Painel de avaliação do Bluetooth da bateria de íon-lítio: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Introdução

O projeto é baseado em meus Instructables do ano passado: Bluetooth Table Tennis Scoreboard

O Scoreboard é dedicado aos fãs de esportes amadores e jogadores de tênis de mesa, mas não se aplica apenas ao tênis de mesa. Pode ser usado para outros esportes como voleibol, badminton e todos os esportes que requerem contagem de pontos. Por simples mudança de software, o software pode ser adotado para qualquer valor máximo de pontos na correspondência.

O princípio técnico é baseado na comunicação via Bluetooth entre a unidade de mesa (unidade sob a mesa) e o próprio placar. Duas caixas de controle são montadas sob a mesa em cada lado do jogador e conectadas por cabo à unidade da mesa. Após cada ponto de vitória, o jogador pressiona o botão de toque grande na caixa de controle. De acordo com essa ação, a pontuação é alterada a bordo para o valor mais um ponto.

Comparando com o projeto antigo, existem algumas melhorias substanciais:

• O placar é segurança. Não há mais tensão principal 220V! A fonte de alimentação consiste em dois blocos de bateria de íon-lítio, cada um com duas baterias, tipo 18560. A unidade de mesa permanece alimentada por uma bateria de íon-lítio 18560.
• A construção é simplificada e todos os componentes estão localizados em uma placa de circuito de impressão maior.
• O quadro é menor e mais fino, cerca de 3,0 cm e tamanho exatamente A4.
• O software é uma nova versão com erros corrigidos.

Principais características:

• Grande tela de 7 segmentos de 2,3 polegadas
• Botões de controle de toque
• Regras controladas por software de acordo com as regras internacionais para tênis de mesa
• Transferência de dados por Bluetooth da mesa para o placar
• Indicadores de estado da bateria
• Tempo de operação da bateria min. 5 horas (placar) e cerca de 12 horas para o painel de controle
• Caixas de controle sob a mesa em cada lado do jogador
• Unidade de mesa montada sob a mesa conectada a duas caixas de controle Caixa de controle com botão de toque frontal permite adicionar pontuação mais um ponto para cada jogador
• A caixa de controle com botão de toque traseiro permite a correção menos um em caso de erro
• A correção é aceita apenas para o jogador com o último valor de pontuação aumentado
• Confirmação de som para cada pressionamento de botão
• Som de melodia diferente no final do jogo e partida
• A pontuação final é exibida 10 segundos após o final da partida
• Terminar partida ativa o início de um novo jogo entrando no modo de configuração

Configuração permite selecionar:

• Número de jogos por partida, a predefinição é 3, opções 4 a 9
• O primeiro sacador, jogador A ou B, pré-ajuste A
• Mudar de lado após cada jogo, se o lado for mudado, a pontuação exibida no placar também muda

Suprimentos

Placar:

IC1 MAX7219 LED Display driver, Led Driver

• IC2, IC3 MAX394 (ou MAX333 que é mais barato), 2x, Chave Analógica
• U1 Arduino Nano, Arduino
• U2 HC-05 sem fio Bluetooth, HC-05
• Módulo de áudio X1 LM386
• Q1 - Q6, IRF540 N-Channel 6 x, MOSFET
• TTP1 - Sensor TTP4 toque pequeno 4x, TTP223A
• LED1 -LED6, 7 segmentos 2,3 ", 6x, display
• LED7, 7 segmentos 0,56 ", tela pequena
• LED8, LED9, led branco 2x
• LED10 led azul
• LED11 led vermelho
• K3, Relé K4 TQ2-5V, 2x, Relé
• R1, R2, R6, R16 Resistor 1k 4x,
• R3, R4 Resistor 470 2x,
• Resistor R5 100,
• R7, R8 Resistor 22k, 2x,
• R9 - Resistor R14 4k7 6x,
• R15 Resistor 220,
• C1, C5 Capacitor M1 2x,
• C2 Capacitor 10M,
• C3, C4 4700M 2x,
• Ponte B1, B2 ou jumper,
• P1 - P3, Conectores 6P 2x, 4P 1x, JST XH
• Conectores para monitores de 2,3 polegadas, cabeça de pino
• Alto-falante 3W
• Bateria de íon de lítio dupla 2x, suporte
• Baterias de íon-lítio 4x, 3000mAh
• Conector USB, placa breakout, tipo C
• Terminal de parafuso,
• Mudar DPDT, Alternar
• Quadro A4,

