Écran de bingo Bluetooth Arduino pour les malentendants : 8 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Ma femme et moi rencontrons des amis et de la famille une fois par semaine pour jouer au bingo dans un restaurant/bar local. Nous nous asseyons à une longue table. En face de moi se trouve un homme malentendant et malvoyant. La salle est très bruyante et l'homme doit souvent demander à sa femme de répéter plusieurs des numéros appelés. J'ai donc décidé de créer le système couplé Bluetooth à deux unités illustré ci-dessus. Sur mon appareil, j'entre le numéro appelé et il le voit sur son appareil.

L'unité émettrice dispose d'un clavier de type téléphone à 12 touches. Cinq des touches (1, 4, 7, *, 0) sont programmées pour saisir le caractère alphabétique BINGO de chaque nouveau numéro appelé. Cet appareil dispose également d'un affichage à 4 caractères, avec des caractères alphanumériques LED à 14 segments indiquant le numéro complet (par exemple, B-15).

L'unité de réception a le même écran, dont la taille et la luminosité sont plus que suffisantes pour le spectateur visé. Alors que l'unité émettrice repose à plat sur la table, l'unité réceptrice peut également être inclinée pour une meilleure visualisation.

Chaque unité dispose d'un interrupteur à bascule qui bascule entre le fonctionnement sous tension et la charge hors tension de la batterie interne Li-ion 9 V, via la prise cylindrique illustrée. Une LED bleue sur chaque unité indique lorsque Bluetooth est connecté.

Remarque: Dans ce qui suit, je désignerai l'unité émettrice comme Maître et l'unité réceptrice comme Esclave.

Étape 1: Obtenir des pièces, des matériaux et des outils

Pièces de vente par correspondance

Clavier (1) Adafruit 7,50 $ ch.

Affichage alphanumérique quadruple (2) Adafruit 10 $ chacun

Planche à pain soudable de type PCB (2) Adafruit 3-pack 13 $, Amazon 4-pack 13 $

Arduino Nano (2) Amazon 3-pack 13 $

Module Bluetooth HC-06 (2) Amazon 8,50 $ chacun

Cric baril 5 mm (2) Amazon 5-pack 8 $

Commutateur DPDT Amazon 10-pack 6 $

Batterie rechargeable Li-ion 9V (2) et chargeur double Amazon (EBL) 17 $

Câble de charge, avec clip de batterie 9V et prise cylindrique (2) Amazon 5-pack 6 $

Pièces locales

Petite boîte à souvenirs (2), environ 4,75 x 4,75 x 2,5 pouces de haut, JoAnn (localement et en ligne) 5,50 $

#4 Vis à métaux et écrous pour l'installation de l'écran (8)

Entretoises pour les vis mécaniques (8)

Petites vis (dans un pack de charnières en laiton) pour l'installation du clavier (1 pack) Michaels

Pièces probablement sous la main

DEL bleue (2)

Support LED (2), en option

Pulls à ruban, femme-femme

Pulls à ruban, homme-femme

Résistance 1K ohm (4)

Résistance 2K ohms (2)

En-têtes masculins

Fil de raccordement en cuivre massif n° 22: rouge, noir, blanc

Matériaux

Scellant à bois

Peinture en aérosol ou au pinceau

Ruban de masquage, de préférence de type régulier et bleu

Ruban de montage permanent Scotch (ruban mousse 2 faces)

Outils

Étrier (recommandé)

Scie à chantourner électrique ou scie à chantourner à main

Fichier (ou papier de verre)

Perceuse et mèches

Guide de foret (a des trous dimensionnés pour tous les forets)

Pic à glace

Jeu de tournevis de bijoutier

Tournevis et pinces Phillips courants

Coupe-fil

Pince à dénuder

Matériel de soudage

Pinceau

Étape 2: préparer les boîtes

(Remarque: vous verrez sur les photos que j'ai fabriqué la boîte Master avant de trouver la boîte à charnière pour l'Esclave chez JoAnn. Je recommande fortement cette boîte. Elle est presque de la même taille, bien faite, à un prix raisonnable, et le couvercle à charnière est génial, par rapport au retrait et au remplacement des vis, lorsque j'ai besoin d'accéder à l'intérieur. En fait, j'ai payé plus cher pour le contreplaqué JoAnn Master's ¼ de pouce, que j'avais déjà sous la main, et j'ai perdu du temps et de l'énergie à le faire. Donc, je suppose que vous utiliserez deux des boîtes JoAnn.)

