Pantalla de bingo Arduino Bluetooth para personas con problemas de audición: 8 pasos

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2025-01-23 14:39

Mi esposa y yo nos reunimos con amigos y familiares una vez a la semana para jugar al bingo en un restaurante / bar local. Nos sentamos en una mesa larga. Frente a mí hay un hombre con problemas de audición y visión. La habitación es muy ruidosa y el hombre a menudo tiene que pedirle a su esposa que repita muchos de los números pronunciados. Así que decidí hacer el sistema de dos unidades acoplado a Bluetooth que se muestra arriba. En mi unidad, ingreso el número llamado y él lo ve en su unidad.

La unidad transmisora tiene un teclado tipo teléfono de 12 teclas. Cinco de las teclas (1, 4, 7, *, 0) están programadas para ingresar el carácter alfabético BINGO de cada nuevo número llamado. Esta unidad también tiene una pantalla de 4 caracteres, con caracteres alfanuméricos LED de 14 segmentos que muestran el número completo (por ejemplo, B-15).

La unidad receptora tiene la misma pantalla, cuyo tamaño y brillo son más que adecuados para el espectador previsto. Mientras que la unidad de transmisión se asienta sobre la mesa, la unidad de recepción también se puede inclinar hacia arriba para una mejor visualización.

Cada unidad tiene un interruptor de palanca que cambia entre la operación de encendido y la carga de apagado de la batería interna de iones de litio de 9 V, a través del conector de barril que se muestra. Un LED azul en cada unidad muestra cuando Bluetooth se ha conectado.

Nota: A continuación, denotaré la unidad transmisora como maestra y la unidad receptora como esclava.

Paso 1: obtenga piezas, materiales y herramientas

Piezas de pedido por correo

Teclado (1) Adafruit $ 7.50 c / u

Pantalla alfanumérica cuádruple (2) Adafruit $ 10 c / u

Protoboard soldable tipo PCB (2) Paquete de 3 Adafruit $ 13, paquete de 4 de Amazon $ 13

Arduino Nano (2) Amazon paquete de 3 $ 13

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

Conector de barril de 5 mm (2) Paquete de 5 Amazon $ 8

Conmutador DPDT Amazon paquete de 10 $ 6

Batería recargable de iones de litio de 9V (2) y cargador dual Amazon (EBL) $ 17

Cable de carga, con clip de batería de 9 V y enchufe cilíndrico (2) Paquete de 5 Amazon $ 6

Piezas locales

Caja de recuerdos pequeña (2), aproximadamente 4,75 x 4,75 x 2,5 pulgadas de alto, JoAnn (localmente y en línea) $ 5.50

# 4 Tornillos y tuercas de máquina para la instalación de pantallas (8)

Separadores para tornillos de máquina (8)

Tornillos pequeños (en paquete de bisagras de latón) para la instalación del teclado (paquete de 1) Michaels

Probablemente piezas a mano

LED azul (2)

Soporte LED (2), opcional

Saltadores de cinta, hembra-hembra

Saltadores de cinta, macho-hembra

Resistencia de 1K ohmios (4)

Resistencia de 2K ohmios (2)

Encabezados masculinos

Cable de conexión de cobre sólido n. ° 22: rojo, negro, blanco

Materiales

Sellador de madera

Pintura en aerosol o con brocha

Cinta de enmascarar, preferiblemente de tipo regular y azul

Cinta de montaje permanente Scotch (cinta de espuma de 2 caras)

Instrumentos

Caliper (recomendado)

Sierra de calar motorizada o sierra de calar manual

Lima (o papel de lija)

Taladro y brocas

Guía de brocas (tiene orificios dimensionados para todas las brocas)

Picahielo

Juego de destornilladores de joyero

Alicates y destornilladores Phillips comunes

Cortador de cables

Pelacables

Equipo de soldadura

Cepillo de pintura

Paso 2: preparar las cajas

(Nota: Verás en las fotos que hice la caja maestra antes de encontrar la caja con bisagras para el esclavo en JoAnn. Recomiendo encarecidamente esta caja. Es casi del mismo tamaño, está bien hecha, tiene un precio razonable y la tapa con bisagras. es genial, en comparación con quitar y reemplazar tornillos, cuando necesito acceder al interior. De hecho, pagué más por el contrachapado JoAnn de ¼ de pulgada del Maestro, que ya tenía a mano, y desperdicié tiempo y energía en hacerlo. Por lo tanto, asumiré que usará dos de las cajas de JoAnn).

