Arduino Bluetooth Bingo Display för hörselskadade: 8 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Min fru och jag träffar vänner och familj en gång i veckan för att spela bingo på en lokal restaurang/bar. Vi sitter vid ett långbord. Inför mig står en man med nedsatt hörsel och syn. Rummet är mycket bullrigt och mannen måste ofta be sin fru att upprepa många av de uppringda numren. Så jag bestämde mig för att göra det Bluetooth-kopplade systemet med två enheter som visas ovan. På min enhet anger jag det uppringda numret och han ser det på sin enhet.

Sändarenheten har en knappsats med 12 knappar. Fem av tangenterna (1, 4, 7, *, 0) är programmerade för att mata in BINGO -alfabetet för varje nytt nummer som anropas. Denna enhet har också en display med 4 tecken, med 14-segmentiga alfanumeriska LED-tecken som visar hela numret (t.ex. B-15).

Den mottagande enheten har samma display, vars storlek och ljusstyrka är mer än tillräcklig för den avsedda tittaren. Medan sändarenheten ligger platt på bordet kan den mottagande enheten också tippas upp för bättre visning.

Varje enhet har en vippomkopplare som växlar mellan start och avstängning av det interna Li-ion 9V-batteriet, via pipen som visas. En blå lysdiod på varje enhet visar när Bluetooth har anslutits.

Obs: I det följande kommer jag att beteckna sändarenheten som Master och den mottagande enheten som Slave.

Steg 1: Skaffa delar, material och verktyg

Postorder delar

Knappsats (1) Adafruit $ 7,50 ea

Quad alfanumerisk display (2) Adafruit $ 10 ea

Lödbart brödbräda av PCB-typ (2) Adafruit 3-pack $ 13, Amazon 4-pack $ 13

Arduino Nano (2) Amazon 3-pack 13 $

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

5 mm fatuttag (2) Amazon 5-pack $ 8

DPDT-switch Amazon 10-pack $ 6

9V uppladdningsbart litiumjonbatteri (2) och dubbla laddare Amazon (EBL) $ 17

Laddningskabel, med 9V batteriklämma och fatkontakt (2) Amazon 5-pack $ 6

Lokala delar

Small Keepsake Box (2), ca 4,75 x 4,75 x 2,5 tum hög, JoAnn (lokalt och online) $ 5,50

#4 Maskinskruvar och muttrar för bildskärmsinstallation (8)

Distanser för maskinens skruvar (8)

Små skruvar (i mässings gångjärnspaket) för installation av knappsats (1 förpackning) Michaels

Delar förmodligen till hands

Blå LED (2)

LED -hållare (2), tillval

Bandhoppare, kvinna-hona

Bandhoppare, han-hona

1K ohm motstånd (4)

2K ohm motstånd (2)

Manliga rubriker

#22 solid kopplingstråd: röd, svart, vit

Material

Träförseglare

Spraya eller pensla på färg

Maskeringstejp, gärna vanlig och blå typ

Scotch Permanent Monteringstejp (2-sidigt skumtejp)

Verktyg

Bromsok (rekommenderas)

Driven rullsåg eller handhandsåg

Fil (eller sandpapper)

Borr och bitar

Borrstyrning (har dimensionerade hål för alla bitar)

Ishacka

Juvelerars skruvmejselsats

Vanliga Phillips -skruvmejslar och tänger

Avbitartång

Wire stripper

Lödutrustning

Pensel

Steg 2: Förbered lådorna

(Obs: Du kommer att se på bilderna att jag gjorde Master-rutan innan jag hittade den gångjärnslåda för slaven på JoAnn. Jag rekommenderar starkt den här rutan. Den är nästan lika stor, välgjord, prisvärd och det gångjärnsdragna locket är bra, jämfört med att ta bort och byta ut skruvar, när jag behöver komma åt insidan. Jag betalade faktiskt mer för mästarens ¼ tum JoAnn -plywood, som jag redan hade till hands, och slösade bort tid och energi på att göra det. Så jag antar att du kommer att använda två av JoAnn -lådorna.)

Ta bort de gångjärniga topparna och gångjärnen. Lägg gångjärnen och skruvarna i en säker behållare för att undvika att tappa dem.

