Tampilan Bingo Bluetooth Arduino untuk Tunarungu: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Saya dan istri saya bertemu teman dan keluarga seminggu sekali untuk bermain Bingo di restoran/bar lokal. Kami duduk di meja panjang. Menghadapi saya adalah seorang pria dengan gangguan pendengaran dan penglihatan. Ruangan itu sangat bising dan sang pria sering kali harus meminta istrinya untuk mengulang banyak nomor yang dipanggil. Jadi saya memutuskan untuk membuat sistem berpasangan Bluetooth dua unit yang digambarkan di atas. Di unit saya, saya memasukkan nomor yang dipanggil dan dia melihatnya di unitnya.

Unit pemancar memiliki keypad tipe telepon 12 tombol. Lima tombol (1, 4, 7, *, 0) diprogram untuk memasukkan karakter alfabet BINGO dari setiap nomor baru yang dipanggil. Unit ini juga memiliki tampilan 4 karakter, dengan karakter alfanumerik LED 14 segmen yang menunjukkan nomor lengkap (mis., B-15).

Unit penerima memiliki tampilan yang sama, yang ukuran dan kecerahannya lebih dari cukup untuk pemirsa yang dituju. Sementara unit pemancar duduk rata di atas meja, unit penerima juga dapat dimiringkan untuk tampilan yang lebih baik.

Setiap unit memiliki sakelar sakelar yang beralih antara operasi penyalaan dan pengisian daya mati baterai Li-ion 9V internal, melalui jack barel yang ditunjukkan. LED biru pada setiap unit menunjukkan saat Bluetooth telah terhubung.

Catatan: Berikut ini saya akan menunjukkan unit pengirim sebagai Master dan unit penerima sebagai Slave.

Langkah 1: Dapatkan Suku Cadang, Bahan, dan Alat

Suku Cadang Pesanan Surat

Keypad (1) Adafruit $7,50 ea

Tampilan alfanumerik quad (2) Adafruit $10 ea

Papan tempat memotong roti yang dapat disolder tipe PCB (2) Adafruit 3-pack $13, Amazon 4-pack $13

Arduino Nano (2) Amazon 3-paket $13

Modul Bluetooth HC-06 (2) Amazon $8.50 ea

Jack Barel 5mm (2) Amazon 5-paket $8

DPDT beralih Amazon 10-paket $6

Baterai isi ulang 9V Li-ion (2) dan pengisi daya ganda Amazon (EBL) $17

Kabel pengisi daya, dengan clip-on baterai 9V dan steker barel (2) Amazon 5-pack $6

Suku Cadang Lokal

Kotak Kenang-kenangan Kecil (2), kira-kira tinggi 4,75 x 4,75 x 2,5 inci, JoAnn (lokal dan online) $5,50

#4 Sekrup dan mur mesin untuk pemasangan layar (8)

Spacer untuk sekrup mesin (8)

Sekrup kecil (dalam paket engsel kuningan) untuk pemasangan keypad (1 paket) Michaels

Bagian mungkin ada di tangan

LED Biru (2)

Dudukan LED (2), opsional

Jumper pita, wanita-wanita

Jumper pita, pria-wanita

resistor 1K ohm (4)

resistor 2K ohm (2)

Header pria

#22 kawat penghubung tembaga padat: merah, hitam, putih

Bahan:

Penyegel kayu

Cat semprot atau kuas

Selotip, lebih disukai tipe biasa dan biru

Pita Pemasangan Permanen Scotch (pita busa 2 sisi)

Peralatan

Kaliper (disarankan)

Gergaji gulir bertenaga atau gergaji tangan

File (atau amplas)

Bor dan bit

Pemandu mata bor (memiliki lubang berdimensi untuk semua mata bor)

pemetik es

Set obeng perhiasan

Obeng dan tang Phillips umum

Alat pemotong kawat

penari telanjang kawat

Peralatan solder

Kuas cat

Langkah 2: Siapkan Kotak

(Catatan: Anda akan melihat di foto bahwa saya membuat kotak Master sebelum menemukan kotak berengsel untuk Slave di JoAnn. Saya sangat merekomendasikan kotak ini. Ukurannya hampir sama, dibuat dengan baik, harga terjangkau, dan tutup berengsel hebat, dibandingkan dengan melepas dan mengganti sekrup, ketika perlu mengakses bagian dalam. Saya sebenarnya membayar lebih untuk kayu lapis JoAnn inci Master, yang sudah saya miliki, dan membuang waktu dan energi untuk membuatnya. Jadi, saya akan berasumsi bahwa Anda akan menggunakan dua kotak JoAnn.)