Retirez les charnières et les charnières. Mettez les charnières et les vis dans un récipient sûr pour éviter de les perdre.

Les écrans et le clavier se montent sous le dessus de la boîte avec les pièces évidentes qui passent à travers. Mesurez soigneusement ces pièces pour déterminer les dimensions des trous rectangulaires requis dans les sommets, en visant un ajustement parfait. Un étrier est le mieux à cet effet.

Disposez ces contours sur le dessus de la boîte avec un crayon et une règle, en les centrant horizontalement et en les espaçant verticalement comme vous le souhaitez. N'oubliez pas non plus de localiser la LED sur le dessus de l'esclave. J'ai placé du ruban adhésif (bleu) sur les lignes au crayon pour faire un très bon guide pour la découpe.

Percez un trou pour la lame de scie et coupez le plus près possible du ruban sans vous éloigner de la ligne. Terminez les trous en limant ou en ponçant jusqu'au ruban/ligne. Ensuite, testez l'ajustement avec un écran. S'il est trop serré, vous pourrez peut-être forcer l'ajustement dans le tilleul relativement mou.

Disposez maintenant les trous centraux pour le commutateur, la prise et la LED, en les marquant avec un pic à glace (ou un poinçon central). Déterminez le diamètre du trou en testant l'ajustement des pièces dans le guide-mèche. Puis percez les trous.

C'est maintenant le bon moment pour sceller et peindre l'extérieur de la boîte. Le tilleul absorbe la peinture, donc scellez au pinceau avant de peindre. Après séchage, j'ai pulvérisé le fond et le dessus des boîtes avec du bleu brillant Rustoleum, en ne faisant que l'extérieur. J'ai choisi de masquer tous les trous avec du ruban adhésif à l'intérieur.

Une fois sec, remettez les couvercles des boîtes à charnières.

Un loquet est nécessaire pour le dessus articulé et il doit être interne afin de permettre à l'esclave de se tenir droit. J'ai fabriqué un loquet simple qui fonctionne bien. Découpez une carte de visite en plastique à la forme souhaitée et collez-la à l'intérieur du haut de la boîte, centrée comme indiqué sur les photos de la boîte ouverte de l'étape 6. Percez un trou pilote et un trou fraisé dans la partie inférieure avant de la boîte pour une petite vis qui engagera le plastique. Mesurez la distance au centre de la vis depuis le bord supérieur du fond de la boîte, transférez-la sur le plastique et utilisez le pic à glace pour percer un trou, centré sur le plastique, qui fera passer la vis. Vissez la vis et la boîte sera verrouillée. Pour ouvrir, utilisez une fine lame de couteau pour pousser le plastique hors de la vis. Pour fermer, vous pouvez utiliser votre doigt, ou encore utiliser le couteau.

Étape 3: Assembler les deux écrans

Remarque: lorsque j'ai essayé de commander le kit d'affichage dans la liste des pièces, Adafruit était en rupture de stock sur toutes les couleurs. J'ai donc dû commander une autre version: le Featherlight Quad Display qui ne différait que par le sac à dos. Voir https://www.adafruit.com/product/3130. Cependant, cela n'avait aucun moyen de monter dans les dessus de la boîte, j'ai donc dû concevoir ma propre monture. J'ai simplement soudé les quatre broches actives des en-têtes à une carte de perforation de type soudable que vous voyez sur les photos à couvercle ouvert de l'étape 6. J'ai percé quatre trous de montage dans le perfboard. J'ai même dupliqué un connecteur mâle pour le maître mais j'ai décidé de ne pas aller aussi loin dans l'esclave.

