Tela Arduino Bluetooth Bingo para deficientes auditivos: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Minha esposa e eu encontramos amigos e familiares uma vez por semana para jogar Bingo em um restaurante / bar local. Sentamos em uma mesa comprida. Diante de mim está um homem com deficiência auditiva e visual. A sala é muito barulhenta e o homem muitas vezes tem de pedir à esposa para repetir muitos dos números chamados. Portanto, decidi fazer o sistema acoplado por Bluetooth de duas unidades ilustrado acima. No meu aparelho eu insiro o número chamado e ele o vê no aparelho dele.

A unidade de transmissão possui um teclado tipo telefone de 12 teclas. Cinco das teclas (1, 4, 7, *, 0) são programadas para inserir o caractere alfabético BINGO de cada novo número chamado. Esta unidade também possui um display de 4 caracteres, com caracteres alfanuméricos de LED de 14 segmentos mostrando o número completo (por exemplo, B-15).

A unidade receptora possui o mesmo display, cujo tamanho e brilho são mais do que adequados para o visualizador pretendido. Enquanto a unidade de transmissão fica plana sobre a mesa, a unidade de recepção também pode ser inclinada para melhor visualização.

Cada unidade possui uma chave seletora que alterna entre a operação de ligar e desligar o carregamento da bateria interna de íon de lítio de 9 V, por meio do conector cilíndrico mostrado. Um LED azul em cada unidade mostra quando o Bluetooth foi conectado.

Nota: A seguir, denotarei a unidade transmissora como Mestre e a unidade receptora como Escrava.

Etapa 1: obter peças, materiais e ferramentas

Peças de pedidos por correio

Teclado (1) Adafruit $ 7,50 cada

Display alfanumérico quádruplo (2) Adafruit $ 10 cada

Placa de montagem soldável do tipo PCB (2) Adafruit 3-pack $ 13, Amazon 4-pack $ 13

Arduino Nano (2) Amazon 3-pack $ 13

Módulo Bluetooth HC-06 (2) Amazon $ 8,50 cada

Macaco de 5 mm (2) Amazon 5-pack $ 8

Switch DPDT Amazon 10-pack $ 6

Bateria recarregável 9V Li-ion (2) e carregador duplo Amazon (EBL) $ 17

Cabo de carregamento, com clipe de bateria de 9V e plugue de cilindro (2) Amazon 5-pack $ 6

Peças Locais

Caixa pequena de lembranças (2), aproximadamente 4,75 x 4,75 x 2,5 polegadas de altura, JoAnn (localmente e online) $ 5,50

# 4 Parafusos e porcas de máquina para instalação do visor (8)

Espaçadores para os parafusos da máquina (8)

Parafusos pequenos (em pacote de dobradiça de latão) para instalação do teclado (1 pacote) Michaels

Peças provavelmente disponíveis

LED azul (2)

Suporte de LED (2), opcional

Jumpers de fita, feminino-feminino

Jumpers de fita, masculino-feminino

Resistor de 1K ohm (4)

Resistor 2K ohm (2)

Cabeçalhos masculinos

Fio de conexão de cobre sólido # 22: vermelho, preto, branco

Materiais

Selador de madeira

Spray ou pincel

Fita adesiva, de preferência tipo regular e azul

Fita adesiva de montagem permanente (fita de espuma de 2 lados)

Ferramentas

Caliper (recomendado)

Serra helicoidal ou serra manual

Arquivo (ou lixa)

Broca e brocas

Guia da broca (tem orifícios dimensionados para todas as brocas)

Picador de gelo

Conjunto de chave de fenda de joalheiro

Chaves de fenda e alicates Phillips comuns

Cortador de arame

Descascador de fios

Equipamento de solda

Pincel

Etapa 2: preparar as caixas

(Nota: Você verá nas fotos que fiz a caixa Master antes de encontrar a caixa articulada para o Slave em JoAnn. Recomendo fortemente esta caixa. É quase do mesmo tamanho, bem feita, com preço razoável e a tampa articulada é ótimo, em comparação com a remoção e substituição de parafusos, quando precisar acessar o interior. Na verdade, paguei mais pelo compensado JoAnn de ¼ polegada da Master, que eu já tinha em mãos, e perdi tempo e energia fazendo isso. Então, vou assumir que você usará duas das caixas JoAnn.)

Remova os topos e dobradiças com dobradiças. Coloque as dobradiças e os parafusos em um recipiente seguro para evitar perdê-los.