Lepaskan bagian atas dan engsel yang berengsel. Letakkan engsel dan sekrup ke dalam wadah yang aman agar tidak hilang.

Layar dan papan tombol dipasang di bawah kotak dengan bagian-bagian yang menonjol. Ukur bagian-bagian tersebut dengan hati-hati untuk menentukan dimensi lubang persegi panjang yang diperlukan di bagian atas, yang bertujuan untuk kesesuaian yang rapi. Sebuah caliper adalah yang terbaik untuk tujuan ini.

Letakkan garis-garis ini di atas kotak dengan pensil dan penggaris, letakkan di tengah secara horizontal dan beri jarak vertikal sesuai keinginan. Juga, ingatlah untuk menemukan LED di bagian atas Slave. Saya menempatkan selotip (Biru) pada garis pensil untuk membuat panduan yang sangat baik untuk memotong.

Bor lubang untuk mata gergaji dan lanjutkan untuk memotong sedekat mungkin dengan pita tanpa menyimpang dari garis. Selesaikan lubang dengan mengarsipkan atau mengampelas ke pita/garis. Kemudian uji kecocokan dengan tampilan. Jika terlalu kencang, Anda mungkin bisa memaksakan pas di basswood yang relatif lunak.

Sekarang letakkan lubang tengah untuk sakelar, jack, dan LED, tandai dengan pemecah es (atau pukulan tengah). Tentukan diameter lubang dengan menguji pemasangan bagian-bagian dalam pemandu mata bor. Kemudian bor lubangnya.

Sekarang adalah saat yang tepat untuk menyegel dan mengecat bagian luar kotak. Basswood menyerap cat, jadi tutup kuas sebelum mengecat. Setelah kering saya semprot bagian bawah dan atas kotak dengan Rustoleum gloss blue, hanya bagian luarnya saja. Saya memang memilih untuk menutupi semua lubang dengan selotip di bagian dalam.

Saat kering, pasang kembali bagian atas kotak berengsel.

Sebuah kait diperlukan untuk bagian atas berengsel dan harus internal Agar Budak dapat duduk tegak. Saya membuat kait sederhana yang berfungsi dengan baik. Potong kartu nama plastik ke bentuk yang diinginkan dan rekatkan ke bagian dalam kotak atas, di tengah seperti yang ditunjukkan pada foto kotak terbuka Langkah 6. Bor lubang pilot dan lubang countersink di bagian bawah kotak depan untuk sekrup kecil yang akan mengikat plastik. Ukur jarak pusat sekrup ke bawah dari tepi atas bagian bawah kotak, pindahkan ke plastik, dan gunakan pemecah es untuk membuat lubang, di tengah plastik, yang akan melewati sekrup. Sekrup di sekrup dan kotak akan terkunci. Untuk membuka, gunakan bilah pisau tipis untuk mendorong plastik dari sekrup. Untuk menutup sebenarnya bisa menggunakan jari, atau lagi menggunakan pisau.

Langkah 3: Pasang Dua Layar

Catatan: Ketika saya mencoba memesan kit tampilan dalam daftar suku cadang, Adafruit kehabisan stok untuk semua warna. Jadi saya harus memesan versi yang berbeda: Featherlight Quad Display yang hanya berbeda di tas ransel. Lihat https://www.adafruit.com/product/3130. Namun ini tidak memiliki cara untuk memasang di bagian atas kotak, jadi saya harus merancang pemasangan saya sendiri. Saya hanya menyolder empat pin aktif pada header ke papan perf tipe solder yang Anda lihat di foto sampul terbuka Langkah 6. Saya mengebor empat lubang pemasangan di perfboard. Saya bahkan menggandakan konektor header laki-laki untuk Master tetapi memutuskan untuk tidak melangkah sejauh itu di Slave.