Skärmarna och knappsatsen monteras under lådans toppar med de uppenbara delarna som sticker igenom. Mät noggrant dessa delar för att bestämma dimensionerna för de nödvändiga rektangulära hålen i topparna, med sikte på en snygg passform. En tjocklek är bäst för detta ändamål.

Lägg ut dessa konturer på lådans toppar med penna och linjal, centrera dem horisontellt och placera dem vertikalt efter önskemål. Kom också ihåg att hitta lysdioden på Slav -toppen. Jag placerade (blå) maskeringstejp på blyertslinjerna för att göra en mycket bra guide för skärning.

Borra ett hål för sågklingan och fortsätt att skära så nära tejpen du kan utan att komma över linan. Avsluta hålen genom att fila eller slipa ner till tejpen/linjen. Testa sedan passformen med en display. Om det är för tätt kan du kanske tvinga in passformen i det relativt mjuka basvirket.

Lägg nu ut mittenhålen för omkopplaren, uttaget och lysdioden, markera dem med en isplock (eller mittstans). Bestäm hålets diameter genom att testa att montera delarna i borrkronans styrning. Borra sedan hålen.

Nu är det bra att försegla och måla lådans exteriör. Basswood absorberar färg, så borst-försegla innan målning. Efter torkning sprayade jag lådans bottnar och toppar med Rustoleum glansblått, endast på utsidan. Jag valde att maskera alla hål med maskeringstejp på insidan.

Sätt tillbaka de gångjärnsförsedda lådorna när de är torra.

En spärr behövs för den gångjärniga toppen och den måste vara invändig för att slaven ska kunna sitta upprätt. Jag utformade en enkel spärr som fungerar bra. Klipp ett visitkort av plast till önskad form och lim det på insidan av lådans överkant, centrerat enligt bilden i steg 6-bilderna i öppen låda. Borra ett pilothål och ett försänkningshål i lådans undersida för en liten skruv som kommer i ingrepp med plasten. Mät skruvcentralavståndet ner från den övre kanten av lådans botten, överför det till plasten och använd isplockan för att stansa ett hål, centrerat på plasten, som passerar skruven. Skruva i skruven och lådan låses. Använd ett tunt knivblad för att öppna plasten från skruven. För att stänga kan du faktiskt använda ditt finger, eller igen använda kniven.

Steg 3: Montera de två bildskärmarna

Obs: När jag försökte beställa bildskärmssatsen i reservlistan var Adafruit slutsåld i alla färger. Så jag var tvungen att beställa en annan version: Featherlight Quad Display som bara skilde sig i ryggsäcken. Se https://www.adafruit.com/product/3130. Detta hade dock inga möjligheter att montera i lådans toppar, så jag var tvungen att utforma mitt eget fäste. Jag lödde helt enkelt de fyra aktiva stiften på rubrikerna till ett perf-bräda av lödbar typ som du ser i bilderna med öppen omslag i steg 6. Jag borrade fyra monteringshål i perfboard. Jag kopierade till och med en manlig header -kontakt för Master men bestämde mig för att inte gå så långt i slaven.

Förhoppningsvis kommer du att kunna få den snyggare displayen jag rekommenderade i listan med delar.

Varje bildskärm levereras som ett fyrdelat kit: två dubbla alfanumeriska LED-skärmar, en ryggsäck (LED-drivrutin) och en 5-stifts hanrubrik. Lysdioderna och huvudet måste lödas i ryggsäcken. Se den utmärkta handledningen på https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Du behöver en finpunkts lödspets när du lödar LED-stiften intill ryggsäckens IC. Endast 4 anslutningar till huvudet används i detta projekt: 5V ström (VCC. GND) och I2C data (SDA) och klocklinjer (SCL).

Steg 4: Gör kretskortet

Jag gillar att använda PCB-versionen av den vanliga halvstora brödbrädan, särskilt när jag redan har gjort en preliminär systemanslutning med brödbräda och tillbehör. Anslutning av den lödbara PCB-versionen är mycket enklare än den alternativa lödbara perf board-versionen (punkt-till-punkt).

Nedladdningstabellen nedan ger ledningsinstruktioner, inklusive hanrör för kabeldragning och honahuvuden för att göra Nano- och HC-06-uttag. Hanhuvuden knäpps av 40 stiftremsor, men honhuvuden måste klippas av. Jag använder en Dremel med ett skärhjul.

