Arduino Bluetooth Bingo-display voor slechthorenden - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Mijn vrouw en ik ontmoeten vrienden en familie één keer per week om bingo te spelen in een plaatselijk restaurant/bar. We zitten aan een lange tafel. Tegenover mij staat een man met een verminderd gehoor en gezichtsvermogen. De kamer is erg luidruchtig en de man moet zijn vrouw vaak vragen om veel van de gebelde nummers te herhalen. Dus besloot ik om het tweedelige Bluetooth-gekoppelde systeem te maken dat hierboven is afgebeeld. Op mijn toestel voer ik het gebelde nummer in en hij ziet het op zijn toestel.

De zendeenheid heeft een toetsenbord van het type telefoon met 12 toetsen. Vijf van de toetsen (1, 4, 7, *, 0) zijn geprogrammeerd om het alfabetische BINGO-teken van elk nieuw gebeld nummer in te voeren. Dit apparaat heeft ook een display van 4 tekens, met alfanumerieke LED-tekens met 14 segmenten die het volledige nummer weergeven (bijv. B-15).

De ontvangende unit heeft hetzelfde beeldscherm, waarvan het formaat en de helderheid ruim voldoende zijn voor de beoogde kijker. Terwijl de zendeenheid plat op de tafel ligt, kan de ontvangende eenheid ook worden gekanteld voor een beter zicht.

Elke unit heeft een tuimelschakelaar die schakelt tussen aanzetten en uit-laden van de interne Li-ion 9V-batterij, via de afgebeelde cilinderaansluiting. Een blauwe LED op elk apparaat geeft aan wanneer Bluetooth is verbonden.

Opmerking: In het volgende zal ik de zendende eenheid aanduiden als Master en de ontvangende eenheid als Slave.

Stap 1: onderdelen, materialen en gereedschappen ophalen

Postorder onderdelen

Toetsenbord (1) Adafruit $ 7,50 per stuk

Viervoudig alfanumeriek display (2) Adafruit $ 10 per stuk

Soldeerbaar breadboard van het PCB-type (2) Adafruit 3-pack $ 13, Amazon 4-pack $ 13

Arduino Nano (2) Amazon 3-pack $ 13

HC-06 Bluetooth-module (2) Amazon $ 8,50 per stuk

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

DPDT-switch Amazon 10-pack $ 6

9V Li-ion oplaadbare batterij (2) en dubbele oplader Amazon (EBL) $ 17

Oplaadkabel, met 9V batterij clip-on en barrel plug (2) Amazon 5-pack $ 6

Lokale onderdelen

Kleine aandenkendoos (2), ongeveer 4,75 x 4,75 x 2,5 inch hoog, JoAnn (lokaal en online) $ 5,50

#4 Machineschroeven en moeren voor installatie van displays (8)

Afstandhouders voor de machineschroeven (8)

Kleine schroeven (in messing scharnierpakket) voor toetsenbordinstallatie (1 pakket) Michaels

Onderdelen waarschijnlijk bij de hand

Blauwe LED (2)

LED-houder (2), optioneel

Truien met lint, vrouw-vrouw

Truien met lint, man-vrouw

1K ohm weerstand (4)

2K ohm weerstand (2)

Mannelijke kopteksten

#22 massief koperen aansluitdraad: rood, zwart, wit

Materialen

Houtverzegelaar

Spray of brush-on verf

Afplakband, bij voorkeur normaal en blauw type

Scotch permanente montagetape (2-zijdige schuimtape)

Gereedschap

Remklauw (aanbevolen)

Aangedreven rolzaag of handkopzaag

Bestand (of schuurpapier)

Boor en bits

Boorgeleider (heeft gedimensioneerde gaten voor alle bits)

Ijspriem

Schroevendraaierset voor juweliers

Gewone kruiskopschroevendraaiers en tangen

Draadknipper

Draadstripper

Soldeerapparatuur

kwast

Stap 2: Bereid de dozen voor

(Opmerking: je zult op de foto's zien dat ik de Master-doos heb gemaakt voordat ik de scharnierende doos voor de Slave bij JoAnn vond. Ik raad deze doos ten zeerste aan. Het is bijna hetzelfde formaat, goed gemaakt, redelijk geprijsd en het scharnierende deksel is geweldig, vergeleken met het verwijderen en vervangen van schroeven, wanneer je toegang nodig hebt tot de binnenkant. Ik heb eigenlijk meer betaald voor het ¼ inch JoAnn-multiplex van de Master, dat ik al bij de hand had, en verspilde tijd en energie aan het maken ervan. Dus ik neem aan dat u gebruikt twee van de JoAnn-boxen.)