Os visores e o teclado são montados sob as tampas da caixa com as partes óbvias aparecendo. Meça cuidadosamente essas peças para determinar as dimensões dos orifícios retangulares necessários nos topos, visando um ajuste perfeito e preciso. Um paquímetro é melhor para esse propósito.

Esquematize esses contornos nas tampas das caixas com lápis e régua, centralizando-os horizontalmente e espaçando-os verticalmente conforme desejado. Além disso, lembre-se de localizar o LED na parte superior do Slave. Coloquei fita adesiva (azul) nas linhas desenhadas para fazer um guia muito bom para o corte.

Faça um orifício para a lâmina da serra e corte o mais próximo possível da fita, sem se perder na linha. Termine os furos lixando ou lixando até a fita / linha. Em seguida, teste o ajuste com um display. Se estiver muito apertado, você poderá forçar o ajuste na madeira relativamente macia.

Agora, coloque os orifícios centrais para o interruptor, conector e LED, marcando-os com um picador de gelo (ou punção central). Determine o diâmetro do furo testando o ajuste das peças na guia da broca. Em seguida, faça os furos.

Agora é um bom momento para selar e pintar o exterior da caixa. Basswood absorve tinta, por isso sele com pincel antes de pintar. Após a secagem, borrifei o fundo e a parte superior da caixa com Rustoleum gloss blue, fazendo apenas o lado de fora. Decidi mascarar todos os buracos com fita adesiva do lado de dentro.

Quando estiver seco, coloque as tampas da caixa com dobradiças de volta.

É necessária uma trava para a parte superior articulada e ela deve ser interna para permitir que o Escravo se sente direito. Eu criei uma trava simples que funciona bem. Corte um cartão de visita de plástico no formato desejado e cole-o na parte interna da parte superior da caixa, centralizado conforme mostrado nas fotos da caixa aberta da Etapa 6. Faça um orifício piloto e um orifício escareado na parte frontal inferior da caixa para um pequeno parafuso que engatará o plástico. Meça a distância do centro do parafuso a partir da borda superior da parte inferior da caixa, transfira-o para o plástico e use o picador de gelo para fazer um orifício, centralizado no plástico, que passará pelo parafuso. Aperte o parafuso e a caixa será travada. Para abrir, use uma lâmina de faca fina para empurrar o plástico para fora do parafuso. Para fechar, você pode usar o dedo ou novamente a faca.

Etapa 3: montar os dois monitores

Nota: Quando tentei pedir o kit de exibição na lista de peças, Adafruit estava fora de estoque em todas as cores. Então tive que encomendar uma versão diferente: o Featherlight Quad Display que diferia apenas na mochila. Consulte https://www.adafruit.com/product/3130. No entanto, não havia meios de montagem nas tampas das caixas, então tive que inventar minha própria montagem. Eu simplesmente soldei os quatro pinos ativos nos conectores a uma placa perf do tipo soldável que você vê nas fotos de capa aberta da Etapa 6. Eu fiz quatro furos de montagem no perfboard. Eu até dupliquei um conector de cabeçalho macho para o Master, mas decidi não ir tão longe no Slave.

Com sorte, você poderá obter a exibição mais agradável que recomendei na lista de peças.

Cada display chega como um kit de quatro partes: dois displays alfanuméricos de LED duplos, uma mochila (driver de LED) e um conector macho de 5 pinos. Os LEDs e o cabeçalho devem ser soldados à mochila. Veja o excelente tutorial em https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Você precisará de uma ponta de solda de ponta fina ao soldar os pinos de LED adjacentes ao CI da mochila. Apenas 4 conexões para o cabeçalho são usadas neste projeto: linhas de energia 5 V (VCC. GND) e dados I2C (SDA) e relógio (SCL).

Etapa 4: faça a placa de circuito

Eu gosto de usar a versão PCB do breadboard comum de meio tamanho, especialmente quando já fiz uma conexão preliminar do sistema com o breadboard e dispositivos auxiliares. A fiação da versão PCB soldável é muito mais fácil do que a versão alternativa da placa perf soldável (ponto a ponto).

A tabela de download abaixo fornece as instruções de fiação, incluindo conectores machos para cabeamento e conectores fêmeas para fazer os soquetes Nano e HC-06. Os conectores machos se desprendem de tiras de 40 pinos, mas os conectores fêmeas devem ser cortados. Eu uso uma Dremel com uma roda de corte.

