Display Arduino Bluetooth Bingo per non udenti: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Mia moglie ed io incontriamo amici e parenti una volta alla settimana per giocare a Bingo in un ristorante/bar locale. Ci sediamo a un lungo tavolo. Di fronte a me c'è un uomo con problemi di vista e udito. La stanza è molto rumorosa e l'uomo deve spesso chiedere alla moglie di ripetere molti dei numeri chiamati. Quindi ho deciso di realizzare il sistema accoppiato Bluetooth a due unità nella foto sopra. Sulla mia unità inserisco il numero chiamato e lui lo vede sulla sua unità.

L'unità trasmittente dispone di una tastiera di tipo telefonico a 12 tasti. Cinque dei tasti (1, 4, 7, *, 0) sono programmati per inserire il carattere alfabetico BINGO di ogni nuovo numero chiamato. Questa unità dispone anche di un display a 4 caratteri, con caratteri alfanumerici LED a 14 segmenti che mostrano il numero completo (ad esempio, B-15).

L'unità ricevente ha lo stesso display, le cui dimensioni e luminosità sono più che adeguate per lo spettatore previsto. Mentre l'unità di trasmissione è appoggiata sul tavolo, l'unità di ricezione può anche essere inclinata per una migliore visualizzazione.

Ogni unità è dotata di un interruttore a levetta che commuta tra l'operazione di accensione e la ricarica di spegnimento della batteria interna agli ioni di litio da 9 V, tramite il jack a botte mostrato. Un LED blu su ogni unità mostra quando il Bluetooth è connesso.

Nota: nel seguito indicherò l'unità trasmittente come Master e l'unità ricevente come Slave.

Passaggio 1: ottenere parti, materiali e strumenti

Parti per corrispondenza

Tastiera (1) Adafruit $ 7,50 cad

Display alfanumerico quadruplo (2) Adafruit $10 ea

Breadboard saldabile di tipo PCB (2) Confezione da 3 Adafruit $ 13, confezione da 4 Amazon $ 13

Arduino Nano (2) Confezione da 3 Amazon $ 13

Modulo Bluetooth HC-06 (2) Amazon $ 8,50 cad

Jack a canna da 5 mm (2) Confezione da 5 Amazon $ 8

Switch DPDT Confezione da 10 Amazon $ 6

Batteria ricaricabile agli ioni di litio da 9 V (2) e doppio caricatore Amazon (EBL) $ 17

Cavo di ricarica, con clip per batteria da 9 V e spina cilindrica (2) Confezione da 5 Amazon $ 6

Parti locali

Scatola dei ricordi piccola (2), alta circa 4,75 x 4,75 x 2,5 pollici, JoAnn (localmente e online) $ 5,50

#4 Viti a macchina e dadi per installazione display (8)

Distanziali per viti a macchina (8)

Viti piccole (in confezione cerniera in ottone) per installazione tastiera (1 confezione) Michaels

Parti probabilmente a portata di mano

LED blu (2)

Supporto LED (2), opzionale

Maglioni con nastro, femmina-femmina

Maglioni con nastro, uomo-donna

Resistenza da 1K ohm (4)

Resistore da 2K ohm (2)

Intestazioni maschili

#22 cavo di collegamento in rame solido: rosso, nero, bianco

Materiali

Sigillante per legno

Vernice spray o a pennello

Nastro adesivo, preferibilmente di tipo normale e blu

Nastro di montaggio permanente Scotch (nastro in schiuma biadesivo)

Utensili

Calibro (consigliato)

Sega da traforo a motore o sega da traforo manuale

Lima (o carta vetrata)

Trapano e punte

Guida per punte da trapano (ha fori dimensionati per tutte le punte)

