Дисплей Arduino Bluetooth Bingo для слабослышащих: 8 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Мы с женой встречаемся с друзьями и семьей раз в неделю, чтобы поиграть в бинго в местном ресторане / баре. Садимся за длинный стол. Передо мной мужчина с нарушением слуха и зрения. В комнате очень шумно, и мужчине часто приходится просить жену повторить многие из набранных номеров. Поэтому я решил создать двухблочную систему с Bluetooth-сопряжением, показанную выше. На своем устройстве я ввожу набранный номер, и он видит его на своем устройстве.

Передающее устройство имеет клавиатуру телефонного типа с 12 клавишами. Пять клавиш (1, 4, 7, *, 0) запрограммированы на ввод буквенного символа BINGO каждого нового набранного номера. Это устройство также имеет 4-символьный дисплей с 14-сегментными светодиодными буквенно-цифровыми символами, отображающими полный номер (например, B-15).

На приемном устройстве такой же дисплей, размер и яркость которого более чем достаточны для предполагаемого зрителя. Пока передающий блок стоит на столе, приемный блок также можно наклонить для лучшего обзора.

На каждом устройстве есть тумблер, который переключает между режимом включения и зарядкой при выключении внутренней литий-ионной батареи 9 В через показанный цилиндрический разъем. Синий светодиод на каждом устройстве показывает, что Bluetooth подключен.

Примечание: В дальнейшем я буду обозначать передающее устройство как Master, а принимающее устройство как Slave.

Шаг 1. Получите детали, материалы и инструменты

Запчасти для почтовых заказов

Клавиатура (1) Adafruit 7,50 долл. США за шт.

Четырехзначный буквенно-цифровой дисплей (2) Adafruit 10 долларов США за штуку

Паяемая макетная плата типа печатной платы (2) Adafruit, 3 упаковки, 13 долларов США, Amazon, 4 упаковки, 13 долларов США

Arduino Nano (2), Amazon, 3 шт., $ 13

Модуль Bluetooth HC-06 (2) Amazon $ 8,50 шт.

Домкрат 5мм Barrel (2) Amazon 5 шт. В упаковке 8 долларов США

DPDT-переключатель Amazon 10-pack $ 6

Литий-ионный аккумулятор 9 В (2) и двойное зарядное устройство Amazon (EBL) 17 долларов США

Зарядный кабель, с зажимом для аккумулятора 9 В и цилиндрической вилкой (2) Amazon 5 шт. В упаковке 6 долларов США

Местные части

Маленькая коробка для подарков (2), примерно 4,75 x 4,75 x 2,5 дюйма в высоту, JoAnn (локально и онлайн) 5,50 долл. США

# 4 Крепежные винты и гайки для установки дисплея (8)

Проставки для крепежных винтов (8)

Маленькие винты (в комплекте латунных петель) для установки клавиатуры (1 упаковка) Michaels

Запчасти наверно в наличии

Синий светодиод (2)

Держатель светодиода (2), опция

Джемперы с лентой женские-женские

Джемперы с лентой мужские и женские

Резистор 1 кОм (4)

Резистор 2 кОм (2)

Мужские заголовки

# 22 сплошной медный соединительный провод: красный, черный, белый

Материалы

Герметик для дерева

Краска, наносимая распылением или кистью

Малярный скотч, желательно обычный и синий типа

Скотч для перманентной монтажной ленты (двусторонняя лента из вспененного материала)

Инструменты

Штангенциркуль (рекомендуется)

Электропила или ручная копировальная пила

Напильник (или наждачная бумага)

Сверло и долота

Направляющая сверла (имеет размерные отверстия для всех бит)

Ледоруб

Набор ювелирных отверток

Обычные крестовые отвертки и плоскогубцы

Кусачки

Инструмент для зачистки проводов

Паяльное оборудование

Кисть

Шаг 2: подготовьте коробки

(Примечание: на фотографиях вы увидите, что я сделал главный ящик до того, как нашел откидной ящик для подчиненного в JoAnn. Я настоятельно рекомендую этот ящик. Он почти такого же размера, хорошо сделан, по разумной цене и с откидной крышкой. это здорово по сравнению со снятием и заменой винтов, когда требуется доступ к внутренней части. На самом деле я заплатил больше за-дюймовую фанеру JoAnn, которую я уже имел под рукой, и потратил впустую время и силы на ее изготовление. Итак, я предполагаю, что вы будете использовать два ящика JoAnn.)

