Arduino Bluetooth Bingo Display for hørselshemmede: 8 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Min kone og jeg møter venner og familie en gang i uken for å spille bingo på en lokal restaurant/bar. Vi sitter ved et langbord. Overfor meg står en mann med nedsatt hørsel og syn. Rommet er veldig bråkete, og mannen må ofte be kona om å gjenta mange av numrene som blir kalt ut. Så jeg bestemte meg for å lage det to-enheters Bluetooth-koblede systemet som er vist ovenfor. På enheten min skriver jeg inn nummeret som ringes, og han ser det på enheten.

Senderenheten har et tastatur med 12 knapper. Fem av tastene (1, 4, 7, *, 0) er programmert til å angi det BINGO -alfabetiske tegnet for hvert nytt nummer som kalles. Denne enheten har også et display med 4 tegn, med 14-segmenters LED-alfanumeriske tegn som viser hele nummeret (f.eks. B-15).

Mottakerenheten har samme skjerm, hvis størrelse og lysstyrke er mer enn tilstrekkelig for den tiltenkte seeren. Mens senderenheten ligger flatt på bordet, kan mottakerenheten også tippes opp for bedre visning.

Hver enhet har en vippebryter som bytter mellom oppstart og strømlading av det interne Li-ion 9V-batteriet, via fatkontakten som vises. En blå LED på hver enhet viser når Bluetooth er tilkoblet.

Merk: I det følgende vil jeg betegne senderenheten som Master og mottakerenheten som Slave.

Trinn 1: Få deler, materialer og verktøy

Postordredeler

Tastatur (1) Adafruit $ 7,50 ea

Quad alfanumerisk display (2) Adafruit $ 10 ea

PCB-type loddbart brødbrett (2) Adafruit 3-pakning $ 13, Amazon 4-pakning $ 13

Arduino Nano (2) Amazon 3-pakning $ 13

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

5 mm fatkontakt (2) Amazon 5-pakning $ 8

DPDT-bryter Amazon 10-pakning $ 6

9V Li-ion oppladbart batteri (2) og dobbel lader Amazon (EBL) $ 17

Ladekabel, med 9V batteriklem og fatkontakt (2) Amazon 5-pakning $ 6

Lokale deler

Liten minneboks (2), ca 4,75 x 4,75 x 2,5 tommer høy, JoAnn (lokalt og online) $ 5,50

#4 Maskinskruer og muttere for skjerminstallasjon (8)

Avstandsstykker til maskinens skruer (8)

Små skruer (i messing hengsel pakke) for tastatur installasjon (1 pakke) Michaels

Deler sannsynligvis for hånden

Blå LED (2)

LED -holder (2), valgfritt

Båndhoppere, hunn-hunn

Båndhoppere, hann-hunn

1K ohm motstand (4)

2K ohm motstand (2)

Mannlige overskrifter

#22 massiv kobber tilkoblingstråd: rød, svart, hvit

Materialer

Treforsegler

Spray eller pensel på maling

Maskeringstape, gjerne vanlig og blå type

Scotch Permanent Montering Tape (2-sidig skumtape)

Verktøy

Bremseklave (anbefalt)

Drevet rullesag eller håndsag

Fil (eller sandpapir)

Bor og biter

Drill bit guide (har dimensjonerte hull for alle bits)

Ishakke

Juvelers skrutrekkersett

Vanlige Phillips skrutrekkere og tang

Wire cutter

Wire stripper

Loddeutstyr

Pensel

Trinn 2: Klargjør boksene

(Merk: Du vil se på bildene at jeg laget Master-boksen før du fant den hengslede boksen til Slave på JoAnn. Jeg anbefaler denne boksen på det sterkeste. Den er nesten like stor, godt laget, rimelig og det hengslede lokket er flott, sammenlignet med å fjerne og bytte ut skruer, når jeg trenger å få tilgang til innsiden. Jeg betalte faktisk mer for Master ¼ tommer JoAnn -kryssfiner, som jeg allerede hadde for hånden, og bortkastet tid og energi på å gjøre det. Så, jeg vil anta at du vil bruke to av JoAnn -boksene.)

Fjern de hengslede toppene og hengslene. Sett hengslene og skruene i en trygg beholder for å unngå å miste dem.