Rompighiaccio

Set di cacciaviti da gioielliere

Cacciaviti Phillips e pinze comuni

Tronchese

Spelafili

Attrezzatura per saldatura

Pennello

Passaggio 2: preparare le scatole

(Nota: vedrai nelle foto che ho realizzato la scatola Master prima di trovare la scatola incernierata per lo Slave da JoAnn. Consiglio vivamente questa scatola. È quasi delle stesse dimensioni, ben fatta, a un prezzo ragionevole e il coperchio incernierato è fantastico, rispetto alla rimozione e alla sostituzione delle viti, quando è necessario accedere all'interno. In realtà ho pagato di più per il compensato JoAnn da di pollice del Master, che avevo già a portata di mano, e ho perso tempo ed energia per realizzarlo. Quindi, presumo che utilizzerai due delle scatole JoAnn.)

Rimuovere le parti superiori incernierate e le cerniere. Metti le cerniere e le viti in un contenitore sicuro per evitare di perderle.

I display e la tastiera si montano sotto la parte superiore della scatola con le parti evidenti che spuntano. Misura attentamente queste parti per determinare le dimensioni dei fori rettangolari richiesti nelle parti superiori, mirando a una perfetta aderenza. Un calibro è il migliore per questo scopo.

Disponi questi contorni sulla parte superiore della scatola con matita e righello, centrandoli orizzontalmente e distanziandoli verticalmente come desiderato. Inoltre, ricorda di individuare il LED sulla parte superiore dello Slave. Ho posizionato del nastro adesivo (blu) sulle linee a matita per creare un'ottima guida per il taglio.

Praticare un foro per la lama della sega e procedere a tagliare il più vicino possibile al nastro senza allontanarsi dalla linea. Finisci i fori limando o levigando fino al nastro/linea. Quindi testare l'adattamento con un display. Se è troppo stretto, potresti essere in grado di forzare l'adattamento nel relativamente morbido tiglio.

Ora disponi i fori centrali per l'interruttore, il jack e il LED, contrassegnandoli con un rompighiaccio (o un punzone centrale). Determinare il diametro del foro testando il montaggio delle parti nella guida della punta del trapano. Quindi praticare i fori.

Ora è un buon momento per sigillare e dipingere gli esterni della scatola. Il tiglio assorbe la vernice, quindi sigilla a pennello prima di dipingere. Dopo l'asciugatura ho spruzzato il fondo e la parte superiore della scatola con Rustoleum gloss blue, facendo solo l'esterno. Ho deciso di mascherare tutti i fori con del nastro adesivo all'interno.

Quando è asciutto, rimontare le parti superiori della scatola incernierate.

È necessario un chiavistello per la parte superiore incernierata e deve essere interno per consentire allo Slave di sedersi in posizione verticale. Ho modellato un semplice chiavistello che funziona bene. Taglia un biglietto da visita di plastica nella forma desiderata e incollalo all'interno della parte superiore della scatola, centrato come mostrato nelle foto della scatola aperta del passaggio 6. Praticare un foro pilota e un foro svasato nella parte anteriore inferiore della scatola per una piccola vite che attaccherà la plastica. Misura la distanza centrale della vite dal bordo superiore del fondo della scatola, trasferiscila sulla plastica e usa il rompighiaccio per praticare un foro, centrato sulla plastica, che passerà la vite. Avvitare la vite e la scatola sarà bloccata. Per aprire, usa una lama di coltello sottile per spingere la plastica fuori dalla vite. Per chiudere puoi effettivamente usare il dito, oppure usare ancora il coltello.

Passaggio 3: assemblare i due display

Nota: quando ho provato a ordinare il kit di visualizzazione nell'elenco delle parti, Adafruit era esaurito in tutti i colori. Quindi ho dovuto ordinare una versione diversa: il Featherlight Quad Display che differiva solo nello zaino. Vedi https://www.adafruit.com/product/3130. Tuttavia, questo non aveva alcun mezzo per essere montato nella parte superiore della scatola, quindi ho dovuto escogitare il mio supporto. Ho semplicemente saldato i quattro pin attivi sulle intestazioni a una scheda perf di tipo saldabile che vedi nelle foto a copertina aperta del passaggio 6. Ho praticato quattro fori di montaggio nella perfboard. Ho anche duplicato un connettore di intestazione maschio per il Master, ma ho deciso di non andare così lontano nello Slave.