Unidade de mesa:

• U1 Arduino Nano, Arduino,
• U2 HC-05 sem fio Bluetooth, HC-05
• Chave dupla U3,
• Módulo de áudio U4, LM386
• Resistor R1 1k,
• R2, R3 Resistor 22k, 2x
• C1 Capacitor 470M,
• C2 Capacitor M1,
• Conector duplo J1, telefone
• Bateria Li-ion, 3000mAh
• Bateria de íon-lítio, suporte único
• Placa de fuga do conector USB, tipo C
• Mudar SPST,
• Alto-falante 3W
• Caixa de plástico, caixa grande

Caixa de controle:

• Sensor de toque grande 4x, TTP223B
• Cabo telefônico de 4 fios com cerca de 3 m
• conector de telefone 2x
• Caixa de plástico, caixa pequena

Capacitor, resistor, parafusos e outras peças pequenas estão disponíveis em lojas locais.

Ferramentas principais necessárias:

• Chave de perfuração sem fio
• Ferro de solda
• Jogo de chaves de fenda
• Ferramenta de crimpagem de cabos

Etapa 1: Diagrama de fiação

Placar

A descrição detalhada da fiação elétrica completa é mostrada no documento original. Desta vez, eu explicaria apenas as diferenças.

A nova fonte de alimentação da bateria deve substituir a antiga com duas tensões: + 5V e -5V. A tensão nominal de uma bateria é de cerca de 4,2 V, isso não é suficiente. Precisamos aumentar a tensão. Suporte de bateria com amplificador de tensão integrado para 5V é uma boa solução. Além disso, o suporte da bateria contém carregador de bateria integrado e proteção de bateria de lítio. Desta forma, as baterias podem ser carregadas dentro do suporte.

Para maior necessidade de energia, existem duas baterias em cada compartimento. Aqui está um cálculo muito aproximado sem levar em conta a eficiência: O consumo atual é de cerca de 300mA para cada fonte de bateria de 5V. Assumindo um tempo de operação de 10 horas, precisamos de 1500mAh por 10, o que significa 15000mAh para 2 baterias. Isso significa 7500mAh para uma bateria. É muito mais do que a capacidade típica em torno de 3500mAh. Para ficar satisfeito com o tempo de operação de cerca de 5 horas, baterias de íon-lítio tipo 18650 com energia de 3000 a 4200mAh podem ser usadas.

O problema é o carregamento da bateria. Ambas as baterias compartilham um nível de tensão, podemos dizer aterramento. Fonte + 5V. pelo terminal menos e segunda fonte -5V pelo terminal plus. As saídas de ambas as baterias são conectadas em série. Durante o carregamento, as fontes de alimentação devem ser conectadas em paralelo, caso não possamos evitar o uso de dois carregadores externos. Por este motivo, os relés K3 e K4 são adicionados ao diagrama elétrico.

Os relés são ativados se o carregador estiver conectado a + 5V. Neste caso, as fontes de alimentação são trocadas da conexão serial para a paralela. Durante o carregamento, o placar não pôde ser usado, o que é uma desvantagem. A segunda desvantagem é o tempo de carregamento relativamente longo. O carregador dentro do suporte da bateria e o carregador externo adicionado com 5V criam uma combinação não muito eficaz. O tempo de carregamento é superior a 12 horas. Se você planeja carregar baterias fora do instrumento, pode omitir o relé e fazê-lo mais rápido externamente, mas menos confortável.

Unidade de mesa e caixas de controle:

A unidade da nova tabela não mudou muito em comparação com a antiga. O led de "estado" da bateria e o led "aceso" não estão ligados do suporte ao painel frontal e são visíveis através dos orifícios na lateral da caixa. Desta forma, a fiação é simplificada e, portanto, este lado da caixa deve ficar na frente. O alto-falante também está orientado para este lado.

Em vez de dois conectores de telefone para os fios da Caixa de Controle, há apenas um conector de telefone duplo. A conexão ao módulo de áudio é modificada, a fim de diminuir o ruído no alto-falante.

Etapa 2: construção

Placar

Para design de PCB, estou acostumado a fazer design de PCB no Eagle, mas este caso foi especial. A placa do PC é relativamente grande, tamanho 285 x 206 mm é demais para o Eagle, versão gratuita. Procurando algum outro software PCB, encontrei Easyeda. É gratuito e aceita PCB em qualquer tamanho. Dentro da placa existem dois grandes recortes para suportes de bateria e um para alto-falante. A fabricação foi feita pela JLCPCB e todos os cortes foram cortados pelo produtor. Fiquei feliz, porque isso me poupou trabalho.