Skjermene og tastaturet monteres under boksens topper med de åpenbare delene som stikker gjennom. Mål disse delene nøye for å bestemme dimensjonene for de nødvendige rektangulære hullene i toppene, med sikte på en fin passform. En tykkelse er best for dette formålet.

Legg disse omrissene på kassettene med blyant og linjal, sentrer dem horisontalt og legg dem i loddrett avstand etter ønske. Husk også å finne LED -en på Slave -toppen. Jeg la (blå) maskeringstape på blyantlinjene for å lage en veldig god guide for kutting.

Bor et hull for sagbladet og fortsett å skjære så nær båndet du kan uten å avvike over linjen. Fullfør hullene med å filere eller slipe ned til tapen/linjen. Test deretter passformen med en skjerm. Hvis det er for stramt, kan du kanskje tvinge passformen i det relativt myke basswoodet.

Legg nå ut senterhullene for bryteren, kontakten og LED -en, og merk dem med en isplukk (eller midtstans). Bestem hulldiameteren ved å teste delene i borekronen. Bor deretter hullene.

Nå er det en god tid å forsegle og male esken utvendig. Basswood absorberer maling, så børst forsegl før maling. Etter tørking sprayet jeg eskebunnene og toppene med Rustoleum glansblått, bare utvendig. Jeg valgte å maskere alle hullene med maskeringstape på innsiden.

Når de er tørke, setter du de hengslede bokstoppene på igjen.

En lås er nødvendig for den hengslede toppen, og den må være innvendig for at slaven skal kunne sitte oppreist. Jeg laget en enkel lås som fungerer bra. Klipp et visittkort av plast til ønsket form og lim det på innsiden av bokstoppen, sentrert som vist på trinn 6-bilder i åpen eske. Bor et pilothull og et forsenkningshull i boksen nederst på forsiden for en liten skrue som kommer i inngrep med plasten. Mål skruesenteravstanden ned fra den øvre kanten av boksens bunn, overfør den til plasten, og bruk isplukkeren til å slå et hull sentrert på plasten som skal passere skruen. Skru inn skruen og boksen låses. For å åpne, bruk et tynt knivblad for å skyve plasten av skruen. For å lukke kan du faktisk bruke fingeren, eller igjen bruke kniven.

Trinn 3: Sett sammen de to skjermene

Merk: Da jeg prøvde å bestille displayet i delelisten, var Adafruit utsolgt i alle farger. Så jeg måtte bestille en annen versjon: Featherlight Quad Display som bare var forskjellig i ryggsekken. Se https://www.adafruit.com/product/3130. Imidlertid hadde dette ingen mulighet for montering i bokstoppene, så jeg måtte lage mitt eget feste. Jeg loddet ganske enkelt de fire aktive pinnene på hodene til et perfbrett av loddetype som du ser på trinn 6-bildene med åpen omslag. Jeg boret fire monteringshull i perfboardet. Jeg kopierte til og med en mannlig header -kontakt for Master, men bestemte meg for ikke å gå så langt i Slave.

Forhåpentligvis vil du kunne få den finere skjermen jeg anbefalte i delelisten.

Hver skjerm kommer som et firedelt sett: to doble alfanumeriske LED-skjermer, en ryggsekk (LED-driver) og en 5-pinners hannhodet. Lysdiodene og overskriften må loddes til sekken. Se den utmerkede opplæringen på https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Du trenger en finpunkts loddetipp når du lodder LED-pinnene ved siden av ryggsekens IC. Bare 4 tilkoblinger til overskriften brukes i dette prosjektet: 5V strøm (VCC. GND) og I2C data (SDA) og klokke (SCL) linjer.

Trinn 4: Lag kretskortet

Jeg liker å bruke PCB-versjonen av det vanlige brødbrettet i halv størrelse, spesielt når jeg allerede har gjort en foreløpig systemtilkobling med brødbrett og tilleggsutstyr. Kabling av den loddbare PCB-versjonen er mye enklere enn den alternative loddbare perfboard-versjonen (punkt-til-punkt).

Nedlastningstabellen nedenfor gir ledningsinstruksjoner, inkludert hanhoder for kabling og hunnhoder for å lage Nano- og HC-06-stikkontakter. Hannoverskrifter klikker av 40 pinners strimler, men hunnhoder må kuttes av. Jeg bruker en Dremel med et skjærehjul.