A tabela é idêntica para Master e Slave, exceto para o cabeçalho do teclado necessário na placa Master.

A foto acima mostra a placa de circuito Slave nua e completa.

Etapa 5: instalar todos os componentes nas caixas

Exibição

Posicione a tela em seu orifício e marque os quatro pontos de montagem. Faça furos para os parafusos da máquina. Selecione espaçadores para a saliência com a qual você está satisfeito. Em seguida, fixe-o.

Teclado

Os orifícios de montagem são muito pequenos. Felizmente, os parafusos adequados estão disponíveis no pacote de dobradiça de latão. Posicione o teclado em seu orifício e marque os quatro pontos de montagem. Use a menor broca em seu conjunto para fazer os orifícios iniciais. Em seguida, aperte-o. Os parafusos ficarão um pouco salientes acima do topo. Se desejar, remova os parafusos e lixe as pontas. Reinstale.

Switch, Jack e LED

Empurre a chave em seu orifício e gire-a para alternar para a posição de ligado. Fixe-o com a porca fornecida.

Da mesma forma, instale o macaco, girando-o para melhor acesso de soldagem.

Por fim, coloque o LED em seu suporte e empurre-o para dentro do orifício (pela frente). Este deve ser um ajuste apertado.

Placa de circuito e bateria

Normalmente deixo espaço suficiente na caixa para acessar o conector USB do microcontrolador (Nano) com um cabo USB, sem mover a placa, pois facilita a depuração e as alterações. Não fiz isso aqui porque as caixas já eram maiores do que eu esperava.

Acredito que a fita de espuma dupla-face é uma boa maneira de instalar a placa e a bateria. Se você usar o mínimo de fita, ela permite uma fácil remoção, ao mesmo tempo em que fornece uma instalação firme. Deixe a gravação até que você esteja pronto para abotoar para sempre.

Etapa 6: Instale a fiação e o cabeamento

Fiação

O switch é um DPDT. Os pólos centrais se conectam à bateria. Os pólos superiores conectam-se à tomada de carregamento. E os pólos inferiores se conectam ao conector Vin / Gnd do Nano.

Solde um clipe de bateria de 9V nos pólos centrais da chave. O fio vermelho definirá qual pólo é positivo (+).

Solde o fio de conexão dos pólos superiores do switch ao jack.

CAUTON! Certifique-se de que o lado negativo vai para o pino central do jack. Porque? Porque a tensão de carga é negativa no pino central do plugue do cilindro. Consulte a Etapa 8 para obter uma explicação.

Use um par de jumpers de fita M-F para conectar os pólos inferiores do switch ao conector de cabo Vin / Gnd do Nano. Solde os pinos nos pólos inferiores, certificando-se de que o positivo irá para o Vin sem torcer o cabo.

Use também um par de jumpers de fita M-F para conectar o LED ao conector no resistor limitador de corrente de 1K na saída “STATE” do HC-06. Solde os pinos aos condutores do LED, certificando-se de que o fio mais longo (ânodo) vá para o resistor.

Cabeamento

O teclado, a tela e o Nano usam cabeçalhos machos e jumpers F-F para conexões. Anote a orientação da cor do jumper quando conectado aos cabeçalhos e guarde-o para referência futura.

O teclado tem uma conexão de tecla de matriz, quatro linhas e três colunas, portanto, sua conexão de cabeçalho usa 7 pinos. Conecte um jumper de fita F-F de 7 fios no conector e, sem torcer, conecte a outra extremidade na conexão do conector de teclado do Nano.

O display tem uma conexão de cabeçalho de 5 pinos, mas precisamos de apenas 4 pinos, para alimentação e dados seriais I2C (SDA, SCL). Conecte um jumper F-F de 4 fios nele. Separe a outra extremidade em dois conectores de 2 fios e conecte-os ao filtro de linha de 5v da breadboard e ao conector I2C do Nano nos pinos A4-A5. Certifique-se de que + 5 V exibirá 5 V e SDA exibirá SDA.

Eu gosto de unir os conectores fêmeas em cada extremidade do cabo para fazer uma conexão mais forte e tornar mais fácil o acoplamento aos conectores machos.

Etapa 7: Baixe os esboços e teste o sistema

Baixe e copie os dois esboços do Arduino abaixo e cole-os no IDE do Arduino (1.8.9 ou posterior).