Verwijder de scharnierende toppen en scharnieren. Plaats de scharnieren en schroeven in een veilige container om te voorkomen dat u ze kwijtraakt.

De displays en het toetsenbord worden onder de bovenkant van de doos gemonteerd met de voor de hand liggende onderdelen erdoorheen. Meet die onderdelen zorgvuldig op om de afmetingen voor de vereiste rechthoekige gaten in de bladen te bepalen, waarbij u streeft naar een nette, nauwsluitende pasvorm. Een schuifmaat is hiervoor het beste.

Leg deze contouren op de bovenkant van de doos met potlood en liniaal, centreer ze horizontaal en plaats ze verticaal zoals gewenst. Vergeet ook niet om de LED op de bovenkant van de Slave te lokaliseren. Ik heb (blauwe) masking tape op de potloodlijnen aangebracht om een zeer goede gids voor het snijden te maken.

Boor een gat voor het zaagblad en zaag zo dicht mogelijk bij de tape zonder over de lijn te dwalen. Werk de gaten af door te vijlen of te schuren tot op de tape/lijn. Test vervolgens de pasvorm met een display. Als het te strak zit, kun je misschien de pasvorm in het relatief zachte lindehout forceren.

Leg nu de middelste gaten voor de schakelaar, aansluiting en LED uit en markeer ze met een ijspriem (of centerpons). Bepaal de gatdiameter door de onderdelen in de boorgeleider te testen. Boor vervolgens de gaten.

Dit is een goed moment om de buitenkant van de doos te verzegelen en te schilderen. Basswood absorbeert verf, dus borstel af voordat u gaat schilderen. Na het drogen heb ik de bakbodems en -bladen gespoten met Rustoleum glansblauw, alleen de buitenkant gedaan. Ik heb er wel voor gekozen om alle gaten aan de binnenkant af te plakken met plakband.

Als het droog is, plaatst u de scharnierende bovenkanten van de doos er weer op.

Er is een grendel nodig voor de scharnierende bovenkant en deze moet intern zijn om de Slave in staat te stellen rechtop te zitten. Ik heb een eenvoudige vergrendeling gemaakt die goed werkt. Knip een plastic visitekaartje in de gewenste vorm en plak het aan de binnenkant van de bovenkant van de doos, gecentreerd zoals weergegeven in de foto's van de open doos van stap 6. Boor een geleidegat en een verzonken gat in de voorkant van de doos voor een kleine schroef die het plastic vasthoudt. Meet de hartafstand van de schroef naar beneden vanaf de bovenrand van de bodem van de doos, breng deze over naar het plastic en gebruik de ijspriem om een gat te slaan, gecentreerd op het plastic, dat de schroef passeert. Draai de schroef erin en de doos wordt vergrendeld. Gebruik voor het openen een dun mes om het plastic van de schroef te duwen. Om te sluiten kun je eigenlijk je vinger gebruiken, of opnieuw het mes gebruiken.

Stap 3: Monteer de twee schermen

Let op: Toen ik de displaykit in de onderdelenlijst probeerde te bestellen, was Adafruit op alle kleuren niet op voorraad. Dus moest ik een andere versie bestellen: de Featherlight Quad Display die alleen in de rugzak verschilde. Zie https://www.adafruit.com/product/3130. Deze had echter geen bevestigingsmogelijkheid in de kisten, dus moest ik mijn eigen houder bedenken. Ik heb eenvoudig de vier actieve pinnen op de headers gesoldeerd aan een soldeerbaar type perf-bord dat je ziet in de stap 6 open-cover-foto's. Ik boorde vier montagegaten in de perfboard. Ik dupliceerde zelfs een mannelijke header-connector voor de Master, maar besloot niet zo ver te gaan in de Slave.