Mudah-mudahan, Anda bisa mendapatkan tampilan yang lebih bagus yang saya rekomendasikan di daftar bagian.

Setiap layar hadir sebagai kit empat bagian: dua layar LED alfanumerik ganda, ransel (driver LED), dan header laki-laki 5-pin. LED dan header harus disolder ke ransel. Lihat tutorial luar biasa di https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Anda akan membutuhkan ujung solder yang tepat saat menyolder pin LED yang berdekatan dengan IC ransel. Hanya 4 sambungan ke header yang digunakan dalam proyek ini: daya 5V (VCC. GND) dan jalur data I2C (SDA) dan jam (SCL).

Langkah 4: Buat Papan Sirkuit

Saya suka menggunakan versi PCB dari papan tempat memotong roti ukuran setengah yang umum, terutama ketika saya telah melakukan hubungan sistem awal dengan papan tempat memotong roti dan perangkat tambahan. Menghubungkan versi PCB yang dapat disolder jauh lebih mudah daripada versi papan perf (point-to-point) yang dapat disolder alternatif.

Tabel unduhan di bawah ini memberikan instruksi pengkabelan, termasuk header pria untuk pemasangan kabel dan header wanita untuk membuat soket Nano dan HC-06. Header pria terlepas dari 40 pin strip, tetapi header wanita harus dipotong. Saya menggunakan Dremel dengan roda pemotong.

Tabel identik untuk Master dan Slave kecuali untuk header keyboard yang diperlukan di papan Master.

Foto di atas menunjukkan papan sirkuit Slave yang telanjang dan selesai.

Langkah 5: Instal Semua Komponen di dalam Kotak

Menampilkan

Posisikan layar di lubangnya dan tandai empat titik pemasangan. Bor lubang untuk sekrup mesin. Pilih spacer untuk tonjolan yang Anda sukai Kemudian pasang.

Papan tombol

Lubang pemasangan sangat kecil. Untungnya, sekrup yang sesuai tersedia dalam paket engsel kuningan. Tempatkan papan tombol di lubangnya dan tandai empat titik pemasangan. Gunakan bit terkecil di set Anda untuk mengebor lubang starter. Kemudian kencangkan. Sekrup akan menonjol sedikit di atas bagian atas. Jika diinginkan, lepaskan sekrup dan arsipkan poin-poinnya. Instal ulang.

Sakelar, Jack, dan LED

Dorong sakelar ke dalam lubangnya dan putar untuk menghidupkan posisi daya. Amankan dengan mur yang disediakan.

Demikian pula, pasang jack, putar untuk akses penyolderan terbaik.

Terakhir, masukkan LED ke dudukannya dan dorong ke dalam lubangnya (dari depan). Ini harus pas.

Papan Sirkuit dan Baterai

Saya biasanya meninggalkan cukup ruang di dalam kotak untuk mengakses jack USB mikrokontroler (Nano) dengan kabel USB, tanpa memindahkan papan, karena membuat debugging dan perubahan lebih mudah. Saya tidak melakukannya di sini karena kotaknya sudah lebih besar dari yang saya harapkan.

Saya percaya bahwa pita busa dua sisi adalah cara yang baik untuk memasang papan dan baterai. Jika Anda menggunakan selotip minimal, ini memungkinkan pelepasan yang mudah sambil tetap menyediakan pemasangan yang kokoh. Tinggalkan rekaman sampai Anda siap untuk mengancingkan selamanya.

Langkah 6: Instal Pengkabelan dan Pengkabelan

Pengkabelan

Saklarnya adalah DPDT. Tiang tengah terhubung ke baterai. Tiang atas terhubung ke jack pengisian. Dan kutub bawah terhubung ke header Vin/Gnd Nano.

Solder klip baterai 9V ke kutub pusat sakelar. Kabel merah akan menentukan kutub mana yang positif (+).