Снимите откидные крышки и петли. Положите петли и винты в безопасный контейнер, чтобы не потерять их.

Дисплеи и клавиатура крепятся под крышками боксов, сквозь них торчат очевидные детали. Тщательно измерьте эти детали, чтобы определить размеры требуемых прямоугольных отверстий в верхних частях, чтобы обеспечить аккуратную плотную посадку. Лучше всего для этого подойдет штангенциркуль.

Разместите эти контуры на крышках коробок карандашом и линейкой, центрируя их по горизонтали и располагая по вертикали по желанию. Также не забудьте разместить светодиод на верхней части ведомого устройства. Я наклеил (синий) малярный скотч на нарисованные карандашом линии, чтобы получился очень хороший ориентир для вырезания.

Просверлите отверстие для пильного диска и продолжайте резать как можно ближе к ленте, не отклоняясь от линии. Завершите отверстия опиливанием или зашлифовкой до ленты / линии. Затем проверьте соответствие с дисплеем. Если она будет слишком тугой, вы можете заставить ее войти в относительно мягкую липу.

Теперь разложите центральные отверстия для переключателя, разъема и светодиода, пометив их ледорубом (или кернером). Определите диаметр отверстия, проверив установку деталей в направляющую для сверла. Затем просверлите отверстия.

Пришло время запечатать и покрасить внешнюю часть коробки. Липа впитывает краску, поэтому перед покраской заклейте ее кистью. После высыхания я опрыскал дно и верх коробки с помощью Rustoleum gloss blue, только снаружи. Я решил замаскировать все отверстия малярной лентой с внутренней стороны.

Когда высохнет, снова наденьте откидные крышки коробок.

Защелка необходима для откидного верха, и она должна быть внутренней, чтобы Slave мог сидеть вертикально. Я сделал простую защелку, которая хорошо работает. Вырежьте пластиковую визитку желаемой формы и приклейте ее к внутренней части верхней части коробки, расположив ее по центру, как показано на фотографиях открытой коробки на шаге 6. Просверлите пилотное отверстие и отверстие с зенковкой в нижней передней части коробки для небольшого винта, который будет входить в пластик. Измерьте расстояние до центра винта от верхнего края дна коробки, перенесите его на пластик и используйте ледоруб, чтобы пробить отверстие по центру пластика, через которое будет проходить винт. Вкрутите винт, и коробка защелкнется. Чтобы открыть, используйте тонкое лезвие ножа, чтобы снять пластик с винта. Чтобы закрыть, вы можете использовать палец или снова использовать нож.

Шаг 3: соберите два дисплея

Примечание. Когда я попытался заказать комплект дисплея в списке деталей, все цвета Adafruit отсутствовали в наличии. Поэтому мне пришлось заказать другую версию: дисплей Featherlight Quad Display, который отличался только рюкзаком. См. Https://www.adafruit.com/product/3130. Однако у него не было средств крепления на крышках боксов, поэтому мне пришлось изобрести собственное крепление. Я просто припаял четыре активных контакта на разъемах к перфорированной плате паяемого типа, которую вы видите на фотографиях с открытой крышкой шага 6. Я просверлил четыре монтажных отверстия в монтажной плате. Я даже продублировал штекерный соединитель для главного устройства, но решил не заходить так далеко в Slave.

Надеюсь, вы сможете получить более красивый дисплей, который я рекомендовал в списке деталей.

Каждый дисплей поставляется в виде комплекта из четырех частей: два двойных буквенно-цифровых светодиодных дисплея, рюкзак (драйвер светодиода) и 5-контактный штекер. Светодиоды и заголовок необходимо припаять к рюкзаку. См. Отличный учебник по адресу https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. При пайке контактов светодиодов рядом с интегральной схемой рюкзака вам понадобится острие паяльника. В этом проекте используются только 4 подключения к заголовку: линии питания 5 В (VCC. GND) и линии данных I2C (SDA) и синхронизации (SCL).

Шаг 4: Сделайте печатную плату

Мне нравится использовать обычную макетную плату половинного размера на печатной плате, особенно когда я уже сделал предварительное подключение системы к макетной плате и вспомогательным устройствам. Подключить паяемую версию печатной платы намного проще, чем альтернативную версию паяемой перфорированной платы (точка-точка).

В таблице загрузок ниже приведены инструкции по подключению, включая штекерные разъемы для кабелей и женские разъемы для изготовления розеток Nano и HC-06. Штекерные разъемы отрываются от планок с 40 контактами, но женские разъемы должны быть отрезаны. Я использую дремель с отрезным кругом.