Hopelijk kun je het mooiere scherm krijgen dat ik in de onderdelenlijst heb aanbevolen.

Elk display wordt geleverd als een vierdelige kit: twee dubbele alfanumerieke LED-displays, een rugzak (LED-driver) en een 5-pins mannelijke header. De LED's en header moeten aan de rugzak worden gesoldeerd. Zie de uitstekende tutorial op https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Je hebt een fijne soldeerpunt nodig bij het solderen van de LED-pinnen naast het IC van de rugzak. In dit project worden slechts 4 aansluitingen op de header gebruikt: 5V stroom (VCC. GND) en I2C data (SDA) en klok (SCL) lijnen.

Stap 4: Maak de printplaat

Ik gebruik graag de PCB-versie van het gewone breadboard van halve grootte, vooral als ik al een voorlopige systeemaansluiting met breadboard en hulpapparatuur heb gedaan. Het aansluiten van de soldeerbare PCB-versie is veel eenvoudiger dan de alternatieve soldeerbare perfboard-versie (point-to-point).

De onderstaande downloadtabel geeft de bedradingsinstructies, inclusief mannelijke headers voor bekabeling en vrouwelijke headers om Nano- en HC-06-aansluitingen te maken. Mannelijke headers breken af van 40 pinstrips, maar vrouwelijke headers moeten worden afgesneden. Ik gebruik een Dremel met een snijwiel.

De tabel is identiek voor Master en Slave, behalve de toetsenbordheader die nodig is op het Master-bord.

De bovenstaande foto toont de Slave kale en voltooide printplaat.

Stap 5: Installeer alle componenten in de dozen

Weergave

Plaats het display in het gat en markeer de vier bevestigingspunten. Boor gaten voor de machineschroeven. Selecteer afstandhouders voor het uitsteeksel waarmee u tevreden bent. Schroef het vervolgens vast.

Toetsenbord

De montagegaten zijn erg klein. Gelukkig zijn er geschikte schroeven beschikbaar in het messing scharnierpakket. Plaats het toetsenbord in het gat en markeer de vier bevestigingspunten. Gebruik het kleinste bitje in je set om startgaten te boren. Schroef het dan vast. De schroeven steken iets boven de bovenkant uit. Verwijder indien gewenst de schroeven en vijl de punten af. Opnieuw installeren.

Schakelaar, Jack en LED

Duw de schakelaar in het gat en draai eraan om de aan/uit-stand in te schakelen. Zet hem vast met de meegeleverde moer.

Installeer op dezelfde manier de aansluiting en draai deze voor de beste soldeertoegang.

Plaats ten slotte de LED in de houder en duw deze in het gat (vanaf de voorkant). Dit moet een strakke pasvorm zijn.

Printplaat en batterij

Ik laat meestal genoeg ruimte in de doos om toegang te krijgen tot de microcontroller (Nano) USB-aansluiting met een USB-kabel, zonder het bord te verplaatsen, omdat het debuggen en wijzigen gemakkelijker maakt. Ik heb dat hier niet gedaan omdat de dozen al groter waren dan ik had gehoopt.

Ik geloof dat dubbelzijdige schuimtape een goede manier is om het bord en de batterij te installeren. Als u minimale tape gebruikt, kunt u deze gemakkelijk verwijderen en toch een stevige installatie bieden. Laat het opnemen totdat je klaar bent om voorgoed dicht te knopen.

Stap 6: bedrading en bekabeling installeren

Bedrading

De schakelaar is een DPDT. De middelste polen zijn verbonden met de batterij. Bovenste polen worden aangesloten op de oplaadaansluiting. En onderste polen worden aangesloten op Nano's Vin/Gnd-header.

Soldeer een 9V batterij clip-on aan de middenpolen van de schakelaar. De rode draad bepaalt welke pool positief is (+).

