Lithium-Ionen-Akku Bluetooth-Anzeigetafel - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Einführung

Das Projekt basiert auf meinen Instructables aus dem letzten Jahr: Bluetooth Table Tennis Scoreboard

Das Scoreboard ist für Amateursportler und Tischtennisspieler gedacht. Es ist jedoch nicht nur für Tischtennis geeignet. Kann für andere Sportarten wie Volleyball, Badminton und alle Sportarten verwendet werden, die Punktezählen erfordern. Durch einfache Softwareänderung könnte die Software auf jeden maximalen Punktwert im Spiel angepasst werden.

Das technische Prinzip basiert auf der Kommunikation über Bluetooth zwischen der Tischeinheit (Einheit unter dem Tisch) und dem Scoreboard selbst. Auf jeder Spielerseite sind zwei Kontrollboxen unter dem Tisch montiert und per Kabel mit der Tischeinheit verbunden. Spieler drücken nach jedem Gewinnpunkt die große Touch-Taste auf der Control Box. Entsprechend dieser Aktion wird die Punktzahl an Bord auf einen Wert plus einen Punkt geändert.

Im Vergleich zum alten Projekt gibt es einige wesentliche Verbesserungen:

• Anzeigetafel ist Sicherheit. Keine Netzspannung 220V mehr! Stromversorgung besteht aus zwei Li-Ion-Akkublöcken mit je zwei Akkus, Typ 18560. Tischgerät wird weiterhin mit einem Akku Li-Ion 18560 betrieben.
• Der Aufbau ist vereinfacht und alle Komponenten befinden sich auf einer größeren Leiterplatte.
• Rahmen ist kleiner und dünner, ca. 3,0 cm und Größe genau A4.
• Software ist eine neue Version mit korrigierten Fehlern.

Haupteigenschaften:

• Großes 7-Segment-Display 2,3 Zoll
• Touch-Steuerungstasten
• Softwaregesteuerte Regeln nach internationalen Regeln für Tischtennis
• Bluetooth überträgt Daten vom Tisch zum Scoreboard
• Batteriestatusanzeigen
• Akkulaufzeit min. 5 Stunden (Anzeigetafel) und ca. 12 Stunden für die Systemsteuerung
• Steuerkästen unter dem Tisch auf jeder Spielerseite
• Tischeinheit unter dem Tisch montiert, verbunden mit zwei Kontrollboxen Kontrollbox mit Front-Touch-Taste ermöglicht das Hinzufügen von Punkten plus einem Punkt für jeden Spieler
• Steuerbox mit Back-Touch-Taste ermöglicht Korrektur minus eins im Fehlerfall
• Die Korrektur wird nur für den Spieler mit dem letzten erhöhten Punktewert akzeptiert
• Tonbestätigung bei jedem Tastendruck
• Unterschiedlicher Melodieklang am Ende von Spiel und Match
• Das Endergebnis wird 10 Sekunden nach dem Ende des Spiels angezeigt
• Das Spielende aktiviert den Start eines neuen Spiels, indem es in den Einstellungsmodus wechselt

Einstellung erlauben Auswahl:

• Anzahl der Spiele für das Spiel, Voreinstellung ist 3, Optionen 4 bis 9
• Der erste aufschlagende Spieler A oder B, voreingestellt A
• Wechseln Sie die Seite nach jedem Spiel, wenn die Seite gewechselt wird, wird auch der angezeigte Spielstand auf der Anzeigetafel gewechselt

Lieferungen

Anzeigetafel:

