Displej Arduino Bluetooth Bingo pre sluchovo postihnutých: 8 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Moja žena a ja sa stretávame s priateľmi a rodinou raz týždenne, aby sme si zahrali Bingo v miestnej reštaurácii/bare. Sedíme pri dlhom stole. Oproti mne stojí muž s poruchou sluchu a zraku. Izba je veľmi hlučná a muž často musí požiadať svoju manželku, aby zopakovala mnohé z volaných čísel. Rozhodol som sa preto vytvoriť dvojdielny systém spojený s Bluetooth, ktorý je zobrazený vyššie. Na svojej jednotke zadám volané číslo a on to uvidí na svojej jednotke.

Vysielacia jednotka má 12-klávesovú klávesnicu telefónneho typu. Päť z klávesov (1, 4, 7, *, 0) je naprogramovaných tak, aby zadávali BINGO abecedný znak každého nového volaného čísla. Táto jednotka má tiež 4-znakový displej so 14-segmentovými alfanumerickými znakmi LED, ktoré zobrazujú úplné číslo (napr. B-15).

Prijímacia jednotka má rovnaký displej, ktorého veľkosť a jas sú pre predpokladaného diváka viac než dostatočné. Aj keď vysielacia jednotka leží na stole, prijímaciu jednotku je možné pre lepšie sledovanie sklopiť.

Každá jednotka má prepínač, ktorý prepína medzi zapnutím a vypnutím nabíjania vnútornej lítium-iónovej 9V batérie prostredníctvom znázorneného valcového konektora. Keď je zariadenie Bluetooth pripojené, modrá dióda LED na každom zariadení ukazuje.

Poznámka: V nasledujúcom texte budem označovať vysielaciu jednotku ako Master a prijímaciu jednotku ako Slave.

Krok 1: Získajte diely, materiály a nástroje

Zásielkové diely

Klávesnica (1) Adafruit 7,50 dolárov za kus

Štvornásobný alfanumerický displej (2) Adafruit 10 dolárov ročne

Spájkovateľná doska na dosky plošných spojov (2) Adafruit 3-balenie 13 dolárov, Amazon 4-balenie 13 dolárov

Arduino Nano (2) Amazon, 3 balenie, 13 dolárov

Modul Bluetooth HC-06 (2) Amazon 8,50 dolára za rok

5 mm sudový konektor (2) 5-balenie Amazon 8 dolárov

Prepínač DPDT Amazon 10-pack 6 dolárov

9V Li-ion nabíjateľná batéria (2) a duálna nabíjačka Amazon (EBL) 17 dolárov

Nabíjací kábel s 9V nasúvacou batériou a dutinkovou zástrčkou (2) 5-balenie Amazon, 6 dolárov

Miestne diely

Malý box na pamiatku (2), vysoký približne 4,75 x 4,75 x 2,5 palca, JoAnn (lokálne aj online) 5,50 dolára

#4 Skrutky a matice stroja pre inštaláciu displeja (8)

Rozpery pre strojné skrutky (8)

Malé skrutky (v balení mosadzných závesov) na inštaláciu klávesnice (1 balenie) Michaels

Časti pravdepodobne po ruke

Modrá LED (2)

Držiak LED (2), voliteľný

Stužkové prepojky, žena-žena

Stužkové prepojky, muž-žena

1K ohmový odpor (4)

Rezistor 2K ohm (2)

Mužské hlavičky

#22 Pevný medený prepojovací drôt: červený, čierny, biely

Materiály

Pečatidlo na drevo

Nastriekajte alebo naneste štetcom

Maskovacia páska, najlepšie bežného a modrého typu

Scotch Permanentná montážna páska (obojstranná penová páska)

Nástroje

Strmeň (odporúča sa)

Motorová špirálová alebo ručná píla

Súbor (alebo brúsny papier)

Vŕtačka a bity

Vodítko vrtáka (má dimenzované otvory pre všetky bity)