Soldeer aansluitdraad van de bovenste polen van de schakelaar naar de aansluiting.

VOORZICHTIG! Zorg ervoor dat de negatieve kant naar de middelste pin van de jack gaat. Waarom? Omdat de laadspanning negatief is bij de middelste pen van de barrelplug. Zie stap 8 voor een uitleg.

Gebruik een paar M-F-lintjumpers om de onderste polen van de schakelaar aan te sluiten op Nano's Vin/Gnd-kabelheader. Soldeer de pinnen aan de onderste polen, zorg ervoor dat de positieve naar Vin gaat zonder dat de kabel draait.

Gebruik ook een paar M-F-lintjumpers om de LED aan te sluiten op de header bij de 1K stroombegrenzende weerstand op de HC-06 "STATE" -uitgang. Soldeer de pinnen aan de LED-draden, zorg ervoor dat de langere (anode) draad naar de weerstand gaat.

bekabeling

Het toetsenbord, het display en de Nano gebruiken allemaal mannelijke headers en F-F-jumpers voor verbindingen. Noteer de kleuroriëntatie van de jumper wanneer deze is aangesloten op de headers en berg deze op voor toekomstig gebruik.

Het toetsenbord heeft een matrixtoetsaansluiting, vier rijen en drie kolommen, dus de headerverbinding gebruikt 7 pinnen. Steek een 7-draads F-F-lintjumper in de header en steek het andere uiteinde zonder te draaien in de Nano-toetsenbordheaderaansluiting.

Het display heeft een 5-pins header-aansluiting, maar we hebben slechts 4 pinnen nodig, voor stroom en I2C seriële data (SDA, SCL). Steek er een 4-draads F-F-jumper in. Scheid het andere uiteinde in twee 2-draads connectoren en sluit ze aan op de breadboard 5v-stekkerdoos en op Nano's I2C-header op pinnen A4-A5. Zorg ervoor dat +5V 5V gaat weergeven en SDA SDA gaat weergeven.

Ik vind het leuk om de vrouwelijke connectoren aan elk kabeluiteinde samen te wikkelen om een sterkere verbinding te maken en het gemakkelijker te maken om aan de mannelijke headers te koppelen.

Stap 7: Download de schetsen en test het systeem

Download en kopieer de twee Arduino-schetsen hieronder en plak ze in de Arduino IDE (1.8.9 of hoger).

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

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

Ik denk dat u de schetsen gemakkelijk te begrijpen zult vinden, omdat ik er alles aan heb gedaan om nuttige opmerkingen toe te voegen. Ook vereenvoudigen de speciale functies uit de bibliotheken de schetsen. Zelfs als u een functie niet volledig begrijpt, kunt u zich op uw gemak voelen omdat het werkt, en u zou het waarschijnlijk met weinig of geen probleem in een eigen schets kunnen gebruiken.

Sluit uw computer aan op de Nano USB Mini B-connector in de Master. Helaas moet het Nano-bord hiervoor omhoog worden gekanteld. Schakel de stroom in en compileer/download de hoofdschets. Herhaal dit op dezelfde manier met de Slave. U bent nu klaar om het systeem te bedienen.

Verwijder de USB-kabels en schakel beide boxen in. Je zou nu beide schermen moeten zien geactiveerd, met alle koppeltekens. Dit geeft aan dat de stroom is ingeschakeld en dat het systeem operationeel is. Wacht tot beide Bluetooth-LED's oplichten om aan te geven dat de Bluetooth-verbinding van Master en Slave tot stand is gebracht.

Opmerking: de eerste druk op bepaalde toetsen resulteert in een alfabetische invoer.

"1" voert "B" in.

"4" voert "I" in

"7" voert "N" in

"*" voert "G" in

"0" voert "O" in

Probeer "B01". Zowel de master- als de slave-displays moeten "B-01" weergeven

Probeer andere vermeldingen.

Voer nu "B15" in op het Master toetsenbord. U zou B-15 op beide displays moeten zien. Voer B15 langzaam opnieuw in. De tekens op de Master worden weergegeven wanneer ze worden ingevoerd. De Slave-weergave verandert pas als alle drie de tekens van een bingonummer zijn ingevoerd.