Si spera che tu possa ottenere il display più bello che ho consigliato nell'elenco delle parti.

Ogni display arriva come un kit di quattro parti: due display LED alfanumerici doppi, uno zaino (driver LED) e un connettore maschio a 5 pin. I LED e l'intestazione devono essere saldati allo zaino. Guarda l'eccellente tutorial su https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Avrai bisogno di una punta di saldatura a punta fine durante la saldatura dei pin LED adiacenti all'IC dello zaino. In questo progetto vengono utilizzate solo 4 connessioni all'intestazione: alimentazione 5V (VCC. GND) e linee dati I2C (SDA) e clock (SCL).

Passaggio 4: crea il circuito stampato

Mi piace usare la versione PCB della comune breadboard mezza misura, soprattutto quando ho già fatto un collegamento preliminare al sistema con breadboard e dispositivi ausiliari. Il cablaggio della versione PCB saldabile è molto più semplice rispetto alla versione alternativa della scheda saldabile saldabile (punto a punto).

La tabella di download seguente fornisce le istruzioni per il cablaggio, inclusi i connettori maschio per il cablaggio e i connettori femmina per realizzare gli zoccoli Nano e HC-06. I connettori maschio si staccano da 40 pin strip, ma i connettori femmina devono essere tagliati. Io uso un Dremel con un disco da taglio.

La tabella è identica per Master e Slave ad eccezione dell'intestazione della tastiera necessaria sulla scheda Master.

La foto sopra mostra il circuito Slave nudo e completato.

Passaggio 5: installare tutti i componenti nelle scatole

Schermo

Posizionare il display nel suo foro e segnare i quattro punti di fissaggio. Praticare i fori per le viti della macchina. Seleziona i distanziatori per la sporgenza di cui sei soddisfatto Quindi avvitalo.

tastiera

I fori di montaggio sono molto piccoli. Fortunatamente, le viti adatte sono disponibili nella confezione della cerniera in ottone. Posizionare la tastiera nel suo foro e segnare i quattro punti di fissaggio. Usa la punta più piccola del tuo set per praticare i fori iniziali. Quindi avvitalo. Le viti sporgeranno leggermente sopra la parte superiore. Se lo si desidera, rimuovere le viti e limare le punte. Reinstallare.

Interruttore, jack e LED

Spingere l'interruttore nel suo foro e ruotarlo per attivare/disattivare la posizione di accensione. Fissalo con il dado in dotazione.

Allo stesso modo, installa il jack, ruotandolo per il miglior accesso alla saldatura.

Infine, inserisci il LED nel suo supporto e spingilo nel suo foro (dalla parte anteriore). Questo dovrebbe essere un adattamento stretto.

Circuito e batteria

Di solito lascio abbastanza spazio nella scatola per accedere al jack USB del microcontrollore (Nano) con un cavo USB, senza spostare la scheda, perché facilita il debug e le modifiche. Non l'ho fatto qui perché le scatole erano già più grandi di quanto avessi sperato.

Credo che il nastro biadesivo in schiuma sia un buon modo per installare la scheda e la batteria. Se si utilizza un nastro minimo, consente una facile rimozione pur fornendo un'installazione stabile. Lascia il nastro finché non sei pronto per abbottonarti per sempre.

Passaggio 6: installazione di cablaggio e cablaggio

Cablaggio

L'interruttore è un DPDT. I poli centrali si collegano alla batteria. I poli superiori si collegano al jack di ricarica. E i poli inferiori si collegano all'intestazione Vin/Gnd di Nano.