Таблица идентична для Master и Slave, за исключением заголовка клавиатуры, необходимого на главной плате.

На фото выше показана монтажная плата Slave в собранном виде.

Шаг 5: Установите все компоненты в коробки

Отображать

Поместите дисплей в отверстие и отметьте четыре точки крепления. Просверлите отверстия под крепежные винты. Выберите прокладки для выступа, который вам нравится. Затем прикрутите его.

Клавиатура

Монтажные отверстия очень маленькие. К счастью, подходящие винты доступны в комплекте с латунными петлями. Вставьте клавиатуру в отверстие и отметьте четыре точки крепления. Используйте самое маленькое сверло в вашем наборе, чтобы просверлить стартовые отверстия. Тогда прикрутите его. Винты будут немного выступать над верхом. При желании открутите винты и подпилите точки. Переустановить.

Переключатель, разъем и светодиод

Вставьте переключатель в отверстие и поверните его, чтобы включить питание. Закрепите его прилагаемой гайкой.

Аналогичным образом установите домкрат, повернув его для лучшего доступа к пайке.

Наконец, вставьте светодиод в держатель и вставьте его в отверстие (спереди). Он должен быть плотно прилегающим.

Печатная плата и аккумулятор

Я обычно оставляю в коробке достаточно места для доступа к USB-разъему микроконтроллера (Nano) с помощью USB-кабеля, не перемещая плату, потому что это упрощает отладку и внесение изменений. Здесь я этого не делал, потому что коробки уже были больше, чем я ожидал.

Я считаю, что двусторонний скотч из поролона - хороший способ установить плату и аккумулятор. Если вы используете минимальную ленту, ее можно легко удалить, при этом обеспечивая надежную установку. Оставьте ленту, пока вы не будете готовы застегнуть ее навсегда.

Шаг 6: Установите проводку и кабели

Проводка

Переключатель - DPDT. Центральные полюса подключаются к батарее. Верхние полюса подключаются к разъему для зарядки. А нижние полюса подключаются к разъему Nano Vin / Gnd.

Припаяйте зажим батареи 9 В к центральным полюсам переключателя. Красный провод определяет положительный полюс (+).

Припаяйте соединительный провод от верхних полюсов переключателя к разъему.

Катон! Убедитесь, что отрицательная сторона идет к центральному контакту разъема. Почему? Потому что зарядное напряжение отрицательное на центральном штифте цилиндрической вилки. См. Шаг 8 для объяснения.

Используйте пару ленточных перемычек M-F для подключения нижних полюсов переключателя к кабельному разъему Nano Vin / Gnd. Припаяйте контакты к нижним полюсам, убедившись, что плюс будет идти к Vin без перекручивания кабеля.

Также используйте пару ленточных перемычек M-F для подключения светодиода к разъему на токоограничивающем резисторе 1K на выходе HC-06 «STATE». Припаяйте контакты к выводам светодиода, убедившись, что более длинный (анодный) провод идет к резистору.

Прокладка кабеля

Клавиатура, дисплей и Nano используют штекерные разъемы и перемычки F-F для подключения. Запомните цветовую ориентацию перемычки, когда она вставлена в заголовки, и уберите ее для использования в будущем.

Клавиатура имеет матричную комбинацию клавиш, четыре строки и три столбца, поэтому ее соединение заголовка использует 7 контактов. Вставьте 7-проводную перемычку ленты F-F в разъем и, не скручивая, вставьте другой конец в разъем разъема клавиатуры Nano.

Дисплей имеет 5-контактный разъем, но нам нужно только 4 контакта для питания и последовательных данных I2C (SDA, SCL). Вставьте в него 4-проводную перемычку F-F. Разделите другой конец на два 2-проводных разъема и подключите их к удлинителю 5 В на макетной плате и к разъему I2C Nano на контактах A4-A5. Убедитесь, что + 5V будет отображать 5V, а SDA будет отображать SDA.

Мне нравится обматывать гнездовые разъемы на каждом конце кабеля, чтобы сделать соединение более прочным и упростить соединение с штекерными разъемами.

Шаг 7. Загрузите эскизы и протестируйте систему

Загрузите и скопируйте два эскиза Arduino ниже и вставьте их в Arduino IDE (1.8.9 или новее).