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

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

Acredito que você achará os esboços fáceis de entender porque tomei o cuidado de adicionar comentários úteis. Além disso, as funções especiais das bibliotecas simplificam os esboços. Mesmo que não entenda totalmente uma função, você pode se sentir confortável porque ela funciona e provavelmente poderá usá-la em um esboço próprio com pouco ou nenhum problema.

Conecte seu computador ao conector Nano USB Mini B no Master. Infelizmente, a placa Nano precisa ser inclinada para cima para fazer isso. Ligue a energia e compile / baixe o esboço Master. Da mesma forma, repita isso com o Slave. Agora você está pronto para operar o sistema.

Remova os cabos USB e ligue as duas caixas. Agora você deve ver as duas exibições ativadas, mostrando todos os hifens. Isso mostra que a alimentação está ligada e o sistema está operacional. Aguarde até que ambos os LEDs do Bluetooth se acendam, mostrando que a conexão Bluetooth do Mestre e do Escravo ocorreu.

Nota: O primeiro toque de certas teclas resulta em uma entrada alfabética.

“1” entra em “B”.

“4” entra “I”

“7” entra “N”

“*” Entra em “G”

“0” entra em “O”

Experimente “B01”. Os displays Master e Slave devem mostrar "B-01"

Experimente outras entradas.

Agora digite "B15" no teclado mestre. Você deve ver B-15 em ambos os monitores. Digite novamente B15 lentamente. Os caracteres no Master serão exibidos à medida que forem inseridos. O display Slave não mudará até que todos os três caracteres em um número de Bingo sejam inseridos.

Você deve ser capaz de apagar erros a qualquer momento pressionando “#”. Faça isso e a última entrada acima deve ser apagada em ambas as telas. No entanto, se você inserir menos de três caracteres e pressionar “#”, apenas a tela principal será apagada. Assim, o visualizador no Slave não saberá do seu erro.

Isso completa o teste. Espero que tenha sido bem sucedido!

Etapa 8: Saiba mais sobre os componentes

Teclado

Consulte

e

As teclas são supostamente conectadas em uma matriz de 4 linhas e 3 colunas que se parece com o teclado:

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

As chaves em cada linha e cada coluna são conectadas. Os fios de 7 linhas e colunas saem para a conexão do cabeçalho de 7 pinos do teclado. De acordo com o primeiro URL acima, os três primeiros pinos à esquerda do meu cabeçalho são as colunas e os quatro pinos seguintes à direita são as linhas. No entanto, os dois URLs parecem inverter a ordem, a menos que estejam olhando para lados diferentes do quadro. Presumi que a chave “1” define a coluna 1 e linha 1, e as outras colunas e linhas continuam em ordem numérica. No entanto, descobri que as colunas e linhas não correspondem à progressão ordenada dos números dos pinos no Nano, conforme fornecido nos dois URLs acima. Não consigo encontrar nenhum motivo além do teclado estar conectado de forma diferente.

O cabo de fita do teclado se conecta ao conector de 7 pinos da placa de ensaio do Nano sem torcer. Esse cabeçalho se conecta às entradas D4-D10 do Nano. Descobri que a ordem tinha que ser conforme mostrado abaixo para que as teclas pressionadas fossem exibidas corretamente:

Os pinos do teclado (1, 2, 3) se conectam aos pinos Nano (D8, D10, D6} nessa ordem

Os pinos do teclado (4, 5, 6, 7) se conectam aos pinos Nano (D9, D4, D5, D7) nessa ordem

Isso definitivamente funciona bem. Os esboços na Etapa 7 cuidam da atribuição da conexão do pino.

Exibição

Como já discutido, há quatro seções alfanuméricas de exibição de LED de 14 segmentos. Elas são controladas pela mochila, que passa por cada uma, iluminando os LEDs apropriados.

Sem a mochila, você teria que trazer 14 fios de alimentação de LED para o Nano, além de uma seleção de tela de 4 fios / retorno comum. Essas 18 linhas usariam todos os 18 pinos de E / S digital Nano (D0-D12 e A0-A5), não deixando nada para os 11 pinos necessários para serial regular (Arduino IDE), serial de software (Bluetooth) e o teclado (7 pinos).

Com a mochila, você precisa apenas de dois fios digitais I2C para controle, mais dois fios de alimentação / aterramento de + 5V.