Retire las tapas con bisagras y las bisagras. Coloque las bisagras y los tornillos en un recipiente seguro para evitar perderlos.

Las pantallas y el teclado se montan debajo de las tapas de las cajas con las partes obvias asomando. Mida cuidadosamente esas partes para determinar las dimensiones de los orificios rectangulares requeridos en la parte superior, con el objetivo de lograr un ajuste perfecto. Una pinza es mejor para este propósito.

Trace estos contornos en las tapas de las cajas con lápiz y regla, centrándolos horizontalmente y espaciando verticalmente como desee. Además, recuerde ubicar el LED en la parte superior del esclavo. Coloqué cinta adhesiva (azul) en las líneas dibujadas a lápiz para hacer una muy buena guía para cortar.

Taladre un agujero para la hoja de sierra y proceda a cortar lo más cerca posible de la cinta sin salirse de la línea. Termine los agujeros limando o lijando hasta la cinta / línea. Luego pruebe el ajuste con una pantalla. Si está demasiado apretado, es posible que pueda forzar el ajuste en la madera de tilo relativamente blanda.

Ahora coloque los orificios centrales para el interruptor, el conector y el LED, marcándolos con un picahielo (o un punzón). Determine el diámetro del orificio probando el ajuste de las piezas en la guía de la broca. Luego taladre los agujeros.

Ahora es un buen momento para sellar y pintar el exterior de la caja. El tilo absorbe la pintura, por lo tanto, selle con una brocha antes de pintar. Después de secar, rocié el fondo y la parte superior de la caja con Rustoleum gloss blue, solo en el exterior. Elegí enmascarar todos los agujeros con cinta adhesiva en el interior.

Cuando esté seco, vuelva a colocar las tapas de las cajas con bisagras.

Se necesita un pestillo para la parte superior con bisagras y debe ser interno para permitir que el esclavo se siente erguido. Hice un pestillo simple que funciona bien. Corte una tarjeta de presentación de plástico con la forma deseada y péguela en el interior de la parte superior de la caja, centrada como se muestra en las fotos de la caja abierta del Paso 6. Taladre un orificio piloto y un orificio avellanado en el frente inferior de la caja para un pequeño tornillo que se acople al plástico. Mida la distancia del centro del tornillo hacia abajo desde el borde superior de la parte inferior de la caja, transfiérala al plástico y use el picahielos para hacer un agujero, centrado en el plástico, que pasará el tornillo. Atornille el tornillo y la caja quedará bloqueada. Para abrir, use una hoja de cuchillo delgada para empujar el plástico fuera del tornillo. Para cerrar, puede usar su dedo o usar nuevamente el cuchillo.

Paso 3: Ensamble las dos pantallas

Nota: Cuando traté de pedir el kit de exhibición en la lista de piezas, Adafruit estaba agotado en todos los colores. Así que tuve que pedir una versión diferente: la pantalla cuádruple Featherlight que solo se diferenciaba en la mochila. Ver https://www.adafruit.com/product/3130. Sin embargo, esto no tenía forma de montarse en las tapas de las cajas, por lo que tuve que diseñar mi propia montura. Simplemente soldé los cuatro pines activos en los encabezados a una placa de perforación de tipo soldable que se ve en las fotos de cubierta abierta del Paso 6. Perforé cuatro orificios de montaje en la placa de perforación. Incluso dupliqué un conector de encabezado macho para el maestro, pero decidí no ir tan lejos en el esclavo.

Con suerte, podrá obtener la mejor pantalla que recomendé en la lista de piezas.

Cada pantalla viene como un kit de cuatro partes: dos pantallas LED alfanuméricas dobles, una mochila (controlador LED) y un cabezal macho de 5 pines. Los LED y el cabezal deben soldarse a la mochila. Vea el excelente tutorial en https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/0…. Necesitará una punta de soldadura de punta fina al soldar los pines LED adyacentes al IC de la mochila. En este proyecto solo se utilizan 4 conexiones al encabezado: líneas de alimentación de 5 V (VCC. GND) y de datos I2C (SDA) y de reloj (SCL).

Paso 4: haz la placa de circuito

Me gusta usar la versión de PCB de la placa de pruebas de tamaño medio común, especialmente cuando ya he realizado una conexión preliminar del sistema con la placa de pruebas y los dispositivos auxiliares. El cableado de la versión de PCB soldable es mucho más fácil que la versión alternativa de placa de perforación soldable (punto a punto).