Tabellen er identisk for Master og Slave bortsett fra tastaturoverskriften som trengs på hovedkortet.

Bildet ovenfor viser Slaven bart og ferdig kretskort.

Trinn 5: Installer alle komponenter i esker

Vise

Plasser skjermen i hullet og merk de fire festepunktene. Bor hull for maskinens skruer. Velg avstandsstykker for fremspringet du er fornøyd med. Fest den deretter.

Tastatur

Monteringshullene er veldig små. Heldigvis er passende skruer tilgjengelig i messinghengselpakken. Plasser tastaturet i hullet og merk de fire festepunktene. Bruk den minste biten i settet til å bore starthull. Skru den deretter på. Skruene vil stikke litt over toppen. Hvis det er ønskelig, fjern skruene og legg ned punktene. Installer på nytt.

Bryter, Jack og LED

Skyv bryteren inn i hullet og roter den for å slå på og av. Fest den med den medfølgende mutteren.

På samme måte installerer du kontakten og roterer den for best loddetilgang.

Sett til slutt LED -lampen i holderen og skyv den inn i hullet (fra forsiden). Dette bør passe godt.

Kretskort og batteri

Jeg lar vanligvis nok plass i boksen for å få tilgang til mikrokontrolleren (Nano) USB-kontakten med en USB-kabel, uten å flytte kortet, fordi det gjør feilsøking og endringer enklere. Jeg gjorde ikke det her her fordi kassene allerede var større enn jeg hadde håpet.

Jeg tror at tosidig skumbånd er en god måte å installere brettet og batteriet på. Hvis du bruker minimalt med tape, er det enkelt å fjerne, samtidig som den gir en fast installasjon. La tapingen stå til du er klar til å knappe opp for godt.

Trinn 6: Installer ledninger og kabling

Kabling

Bryteren er en DPDT. Midtpolene kobles til batteriet. Toppstolper kobles til ladekontakten. Og bunnpolene kobles til Nano's Vin/Gnd -topptekst.

Lodd et 9V batteri-klips til bryterens midtpoler. Den røde ledningen vil definere hvilken pol som er positiv (+).

Loddetilkoblingstråd fra bryterens øverste poler til kontakten.

FORSIKTIG! Sørg for at den negative siden går til midtstiften. Hvorfor? Fordi ladespenningen er negativ ved tappens senterstift. Se trinn 8 for en forklaring.

Bruk et par M-F båndhoppere for å koble bryterens bunnpoler til Nano's Vin/Gnd kabelhodet. Lodd pinnene til de nederste polene, og sørg for at det går positivt til Vin uten kabelvridning.

Bruk også et par M-F båndhoppere for å koble LED-en til toppteksten ved 1K strømbegrensningsmotstanden på HC-06 "STATE" -utgangen. Lodd pinnene til LED -ledningene, og sørg for at den lengre (anode) ledningen går til motstanden.

Kabling

Tastaturet, displayet og Nano bruker alle hannhoder og F-F-hoppere for tilkoblinger. Noter fargen på jumperen når den er koblet til topptekstene, og ta den vekk for fremtidig referanse.

Tastaturet har en matrisetastoppkobling, fire rader og tre kolonner, så header -tilkoblingen bruker 7 pinner. Koble en 7-leder F-F-båndhopper til toppteksten, og plugg den andre enden til Nanos tastaturoverskrift uten å vri.

Skjermen har en 5-pinners header-tilkobling, men vi trenger bare 4 pinner, for strøm og I2C serielle data (SDA, SCL). Plugg en 4-leder F-F-jumper inn i den. Skill den andre enden i to 2-leder kontakter og koble dem til brødbrettet 5v strømstripe og til Nano's I2C topptekst på pinnene A4-A5. Sørg for at +5V kommer til å vise 5V, og SDA skal vise SDA.

Jeg liker å pakke sammen hunkontaktene på hver kabelende for å lage en sterkere tilkobling og gjøre det lettere å parre seg til de mannlige overskriftene.

Trinn 7: Last ned skissene og test systemet

Last ned og kopier de to Arduino -skissene nedenfor og lim dem inn 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 finne skissene enkle å forstå fordi jeg har tatt vare på å legge til nyttige kommentarer. Spesialfunksjonene fra bibliotekene forenkler også skissene. Selv om du ikke helt forstår en funksjon, kan du føle deg komfortabel fordi den fungerer, og du kan sannsynligvis bruke den i en egen skisse med lite eller ingen problemer.