Zber ľadu

Klenotnická súprava skrutkovačov

Bežné skrutkovače a kliešte Phillips

Drôtová rezačka

Odstraňovač drôtov

Spájkovacie zariadenie

Štetec na maľovanie

Krok 2: Pripravte si škatule

(Poznámka: Na fotografiách uvidíte, že som vyrobil Master box pred nájdením sklopného boxu pre Slave v JoAnn. Tento box vrelo odporúčam. Je takmer rovnakej veľkosti, dobre vyrobený, za rozumnú cenu a sklopné veko. je skvelé, v porovnaní s odstraňovaním a výmenou skrutiek, keď potrebujete prístup dovnútra. V skutočnosti som zaplatil viac za majstrovskú ¼ palcovú preglejku JoAnn, ktorú som už mal po ruke, a stratil som čas a energiu pri jej výrobe. Budem teda predpokladať, že použijete dve políčka JoAnn.)

Odstráňte sklopné vrcholy a pánty. Vložte pánty a skrutky do bezpečnej nádoby, aby ste ich nestratili.

Displeje a klávesnica sú pripevnené pod vrchmi škatule a viditeľné časti prečnievajú. Opatrne zmerajte tieto časti, aby ste určili rozmery požadovaných obdĺžnikových otvorov v hornej časti, s cieľom úhľadne priliehať. Na tento účel je najlepšie použiť posuvné meradlo.

Rozložte tieto obrysy na vrcholy škatuľky ceruzkou a pravítkom, horizontálne ich vycentrujte a podľa potreby rozmiestnite vertikálne. Nezabudnite tiež nájsť LED diódu na vrchu Slave. Na ceruzky som položil (modrú) maskovaciu pásku, aby boli veľmi dobrým sprievodcom pri rezaní.

Vyvŕtajte otvor pre pílový kotúč a pokračujte v strihaní čo najbližšie k páske bez toho, aby ste sa museli prehýbať cez čiaru. Dokončite otvory brúsením alebo brúsením až na pásku/linku. Potom vyskúšajte vhodnosť pomocou displeja. Ak je príliš tesný, možno budete môcť vynútiť uchytenie v relatívne mäkkom lipňovom dreve.

Teraz rozložte stredové otvory pre prepínač, konektor a LED diódy a označte ich vyberačom ľadu (alebo stredovým dierovačom). Priemer otvoru určte skúšaním montáže dielov do vedenia vrtáka. Potom vyvŕtajte otvory.

Teraz je vhodný čas na tesnenie a natretie exteriérov škatúľ. Basové drevo absorbuje farbu, preto ho pred lakovaním natrite štetcom. Po vysušení som dno a vrchy škatule nastriekol lesklou modrou Rustoleum, pričom som urobil iba zvonku. Rozhodol som sa zamaskovať všetky otvory maskovacou páskou na vnútornej strane.

Keď sú suché, vráťte vrchné časti sklopného boxu späť.

Na výklopnom vrchu je potrebná západka, ktorá musí byť vnútorná, aby mohol otrok sedieť vzpriamene. Vytvoril som jednoduchú západku, ktorá funguje dobre. Vystrihnite plastovú vizitku do požadovaného tvaru a prilepte ju k vnútornej strane hornej časti škatule so stredom, ako je to znázornené na fotografiách s otvoreným boxom v kroku 6. Do spodnej prednej časti škatule vyvŕtajte pilotný otvor a otvor so zahĺbením, aby ste doň vložili malú skrutku, ktorá zasunie plast. Zmerajte vzdialenosť stredu skrutky od horného okraja spodnej časti škatule, preneste ju na plast a pomocou vyberača ľadu vyrazte dieru v strede na plaste, ktorá bude prechádzať skrutkou. Zaskrutkujte skrutku a skrinka sa zaistí. Na otvorenie použite tenkú čepeľ noža, aby ste vytlačili plast zo skrutky. Na zatvorenie môžete skutočne použiť prst alebo opäť nôž.