Solder kawat pengait dari kutub atas sakelar ke dongkrak.

PERHATIAN! Pastikan bahwa sisi negatif masuk ke pin tengah jack. Mengapa? Karena tegangan pengisian negatif pada pin pusat steker barel. Lihat Langkah 8 untuk penjelasannya.

Gunakan sepasang jumper pita M-F untuk menghubungkan kutub bawah sakelar ke header kabel Vin/Gnd Nano. Solder pin ke kutub bawah, pastikan positif akan masuk ke Vin tanpa memutar kabel.

Juga gunakan sepasang jumper pita M-F untuk menghubungkan LED ke header pada resistor pembatas arus 1K pada output “STATE” HC-06. Solder pin ke lead LED, pastikan kabel yang lebih panjang (anoda) masuk ke resistor.

Pemasangan kabel

Keypad, display, dan Nano semuanya menggunakan header laki-laki dan jumper FF untuk koneksi. Catat orientasi warna jumper saat dicolokkan ke header dan simpan untuk referensi di masa mendatang.

Keyboard memiliki hookup kunci matriks, empat baris dan tiga kolom, sehingga koneksi headernya menggunakan 7 pin. Colokkan jumper pita F-F 7-kawat ke header dan, tanpa memutar, colokkan ujung lainnya ke koneksi header keyboard Nano.

Layar memiliki koneksi header 5-pin, tetapi kita hanya membutuhkan 4 pin, untuk daya dan data serial I2C (SDA, SCL). Pasang jumper F-F 4-kawat ke dalamnya. Pisahkan ujung lainnya menjadi dua konektor 2-kawat dan hubungkan ke strip daya 5v papan tempat memotong roti dan ke header I2C Nano di pin A4-A5. Pastikan +5V akan menampilkan 5V, dan SDA akan menampilkan SDA.

Saya suka menyatukan konektor perempuan di setiap ujung kabel untuk membuat koneksi yang lebih kuat dan membuatnya lebih mudah untuk dipasangkan ke header laki-laki.

Langkah 7: Unduh Sketsa dan Uji Sistem

Unduh dan salin dua sketsa Arduino di bawah ini dan tempel di Arduino IDE (1.8.9 atau lebih baru).

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

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

Saya yakin Anda akan menemukan sketsa yang mudah dimengerti karena saya telah berhati-hati untuk menambahkan komentar yang bermanfaat. Juga, fungsi khusus dari perpustakaan menyederhanakan sketsa. Bahkan jika Anda tidak sepenuhnya memahami suatu fungsi, Anda dapat merasa nyaman karena berfungsi, dan Anda mungkin dapat menggunakannya dalam sketsa Anda sendiri dengan sedikit atau tanpa masalah.

Hubungkan komputer Anda ke konektor Nano USB Mini B di Master. Sayangnya, papan Nano harus dimiringkan untuk melakukan ini. Nyalakan daya dan kompilasi/unduh sketsa Master. Demikian pula, ulangi ini dengan Slave. Anda sekarang siap untuk mengoperasikan sistem.

Lepaskan kabel USB dan nyalakan kedua kotak. Anda sekarang akan melihat kedua tampilan aktif, menampilkan semua tanda hubung. Ini menunjukkan bahwa daya hidup dan sistem beroperasi. Tunggu hingga kedua LED Bluetooth menyala, menunjukkan bahwa koneksi Bluetooth Master dan Slave telah terjadi.

Catatan: Tekan pertama pada tombol tertentu akan menghasilkan entri abjad.

“1” masuk ke “B”.

"4" masuk "aku"

"7" masuk "N"

“*” masuk “G”

"0" masuk "O"

Coba "B01". Baik tampilan Master dan Slave harus menunjukkan “B-01”

Coba entri lain.

Sekarang masukkan "B15" di keypad Master. Anda akan melihat B-15 di kedua layar. Masukkan kembali B15 secara perlahan. Karakter pada Master akan ditampilkan saat dimasukkan. Tampilan Slave tidak akan berubah sampai ketiga karakter dalam nomor Bingo dimasukkan.