J'espère que vous pourrez obtenir le meilleur affichage que j'ai recommandé dans la liste des pièces.

Chaque écran est livré sous forme de kit en quatre parties: deux écrans LED alphanumériques doubles, un sac à dos (pilote LED) et un connecteur mâle à 5 broches. Les LED et l'en-tête doivent être soudés au sac à dos. Voir l'excellent tutoriel sur https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Vous aurez besoin d'une pointe à souder fine pour souder les broches LED adjacentes au circuit intégré du sac à dos. Seules 4 connexions à l'en-tête sont utilisées dans ce projet: alimentation 5 V (VCC. GND) et lignes de données I2C (SDA) et d'horloge (SCL).

Étape 4: Faire le circuit imprimé

J'aime utiliser la version PCB de la planche à pain demi-taille commune, surtout lorsque j'ai déjà effectué une connexion système préliminaire avec la planche à pain et les périphériques auxiliaires. Le câblage de la version PCB soudable est beaucoup plus facile que la version alternative de la carte perf soudable (point à point).

Le tableau de téléchargement ci-dessous donne les instructions de câblage, y compris les embases mâles pour le câblage et les embases femelles pour réaliser des prises Nano et HC-06. Les embases mâles se détachent des barrettes de 40 broches, mais les embases femelles doivent être coupées. J'utilise un Dremel avec une molette.

Le tableau est identique pour le maître et l'esclave à l'exception de l'en-tête de clavier nécessaire sur la carte maître.

La photo ci-dessus montre le circuit imprimé esclave nu et terminé.

Étape 5: Installez tous les composants dans les boîtes

Affichage

Positionnez l'écran dans son trou et marquez les quatre points de fixation. Percez des trous pour les vis à métaux. Sélectionnez des entretoises pour la saillie qui vous convient, puis vissez-les.

Clavier

Les trous de montage sont très petits. Heureusement, des vis adaptées sont disponibles dans le pack de charnières en laiton. Positionnez le clavier dans son trou et marquez les quatre points de fixation. Utilisez la plus petite mèche de votre ensemble pour percer des trous de démarrage. Puis vissez-le. Les vis dépasseront un peu au-dessus du haut. Si vous le souhaitez, retirez les vis et limez les points. Réinstaller.

Interrupteur, prise et LED

Poussez l'interrupteur dans son trou et faites-le pivoter pour faire basculer la position de mise sous tension. Fixez-le avec l'écrou fourni.

De même, installez la prise en la faisant pivoter pour un meilleur accès à la soudure.

Enfin, placez la LED dans son support et poussez-la dans son trou (par l'avant). Cela devrait être un ajustement serré.

Circuit imprimé et batterie

Je laisse généralement assez de place dans le boîtier pour accéder à la prise USB du micro-contrôleur (Nano) avec un câble USB, sans déplacer la carte, car cela facilite le débogage et les modifications. Je ne l'ai pas fait ici car les cartons étaient déjà plus gros que je ne l'avais espéré.

Je pense que le ruban mousse double face est un bon moyen d'installer la carte et la batterie. Si vous utilisez un minimum de ruban adhésif, cela permet un retrait facile tout en offrant une installation ferme. Laissez l'enregistrement jusqu'à ce que vous soyez prêt à boutonner pour de bon.

Étape 6: Installer le câblage et le câblage

Câblage

Le commutateur est un DPDT. Les pôles centraux se connectent à la batterie. Les pôles supérieurs se connectent à la prise de charge. Et les pôles inférieurs se connectent à l'en-tête Vin/Gnd de Nano.

Soudez un clip de batterie 9V aux pôles centraux de l'interrupteur. Le fil rouge définira quel pôle est positif (+).