Krok 3: Zostavte dva displeje

Poznámka: Keď som sa pokúsil objednať zobrazovaciu súpravu v zozname dielov, Adafruit nebol na sklade vo všetkých farbách. Musel som teda objednať inú verziu: Featherlight Quad Display, ktorá sa líšila iba v batohu. Pozrite si https://www.adafruit.com/product/3130. Toto však nemalo žiadny spôsob montáže na vrcholy skriniek, takže som musel vymyslieť svoj vlastný držiak. Štyri aktívne kolíky na hlavičkách som jednoducho spájkoval na spájkovaciu dosku perf, ktorú vidíte na fotografiách s otvoreným krytom v kroku 6. Do perfboardu som vyvŕtal štyri montážne otvory. Dokonca som duplikoval konektor samčej hlavičky pre Master, ale rozhodol som sa, že v Slave nejdem tak ďaleko.

Našťastie budete môcť získať krajší displej, ktorý som odporučil v zozname dielov.

Každý displej je dodávaný ako štvordielna súprava: dva duálne alfanumerické LED displeje, batoh (ovládač LED) a 5-kolíkový konektor s kolíkom. LED diódy a záhlavie musia byť spájkované s batohom. Pozrite si vynikajúci návod na https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Na spájkovanie LED kolíkov susediacich s integrovaným obvodom batohu budete potrebovať spájkovaciu špičku s jemným hrotom. V tomto projekte sú použité iba 4 pripojenia k záhlaviu: 5V napájacie (VCC. GND) a dátové linky I2C (SDA) a hodiny (SCL).

Krok 4: Vytvorte obvodovú dosku

Rád používam PCB verziu bežného polovičného breadboardu, najmä keď som už urobil predbežné prepojenie systému s breadboard a pomocnými zariadeniami. Zapojenie verzie spájkovateľnej dosky plošných spojov je oveľa jednoduchšie ako alternatívna verzia spájkovateľnej perf dosky (bod-bod).

V nižšie uvedenej tabuľke na stiahnutie je uvedený návod na zapojenie vrátane zásuvkových konektorov pre kabeláž a zásuviek na výrobu zásuviek Nano a HC-06.. Samčie hlavičky sa odtrhávajú zo 40 kolíkových pásikov, ale zásuvkové lišty musia byť odrezané. Používam Dremel s rezacím kotúčom.

Tabuľka je rovnaká pre Master a Slave s výnimkou hlavičky klávesnice potrebnej na doske Master.

Vyššie uvedená fotografia ukazuje holú a dokončenú dosku s obvodmi Slave.

Krok 5: Nainštalujte všetky súčasti do škatúľ

Displej

Umiestnite displej do otvoru a označte štyri upevňovacie body. Vyvŕtajte otvory pre skrutky do stroja. Vyberte rozpery pre výstupok, s ktorým ste spokojní. Potom ho priskrutkujte.

Klávesnica

Montážne otvory sú veľmi malé. Našťastie sú v balení mosadzných závesov k dispozícii vhodné skrutky. Umiestnite klávesnicu do otvoru a označte štyri upevňovacie body. Na vŕtanie štartovacích otvorov použite najmenší vrták vo svojej sade. Potom ho priskrutkujte. Skrutky budú trochu vyčnievať nad vrchol. V prípade potreby odskrutkujte skrutky a opíšte body. Preinštalovať.

Prepínač, konektor a LED

Zatlačte vypínač do jeho otvoru a otáčaním ho prepnite do polohy zapnutia. Zaistite ho dodanou maticou.

Podobne nainštalujte konektor a otáčajte ním, aby ste získali najlepší prístup k spájkovaniu.

Nakoniec vložte LED do držiaka a zatlačte ju do otvoru (spredu). Malo by to byť tesné.

Obvodová doska a batéria

V škatuli zvyčajne ponechám dostatok miesta na prístup k USB konektoru mikroovládača (Nano) pomocou kábla USB bez premiestnenia dosky, pretože uľahčuje ladenie a zmeny. Tu som to neurobil, pretože boxy boli už väčšie, ako som dúfal.

Verím, že obojstranná penová páska je dobrý spôsob inštalácie dosky a batérie. Ak použijete minimum pásky, umožní ľahké odstránenie a zároveň zaistí pevnú inštaláciu. Nahrávanie nechajte, kým nebudete pripravení zapnúť nadobro.

Krok 6: Nainštalujte zapojenie a kabeláž

Elektrické vedenie

Prepínač je DPDT. Stredové póly sa pripájajú k batérii. Horné póly sa pripájajú k nabíjaciemu konektoru. A spodné póly sa pripájajú k hlavičke Nano Vin/Gnd.