IC1 MAX7219 Led-Display-Treiber, Led-Treiber

• IC2, IC3 MAX394 (oder MAX333 was günstiger ist), 2x, Analog Switch
• U1 Arduino Nano, Arduino
• U2 HC-05 Kabelloses Bluetooth, HC-05
• X1 Audiomodul LM386
• Q1 - Q6, IRF540 N-Kanal 6 x, MOSFET
• TTP1 - TTP4 Sensor Touch klein 4x, TTP223A
• LED1 -LED6, 7-Segment 2.3", 6x, Display
• LED7, 7-Segment 0,56", Kleines Display
• LED8, LED9, LED weiß 2x
• LED10 LED blau
• LED11 LED rot
• K3, K4 Relais TQ2-5V, 2x, Relais
• R1, R2, R6, R16 Widerstand 1k 4x,
• R3, R4 Widerstand 470 2x,
• R5-Widerstand 100,
• R7, R8 Widerstand 22k, 2x,
• R9 - R14 Widerstand 4k7 6x,
• R15 Widerstand 220,
• C1, C5 Kondensator M1 2x,
• C2 Kondensator 10M,
• C3, C4 4700M 2x,
• B1, B2 Brücke oder Jumper,
• P1 - P3, Anschlüsse 6P 2x, 4P 1x, JST XH
• Anschlüsse für Displays 2,3 Zoll, Pinhead
• Lautsprecher 3W
• Doppel-LI-Ionen-Akku 2x, Halter
• Lithium-Ionen-Akkus 4x, 3000mAh
• USB-Anschluss, Breakout-Board, C-Typ
• Schraubklemme,
• Schalter DPDT, Toggle
• A4-Rahmen,

Tischeinheit:

• U1 Arduino Nano, Arduino,
• U2 HC-05 Kabelloses Bluetooth, HC-05
• U3 Doppelschalter,
• U4 Audiomodul, LM386
• R1 Widerstand 1k,
• R2, R3 Widerstand 22k, 2x
• C1 Kondensator 470M,
• C2 Kondensator M1,
• J1 Doppelstecker, Telefon
• Lithium-Ionen-Akku, 3000mAh
• Lithium-Ionen-Akku, Einzelhalter
• Breakout-Board mit USB-Anschluss, Typ C
• SPST schalten,
• Lautsprecher 3W
• Kunststoffbox, Box groß

Kontrollkasten:

• Sensor Touch groß 4x, TTP223B
• 4-adriges Telefonkabel ca. 3m
• Telefonanschluss 2x
• Kunststoffbox, Box klein

Kondensator, Widerstand, Schrauben und andere Kleinteile sind im lokalen Handel erhältlich.

Erforderliche Hauptwerkzeuge:

• Akku-Bohrschrauber
• Lötkolben
• Schraubenzieher set
• Kabel-Crimpzange

Schritt 1: Schaltplan

Anzeigetafel

Detaillierte Beschreibung der kompletten elektrischen Verkabelung ist im Originaldokument enthalten. Diesmal würde ich nur Unterschiede erklären.

Neue Batteriestromversorgung sollte die alte mit zwei Spannungen ersetzen: +5V und -5V. Eine Batterie-Nennspannung beträgt etwa 4,2 V, dies ist nicht ausreichend. Wir brauchen eine Boost-Spannung. Batteriehalter mit integriertem Spannungsbooster für 5V ist eine gute Lösung. Darüber hinaus enthält der Batteriehalter ein integriertes Batterieladegerät und einen Lithium-Batterieschutz. Auf diese Weise können Batterien im Halter geladen werden.

Für größeren Strombedarf befinden sich in jedem Fach zwei Batterien. Hier eine sehr grobe Berechnung ohne Berücksichtigung des Wirkungsgrades: Die Stromaufnahme beträgt ca. 300mA für jede Batteriequelle 5V. Bei Annahme von 10 Stunden Betriebszeit benötigen wir 1500mAh mal 10, das bedeutet 15000mAh für 2 Akkus. Das bedeutet 7500mAh für eine Akkuleistung. Es ist viel mehr als die typische Kapazität von etwa 3500 mAh. Um mit einer Betriebszeit von ca. 5 Stunden zufrieden zu sein, können Li-Ionen-Akkus vom Typ 18650 mit einer Energie von 3000 bis 4200 mAh verwendet werden.