Souder le fil de raccordement des pôles supérieurs du commutateur à la prise.

ATTENTION ! Assurez-vous que le côté négatif va à la broche centrale de la prise. Pourquoi? Parce que la tension de charge est négative au niveau de la broche centrale de la prise du canon. Voir l'étape 8 pour une explication.

Utilisez une paire de cavaliers à ruban M-F pour connecter les pôles inférieurs du commutateur à l'embase de câble Vin/Gnd de Nano. Soudez les broches aux pôles inférieurs, en vous assurant que le positif ira à Vin sans torsion du câble.

Utilisez également une paire de cavaliers à ruban M-F pour connecter la LED à l'en-tête de la résistance de limitation de courant 1K sur la sortie HC-06 « STATE ». Soudez les broches aux fils LED, en vous assurant que le fil le plus long (anode) va à la résistance.

Câblage

Le clavier, l'écran et le Nano utilisent tous des connecteurs mâles et des cavaliers F-F pour les connexions. Notez l'orientation de la couleur du cavalier lorsqu'il est branché sur les en-têtes et rangez-le pour référence future.

Le clavier a une connexion par touches matricielles, quatre rangées et trois colonnes, donc sa connexion d'en-tête utilise 7 broches. Branchez un cavalier ruban F-F à 7 fils dans l'en-tête et, sans tordre, branchez l'autre extrémité dans la connexion d'en-tête du clavier du Nano.

L'écran a une connexion d'en-tête à 5 broches, mais nous n'avons besoin que de 4 broches, pour l'alimentation et les données série I2C (SDA, SCL). Branchez-y un cavalier F-F à 4 fils. Séparez l'autre extrémité en deux connecteurs à 2 fils et branchez-les sur la barrette d'alimentation 5v de la maquette et sur l'en-tête I2C de Nano aux broches A4-A5. Assurez-vous que +5V va afficher 5V, et SDA va afficher SDA.

J'aime enrouler les connecteurs femelles à chaque extrémité du câble pour établir une connexion plus solide et faciliter l'accouplement aux en-têtes mâles.

Étape 7: Téléchargez les croquis et testez le système

Téléchargez et copiez les deux croquis Arduino ci-dessous et collez-les dans l'IDE Arduino (1.8.9 ou version ultérieure).

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

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

Je pense que vous trouverez les croquis faciles à comprendre car j'ai pris soin d'ajouter des commentaires utiles. De plus, les fonctions spéciales des bibliothèques simplifient les croquis. Même si vous ne comprenez pas complètement une fonction, vous pouvez vous sentir à l'aise parce qu'elle fonctionne, et vous pourriez probablement l'utiliser dans votre propre croquis avec peu ou pas de problème.

Connectez votre ordinateur au connecteur Nano USB Mini B du Master. Malheureusement, la carte Nano doit être inclinée vers le haut pour ce faire. Mettez sous tension et compilez/téléchargez le croquis principal. De même, répétez ceci avec l'esclave. Vous êtes maintenant prêt à utiliser le système.

Retirez les câbles USB et allumez les deux boîtiers. Vous devriez maintenant voir les deux écrans s'activer, affichant tous les traits d'union. Cela montre que l'alimentation est allumée et que le système est opérationnel. Attendez que les deux LED Bluetooth s'allument, indiquant que la connexion Bluetooth du maître et de l'esclave a eu lieu.

Remarque: La première pression sur certaines touches entraîne une entrée alphabétique.

« 1 » entre « B ».

« 4 » entre « je »

« 7 » entre « N »

« * » entre « G »

« 0 » entre « O »

Essayez "B01". Les écrans maître et esclave doivent afficher « B-01 »

Essayez d'autres entrées.

Saisissez maintenant « B15 » dans le clavier maître. Vous devriez voir B-15 sur les deux écrans. Rentrez lentement dans B15. Les caractères sur le maître s'affichent au fur et à mesure qu'ils sont saisis. L'affichage de l'esclave ne changera pas tant que les trois caractères d'un numéro de bingo n'auront pas été saisis.