Spájkujte 9V batériovú sponu na stredové póly spínača. Červený vodič určí, ktorý pól je kladný (+).

Spájkujte prepojovací vodič z horných pólov spínača do konektora.

POZOR! Uistite sa, že negatívna strana smeruje k stredovému kolíku zdviháka. Prečo? Pretože nabíjacie napätie je na stredovom kolíku hlavne záporné. Vysvetlenie nájdete v kroku 8.

Pomocou dvojice prepojovacích pások MF prepojte spodné póly spínača s káblovým konektorom Nano Vin/Gnd. Pripájajte kolíky k dolným pólom a uistite sa, že kladný pól bude smerovať na Vin bez skrútenia kábla.

Na prepojenie LED diódy s konektorom na odpore obmedzujúcom prúd 1K na výstupe „STATE“HC-06 použite aj dvojicu prepojovacích pások M-F. Pripájajte kolíky k vodičom LED a uistite sa, že dlhší (anódový) drôt smeruje k odporu.

Kabeláž

Klávesnica, displej a Nano používajú na prepojenie hlavičky a prepojky F-F. Po zapojení do záhlaví si poznamenajte farebnú orientáciu prepojky a zastrčte ju pre budúce použitie.

Klávesnica má prepojenie maticových klávesov, štyri riadky a tri stĺpce, takže jej prepojenie záhlavím používa 7 pinov. Zapojte 7-žilovú prepojovaciu pásku F-F do záhlavia a druhý koniec bez krútenia zapojte do konektora záhlavia klávesnice Nano.

Displej má 5-pinové pripojenie záhlavia, ale potrebujeme iba 4 piny, na napájanie a sériové dáta I2C (SDA, SCL). Pripojte do nej 4-vodičový prepojovací kábel F-F. Oddeľte druhý koniec do dvoch 2-vodičových konektorov a zapojte ich do 5V napájacej lišty nepájivého poľa a do konektora Nano I2C na kolíkoch A4-A5. Uistite sa, že +5 V bude zobrazovať 5 V a SDA bude zobrazovať SDA.

Rád spojím ženské konektory na každom konci kábla, aby sa vytvorilo silnejšie spojenie a uľahčilo sa párenie so zásuvkami.

Krok 7: Stiahnite si náčrty a otestujte systém

Stiahnite a skopírujte dve nižšie uvedené skice Arduino a vložte ich do Arduino IDE (1.8.9 alebo novší).

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

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

Verím, že vám budú náčrty ľahko zrozumiteľné, pretože som sa postaral o pridanie užitočných komentárov. Špeciálne funkcie z knižníc tiež zjednodušujú náčrty. Aj keď niektorej funkcii úplne nerozumiete, môžete sa cítiť pohodlne, pretože funguje, a pravdepodobne by ste ju mohli použiť vo vlastnom náčrte s malým alebo žiadnym problémom.

Pripojte svoj počítač ku konektoru Nano USB Mini B v zariadení Master. Na to musí byť doska Nano bohužiaľ naklonená. Zapnite napájanie a skompilujte/stiahnite si hlavný náčrt. Podobne to zopakujte s otrokom. Teraz ste pripravení prevádzkovať systém.

Odpojte káble USB a zapnite obidva boxy. Teraz by ste mali vidieť, ako sa oba displeje aktivujú a ukazujú všetky spojovníky. Toto ukazuje, že je zapnuté napájanie a systém je funkčný. Počkajte, kým sa nerozsvietia obe LED diódy Bluetooth, ktoré ukazujú, že došlo k Bluetooth prepojeniu Master a Slave.

Poznámka: Prvé stlačenie určitých klávesov spôsobí abecedný zápis.

„1“vstupuje do „B“.

„4“zadáva „I“

„7“zadáva „N“

„*“Zadáva „G“

„0“vstupuje do „O“

Skúste „B01“. Displej Master aj Slave by mal zobrazovať „B-01“

Skúste iné položky.