Saldare una batteria da 9 V a clip ai poli centrali dell'interruttore. Il filo rosso definirà quale polo è positivo (+).

Saldare il filo di collegamento dai poli superiori dell'interruttore al jack.

CAUTON! Assicurati che il lato negativo vada al pin centrale del jack. Come mai? Perché la tensione di carica è negativa al perno centrale della spina del barilotto. Vedere il passaggio 8 per una spiegazione.

Utilizzare un paio di ponticelli a nastro M-F per collegare i poli inferiori dell'interruttore all'intestazione del cavo Vin/Gnd di Nano. Saldare i pin ai poli inferiori, assicurandosi che il positivo vada a Vin senza che il cavo si attorcigli.

Utilizzare anche una coppia di ponticelli a nastro M-F per collegare il LED all'intestazione del resistore di limitazione della corrente da 1K sull'uscita "STATE" dell'HC-06. Saldare i pin ai cavi del LED, assicurandosi che il filo più lungo (anodo) vada al resistore.

Cablaggio

La tastiera, il display e Nano utilizzano tutti connettori maschio e ponticelli F-F per i collegamenti. Prendere nota dell'orientamento del colore del ponticello quando è collegato alle intestazioni e riporlo per riferimento futuro.

La tastiera ha un collegamento a chiave a matrice, quattro righe e tre colonne, quindi la sua connessione all'intestazione utilizza 7 pin. Collegare un ponticello a nastro F-F a 7 fili nell'intestazione e, senza torcere, collegare l'altra estremità alla connessione dell'intestazione della tastiera di Nano.

Il display ha una connessione header a 5 pin, ma abbiamo bisogno solo di 4 pin, per alimentazione e dati seriali I2C (SDA, SCL). Inserire un ponticello F-F a 4 fili in esso. Separare l'altra estremità in due connettori a 2 fili e collegarli alla ciabatta 5v della breadboard e all'intestazione I2C di Nano sui pin A4-A5. Assicurati che +5V visualizzi 5V e che SDA visualizzi SDA.

Mi piace avvolgere insieme i connettori femmina su ciascuna estremità del cavo per creare una connessione più forte e rendere più facile l'accoppiamento con i connettori maschio.

Passaggio 7: scaricare gli schizzi e testare il sistema

Scarica e copia i due sketch Arduino di seguito e incollali nell'IDE Arduino (1.8.9 o successivo).

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

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

Credo che troverai gli schizzi facili da capire perché ho avuto cura di aggiungere commenti utili. Inoltre, le funzioni speciali delle librerie semplificano gli schizzi. Anche se non capisci completamente una funzione puoi sentirti a tuo agio perché funziona, e probabilmente potresti usarla in uno schizzo tutto tuo con pochi o nessun problema.

Collega il tuo computer al connettore Nano USB Mini B nel Master. Sfortunatamente, la scheda Nano deve essere inclinata verso l'alto per farlo. Accendere l'alimentazione e compilare/scaricare lo sketch Master. Allo stesso modo, ripeti questo con lo Slave. Ora sei pronto per utilizzare il sistema.

Rimuovere i cavi USB e accendere entrambe le scatole. Ora dovresti vedere entrambi i display attivati, mostrando tutti i trattini. Questo mostra che l'alimentazione è attiva e il sistema è operativo. Attendere che entrambi i LED Bluetooth si accendano, indicando che la connessione Bluetooth di Master e Slave è avvenuta.

Nota: la prima pressione di alcuni tasti determina un'immissione alfabetica.

“1” entra in “B”.

“4” entra in “I”

"7" inserisce "N"

“*” entra in “G”

“0” entra in “O”

Prova "B01". Entrambi i display Master e Slave dovrebbero mostrare "B-01"

Prova altre voci.

Ora inserisci "B15" nella tastiera Master. Dovresti vedere B-15 su entrambi i display. Reinserire B15 lentamente. I caratteri sul Master verranno visualizzati man mano che vengono immessi. Il display dello Slave non cambierà fino a quando non verranno immessi tutti e tre i caratteri in un numero di Bingo.