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

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

Я считаю, что вы найдете эти наброски легкими для понимания, потому что я постарался добавить полезные комментарии. Также специальные функции из библиотек упрощают наброски. Даже если вы не до конца понимаете функцию, вы можете чувствовать себя комфортно, потому что она работает, и вы, вероятно, могли бы использовать ее в своем собственном эскизе с небольшими проблемами или без них.

Подключите компьютер к разъему Nano USB Mini B на главном устройстве. К сожалению, для этого приходится наклонять плату Nano. Включите питание и скомпилируйте / загрузите мастер-скетч. Точно так же повторите это с Slave. Теперь вы готовы к работе с системой.

Отсоедините кабели USB и включите оба блока. Теперь вы должны увидеть, что оба дисплея активированы, показывая все дефисы. Это показывает, что питание включено и система находится в рабочем состоянии. Подождите, пока оба светодиода Bluetooth не загорятся, показывая, что установлено Bluetooth-соединение ведущего и ведомого устройства.

Примечание. Первое нажатие определенных клавиш приводит к буквенному вводу.

«1» переходит в «B».

«4» переходит в «я»

«7» переходит в «N»

«*» Входит в «G»

«0» переходит в «O»

Попробуйте «B01». На дисплеях главного и подчиненного устройства должно отображаться «B-01».

Попробуйте другие записи.

Теперь введите «B15» на главной клавиатуре. Вы должны увидеть B-15 на обоих дисплеях. Медленно введите B15. Символы на Мастере будут отображаться по мере их ввода. Дисплей ведомого устройства не изменится, пока не будут введены все три символа в номере бинго.

Вы должны иметь возможность в любой момент стереть ошибки, нажав «#». Сделайте это, и последняя запись должна исчезнуть на обоих дисплеях. Однако, если вы введете менее трех символов и нажмете «#», очистится только ваш главный дисплей. Таким образом, зритель на Slave не узнает о вашей ошибке.

На этом тест завершен. Надеюсь, это получилось!

Шаг 8: узнайте больше о компонентах

Клавиатура

См.

и

Клавиши якобы соединены в матрицу из 4 строк и 3 столбцов, которая выглядит так же, как клавиатура:

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

Клавиши в каждой строке и каждом столбце соединяются вместе. Провода с 7 строками и столбцами выходят на 7-контактный разъем клавиатуры. Согласно первому URL-адресу выше, первые три контакта слева от моего заголовка - это столбцы, а следующие четыре контакта справа - строки. Однако два URL-адреса, похоже, меняют порядок, если только они не смотрят на разные стороны доски. Я предположил, что ключ «1» определяет столбец 1 и строку 1, а остальные столбцы и строки идут в числовом порядке. Однако я обнаружил, что столбцы и строки не соответствуют упорядоченному порядку номеров контактов в Nano, как указано в обоих URL-адресах выше. Я не могу найти никакой причины, кроме того, что клавиатура подключена по-другому.

Ленточный кабель клавиатуры подключается к 7-контактному разъему макетной платы Nano без скручивания. Этот заголовок подключается к входам Nano D4-D10. Я обнаружил, что порядок нажатия клавиш должен быть таким, как показано ниже:

Контакты клавиатуры (1, 2, 3) подключаются к контактам Nano (D8, D10, D6} в указанном порядке.

Контакты клавиатуры (4, 5, 6, 7) подключаются к контактам Nano (D9, D4, D5, D7) в указанном порядке.

Это определенно работает правильно. Эскизы на шаге 7 предназначены для подключения контактов.

Отображать

Как уже говорилось, есть четыре буквенно-цифровых 14-сегментных светодиодных дисплея. Они управляются рюкзаком, который проходит через каждую, загорая соответствующие светодиоды.

Без рюкзака вам пришлось бы поднести к Nano 14 светодиодных проводов питания, а также 4-проводной выбор дисплея / общий возврат. Эти 18 линий будут использовать все 18 контактов цифрового ввода-вывода Nano (D0-D12 и A0-A5), не оставив ничего для 11 контактов, необходимых для обычного последовательного порта (Arduino IDE), программного последовательного порта (Bluetooth) и клавиатуры (7 булавки).

С рюкзаком вам понадобятся только два цифровых провода I2C для управления, а также два провода питания / заземления + 5V.

Bluetooth (показано выше)

HC-06 - отличный маленький модуль. Все, что вам нужно сделать, это указать ему последовательные символы, которые вы хотите передать, и прочитать передаваемые ему последовательные символы. Он берет на себя все операции Bluetooth.