Teraz zadajte na hlavnej klávesnici „B15“. Na oboch displejoch by ste mali vidieť B-15. Znova zadajte B15. Znaky na predlohe sa zobrazia po zadaní. Displej Slave sa nezmení, kým nezadáte všetky tri znaky v čísle Bingo.

Chyby by ste mali byť schopní kedykoľvek vymazať stlačením klávesu „#“. Vykonajte to a vyššie uvedený posledný záznam by sa mal na oboch displejoch vymazať. Ak však zadáte menej ako tri znaky a stlačíte „#“, vymaže sa iba váš hlavný displej. Divák v Slave si teda nebude vedomý vašej chyby.

Tým je test hotový. Dúfam, že to bolo úspešné!

Krok 8: Získajte viac informácií o komponentoch

Klávesnica

Pozrite si

a

Klávesy sú údajne zapojené v matici 4 riadkov a 3 stĺpcov, ktorá vyzerá rovnako ako klávesnica:

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

Kľúče v každom riadku a každom stĺpci sú spojené dohromady. 7 riadkové a stĺpcové vodiče vychádzajú k 7-pólovému konektoru záhlavia klávesnice. Podľa prvej adresy URL vyššie sú prvé tri piny vľavo od mojej hlavičky stĺpce a nasledujúce štyri piny vpravo sú riadky. Zdá sa však, že tieto dve adresy URL menia poradie, pokiaľ sa nepozerajú na rôzne strany tabule. Predpokladal som, že kľúč „1“definuje stĺpec 1 a riadok 1 a ostatné stĺpce a riadky postupujú v číselnom poradí. Zistil som však, že stĺpce a riadky nezodpovedajú usporiadanému postupu čísel pinov v Nano, ako je uvedené v oboch vyššie uvedených adresách URL. Nemôžem nájsť žiadny iný dôvod, ako je klávesnica zapojená inak.

Rib Plochý kábel klávesnice sa pripája k 7-kolíkovému konektoru Nano na doske bez krútenia. Táto hlavička sa pripája k vstupom Nano D4-D10. Zistil som, že poradie sa musí správne zobrazovať, ako je uvedené nižšie:

Kolíky klávesnice (1, 2, 3) sa pripájajú k nano kolíkom (D8, D10, D6} v uvedenom poradí

Kolíky klávesnice (4, 5, 6, 7) sa pripájajú k nano kolíkom (D9, D4, D5, D7) v uvedenom poradí

To určite funguje správne. Náčrty v kroku 7 sa starajú o priradenie prípojky kolíka.

Displej

Ako už bolo uvedené, existujú štyri alfanumerické, 14-segmentové LED zobrazovacie sekcie. Tieto sú ovládané batohom, ktorý prechádza každou z nich a rozsvieti príslušné LED diódy.

Bez batohu by ste do Nano museli priniesť 14 LED napájacích vodičov, plus 4-vodičový výber displeja/spoločný návrat. Týchto 18 riadkov využije všetkých 18 digitálnych I/O pinov Nano (D0-D12 a A0-A5), takže nezostane nič pre 11 pinov potrebných pre bežný sériový (Arduino IDE), softvérový sériový port (Bluetooth) a klávesnicu (7 špendlíky).

S batohom potrebujete iba dva digitálne vodiče I2C na ovládanie a dva napájacie/uzemňovacie vodiče +5V.

Bluetooth (zobrazené vyššie)

HC-06 je skvelý malý modul. Jediné, čo musíte urobiť, je dať mu sériové znaky, ktoré chcete preniesť, a prečítať si naň sériové znaky. Postará sa o všetky operácie Bluetooth.

Zapája sa do štandardnej dosky na dosky alebo do dosky plošných spojov vyrobenej zo 7-kolíkovej zásuvky. Šesť pinov je: +5V napájanie a uzemnenie, sériový vstup od Nano RXD), sériový výstup do Nano (TXD) a STATE výstup, ktorý používame na napájanie LED diódy, ktorá ukazuje, či je prepojené dva HC-06 v Majster a otrok.