Vous devriez pouvoir effacer les erreurs à tout moment en appuyant sur « # ». Faites-le, et la dernière entrée ci-dessus devrait disparaître dans les deux écrans. Cependant, si vous entrez moins de trois caractères et appuyez sur « # », seul votre écran principal s'effacera. Ainsi, le spectateur de l'Esclave ne sera pas au courant de votre erreur.

Cela termine le test. J'espère qu'il a réussi !

Étape 8: En savoir plus sur les composants

Clavier

Voir

et

Les touches sont censées être câblées dans une matrice de 4 lignes et 3 colonnes qui ressemble exactement au clavier:

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

Les clés de chaque ligne et de chaque colonne sont reliées entre elles. Les 7 fils de rangée et de colonne sortent vers la connexion d'en-tête à 7 broches du clavier. Selon la première URL ci-dessus, les trois premières broches à gauche de mon en-tête sont les colonnes et les quatre broches suivantes à droite sont les lignes. Cependant, les deux URL semblent inverser l'ordre, à moins qu'elles ne regardent des côtés différents du tableau. J'ai supposé que la clé "1" définit la colonne 1 et la ligne 1, et les autres colonnes et lignes procèdent dans l'ordre numérique. Cependant, j'ai trouvé que les colonnes et les lignes ne correspondent pas à la progression ordonnée des numéros de broches chez Nano, comme indiqué dans les deux URL ci-dessus. Je ne trouve aucune raison autre que le clavier est câblé différemment.

Le câble plat du clavier se connecte à l'en-tête à 7 broches de la maquette de Nano sans torsion. Cet en-tête se connecte aux entrées D4-D10 de Nano. J'ai trouvé que la commande devait être comme indiqué ci-dessous pour que les touches s'affichent correctement.:

Les broches du clavier (1, 2, 3) se connectent aux broches Nano (D8, D10, D6} dans cet ordre

Les broches du clavier (4, 5, 6, 7) se connectent aux nano broches (D9, D4, D5, D7) dans cet ordre

Cela fonctionne certainement bien. Les croquis de l'étape 7 s'occupent d'attribuer le branchement des broches.

Affichage

Comme déjà mentionné, il existe quatre sections d'affichage à LED alphanumériques à 14 segments. Celles-ci sont contrôlées par le sac à dos, qui les parcourt en allumant les LED appropriées.

Sans le sac à dos, vous devrez apporter 14 fils d'alimentation LED à Nano, plus une sélection d'affichage à 4 fils/retour commun. Ces 18 lignes utiliseraient les 18 broches d'E/S numériques nano (D0-D12 et A0-A5), ne laissant rien pour les 11 broches requises pour la série régulière (Arduino IDE), la série logicielle (Bluetooth) et le clavier (7 épingles).

Avec le sac à dos, vous n'avez besoin que des deux fils numériques I2C pour le contrôle, ainsi que de deux fils d'alimentation/de terre + 5 V.

Bluetooth (montré ci-dessus)

Le HC-06 est un super petit module. Tout ce que vous avez à faire est de lui donner les caractères de série que vous souhaitez transmettre et de lire les caractères de série qui lui sont transmis. Il prend en charge toutes les opérations Bluetooth.

Il se branche sur une planche à pain standard ou sur une prise PCB fabriquée à partir d'un connecteur femelle à 7 broches. Les six broches sont: alimentation +5V et masse, entrée série de Nano RXD), sortie série vers Nano (TXD) et sortie STATE que nous utilisons pour piloter la LED qui indique quand il y a une connexion des deux HC-06 dans Maître et Esclave.