La siguiente tabla de descarga proporciona las instrucciones de cableado, incluidos los conectores macho para el cableado y los conectores hembra para hacer enchufes Nano y HC-06. Los conectores macho se desprenden de las tiras de 40 pines, pero los conectores hembra deben cortarse. Utilizo una Dremel con rueda de corte.

La tabla es idéntica para Master y Slave, excepto por el encabezado del teclado necesario en la placa Master.

La foto de arriba muestra la placa de circuito esclava desnuda y completa.

Paso 5: instale todos los componentes en las cajas

Monitor

Coloque la pantalla en su orificio y marque los cuatro puntos de montaje. Taladre agujeros para los tornillos para metales. Seleccione espaciadores para la protuberancia con la que está satisfecho y luego atorníllelos.

Teclado

Los orificios de montaje son muy pequeños. Afortunadamente, los tornillos adecuados están disponibles en el paquete de bisagras de latón. Coloque el teclado en su orificio y marque los cuatro puntos de montaje. Utilice la broca más pequeña de su juego para perforar agujeros iniciales. Entonces atorníllelo. Los tornillos sobresaldrán un poco por encima de la parte superior. Si lo desea, retire los tornillos y lime los puntos. Reinstalar.

Interruptor, conector y LED

Empuje el interruptor en su orificio y gírelo para cambiar la posición de encendido. Asegúrelo con la tuerca proporcionada.

Del mismo modo, instale el conector, girándolo para un mejor acceso de soldadura.

Finalmente, coloque el LED en su soporte y empújelo en su orificio (desde el frente). Debe quedar bien ajustado.

Placa de circuito y batería

Normalmente dejo suficiente espacio en la caja para acceder al conector USB del microcontrolador (Nano) con un cable USB, sin mover la placa, porque facilita la depuración y los cambios. No hice eso aquí porque las cajas ya eran más grandes de lo que esperaba.

Creo que la cinta de espuma de dos caras es una buena forma de instalar la placa y la batería. Si usa una cantidad mínima de cinta, permite una fácil extracción y, al mismo tiempo, proporciona una instalación firme. Deje la cinta hasta que esté listo para abrocharse definitivamente.

Paso 6: Instale el cableado y el cableado

Alambrado

El conmutador es un DPDT. Los polos centrales se conectan a la batería. Los polos superiores se conectan al conector de carga. Y los polos inferiores se conectan al cabezal Vin / Gnd de Nano.

Suelde un clip de batería de 9V a los polos centrales del interruptor. El cable rojo definirá qué polo es positivo (+).

Suelde el cable de conexión desde los polos superiores del interruptor hasta el conector.

¡CAUTON! Asegúrese de que el lado negativo vaya a la clavija central del conector. ¿Por qué? Porque el voltaje de carga es negativo en la clavija central del enchufe del barril. Consulte el paso 8 para obtener una explicación.

Use un par de puentes de cinta M-F para conectar los polos inferiores del interruptor al cabezal del cable Vin / Gnd de Nano. Suelde los pines a los polos inferiores, asegurándose de que el positivo vaya a Vin sin que el cable se tuerza.

También use un par de puentes de cinta M-F para conectar el LED al cabezal en la resistencia limitadora de corriente de 1K en la salida “ESTADO” del HC-06. Suelde los pines a los cables del LED, asegurándose de que el cable más largo (ánodo) vaya a la resistencia.

Cableado

El teclado, la pantalla y el Nano utilizan conectores macho y puentes F-F para las conexiones. Tome nota de la orientación del color del puente cuando lo conecte a los encabezados y guárdelo para referencia futura.

El teclado tiene una conexión de tecla de matriz, cuatro filas y tres columnas, por lo que su conexión de encabezado usa 7 pines. Enchufe un puente de cinta F-F de 7 hilos en el cabezal y, sin torcerlo, conecte el otro extremo en la conexión del cabezal del teclado del Nano.

La pantalla tiene una conexión de encabezado de 5 pines, pero solo necesitamos 4 pines, para alimentación y datos en serie I2C (SDA, SCL). Enchufa un puente F-F de 4 cables en él. Separe el otro extremo en dos conectores de 2 cables y conéctelos a la regleta de alimentación de 5v de la placa de pruebas y al cabezal I2C de Nano en los pines A4-A5. Asegúrese de que + 5V mostrará 5V y SDA mostrará SDA.

Me gusta envolver los conectores hembra en cada extremo del cable para hacer una conexión más fuerte y facilitar el acoplamiento a los conectores macho.

Paso 7: descargue los bocetos y pruebe el sistema

Descargue y copie los dos bocetos de Arduino a continuación y péguelos en el IDE de Arduino (1.8.9 o posterior).