Dovresti essere in grado di cancellare gli errori in qualsiasi momento premendo "#". Fallo e l'ultima voce sopra dovrebbe essere cancellata in entrambi i display. Tuttavia, se si immettono meno di tre caratteri e si preme "#", verrà cancellato solo il display principale. Quindi lo spettatore allo Slave non sarà a conoscenza del tuo errore.

Questo completa il test. Spero che abbia avuto successo!

Passaggio 8: ulteriori informazioni sui componenti

tastiera

Vedi

e

I tasti sono presumibilmente cablati in una matrice di 4 righe e 3 colonne che assomiglia proprio alla tastiera:

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

Le chiavi in ogni riga e in ogni colonna si collegano insieme. I fili delle 7 righe e delle colonne escono dalla connessione dell'intestazione a 7 pin della tastiera. Secondo il primo URL sopra, i primi tre pin a sinistra della mia intestazione sono le colonne e i successivi quattro pin a destra sono le righe. Tuttavia, i due URL sembrano invertire l'ordine, a meno che non guardino su lati diversi del tabellone. Ho ipotizzato che la chiave "1" definisca la colonna 1 e la riga 1 e le altre colonne e righe procedano in ordine numerico. Tuttavia, ho scoperto che le colonne e le righe non corrispondono alla progressione ordinata dei numeri pin su Nano, come indicato in entrambi gli URL sopra. Non riesco a trovare alcun motivo diverso dal fatto che la tastiera sia cablata in modo diverso.

Il cavo a nastro della tastiera si collega all'intestazione a 7 pin della breadboard di Nano senza torcersi. Quell'intestazione si collega agli ingressi D4-D10 di Nano. Ho scoperto che l'ordine doveva essere come mostrato di seguito affinché i tasti premuti vengano visualizzati correttamente.:

I pin della tastiera (1, 2, 3) si collegano ai pin Nano (D8, D10, D6} in questo ordine

I pin della tastiera (4, 5, 6, 7) si collegano ai pin Nano (D9, D4, D5, D7) in questo ordine

Funziona sicuramente bene. Gli schizzi nel passaggio 7 si occupano dell'assegnazione del collegamento pin.

Schermo

Come già discusso, ci sono quattro sezioni di display a LED alfanumerici a 14 segmenti. Queste sono controllate dallo zaino, che le attraversa ciascuna, accendendo i LED appropriati.

Senza lo zaino dovresti portare a Nano 14 cavi di alimentazione LED, più una selezione display/ritorno comune a 4 fili. Quelle 18 linee utilizzerebbero tutti i 18 pin I/O digitali Nano (D0-D12 e A0-A5), senza lasciare nulla per gli 11 pin necessari per la seriale normale (Arduino IDE), la seriale software (Bluetooth) e la tastiera (7 perni).

Con lo zaino sono necessari solo i due cavi digitali I2C per il controllo, più due cavi alimentazione/massa +5V.

Bluetooth (mostrato sopra)

L'HC-06 è un piccolo grande modulo. Tutto quello che devi fare è dargli i caratteri seriali che vuoi trasmettere e leggere i caratteri seriali che gli sono stati trasmessi. Si occupa di tutte le operazioni Bluetooth.

Si collega a una breadboard standard o a una presa PCB realizzata con un connettore femmina a 7 pin. I sei pin sono: alimentazione +5V e massa, ingresso seriale da Nano RXD), uscita seriale a Nano (TXD), e uscita STATE che utilizziamo per pilotare il LED che mostra quando c'è una connessione dei due HC-06 in Padrone e schiavo.