Tabellen är identisk för Master och Slave förutom tangentbordets rubrik som behövs på Master -kortet.

Bilden ovan visar Slaven nakna och färdiga kretskort.

Steg 5: Installera alla komponenter i lådorna

Visa

Placera displayen i sitt hål och markera de fyra fästpunkterna. Borra hål för maskinens skruvar. Välj distanser för utskjutningen du är nöjd med. Skruva sedan fast den.

Knappsats

Monteringshålen är mycket små. Lyckligtvis finns lämpliga skruvar i mässingsgångjärnsförpackningen. Placera knappsatsen i hålet och markera de fyra fästpunkterna. Använd den minsta biten i ditt set för att borra starthål. Skruva sedan på den. Skruvarna sticker ut lite ovanför toppen. Ta bort skruvarna och fila ned punkterna om så önskas. Installera om.

Switch, Jack och LED

Skjut in omkopplaren i hålet och vrid den för att slå på och av strömmen. Säkra den med den medföljande muttern.

På samma sätt installerar du kontakten och vrider den för bästa lödåtkomst.

Sätt slutligen lysdioden i hållaren och skjut in den i hålet (framifrån). Detta bör passa tätt.

Kretskort och batteri

Jag lämnar vanligtvis tillräckligt med utrymme i lådan för att komma åt mikrokontroller (Nano) USB-uttag med en USB-kabel, utan att flytta kortet, eftersom det underlättar felsökning och ändringar. Jag gjorde inte det här här eftersom lådorna redan var större än jag hade hoppats.

Jag tror att dubbelsidig skumtejp är ett bra sätt att installera kortet och batteriet. Om du använder minimal tejp kan du enkelt ta bort den samtidigt som den ger en fast installation. Lämna tejpen tills du är redo att knappa upp för gott.

Steg 6: Installera kablar och kablar

Kabeldragning

Brytaren är en DPDT. Mittpolarna ansluts till batteriet. Översta polerna ansluts till laddningsuttaget. Och bottenpolarna ansluter till Nanos Vin/Gnd -rubrik.

Löd ett 9V batteri klämma fast på omkopplarens mittpoler. Den röda tråden definierar vilken pol som är positiv (+).

Lödanslutningstråd från omkopplarens översta poler till uttaget.

FÖRSIKTIGHET! Se till att den negativa sidan går till domkraftens mittstift. Varför? Eftersom laddningsspänningen är negativ vid pipens mittstift. Se steg 8 för en förklaring.

Använd ett par M-F-bandhoppare för att ansluta omkopplarens nedre poler till Nanos Vin/Gnd-kabelrubrik. Löd stiften till de nedre stolparna, se till att det kommer att gå till Vin utan att kabeln vrids.

Använd också ett par M-F-bandhoppare för att ansluta lysdioden till huvudet vid 1K strömbegränsningsmotståndet på HC-06 "STATE" -utgången. Löd stiften till LED -ledarna, se till att den längre (anod) tråden går till motståndet.

Kabeldragning

Knappsatsen, displayen och Nano använder alla hanrubriker och F-F-hoppare för anslutningar. Anteckna bygelns färgorientering när den är ansluten till sidhuvudena och stoppa undan den för framtida referens.

Tangentbordet har en matrisnyckelanslutning, fyra rader och tre kolumner, så dess huvudanslutning använder 7 stift. Anslut en 7-tråds F-F-bandbygel till huvudet och, utan att vrida, anslut den andra änden till Nanos tangentbordshuvudanslutning.

Displayen har en 5-polig huvudanslutning, men vi behöver bara 4 stift för ström och I2C seriell data (SDA, SCL). Anslut en 4-tråds F-F-bygel till den. Separera den andra änden i två 2-trådskontakter och anslut dem till brödbrädans 5v-strömkabel och till Nanos I2C-sidhuvud vid stiften A4-A5. Se till att +5V kommer att visa 5V, och SDA kommer att visa SDA.

Jag gillar att slå ihop honkontakterna på varje kabelände för att göra en starkare anslutning och göra det lättare att para sig till de manliga huvudena.

Steg 7: Ladda ner skisserna och testa systemet

Ladda ner och kopiera de två Arduino -skisserna nedan och klistra in dem i Arduino IDE (1.8.9 eller senare).