Batéria a nabíjačka

Batéria je lítium-iónová „9V“. (V tomto prípade platí, že 9V platí pre konfiguráciu balíka viac ako napätie.) Má dva články v sérii, každý článok má nominálny výkon 3,6-3,7V. Menovité napätie batérie je teda 7,2-7,4V. Pri plnom nabití môže napätie batérie dosiahnuť až 8,4 V. Nasledujúci graf uvádza typickú krivku vybíjania a ukazuje, ako napätie zostáva dlho vysoké. Batéria má vnútorné ochranné obvody, ktoré obsahujú prerušenie pri približne 6,6 V (3,3 V na článok); Li-ion batérie nemajú radi úplné vybitie a rýchly pokles napätia na konci vybíjania vyžaduje primerane vysoké prahové napätie. Hraničné napätie je o niečo menšie ako minimálna špecifikácia Nano 7 V, ktorá umožňuje priestor v hlavnom regulátore napätia nad regulovaným výstupom 5 V. Je teda možné, že Nano prestane fungovať skôr, ako to urobí batéria.

Menovitý výkon batérie je 600 miliampérhodín. Zmeral som odtok podradeného prúdu na 113 mA s displejom „B-88“a pripojeným Bluetooth. (Tento displej je ekvivalentom displejov s najvyššou spotrebou energie v našej aplikácii BINGO.) Relácia BINGO, ktorej sa zúčastňujem, trvá asi 2,5 hodiny, 6 hier a asi 10 minút medzi hrami. Medzi hrami som vypínal. Po jednej noci som prišiel domov, zapol napájanie a čakal, kým Slave prestane pracovať, čo sa aj po 2,3 hodinách stalo. Čítal som napätie a bolo to 6,6 V, takže batéria sa vybila skôr, ako to urobil Nano. Dá sa bezpečne povedať, že batéria je na môj účel viac než dostačujúca.

Tu sú moje merania podradeného prúdu (pri 7,2 V):

Všetko v prevádzke, zobrazujúce „B-88“: 113 mA

(Nie je to skutočné číslo Bingo, ale očakáva sa priemer: 7 segmentov LED v každej sekcii)

Displej vyčistený: 27 mA (Displej čerpá väčšinu prúdu: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth nie je pripojené, displej je vymazaný: 64 mA

(Bluetooth teraz vysiela, pokúša sa pripojiť. Zdá sa, že je to efekt 64 - 27 mA = 37 mA.)

Modul Bluetooth odstránený po vypnutí: 51 mA, po zapnutí

(Zobrazenie je na všetkých pruhoch. Každý pruh je na 2 diódach LED, takže pri zobrazení očakávajte 2/7 x 86 = 25 mA.

takže rozdiel 26 mA je spôsobený technológiou Bluetooth.)

Hlavný prúd bude v skutočnosti rovnaký. Klávesnica neberie energiu a prenosy Bluetooth sú veľmi krátke.

Nabíjací a nabíjací kábel sú zobrazené na vyššie uvedenej fotografii. Master a Slave je možné nabíjať súčasne. Z dôvodu krátkych káblov musí byť nabíjačka zapojená do predlžovacieho kábla. Nabíjačka funguje dobre, okrem toho, že jedna z LED diód sa nevypne, keď je batéria úplne nabitá; podobné komentáre na Amazone sú k diódam LED.

Nabíjacie káble sú skutočne navrhnuté tak, aby sa dali prichytiť k 9V batérii a zapojiť do sudového konektora, aby bolo možné napájať Arduino Uno alebo inú dosku s plošnými spojmi. Používam ich na zapojenie do nabíjačky. Musíte si však dávať pozor na polaritu, ako som poznamenal v kroku 6 a vysvetlite nižšie.

Keď pripojíme nabíjací kábel k 9V nabíjačke, napätie na stredovom kolíku hlavne je záporné, nie kladné, ako keby sme pripojili 9V batériu. Konektory nabíjačky a nabíjacieho kábla majú rovnakú polaritu; musia, aby každý prijal 9V batériu. Pri pripájaní k nabíjačke sa musí konektor nabíjacieho kábla otočiť o 90 stupňov, čím sa zmení polarita na hlavni. To vyžaduje zapojenie záporného pólu batérie do stredového konektora nabíjacieho konektora.