Bluetooth (mostrado acima)

O HC-06 é um ótimo módulo pequeno. Tudo o que você precisa fazer é fornecer os caracteres seriais que deseja transmitir e ler os caracteres seriais transmitidos a ele. Ele cuida de todas as operações Bluetooth.

Ele se conecta a uma placa de ensaio padrão ou a um soquete de PCB feito de um conector fêmea de 7 pinos. Os seis pinos são: + 5V de alimentação e aterramento, entrada serial do Nano RXD), saída serial para Nano (TXD) e saída STATE que usamos para acionar o LED que mostra quando há uma conexão dos dois HC-06 em Mestre e escravo.

Bateria e carregador

A bateria é de íon de lítio “9V”. (Nesse caso, 9 V se aplica mais à configuração do pacote do que à tensão.) Ele tem duas células em série, cada célula tendo 3,6-3,7 V de saída nominal. Portanto, a tensão nominal da bateria é 7,2-7,4V. Com carga total, a tensão da bateria pode ser tão alta quanto 8,4 V. O gráfico abaixo fornece uma curva de descarga típica e mostra como a tensão permanece elevada por um longo tempo. A bateria possui circuito de proteção interno que inclui um corte de cerca de 6,6 V (3,3 V por célula); As baterias de íon-lítio não gostam de ser totalmente descarregadas, e a rápida queda de tensão no final da descarga exige uma tensão de corte razoavelmente alta. Observe que a tensão de corte é um pouco menor do que a especificação mínima de 7 V do Nano, o que permite que o regulador de tensão fique acima da saída regulada de 5 V. Portanto, é possível que o Nano pare de funcionar antes da bateria.

A potência nominal da bateria é de 600 miliamperes-hora. Eu medi o dreno de corrente do Escravo em 113mA com um display “B-88” e Bluetooth conectado. (Essa exibição é equivalente às exibições de maior consumo de energia em nosso aplicativo BINGO.) A sessão de BINGO da qual participo dura cerca de 2,5 horas, com 6 jogos e cerca de 10 minutos entre os jogos. Eu tenho desligado entre os jogos. Depois de uma noite, voltei para casa, liguei e esperei que o Slave parasse de funcionar, o que aconteceu 2,3 horas depois. Eu li a voltagem e ela era de 6,6 V, então a bateria desligou antes do Nano. É seguro dizer que a bateria é mais do que adequada para o meu propósito.

Aqui estão minhas medições de corrente Slave (em 7,2 V):

Tudo funcionando, exibindo "B-88": 113 mA

(Não é um número real do Bingo, mas é a média esperada: 7 segmentos de LED acesos em cada seção)

Display apagado: 27 mA (display consome a maior parte da corrente: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth não conectado, tela limpa: 64 mA

(Bluetooth agora transmitindo, tentando conectar. Isso parece ser um efeito de 64 - 27 mA = 37 mA.)

Módulo Bluetooth removido após desligar: 51 mA, após ligar

(A tela contém todas as barras. Cada barra tem 2 LEDs, portanto, espere 2/7 x 86 = 25 mA para a tela.

portanto, a diferença de 26 mA se deve ao Bluetooth.)

A corrente mestre será efetivamente a mesma. O teclado não consome energia e as transmissões Bluetooth são muito breves.

O carregador e os cabos de carregamento são mostrados na foto acima. Master e Slave podem ser carregados ao mesmo tempo. Por causa dos cabos curtos, o carregador precisa ser conectado a um cabo de extensão. O carregador funciona bem, exceto que um dos LEDS não desliga quando a bateria está totalmente carregada; há comentários semelhantes na Amazon sobre os LEDs.

Os cabos de carregamento são realmente projetados para prender em uma bateria de 9 V e conectar em um conector de barril para alimentar um Arduino Uno ou outra placa de circuito. Eu os uso para conectar ao carregador. Mas você deve ter cuidado com a polaridade, como observei na Etapa 6 e explico abaixo.

Quando conectamos o cabo de carregamento ao carregador de 9V, a tensão no pino central do conector cilíndrico é negativa, não positiva como se conectássemos a uma bateria de 9V. Os conectores do carregador e do cabo de carregamento têm as mesmas polaridades; eles têm que para cada um aceitar uma bateria de 9V. Portanto, o conector do cabo de carregamento deve ser girado 90 graus ao conectar no carregador, invertendo assim as polaridades no plugue cilíndrico. Para isso, é necessário conectar o negativo da bateria ao terminal central do conector de carga.