Anda harus dapat menghapus kesalahan kapan saja dengan menekan “#”. Lakukan, dan entri terakhir di atas akan dihapus di kedua tampilan. Namun, jika Anda memasukkan kurang dari tiga karakter dan menekan “#”, hanya tampilan Master Anda yang akan dihapus. Dengan demikian, pemirsa di Slave tidak akan menyadari kesalahan Anda.

Itu menyelesaikan tes. Semoga berhasil!

Langkah 8: Pelajari Lebih Lanjut Tentang Komponen

Papan tombol

Lihat

dan

Tombol-tombol tersebut seharusnya disambungkan dalam matriks 4 baris dan 3 kolom yang terlihat seperti keypad:

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

Kunci di setiap baris dan setiap kolom terhubung bersama. Kabel 7 baris dan kolom keluar ke koneksi header 7-pin keypad. Menurut URL pertama di atas, tiga pin pertama di sebelah kiri header saya adalah kolom, dan empat pin berikutnya di sebelah kanan adalah baris. Namun, kedua URL tampaknya membalik urutannya, kecuali jika mereka melihat sisi papan yang berbeda. Saya berasumsi bahwa kunci "1" mendefinisikan kolom 1 dan baris 1, dan kolom dan baris lainnya melanjutkan dalam urutan numerik. Namun, saya menemukan bahwa kolom dan baris tidak sesuai dengan urutan urutan nomor pin di Nano, seperti yang diberikan di kedua URL di atas. Saya tidak dapat menemukan alasan selain tombol kabel yang berbeda.

Kabel pita keypad terhubung ke header 7-pin papan tempat memotong roti Nano tanpa memuntir. Header itu terhubung ke input D4-D10 Nano. Saya menemukan bahwa pemesanan harus seperti yang ditunjukkan di bawah ini agar penekanan tombol ditampilkan dengan benar.:

Pin keypad (1, 2, 3) terhubung ke pin Nano (D8, D10, D6} dalam urutan itu

Pin keypad (4, 5, 6, 7) terhubung ke pin Nano (D9, D4, D5, D7) dalam urutan itu

Itu pasti bekerja dengan benar. Sketsa pada Langkah 7 mengatur penempatan pin hookup.

Menampilkan

Seperti yang telah dibahas, ada empat alfa-numerik, 14-segmen bagian tampilan LED Ini dikendalikan oleh ransel, yang melangkah melalui masing-masing, menyalakan LED yang sesuai.

Tanpa ransel, Anda harus membawa 14 kabel daya LED ke Nano, ditambah pilihan tampilan 4 kabel/pengembalian umum. 18 baris tersebut akan menggunakan semua 18 pin I/O digital Nano (D0-D12 dan A0-A5), tanpa menyisakan apa pun untuk 11 pin yang diperlukan untuk serial biasa (Arduino IDE), serial perangkat lunak (Bluetooth), dan keyboard (7 pin).

Dengan ransel, Anda hanya memerlukan dua kabel digital I2C untuk kontrol, ditambah dua kabel daya/arde +5V.

Bluetooth (Ditampilkan di atas)

HC-06 adalah modul kecil yang hebat. Yang harus Anda lakukan adalah memberikan karakter serial yang ingin Anda kirim dan membaca karakter serial yang dikirimkan padanya. Ini menangani semua operasi Bluetooth.

Ini dihubungkan ke papan tempat memotong roti standar atau soket PCB yang terbuat dari header perempuan 7-pin. Keenam pin tersebut adalah: +5V power dan ground, input serial dari Nano RXD), output serial ke Nano (TXD), dan output STATE yang kami gunakan untuk menggerakkan LED yang menunjukkan ketika ada koneksi kedua HC-06 di Tuan dan Budak.