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

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

Jag tror att du kommer att tycka att skisserna är lätta att förstå eftersom jag har tagit hand om att lägga till användbara kommentarer. Specialfunktionerna från biblioteken förenklar också skisserna. Även om du inte helt förstår en funktion kan du känna dig bekväm eftersom den fungerar, och du kan förmodligen använda den i en egen skiss med små eller inga problem.

Anslut din dator till Nano USB Mini B -kontakten i Master. Tyvärr måste Nano -kortet styras upp för att göra detta. Slå på strömmen och kompilera/ladda ner Master sketch. På samma sätt, upprepa detta med slaven. Du är nu redo att använda systemet.

Ta bort USB -kablarna och slå på båda rutorna. Du bör nu se båda bildskärmarna aktiveras och visa alla bindestreck. Detta visar att strömmen är på och att systemet är i drift. Vänta tills båda Bluetooth -lysdioderna tänds och visar att Bluetooth -anslutningen mellan Master och Slave har uppstått.

Obs: Första tryckningen på vissa knappar resulterar i en alfabetisk post.

"1" anger "B".

"4" anger "jag"

"7" anger "N"

"*" Anger "G"

"0" anger "O"

Prova "B01". Både Master- och Slave-skärmar ska visa "B-01"

Prova andra poster.

Ange nu "B15" på Master -knappsatsen. Du bör se B-15 på båda skärmarna. Mata in B15 långsamt igen. Tecknen på Master visas när de matas in. Slavdisplayen ändras inte förrän alla tre tecknen i ett bingonummer har matats in.

Du bör kunna radera misstag när som helst genom att trycka på "#". Gör det, och ovanstående sista post bör rensas i båda displayerna. Men om du anger mindre än tre tecken och trycker på "#" raderas bara din Master -display. Således kommer tittaren på slaven inte att vara medveten om ditt fel.

Det slutför testet. Hoppas det blev lyckat!

Steg 8: Läs mer om komponenterna

Knappsats

Se

och

Nycklarna är förmodligen kopplade i en matris med 4 rader och 3 kolumner som ser ut precis som knappsatsen:

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

Nycklarna i varje rad och varje kolumn leder ihop. De 7 rad- och kolumnledningarna kommer ut till knappsatsens 7-poliga huvudanslutning. Enligt den första webbadressen ovan är de tre första stiften till vänster om min rubrik kolumnerna, och de följande fyra stiften till höger är raderna. De två webbadresserna verkar dock vända ordningen, såvida de inte tittar på olika sidor av tavlan. Jag antog att nyckeln "1" definierar kolumn 1 och rad 1, och de andra kolumnerna och raderna fortsätter i numerisk ordning. Jag fann dock att kolumnerna och raderna inte motsvarar den ordnade utvecklingen av stiftnummer på Nano, som anges i båda webbadresserna ovan. Jag kan inte hitta någon annan anledning än att knappsatsen är ansluten annorlunda.

RibKnappsatsens bandkabel ansluts till Nanos 7-poliga huvudbräda utan att vrida sig. Den rubriken ansluter till Nanos D4-D10-ingångar. Jag fann att beställningen måste vara enligt nedan för att knapptryckningarna ska visas korrekt:

Knappsatsstiften (1, 2, 3) ansluter till Nano -stiften (D8, D10, D6} i den ordningen

Knappsatsstift (4, 5, 6, 7) ansluter till Nano -stift (D9, D4, D5, D7) i den ordningen

Det fungerar definitivt rätt. Skisserna i steg 7 tar hand om att tilldela stiftanslutningen.

Visa

Som redan diskuterats finns det fyra alfanumeriska, 14-segmentiga LED-displayavsnitt Dessa styrs av ryggsäcken, som går igenom var och en, tänder lämpliga lysdioder.

Utan ryggsäcken måste du ta med 14 LED-strömkablar till Nano, plus ett 4-trådigt displayval/gemensam retur. De 18 raderna skulle använda alla 18 Nano digitala I/O-stift (D0-D12 och A0-A5), utan att lämna något för de 11 stiften som krävs för vanlig seriell (Arduino IDE), seriell programvara (Bluetooth) och tangentbordet (7 stift).

Med ryggsäcken behöver du bara de två I2C digitala ledningarna för kontroll, plus två +5V ström/jordledningar.