Он подключается к стандартной макетной плате или к разъему для печатной платы, сделанному из 7-контактного разъема «мама». Шесть контактов: питание и заземление +5 В, последовательный вход от Nano RXD), последовательный выход на Nano (TXD) и выход STATE, который мы используем для управления светодиодом, который показывает, когда есть соединение двух HC-06 в Хозяин и раб.

Аккумулятор и зарядное устройство

Батарея - литий-ионная «9В». (В этом случае 9 В больше относится к конфигурации корпуса, чем к напряжению.) Он состоит из двух последовательно соединенных ячеек, каждая из которых имеет номинальное выходное напряжение 3,6–3,7 В. Таким образом, номинальное напряжение аккумулятора составляет 7,2-7,4 В. При полной зарядке напряжение аккумулятора может достигать 8,4 В. На приведенном ниже графике представлена типичная кривая разряда и показано, как напряжение сохраняется в течение длительного времени. Батарея имеет внутреннюю схему защиты, которая включает отключение при напряжении около 6,6 В (3,3 В на элемент); Литий-ионные батареи не любят полностью разряжаться, а быстрое падение напряжения в конце разряда требует достаточно высокого напряжения отсечки. Обратите внимание, что напряжение отсечки немного меньше, чем минимальная спецификация Nano 7 В, что позволяет располагать верхнюю часть регулятора напряжения выше регулируемого выхода 5 В. Так что возможно, что Nano перестанет работать раньше, чем батарея.

Номинальная выходная мощность аккумулятора составляет 600 миллиампер-часов. Я измерил потребление тока ведомого устройства на уровне 113 мА с дисплеем «B-88» и подключенным Bluetooth. (Этот дисплей эквивалентен дисплеям с наибольшим расходом энергии в нашем приложении BINGO.) Сеанс BINGO, который я посещаю, длится около 2,5 часов, с 6 играми и примерно 10 минутами между играми. Я отключаюсь между играми. Однажды ночью я пришел домой, включил питание и подождал, пока Slave перестанет работать, что и произошло через 2,3 часа. Я прочитал напряжение, оно составило 6,6 В, поэтому батарея разрядилась раньше, чем Nano. Можно с уверенностью сказать, что аккумулятор более чем подходит для моих целей.

Вот мои измерения тока ведомого устройства (при 7,2 В):

Все работает, отображается "B-88": 113 мА

(Не настоящее число в бинго, но ожидаемое среднее значение: в каждой секции горит 7 светодиодных сегментов)

Дисплей очищен: 27 мА (Дисплей потребляет большую часть тока: 113-27 = 86 мА)

Bluetooth не подключен, дисплей очищен: 64 мА

(Bluetooth сейчас передает, пытается подключиться. Похоже, это эффект 64–27 мА = 37 мА.)

Модуль Bluetooth удален после отключения питания: 51 мА, после включения

(Дисплей - это все полосы. Каждая полоса - это 2 светодиода, поэтому ожидайте, что 2/7 x 86 = 25 мА для отображения.

так что разница в 26 мА связана с Bluetooth.)

Главный ток будет фактически таким же. Клавиатура не потребляет энергию, а передача данных по Bluetooth очень короткая.

Зарядное устройство и зарядные кабели показаны на фото выше. Master и Slave можно заряжать одновременно. Из-за коротких кабелей зарядное устройство необходимо подключить к удлинителю. Зарядное устройство работает нормально, за исключением того, что один из светодиодов не гаснет, когда аккумулятор полностью заряжен; на Amazon есть похожие комментарии по поводу светодиодов.

Зарядные кабели действительно предназначены для закрепления на батарее 9 В и подключения к бочковому разъему для питания Arduino Uno или другой печатной платы. Я использую их для подключения к зарядному устройству. Но вы должны быть осторожны с полярностью, как я отмечал в шаге 6 и объясняю ниже.

Когда мы подключаем зарядный кабель к зарядному устройству на 9 В, напряжение на центральном контакте цилиндрического разъема отрицательное, а не положительное, как если бы мы подключались к аккумулятору на 9 В. Разъемы зарядного устройства и зарядного кабеля имеют одинаковую полярность; они должны принять батарею на 9 В. Таким образом, разъем зарядного кабеля необходимо повернуть на 90 градусов при подключении к зарядному устройству, тем самым поменяв полярность на цилиндрической вилке. Это требует подключения минуса аккумулятора к центральной клемме зарядного разъема.