U zou fouten op elk moment moeten kunnen wissen door op "#" te drukken. Doe het, en de bovenstaande laatste invoer zou in beide displays moeten verdwijnen. Als u echter minder dan drie tekens invoert en op "#" drukt, wordt alleen uw hoofddisplay gewist. De kijker bij de Slave zal dus niet op de hoogte zijn van uw fout.

Dat maakt de test compleet. Hoop dat het gelukt is!

Stap 8: Leer meer over de componenten

Toetsenbord

Zie

en

De toetsen zijn zogenaamd bedraad in een matrix van 4 rijen en 3 kolommen die er net zo uitziet als het toetsenbord:

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

De sleutels in elke rij en elke kolom verbinden elkaar. De 7 rij- en kolomdraden komen uit op de 7-pins headeraansluiting van het toetsenbord. Volgens de eerste URL hierboven zijn de eerste drie pinnen aan de linkerkant van mijn kop de kolommen en de volgende vier pinnen aan de rechterkant zijn de rijen. De twee URL's lijken de volgorde echter om te draaien, tenzij ze naar verschillende kanten van het bord kijken. Ik nam aan dat sleutel "1" kolom 1 en rij 1 definieert, en de andere kolommen en rijen gaan in numerieke volgorde verder. Ik ontdekte echter dat de kolommen en rijen niet overeenkomen met de ordelijke voortgang van pinnummers bij Nano, zoals gegeven in beide bovenstaande URL's. Ik kan geen andere reden vinden dan dat het toetsenbord anders is bedraad.

De lintkabel van het toetsenbord kan zonder te draaien worden aangesloten op Nano's breadboard 7-pins header. Die header wordt aangesloten op Nano's D4-D10-ingangen. Ik ontdekte dat de volgorde moest zijn zoals hieronder weergegeven om de toetsaanslagen correct weer te geven.:

Toetsenbordpinnen (1, 2, 3) verbinden met Nano-pinnen (D8, D10, D6} in die volgorde

Toetsenbordpinnen (4, 5, 6, 7) worden in die volgorde aangesloten op Nano-pinnen (D9, D4, D5, D7)

Dat werkt zeker goed. De schetsen in stap 7 zorgen voor het toewijzen van de pin-aansluiting.

Weergave

Zoals reeds besproken, zijn er vier alfanumerieke, 14-segments LED-displaysecties. Deze worden bestuurd door de rugzak, die er doorheen stapt en de juiste LED's verlicht.

Zonder de rugzak zou je 14 LED-stroomdraden naar Nano moeten brengen, plus een 4-draads displayselectie / gemeenschappelijk rendement. Die 18 lijnen zouden alle 18 Nano digitale I/O-pinnen (D0-D12 en A0-A5) opgebruiken, zodat er niets overblijft voor de 11 pinnen die nodig zijn voor normaal serieel (Arduino IDE), softwareserieel (Bluetooth) en het toetsenbord (7 pinnen).

Met de rugzak heb je alleen de twee I2C digitale draden nodig voor de bediening, plus twee +5V stroom-/aardingsdraden.

Bluetooth (hierboven weergegeven)

De HC-06 is een geweldige kleine module. Het enige wat u hoeft te doen is het de seriële karakters te geven die u wilt verzenden en de seriële karakters te lezen die eraan zijn verzonden. Het zorgt voor alle Bluetooth-bewerkingen.

Het wordt aangesloten op een standaard breadboard of een PCB-socket gemaakt van een 7-pins vrouwelijke header. De zes pinnen zijn: +5V voeding en aarde, seriële invoer van Nano RXD), seriële uitvoer naar Nano (TXD) en STATE-uitvoer die we gebruiken om de LED aan te sturen die aangeeft wanneer er een verbinding is tussen de twee HC-06 in Meester en slaaf.