Se você não fizer o pedido do tabuleiro, anexei os arquivos Gerber para o placar de dois painéis e o painel de unidades de mesa. É uma nova versão com relés. Na foto do meu artigo ainda há versão antiga com relés adicionados na placa externa, não se confunda.

O PCB é colocado no quadro A4. Comprei uma moldura para foto em uma loja de ferragens maior. Pode ser qualquer A4, mas deve ter cerca de 3 cm de profundidade. A placa contém orifícios para montagem e é ajustada com parafusos através de suportes de plástico.

O painel frontal é coberto por vidro acrílico transparente. Sob o vidro, há uma máscara de papel fotográfico com janelas recortadas para displays. Originalmente, planejo usar vidro acrílico de leite sem máscara, mas a visibilidade era ruim. Por fim, coloquei vidro acrílico transparente na frente. Furos para indicadores de bateria não é necessário cortar, a luz é visível através do papel.

Tenha cuidado para manter o nível superior dos componentes logo abaixo do vidro acrílico. Isto é especialmente verdadeiro para todos os visores, todos os leds e todos os módulos de botões de toque. Depende do tamanho do soquete. Para monitores, eu uso cabeças de alfinetes redondas. Eles são mais confiáveis e a altura é aceitável. No meu caso, eu uso arruelas distanciadoras para manter o nível superior dos botões sensíveis ao toque e leds.

O almíscar de papel é feito por Sketch no Windows. Para torná-lo mais animado, insiro uma foto de um prado.

Unidade de mesa

As luzes de status no suporte da bateria são visíveis diretamente através dos orifícios no painel frontal. Existem orifícios para o alto-falante no mesmo lado da unidade da mesa.

Caixa de controle

Dois cabos para caixas de controle são cabos telefônicos padrão de 4 fios. Eles são acoplados e fixados em cada Caixa sem conector. No outro lado dos cabos, o conector do telefone é instalado por uma ferramenta de crimpagem de cabos.

Dentro da caixa, os fios são soldados diretamente ao protótipo de PCB. Nesta placa estão montados dois Sensores de toque perpendiculares, em cada lado da caixa. No local da área de toque, existe furo com diâmetro de 12mm, de fácil acesso. A construção está clara nas fotos em anexo.

Etapa 3: Software

Dois arquivos ino do Arduino, um para o Scoreboard e um para a unidade Table (Control Box), estão abaixo. Os módulos Bluetooth HC-05 devem ser emparelhados primeiro. Use Arduino, comandos AT e as melhores instruções estão aqui. No Scoreboard há o mestre, o escravo está localizado dentro da Unidade de mesa. A taxa Baud recomendada é 38400 e o modo de endereço como "fixo".

Ambos os arquivos ino mencionados devem ser complementados por pitches de arquivo comuns.h. Como fazer está no site do Arduino. Desta vez, os arquivos ino e todos os outros arquivos foram carregados no editor do Instructables sem problemas e espero que sejam baixados facilmente.

Geralmente, os novos arquivos não são muito diferentes dos antigos e originais. O que é melhorado:

• No modo Switch Side, o jogador sacador é substituído no momento certo do jogo, o antigo problema foi corrigido
• O botão de correção está habilitado apenas para o último jogador servido
• A contagem de pontos e a seleção do jogador sacador após a correção via botão de toque na caixa de controle são fixas.

Quanto ao programa Arduino, não sou programador e sei que o código não poderia ser perfeitamente otimizado, mas está funcionando quase perfeito.

Etapa 4: Conclusão

O brilho dos números de 7 segmentos nas fotos exibidas está desbotado, mas não é verdade. Na verdade, é claro e nítido.

Você pode ver o vídeo original, onde o brilho está OK. No próximo vídeo1 você pode ver a demonstração da contagem de pontos no Battery Scoreboard. Novamente, neste vídeo há um problema com a luz clara do segmento, mas o problema é causado pela forte iluminação durante a gravação do vídeo.

Existem algumas formas ou sugestões para melhorias ainda. O consumo de corrente poderia ser reduzido substituindo os monitores de 7 segmentos por monitores TFT LCD com tamanho de cerca de 2,3 . Se apenas números fossem mostrados, o espaço de memória seria aceitável para o Arduino?

Espero que gostem deste projeto e do esporte também.