Koble datamaskinen til Nano USB Mini B -kontakten i Master. Dessverre må Nano -brettet vippes opp for å gjøre dette. Slå på strømmen og kompiler/last ned hovedskissen. Gjenta dette på samme måte med slaven. Du er nå klar til å bruke systemet.

Fjern USB -kablene og slå på begge boksene. Du bør nå se at begge skjermene aktiveres og viser alle bindestreker. Dette viser at strømmen er på og at systemet er i drift. Vent til begge Bluetooth -lysdiodene lyser, og viser at Bluetooth -tilkoblingen mellom Master og Slave har skjedd.

Merk: Første trykk på visse taster resulterer i en alfabetisk oppføring.

"1" går inn i "B".

"4" skriver inn "jeg"

"7" skriver inn "N"

"*" Skriver inn "G"

"0" skriver inn "O"

Prøv "B01". Både Master- og Slave-skjermer skal vise “B-01”

Prøv andre oppføringer.

Skriv inn "B15" på hovedtastaturet. Du bør se B-15 på begge skjermene. Angi B15 sakte igjen. Tegnene på Master vises når de skrives inn. Slave -displayet endres ikke før alle tre tegnene i et bingonummer er angitt.

Du bør når som helst kunne slette feil ved å trykke "#". Gjør det, og den siste oppføringen ovenfor skal slettes på begge skjermene. Men hvis du skriver inn mindre enn tre tegn og trykker “#”, er det bare hovedskjermen som slettes. Dermed vil ikke seeren på slaven være klar over feilen din.

Det fullfører testen. Håper det var vellykket!

Trinn 8: Lær mer om komponentene

Tastatur

Se

og

Tastene er angivelig kablet i en matrise på 4 rader og 3 kolonner som ser ut akkurat som tastaturet:

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

Tastene i hver rad og hver kolonne ledes sammen. De 7 rad- og kolonnetrådene kommer ut til tastaturets 7-pinners overskriftstilkobling. I henhold til den første nettadressen ovenfor er de tre første pinnene til venstre for overskriften kolonnene, og de følgende fire pinnene til høyre er radene. Imidlertid ser det ut til at de to nettadressene reverserer rekkefølgen, med mindre de ser på forskjellige sider av brettet. Jeg antok at nøkkelen "1" definerer kolonne 1 og rad 1, og de andre kolonnene og radene fortsetter i numerisk rekkefølge. Imidlertid fant jeg ut at kolonnene og radene ikke samsvarer med den ordnede utviklingen av pin -tall på Nano, som gitt i begge nettadressene ovenfor. Jeg kan ikke finne noen annen grunn enn at tastaturet er koblet annerledes.

RibTastaturbåndkabelen kobles til Nano's 7-pinners toppbrett uten å vri. Denne overskriften kobles til Nanos D4-D10-innganger. Jeg fant ut at bestillingen måtte være som vist nedenfor for at tastetrykkene skal vises riktig:

Tastaturpinner (1, 2, 3) kobles til Nano -pinner (D8, D10, D6} i den rekkefølgen

Tastaturpinner (4, 5, 6, 7) kobles til Nano -pinner (D9, D4, D5, D7) i den rekkefølgen

Det fungerer definitivt riktig. Skissene i trinn 7 tar seg av å tildele pin -tilkoblingen.

Vise

Som allerede diskutert, er det fire alfanumeriske, 14-segmenters LED-displaydeler Disse styres av ryggsekken, som går gjennom hver og tenner de riktige lysdiodene.

Uten ryggsekken måtte du ta med 14 LED-strømledninger til Nano, pluss et 4-leders displayvalg/vanlig retur. Disse 18 linjene ville bruke alle de 18 Nano digitale I/O-pinnene (D0-D12 og A0-A5), uten å la noe stå til de 11 pinnene som kreves for vanlig seriell (Arduino IDE), programvare seriell (Bluetooth) og tastaturet (7 pinner).

Med ryggsekken trenger du bare de to I2C digitale ledningene for kontroll, pluss to +5V strøm/jordledninger.

Bluetooth (vist ovenfor)

HC-06 er en flott liten modul. Alt du trenger å gjøre er å gi den de serielle tegnene du vil overføre og lese serietegnene som sendes til den. Den tar seg av alle Bluetooth -operasjonene.