Batterij en oplader

De batterij is een "9V" lithium-ion. (In dit geval is 9V meer van toepassing op de pakketconfiguratie dan op de spanning.) Het heeft twee cellen in serie, waarbij elke cel een nominaal uitgangsvermogen van 3,6-3,7V heeft. De nominale spanning van de batterij is dus 7,2-7,4 V. Bij volledige lading kan de accuspanning oplopen tot 8,4V. Onderstaande grafiek geeft een typische ontlaadcurve weer en laat zien hoe de spanning lang blijft staan. De batterij heeft een intern beveiligingscircuit met een uitschakeling van ongeveer 6,6 V (3,3 V per cel); Li-ionbatterijen houden er niet van om volledig te worden ontladen en de snelle spanningsdaling aan het einde van de ontlading vereist een redelijk hoge afsnijspanning. Merk op dat de afsnijspanning iets minder is dan de minimale Nano-specificatie van 7V, waardoor de hoofdruimte van de spanningsregelaar boven de 5V-gereguleerde uitgang is. Het is dus mogelijk dat Nano stopt met werken voordat de batterij dat doet.

Het nominale batterijvermogen is 600 milliampère-uur. Ik heb de stroomafname van de slave gemeten bij 113 mA met een "B-88" -display en Bluetooth aangesloten. (Dat scherm komt overeen met de meest energieverslindende schermen in onze BINGO-toepassing.) De BINGO-sessie die ik bijwoon, duurt ongeveer 2,5 uur, met 6 spellen en ongeveer 10 minuten tussen de spellen. Ik heb tussen games door uitgeschakeld. Na een nacht kwam ik thuis, zette de stroom aan en wachtte tot de slaaf stopte met werken, wat 2,3 uur later het geval was. Ik las de spanning en het was 6,6 V, dus de batterij stopte voordat Nano dat deed. Het is veilig om te zeggen dat de batterij meer dan voldoende is voor mijn doel.

Hier zijn mijn Slave-stroommetingen (bij 7,2 V):

Alles draait, weergave "B-88": 113 mA

(Geen echt bingonummer, maar wordt verwacht gemiddeld: 7 LED-segmenten aan in elke sectie)

Display gewist: 27 mA (Display verbruikt de meeste stroom: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth niet verbonden, display gewist: 64 mA

(Bluetooth zendt nu uit, probeert verbinding te maken. Dat lijkt een effect van 64 - 27 mA = 37 mA te zijn.)

Bluetooth-module verwijderd na uitschakelen: 51 mA, na inschakelen

(Display is alle balken. Elke balk is 2 LED's, dus verwacht 2/7 x 86 = 25 mA voor weergave.

dus het verschil van 26 mA is te wijten aan Bluetooth.)

Hoofdstroom zal in feite hetzelfde zijn. Het toetsenbord verbruikt geen stroom en de Bluetooth-transmissies zijn erg kort.

De oplader en laadkabels worden getoond in de bovenstaande foto. Master en Slave kunnen tegelijkertijd worden opgeladen. Vanwege de korte kabels moet de oplader worden aangesloten op een verlengsnoer. De oplader werkt prima, behalve dat een van de LED's niet uitgaat als de batterij volledig is opgeladen; er zijn soortgelijke opmerkingen op Amazon over de LED's.

De oplaadkabels zijn echt ontworpen om op een 9V-batterij te klikken en in een vataansluiting te steken om een Arduino Uno of andere printplaat van stroom te voorzien. Ik gebruik ze om in de oplader te steken. Maar je moet voorzichtig zijn met polariteit, zoals ik heb opgemerkt in stap 6 en hieronder uitleg.

Wanneer we de laadkabel op de 9V-oplader aansluiten, is de spanning op de middelste pin van de barrel jack negatief, niet positief zoals bij aansluiting op een 9V-batterij. De connectoren van de lader en de laadkabel hebben dezelfde polariteiten; ze moeten voor elk een 9V-batterij accepteren. De connector van de laadkabel moet dus 90 graden worden gedraaid bij het aansluiten op de oplader, waardoor de polariteit bij de cilinderstekker wordt omgekeerd. Hiervoor moet de batterij negatief worden aangesloten op de middenaansluiting van de oplaadaansluiting.