dohromady. 7řádkové a sloupcové vodiče vycházejí do 7pólového konektoru záhlaví klávesnice. Podle první výše uvedené adresy URL jsou první tři piny v levé části záhlaví sloupce a následující čtyři piny vpravo jsou řádky. Zdá se však, že obě adresy URL mění pořadí, pokud se nedívají na různé strany vývěsky. Předpokládal jsem, že klíč „1“definuje sloupec 1 a řádek 1 a ostatní sloupce a řádky probíhají v číselném pořadí. Zjistil jsem však, že sloupce a řádky neodpovídají řádnému postupu čísel pinů v Nano, jak je uvedeno v obou adresách URL výše. Nemohu najít žádný jiný důvod, než že klávesnice je zapojena jinak.

Rib Plochý kabel klávesnice se připojuje k 7kolíkové hlavičce Nano bez zkroucení. Tato hlavička se připojuje ke vstupům Nano D4-D10. Zjistil jsem, že pro správné zobrazení stisknutí kláves musí být řazení následující:

Piny klávesnice (1, 2, 3) se připojují k pinům Nano (D8, D10, D6} v uvedeném pořadí

Piny klávesnice (4, 5, 6, 7) se připojují k pinům Nano (D9, D4, D5, D7) v tomto pořadí

To rozhodně funguje správně. Skici v kroku 7 se starají o přiřazení připojení pinů.

Zobrazit

Jak již bylo řečeno, existují čtyři alfanumerické, 14segmentové LED zobrazovací sekce. Ty jsou ovládány batohem, který prochází každou z nich a rozsvítí příslušné LED diody.

Bez batohu byste museli do Nano přivést 14 napájecích vodičů LED plus 4vodičový výběr displeje/společný návrat. Těchto 18 řádků by využilo všech 18 digitálních I/O pinů Nano (D0-D12 a A0-A5), takže nezůstalo nic pro 11 pinů potřebných pro běžné sériové (Arduino IDE), softwarové sériové (Bluetooth) a klávesnici (7 špendlíky).

S batohem potřebujete pouze dva digitální vodiče I2C pro ovládání a dva napájecí +zemní vodiče +5V.

Bluetooth (zobrazeno výše)

HC-06 je skvělý malý modul. Jediné, co musíte udělat, je dát mu sériové znaky, které chcete přenést, a přečíst si do něj přenesené sériové znaky. Postará se o všechny operace Bluetooth.

Připojuje se do standardní desky nebo do zásuvky PCB vyrobené ze 7kolíkové zásuvky. Šest pinů je: +5V napájení a uzemnění, sériový vstup z Nano RXD), sériový výstup na Nano (TXD) a STATE výstup, který používáme k ovládání LED diody, která ukazuje, že existuje spojení dvou HC-06 v Master a Slave.

Baterie a nabíječka

Baterie je lithium-iontová „9V“. (V tomto případě platí 9V více pro konfiguraci balení než pro napětí.) Má dva články v sérii, každý článek má nominální výkon 3,6-3,7V. Jmenovité napětí baterie je tedy 7,2-7,4V. Při plném nabití může být napětí baterie až 8,4 V. Níže uvedený graf uvádí typickou křivku vybíjení a ukazuje, jak napětí zůstává po dlouhou dobu vzhůru. Baterie má vnitřní ochranné obvody, které zahrnují vypnutí přibližně 6,6 V (3,3 V na článek); Li-ion baterie nemají rády úplné vybití a rychlý pokles napětí na konci vybíjení vyžaduje přiměřeně vysoké mezní napětí. Mezní napětí je o něco menší než minimální specifikace Nano 7V, což umožňuje prostor nad regulátorem napětí nad regulovaným výstupem 5V. Je tedy možné, že Nano přestane fungovat dříve, než začne baterie.

Jmenovitý výkon baterie je 600 miliampérhodin. Měřil jsem odběr podřízeného proudu na 113 mA s displejem „B-88“a připojeným Bluetooth. (Tento displej je ekvivalentem displejů s největší spotřebou energie v naší aplikaci BINGO.) Zasedání BINGO, kterého se účastním, trvá přibližně 2,5 hodiny, 6 her a přibližně 10 minut mezi hrami. Mezi hrami jsem vypínal. Po jedné noci jsem přišel domů, zapnul napájení a čekal, až Slave přestane pracovat, což se stalo o 2,3 hodiny později. Četl jsem napětí a bylo to 6,6 V, takže baterie přestala, než to udělal Nano. Lze s jistotou říci, že baterie je pro můj účel více než dostačující.

Zde jsou moje měření podřízeného proudu (při 7,2 V):

Vše běží, zobrazuje se „B-88“: 113 mA

(Není to skutečné číslo Bingo, ale očekává se průměr: 7 segmentů LED v každé sekci)

Displej vymazán: 27 mA (Displej čerpá většinu proudu: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth není připojeno, displej vymazán: 64 mA

(Bluetooth nyní vysílá, pokouší se připojit. Zdá se, že jde o efekt 64 - 27 mA = 37 mA.)

Modul Bluetooth odstraněn po vypnutí: 51 mA, po zapnutí

(Zobrazení jsou všechny pruhy. Každý pruh je 2 LED diody, takže očekávejte 2/7 x 86 = 25 mA pro zobrazení.

rozdíl 26 mA je způsoben technologií Bluetooth.)

Hlavní proud bude ve skutečnosti stejný. Klávesnice nečerpá energii a přenosy Bluetooth jsou velmi krátké.

Nabíjecí a nabíjecí kabely jsou uvedeny na výše uvedené fotografii. Master a Slave lze nabíjet současně. Kvůli krátkým kabelům musí být nabíječka zapojena do prodlužovacího kabelu. Nabíječka funguje dobře, kromě toho, že jedna z LED nesvítí, když je baterie plně nabitá; na Amazonu jsou podobné komentáře ohledně LED diod.

 Nabíjecí kabely jsou opravdu navrženy tak, aby se připnuly na 9V baterii a zapojily se do válcového konektoru pro napájení Arduino Uno nebo jiné desky plošných spojů. Používám je k připojení k nabíječce. Musíte si ale dát pozor na polaritu, jak jsem poznamenal v kroku 6 a vysvětlit níže.

Když připojíme nabíjecí kabel k 9V nabíječce, napětí na středovém pinu hlavně bude záporné, nikoli kladné, jako kdybychom připojili 9V baterii. Konektory nabíječky a nabíjecího kabelu mají stejnou polaritu; musí, aby každý přijal 9V baterii. Při zapojování do nabíječky je tedy třeba konektor nabíjecího kabelu otočit o 90 stupňů, čímž se změní polarita na zástrčce hlavně. To vyžaduje připojení záporného pólu baterie ke středovému terminálu nabíjecího konektoru.