Problem ist das Aufladen des Akkus. Beide Akkupacks teilen sich eine Spannungsebene, wir können Masse sagen. Quelle +5V. durch Klemme Minus und zweite Quelle -5V durch Klemme Plus. Ausgänge für beide Akkupacks sind in Reihe geschaltet. Während des Ladevorgangs müssen Netzteile parallel geschaltet werden, wenn wir die Verwendung von zwei externen Ladegeräten nicht verhindern. Aus diesem Grund werden die Relais K3 und K4 zum Schaltplan hinzugefügt.

Relais werden aktiviert, wenn das Ladegerät an +5V angeschlossen wird. In diesem Fall werden Netzteile von serieller Verbindung auf parallel geschaltet. Während des Ladevorgangs Das Scoreboard konnte nicht verwendet werden, dies ist ein Nachteil. Der zweite Nachteil ist die relativ lange Ladezeit. Ladegerät im Batteriehalter und zusätzliches externes Ladegerät mit 5 V bilden eine nicht sehr effektive Kombination. Die Ladezeit beträgt über 12 Stunden. Wenn Sie vorhaben, Batterien außerhalb des Instruments aufzuladen, können Sie das Relais weglassen und dies extern schneller, aber weniger komfortabel tun.

Tischgerät und Steuerboxen:

Die neue Tischeinheit ist im Vergleich zur alten nicht sehr verändert. Die LED "State" und "On" der Batterie sind nicht von der Halterung zur Frontplatte verdrahtet und durch die Löcher in der Seite der Box sichtbar. Auf diese Weise wird die Verkabelung vereinfacht und daher sollte diese Seite der Box die Vorderseite sein. Lautsprecher ist auch auf diese Seite ausgerichtet.

Anstelle von zwei Telefonanschlüssen für die Kabel der Steuerbox gibt es nur einen doppelten Telefonanschluss. Die Verbindung zum Audiomodul wurde geändert, um das Rauschen im Lautsprecher zu verringern.

Schritt 2: Konstruktion

Anzeigetafel

Für PCB-Design bin ich es gewohnt, PCB in Eagle zu entwerfen, aber dieser Fall war etwas Besonderes. PC-Board ist relativ groß, Größe 285 x 206 mm ist zu viel für Eagle, kostenlose Version. Auf der Suche nach einer anderen PCB-Software habe ich Easyeda gefunden. Es ist kostenlos und akzeptiert PCB in jeder Größe. Im Inneren der Platine befinden sich zwei große Aussparungen für Batteriehalter und eine für Lautsprecher. Die Herstellung wurde von JLCPCB durchgeführt und alle abgeschnittenen Teile wurden vom Hersteller geschnitten. Ich habe mich gefreut, denn das spart mir einiges an Arbeit.

Wenn Sie die Tafel nicht bestellen möchten, habe ich Gerber-Dateien für zwei Tafeln Scoreboard und Table Unit Board beigefügt. Es ist eine neue Version mit Relais. Auf dem Bild in meinem Artikel gibt es noch eine alte Version mit Relais auf der externen Platine, nicht verwechseln.

PCB wird auf A4-Rahmen platziert. Ich habe einen Fotorahmen in einem größeren Baumarkt gekauft. Es könnte ein beliebiges A4 sein, sollte aber etwa 3 cm tief sein. Platine enthält Löcher für die Montage und wird mit Schrauben durch Kunststoffhalterungen befestigt.

Frontplatte ist mit transparentem Acrylglas abgedeckt. Unter Glas befindet sich eine Fotopapiermaske mit ausgeschnittenen Fenstern für Displays. Ursprünglich hatte ich vor, Milchacrylglas ohne Maske zu verwenden, aber die Sicht war schlecht. Zum Schluss habe ich vorne, transparentes Acrylglas aufgesetzt. Löcher für Batterieindikatoren sind nicht notwendig geschnitten, Licht ist durch Papier sichtbar.