Den kobles til et standard brødbrett eller en PCB-kontakt laget av en 7-pinners lengde på kvinnelig topptekst. De seks pinnene er: +5V strøm og jord, seriell inngang fra Nano RXD), seriell utgang til Nano (TXD) og STATE-utgang som vi bruker til å drive LED-en som viser når det er en tilkobling av de to HC-06 i Mester og slave.

Batteri og lader

Batteriet er et "9V" litiumion. (I dette tilfellet gjelder 9V mer for pakkekonfigurasjon enn spenning.) Den har to celler i serie, hver celle har en nominell utgang på 3,6-3,7V. Så batteriets nominelle spenning er 7,2-7,4V. Ved full lading kan batterispenningen være så høy som 8,4V. Grafen nedenfor gir en typisk utladningskurve og viser hvordan spenningen holder seg lenge. Batteriet har en intern beskyttelseskrets som inkluderer en cutoff på omtrent 6,6V (3,3V per celle); Li-ion-batterier liker ikke å bli fullstendig utladet, og det raske spenningsfallet i utladningsenden krever en rimelig høy spenning. Vær oppmerksom på at sperrespenningen er litt mindre enn 7V minimum Nano -spesifikasjonen, som gir rom for spenningsregulatorhodet over den 5V regulerte utgangen. Så det er mulig at Nano slutter å jobbe før batteriet gjør det.

Den nominelle batterieffekten er 600 milliamp-timer. Jeg målte slavestrømavløp på 113mA med en "B-88" -skjerm og Bluetooth tilkoblet. (Denne skjermen tilsvarer de mest tappende skjermene i BINGO -applikasjonen vår.) BINGO -økten jeg deltar på varer i omtrent 2,5 timer, med 6 kamper og omtrent 10 minutter mellom spillene. Jeg har slått av mellom spillene. Etter en natt kom jeg hjem, slått på og ventet på at slaven skulle slutte å jobbe, noe som den gjorde 2,3 timer senere. Jeg leste spenningen og den var 6,6V, så batteriet sluttet før Nano gjorde det. Det er trygt å si at batteriet er mer enn tilstrekkelig for mitt formål.

Her er mine Slave nåværende målinger (ved 7,2V):

Alt kjører, viser "B-88": 113 mA

(Ikke et reelt bingonummer, men forventet gjennomsnitt: 7 LED -segmenter på i hver seksjon)

Skjerm slettet: 27 mA (Display trekker det meste av strømmen: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth ikke tilkoblet, skjermen slettet: 64 mA

(Bluetooth sender nå, prøver å koble til. Det ser ut til å være en 64 - 27 mA = 37 mA effekt.)

Bluetooth-modul fjernet etter strømstans: 51 mA, etter oppstart

(Displayet er alle søyler. Hver stolpe er 2 lysdioder, så forvent 2/7 x 86 = 25 mA for skjerm.

så 26 mA forskjellen skyldes Bluetooth.)

Hovedstrømmen vil effektivt være den samme. Tastaturet trekker ikke strøm og Bluetooth -overføringene er veldig korte.

Laderen og ladekablene er vist på bildet ovenfor. Master og Slave kan belastes samtidig. På grunn av de korte kablene må laderen kobles til en skjøteledning. Laderen fungerer fint bortsett fra at en av lysdiodene ikke slås av når batteriet er fulladet; det er lignende kommentarer på Amazon om lysdiodene.

ChargingLadekablene er virkelig designet for å koble til et 9V batteri og plugges inn i en tønnekontakt for å drive en Arduino Uno eller et annet kretskort. Jeg bruker dem til å koble til laderen. Men du må være forsiktig med polaritet, som jeg noterte i trinn 6 og forklare nedenfor.

Når vi kobler ladekabelen til 9V -laderen, er spenningen ved tappens midtstift negativ, ikke positiv som den er hvis vi koblet til et 9V -batteri. Lader- og ladekabelkontaktene har de samme polaritetene; de må for hver å akseptere et 9V batteri. Så ladekabelkontakten må roteres 90 grader når du kobler til laderen, og derved reversere polaritetene på fatpluggen. Dette krever at du kobler batteriet negativt til ladekontaktens senterterminal.