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

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

Creo que los bocetos le resultarán fáciles de entender porque me he ocupado de agregar comentarios útiles. Además, las funciones especiales de las bibliotecas simplifican los bocetos. Incluso si no comprende completamente una función, puede sentirse cómodo porque funciona, y probablemente podría usarla en un boceto propio con poco o ningún problema.

Conecte su computadora al conector Nano USB Mini B en el Master. Desafortunadamente, la placa Nano debe inclinarse hacia arriba para hacer esto. Encienda y compile / descargue el boceto maestro. Del mismo modo, repita esto con el esclavo. Ahora está listo para operar el sistema.

Retire los cables USB y encienda ambas cajas. Ahora debería ver que ambas pantallas se activan, mostrando todos los guiones. Esto muestra que la energía está encendida y el sistema está operativo. Espere hasta que se enciendan ambos LED de Bluetooth, lo que indica que se ha producido la conexión de Bluetooth entre el maestro y el esclavo.

Nota: la primera pulsación de determinadas teclas da como resultado una entrada alfabética.

“1” entra en “B”.

"4" entra "I"

"7" ingresa "N"

“*” Ingresa “G”

"0" entra en "O"

Pruebe con "B01". Las pantallas maestra y esclava deben mostrar "B-01"

Pruebe con otras entradas.

Ahora ingrese "B15" en el teclado maestro. Debería ver B-15 en ambas pantallas. Vuelva a entrar en B15 lentamente. Los caracteres en el maestro se mostrarán a medida que se ingresen. La pantalla Esclavo no cambiará hasta que se ingresen los tres caracteres en un número de Bingo.

Debería poder borrar los errores en cualquier momento presionando “#”. Hágalo, y la última entrada anterior debería borrarse en ambas pantallas. Sin embargo, si ingresa menos de tres caracteres y presiona “#”, solo se borrará la pantalla maestra. Por lo tanto, el espectador del esclavo no se dará cuenta de su error.

Eso completa la prueba. ¡Espero que haya tenido éxito!

Paso 8: Obtenga más información sobre los componentes

Teclado

Ver

y

Las teclas están supuestamente cableadas en una matriz de 4 filas y 3 columnas que se parece al teclado:

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

Las claves de cada fila y cada columna se conectan entre sí. Los cables de 7 filas y columnas salen a la conexión del cabezal de 7 pines del teclado. De acuerdo con la primera URL anterior, los primeros tres pines a la izquierda de mi encabezado son las columnas, y los siguientes cuatro pines a la derecha son las filas. Sin embargo, las dos URL parecen invertir el orden, a menos que estén mirando a diferentes lados del tablero. Supuse que la clave "1" define la columna 1 y la fila 1, y las otras columnas y filas proceden en orden numérico. Sin embargo, descubrí que las columnas y filas no se corresponden con la progresión ordenada de los números de pin en Nano, como se indica en ambas URL anteriores. No puedo encontrar ninguna otra razón que no sea que el teclado esté cableado de manera diferente.

 El cable plano del teclado se conecta al cabezal de 7 pines de la placa de pruebas de Nano sin torcerlo. Ese encabezado se conecta a las entradas D4-D10 de Nano. Descubrí que el orden tenía que ser como se muestra a continuación para que las teclas presionadas se muestren correctamente:

Los pines del teclado (1, 2, 3) se conectan a los pines Nano (D8, D10, D6} en ese orden

Los pines del teclado (4, 5, 6, 7) se conectan a los pines Nano (D9, D4, D5, D7) en ese orden

Eso definitivamente funciona bien. Los bocetos en el Paso 7 se encargan de asignar la conexión del pasador.

Monitor

Como ya se mencionó, hay cuatro secciones de pantalla LED alfanuméricas de 14 segmentos. Estas son controladas por la mochila, que pasa a través de cada una de ellas, encendiendo los LED correspondientes.

Sin la mochila, tendría que llevar 14 cables de alimentación LED a Nano, más una selección de pantalla de 4 cables / retorno común. Esas 18 líneas utilizarían los 18 pines de E / S nano digitales (D0-D12 y A0-A5), sin dejar nada para los 11 pines necesarios para la serie normal (Arduino IDE), la serie de software (Bluetooth) y el teclado (7 patas).

Con la mochila solo necesita los dos cables digitales I2C para el control, más dos cables de alimentación / tierra de + 5V.