Batterie et chargeur

La batterie est une batterie lithium-ion « 9V ». (Dans ce cas, 9V s'applique plus à la configuration du boîtier qu'à la tension.) Il a deux cellules en série, chaque cellule ayant une sortie nominale de 3,6-3,7V. La tension nominale de la batterie est donc de 7,2 à 7,4 V. À pleine charge, la tension de la batterie peut atteindre 8,4 V. Le graphique ci-dessous donne une courbe de décharge typique et montre comment la tension reste élevée pendant une longue période. La batterie a un circuit de protection interne qui comprend une coupure à environ 6,6 V (3,3 V par cellule); Les batteries Li-ion n'aiment pas être complètement déchargées et la chute de tension rapide à la fin de la décharge nécessite une tension de coupure raisonnablement élevée. Notez que la tension de coupure est un peu inférieure à la spécification Nano minimale de 7 V, ce qui permet une marge de tête du régulateur de tension au-dessus de la sortie régulée de 5 V. Il est donc possible que Nano cesse de fonctionner avant la batterie.

La puissance de sortie nominale de la batterie est de 600 milliampères-heures. J'ai mesuré la consommation de courant de l'esclave à 113mA avec un écran "B-88" et Bluetooth connecté. (Cet affichage est équivalent aux affichages les plus énergivores de notre application de BINGO.) La session de BINGO à laquelle j'assiste dure environ 2,5 heures, avec 6 parties et environ 10 minutes entre les parties. J'ai coupé le courant entre les jeux. Après une nuit, je suis rentré à la maison, sous tension et j'ai attendu que l'esclave arrête de fonctionner, ce qu'il a fait 2,3 heures plus tard. J'ai lu la tension et elle était de 6,6 V, donc la batterie s'est arrêtée avant Nano. Il est sûr de dire que la batterie est plus que suffisante pour mon objectif.

Voici mes mesures de courant Slave (à 7.2V):

Tout fonctionne, affichant "B-88": 113 mA

(Ce n'est pas un vrai numéro de Bingo, mais c'est une moyenne attendue: 7 segments LED allumés dans chaque section)

Affichage effacé: 27 mA (L'affichage consomme la majeure partie du courant: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth non connecté, affichage effacé: 64 mA

(Bluetooth transmet maintenant, essayant de se connecter. Cela semble être un effet 64 - 27 mA = 37 mA.)

Module Bluetooth retiré après mise hors tension: 51 mA, après mise sous tension

(L'affichage est composé de toutes les barres. Chaque barre contient 2 LED, alors attendez-vous à 2/7 x 86 = 25 mA pour l'affichage.

donc la différence de 26 mA est due au Bluetooth.)

Le courant maître sera effectivement le même. Le clavier ne consomme pas d'énergie et les transmissions Bluetooth sont très brèves.

Le chargeur et les câbles de charge sont illustrés sur la photo ci-dessus. Le maître et l'esclave peuvent être chargés en même temps. En raison des câbles courts, le chargeur doit être branché sur une rallonge. Le chargeur fonctionne bien sauf qu'une des LEDS ne s'éteint pas lorsque la batterie est complètement chargée; il y a des commentaires similaires sur Amazon à propos des LED.

Les câbles de charge sont vraiment conçus pour se clipser sur une batterie 9V et se brancher sur une prise cylindrique pour alimenter un Arduino Uno ou une autre carte de circuit imprimé. Je les utilise pour brancher le chargeur. Mais vous devez faire attention à la polarité, comme je l'ai noté à l'étape 6 et expliqué ci-dessous.

Lorsque nous connectons le câble de charge au chargeur 9V, la tension à la broche centrale de la prise cylindrique est négative, pas positive comme si nous nous connections à une batterie 9V. Les connecteurs du chargeur et du câble de charge ont les mêmes polarités; ils doivent pour chacun accepter une pile 9V. Ainsi, le connecteur du câble de charge doit être tourné de 90 degrés lors du branchement au chargeur, inversant ainsi les polarités au niveau de la fiche cylindrique. Cela nécessite de brancher le négatif de la batterie à la borne centrale de la prise de charge.