Achten Sie darauf, dass die obere Ebene der Komponenten knapp unter dem Acrylglas bleibt. Dies gilt insbesondere für alle Displays, alle LEDs und alle Touch-Button-Module. Das hängt von der Steckdosengröße ab. Für Displays verwende ich runde Stiftköpfe. Sie sind zuverlässiger und die Höhe ist akzeptabel. In meinem Fall verwende ich Distanzscheiben, um das obere Niveau für Touch-Tasten und LEDs zu halten.

Papiermusk wird von Sketch in Windows erstellt. Um es lebendiger zu machen füge ich ein Foto von Wiese ein..

Tischeinheit

Die Statusanzeigen am Batteriehalter sind direkt durch die Löcher in der Frontplatte sichtbar. Auf der gleichen Seite der Tischeinheit befinden sich Löcher für den Lautsprecher.

Kontrollkasten

Zwei Kabel für Steuerboxen sind standardmäßige 4-adrige Telefonkabel. Sie werden in jeder Box ohne Stecker angebracht und fixiert. Auf der anderen Seite der Kabel wird der Telefonstecker mit einem Kabel-Crimpwerkzeug angebracht.

Im Inneren der Box werden die Drähte direkt an die Prototyp-Leiterplatte gelötet. Auf dieser Platine sind zwei Berührungssensoren senkrecht auf jeder Seite der Box montiert. An der Stelle des Berührungsbereichs befindet sich ein Loch mit einem Durchmesser von 12 mm, das leicht zugänglich ist. Der Aufbau geht aus den beigefügten Fotos hervor.

Schritt 3: Software

Zwei Arduino-Ino-Dateien, eine für die Anzeigetafel und eine für die Tischeinheit (Steuerbox) sind unten. Bluetooth-Module HC-05 müssen zuerst gepaart werden. Verwenden Sie Arduino, AT-Befehle und die besten Anweisungen finden Sie hier. In der Anzeigetafel befindet sich der Master, der Slave befindet sich in der Tischeinheit. Empfohlene Baudrate ist 38400 und Adressmodus als "fix".

Beide genannten ino-Dateien sollten durch die gemeinsame Datei pitches.h ergänzt werden. Wie zu tun ist auf der Website Arduino. Dieses Mal wurden ino-Dateien und alle anderen Dateien problemlos in den Instructables-Editor geladen und ich hoffe, dass sie leicht heruntergeladen werden können.

Im Allgemeinen unterscheiden sich neue Dateien nicht sehr von alten, ursprünglichen. Was wird verbessert:

• Im Switch Side-Modus werden dienende Spieler im richtigen Moment des Spiels ersetzt, altes Problem ist behoben
• Die Korrekturschaltfläche ist nur für den zuletzt bedienten Spieler aktiviert
• Punktezählung und Auswahl des aufschlagenden Spielers nach Korrektur über den Touch-Button in der Control Box ist behoben.

Was das Arduino-Programm betrifft, bin ich kein Programmierer und ich weiß, dass Code nicht perfekt optimiert werden kann, aber fast perfekt funktioniert.

Schritt 4: Fazit

Die Helligkeit von 7-Segment-Zahlen auf angezeigten Fotos ist verblasst, stimmt aber nicht. Tatsächlich ist es klar und scharf.

Sie können das Originalvideo sehen, bei dem die Helligkeit in Ordnung ist. Im nächsten Video1 sehen Sie eine Demonstration des Zählens von Punkten auf dem Battery Scoreboard. Auch bei diesem Video gibt es ein Problem mit klarem Segmentlicht, aber das Problem wird durch starke Beleuchtung während der Videoaufnahme verursacht.

Es gibt noch einige Möglichkeiten oder Verbesserungsvorschläge. Der Stromverbrauch könnte reduziert werden, indem 7-Segment-Displays durch TFT-LCD-Displays mit einer Größe von etwa 2,3 Zoll ersetzt werden. Wenn nur Zahlen angezeigt würden, wäre Speicherplatz für Arduino akzeptabel?

Ich hoffe, Sie werden dieses Projekt und den Sport auch genießen.