Bluetooth (visas ovan)

HC-06 är en bra liten modul. Allt du behöver göra är att ge den de serietecken du vill överföra och läsa de seriella tecken som överförs till den. Det tar hand om alla Bluetooth -funktioner.

Den ansluts till en vanlig brödbräda eller ett PCB-uttag tillverkat av en hona med 7 stift längd. De sex stiften är: +5V ström och jord, seriell ingång från Nano RXD), seriell utgång till Nano (TXD) och STATE-utgång som vi använder för att driva lysdioden som visar när det finns en anslutning av de två HC-06 in Mästare och slav.

Batteri och laddare

Batteriet är en "9V" litiumjon. (I detta fall gäller 9V mer för paketkonfiguration än spänning.) Den har två celler i serie, varje cell har 3,6-3,7V nominell utgång. Så batteriets nominella spänning är 7,2-7,4V. Vid full laddning kan batterispänningen vara så hög som 8,4V. Grafen nedan ger en typisk urladdningskurva och visar hur spänningen stannar kvar länge. Batteriet har intern skyddskrets som inkluderar en avstängning på cirka 6,6 V (3,3 V per cell); Li-jonbatterier gillar inte att vara helt urladdade, och det snabba spänningsfallet vid urladdningsänden kräver en relativt hög spänning. Observera att avstängningsspänningen är lite mindre än 7V minsta Nano -specifikation, vilket möjliggör spänningsregulatorhuvudrummet över den 5V reglerade utgången. Så det är möjligt att Nano slutar arbeta innan batteriet gör det.

Den nominella batterieffekten är 600 milliamp-timmar. Jag mätte slavströmavloppet vid 113mA med en “B-88” display och Bluetooth ansluten. (Den här skärmen motsvarar de mest strömavvisande skärmarna i vår BINGO -applikation.) BINGO -sessionen jag deltar i varar i cirka 2,5 timmar, med 6 spel och cirka 10 minuter mellan spelen. Jag har slagit av mellan spel. Efter en natt kom jag hem, startade och väntade på att slaven skulle sluta arbeta, vilket den gjorde 2,3 timmar senare. Jag läste spänningen och den var 6,6V, så batteriet slutade innan Nano gjorde det. Det är säkert att säga att batteriet är mer än tillräckligt för mitt ändamål.

Här är mina slavströmmätningar (vid 7,2V):

Allt körs och visar "B-88": 113 mA

(Inte ett riktigt bingonummer, men förväntat genomsnitt: 7 LED -segment tända i varje avsnitt)

Displayen rensad: 27 mA (Displayen drar det mesta av strömmen: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth är inte ansluten, skärmen rensad: 64 mA

(Bluetooth sänder nu, försöker ansluta. Det verkar vara en 64 - 27 mA = 37 mA effekt.)

Bluetooth-modul borttagen efter avstängning: 51 mA, efter uppstart

(Displayen är alla staplar. Varje stapel är 2 lysdioder, så förvänta dig 2/7 x 86 = 25 mA för visning.

så 26 mA skillnaden beror på Bluetooth.)

Huvudströmmen kommer faktiskt att vara densamma. Tangentbordet drar inte ström och Bluetooth -överföringarna är mycket korta.

Laddaren och laddningskablarna visas på bilden ovan. Master och Slave kan laddas samtidigt. På grund av de korta kablarna måste laddaren anslutas till en förlängningssladd. Laddaren fungerar bra förutom att en av lysdioderna inte slocknar när batteriet är fulladdat; det finns liknande kommentarer på Amazon om lysdioderna.

Charging Laddningskablarna är verkligen utformade för att klämma fast ett 9V -batteri och anslutas till ett fatuttag för att driva en Arduino Uno eller ett annat kretskort. Jag använder dem för att ansluta laddaren. Men du måste vara försiktig med polaritet, som jag noterade i steg 6 och förklara nedan.

När vi ansluter laddningskabeln till 9V -laddaren är spänningen vid pipens mittstift negativ, inte positiv som om vi är anslutna till ett 9V -batteri. Anslutningarna för laddare och laddningskabel har samma polaritet; de måste för att acceptera ett 9V batteri. Så laddningskabelanslutningen måste roteras 90 grader när den ansluts till laddaren, och därigenom vända polariteten vid fatkontakten. Detta kräver att du kopplar in batteriet negativt till laddningskontaktens mittterminal.