Batteria e caricabatterie

La batteria è agli ioni di litio da “9V”. (In questo caso, 9 V si applica più alla configurazione del pacchetto che alla tensione.) Ha due celle in serie, ciascuna con un'uscita nominale di 3,6-3,7 V. Quindi la tensione nominale della batteria è 7,2-7,4 V. A piena carica la tensione della batteria può arrivare fino a 8,4V. Il grafico seguente fornisce una tipica curva di scarica e mostra come la tensione rimane alta per lungo tempo. La batteria ha un circuito di protezione interno che include un'interruzione a circa 6,6 V (3,3 V per cella); Le batterie agli ioni di litio non amano essere completamente scaricate e la rapida caduta di tensione alla fine della scarica richiede una tensione di interruzione ragionevolmente alta. Si noti che la tensione di interruzione è leggermente inferiore alla specifica Nano minima di 7 V, che consente lo spazio per la testa del regolatore di tensione al di sopra dell'uscita regolata di 5 V. Quindi è possibile che Nano smetta di funzionare prima della batteria.

La potenza nominale della batteria è di 600 milliampere/ora. Ho misurato il consumo di corrente dello Slave a 113 mA con un display "B-88" e Bluetooth connesso. (Quel display è equivalente ai display che consumano più energia nella nostra applicazione BINGO.) La sessione BINGO a cui partecipo dura circa 2,5 ore, con 6 giochi e circa 10 minuti tra i giochi. Mi sono spento tra una partita e l'altra. Dopo una notte sono tornato a casa, ho acceso e ho aspettato che lo Slave smettesse di funzionare, cosa che ha fatto 2,3 ore dopo. Ho letto la tensione ed era di 6,6 V, quindi la batteria si è spenta prima di Nano. È sicuro dire che la batteria è più che adeguata per il mio scopo.

Ecco le mie misurazioni della corrente Slave (a 7,2 V):

Tutto in funzione, visualizzazione "B-88": 113 mA

(Non è un vero numero di Bingo, ma è una media prevista: 7 segmenti LED accesi in ogni sezione)

Display azzerato: 27 mA (il display assorbe la maggior parte della corrente: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth non connesso, display azzerato: 64 mA

(Bluetooth ora sta trasmettendo, cercando di connettersi. Sembra essere un effetto 64 - 27 mA = 37 mA.)

Modulo Bluetooth rimosso dopo lo spegnimento: 51 mA, dopo l'accensione

(Il display è composto da tutte le barre. Ogni barra è composta da 2 LED, quindi aspettati 2/7 x 86 = 25 mA per il display.

quindi la differenza di 26 mA è dovuta al Bluetooth.)

La corrente principale sarà effettivamente la stessa. La tastiera non assorbe energia e le trasmissioni Bluetooth sono molto brevi.

Il caricabatterie e i cavi di ricarica sono mostrati nella foto sopra. Master e Slave possono essere caricati contemporaneamente. A causa dei cavi corti, il caricabatterie deve essere collegato a una prolunga. Il caricabatterie funziona bene tranne che uno dei LED non si spegne quando la batteria è completamente carica; ci sono commenti simili su Amazon sui LED.

I cavi di ricarica sono davvero progettati per agganciarsi a una batteria da 9 V e collegarsi a un jack a botte per alimentare un Arduino Uno o un altro circuito. Li uso per collegare il caricabatterie. Ma devi stare attento alla polarità, come ho notato nel passaggio 6 e spiegato di seguito.

Quando colleghiamo il cavo di ricarica al caricabatterie da 9 V, la tensione al pin centrale del jack a botte è negativa, non positiva come se ci colleghiamo a una batteria da 9 V. I connettori del caricabatterie e del cavo di ricarica hanno le stesse polarità; devono per ciascuno di accettare una batteria da 9V. Quindi il connettore del cavo di ricarica deve essere ruotato di 90 gradi quando si collega al caricabatterie, invertendo così le polarità sulla spina del barilotto. Ciò richiede il collegamento del negativo della batteria al terminale centrale del jack di ricarica.