Baterai dan Pengisi Daya

Baterainya adalah lithium-ion "9V". (Dalam hal ini, 9V lebih banyak diterapkan pada konfigurasi paket daripada tegangan.) Ini memiliki dua sel secara seri, setiap sel memiliki output nominal 3.6-3.7V. Jadi tegangan nominal baterai adalah 7.2-7.4V. Pada pengisian penuh, tegangan baterai bisa mencapai 8.4V. Grafik di bawah ini memberikan kurva debit khas dan menunjukkan bagaimana tegangan tetap naik untuk waktu yang lama. Baterai memiliki sirkuit perlindungan internal yang mencakup pemutusan sekitar 6.6V (3.3V per sel); Baterai Li-ion tidak suka dikosongkan sepenuhnya, dan penurunan voltase yang cepat pada akhir pelepasan memerlukan voltase cutoff yang cukup tinggi. Perhatikan bahwa tegangan cutoff sedikit kurang dari spesifikasi Nano minimum 7V, yang memungkinkan ruang kepala pengatur tegangan di atas output yang diatur 5V. Jadi ada kemungkinan Nano akan berhenti bekerja sebelum baterainya berhenti bekerja.

Output daya baterai terukur adalah 600 miliamp-jam. Saya mengukur pengurasan arus Slave pada 113mA dengan tampilan "B-88" dan Bluetooth terhubung. (Tampilan itu setara dengan tampilan paling menguras daya di aplikasi BINGO kami.) Sesi BINGO yang saya hadiri berlangsung selama sekitar 2,5 jam, dengan 6 permainan dan sekitar 10 menit antar permainan. Saya telah mematikan di antara permainan. Setelah satu malam saya pulang, menyalakan, dan menunggu Budak berhenti bekerja, yang terjadi 2,3 jam kemudian. Saya membaca tegangan dan itu 6.6V, jadi baterai berhenti sebelum Nano melakukannya. Aman untuk mengatakan bahwa baterai lebih dari cukup untuk tujuan saya.

Berikut adalah pengukuran Slave saya saat ini (pada 7.2V):

Semuanya berjalan, menampilkan "B-88": 113 mA

(Bukan nomor Bingo nyata, tetapi rata-rata yang diharapkan: 7 segmen LED menyala di setiap bagian)

Tampilan dibersihkan: 27 mA (Layar menarik sebagian besar arus: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth tidak terhubung, layar dibersihkan: 64 mA

(Bluetooth sekarang mentransmisikan, mencoba menyambungkan. Tampaknya itu adalah efek 64 - 27 mA = 37 mA.)

Modul Bluetooth dilepas setelah power-down: 51 mA, setelah power-up

(Tampilan adalah semua batang. Setiap batang adalah 2 LED, jadi diharapkan 2/7 x 86 = 25 mA untuk tampilan.

jadi perbedaan 26 mA disebabkan oleh Bluetooth.)

Arus master secara efektif akan sama. Keyboard tidak menarik daya dan transmisi Bluetooth sangat singkat.

Pengisi daya dan kabel pengisi daya ditunjukkan pada foto di atas. Master dan Slave dapat diisi secara bersamaan. Karena kabel pendek, pengisi daya harus dicolokkan ke kabel ekstensi. Pengisi daya berfungsi dengan baik kecuali salah satu LED tidak mati saat baterai terisi penuh; ada komentar serupa di Amazon tentang LED.

Kabel pengisi daya benar-benar dirancang untuk dijepitkan ke baterai 9V dan dicolokkan ke jack barel untuk memberi daya pada Arduino Uno atau papan sirkuit lainnya. Saya menggunakannya untuk mencolokkan ke pengisi daya. Tetapi Anda harus berhati-hati tentang polaritas, seperti yang saya catat di Langkah 6 dan jelaskan di bawah.

Ketika kita menghubungkan kabel charger ke charger 9V tegangan pada pin tengah barrel jack adalah negatif, tidak positif seperti jika kita terhubung ke baterai 9V. Konektor pengisi daya dan kabel pengisi daya memiliki polaritas yang sama; mereka harus untuk masing-masing menerima baterai 9V. Jadi konektor kabel pengisi daya harus diputar 90 derajat saat mencolokkan ke pengisi daya, sehingga membalikkan polaritas pada colokan barel. Ini mengharuskan menghubungkan negatif baterai ke terminal pusat jack pengisian daya.