Bluetooth (mostrado arriba)

El HC-06 es un pequeño módulo fantástico. Todo lo que tiene que hacer es darle los caracteres en serie que desea transmitir y leer los caracteres en serie que se le transmiten. Se encarga de todas las operaciones de Bluetooth.

Se conecta a una placa de pruebas estándar o un zócalo de PCB hecho de un cabezal hembra de 7 pines. Los seis pines son: + 5V de potencia y tierra, entrada serial de Nano RXD), salida serial a Nano (TXD) y salida STATE que usamos para conducir el LED que muestra cuando hay una conexión de los dos HC-06 en Maestro y el esclavo.

Batería y cargador

La batería es de iones de litio de “9 V”. (En este caso, 9V se aplica más a la configuración del paquete que al voltaje). Tiene dos celdas en serie, cada celda tiene una salida nominal de 3.6-3.7V. Por tanto, el voltaje nominal de la batería es de 7,2 a 7,4 V. Con carga completa, el voltaje de la batería puede alcanzar los 8,4 V. El siguiente gráfico muestra una curva de descarga típica y muestra cómo el voltaje se mantiene durante mucho tiempo. La batería tiene un circuito de protección interno que incluye un corte de aproximadamente 6,6 V (3,3 V por celda); A las baterías de iones de litio no les gusta estar completamente descargadas, y la rápida caída de voltaje al final de la descarga requiere un voltaje de corte razonablemente alto. Tenga en cuenta que el voltaje de corte es un poco menor que la especificación Nano mínima de 7 V, lo que permite que el espacio libre del regulador de voltaje esté por encima de la salida regulada de 5 V. Por lo tanto, es posible que Nano deje de funcionar antes de que lo haga la batería.

La potencia nominal de salida de la batería es de 600 miliamperios-hora. Medí el consumo de corriente del esclavo a 113 mA con una pantalla “B-88” y Bluetooth conectado. (Esa pantalla equivale a las pantallas que consumen más energía en nuestra aplicación BINGO). La sesión de BINGO a la que asisto dura aproximadamente 2,5 horas, con 6 juegos y aproximadamente 10 minutos entre juegos. Me he estado apagando entre juegos. Después de una noche llegué a casa, encendí la energía y esperé a que el esclavo dejara de funcionar, lo que sucedió 2,3 horas después. Leí el voltaje y era de 6,6 V, por lo que la batería se apagó antes de que lo hiciera Nano. Es seguro decir que la batería es más que adecuada para mi propósito.

Aquí están mis medidas de corriente esclava (a 7,2 V):

Todo funcionando, mostrando "B-88": 113 mA

(No es un número real de Bingo, pero es el promedio esperado: 7 segmentos LED en cada sección)

Pantalla despejada: 27 mA (la pantalla consume la mayor parte de la corriente: 113-27 = 86 mA)

Bluetooth no conectado, pantalla despejada: 64 mA

(Bluetooth ahora está transmitiendo, intentando conectarse. Parece ser un efecto de 64 - 27 mA = 37 mA).

Módulo Bluetooth eliminado después del apagado: 51 mA, después del encendido

(La pantalla son todas las barras. Cada barra tiene 2 LED, así que espere 2/7 x 86 = 25 mA para la pantalla.

por lo que la diferencia de 26 mA se debe a Bluetooth).

La corriente maestra será efectivamente la misma. El teclado no consume energía y las transmisiones por Bluetooth son muy breves.

El cargador y los cables de carga se muestran en la foto de arriba. Master y Slave se pueden cargar al mismo tiempo. Debido a los cables cortos, el cargador debe conectarse a un cable de extensión. El cargador funciona bien, excepto que uno de los LED no se apaga cuando la batería está completamente cargada; Hay comentarios similares en Amazon sobre los LED.

Los cables de carga están realmente diseñados para engancharse a una batería de 9V y conectarse a un conector de barril para alimentar un Arduino Uno u otra placa de circuito. Los uso para conectarlos al cargador. Pero hay que tener cuidado con la polaridad, como señalé en el Paso 6 y explico a continuación.

Cuando conectamos el cable de carga al cargador de 9V, el voltaje en el pin central del conector de barril es negativo, no positivo como si lo conectamos a una batería de 9V. Los conectores del cargador y del cable de carga tienen las mismas polaridades; tienen que hacerlo para que cada uno acepte una batería de 9V. Por lo tanto, el conector del cable de carga debe girarse 90 grados cuando se conecta al cargador, invirtiendo así las polaridades en el enchufe cilíndrico. Esto requiere conectar el negativo de la batería al terminal central del conector de carga.