Zähneputzen! - Gunook

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

Mein 5-jähriger Sohn mag es nicht, wie viele 5-jährige Kinder, seine Zähne zu putzen…

Ich fand heraus, dass das größte Hindernis nicht das Zähneputzen an sich ist, sondern die Zeit, die man dafür aufwendet.

Ich habe ein Experiment mit dem Countdown meines Handys gemacht, damit er die Zeit verfolgen kann, die er für jede Zahngruppe verbringt (unten links, unten rechts, oben links, oben rechts, vorne). Was ich aus diesem Experiment gelernt habe, ist, dass es ihm diese Aufgabe viel leichter macht. Danach hat er tatsächlich danach gefragt und sich die Zähne geputzt, ohne sich zu beschweren!

Also dachte ich mir: Ich mache ein kleines Countdown-Artefakt, das er selbst nutzen kann, damit er selbstständiger wird und sich hoffentlich öfter und sorgfältiger die Zähne putzt.

Ich weiß, dass es einige andere DIY-Projekte und kommerzielle Produkte gibt, die genau das tun, aber ich wollte ein bisschen basteln und mein eigenes Design erstellen.

Hier die Kriterien für mein Design:

• So kompakt wie möglich
• Zweistellige Zahlen und Zeichen anzeigen
• Geben Sie zu Beginn jeder Zahngruppe einen Ton aus
• Wiederaufladbar
• So einfach wie möglich zu bedienen

In diesem Ible zeige ich Ihnen, wie ich es entworfen und erstellt habe.

Genießen!

Lieferungen

• 1 x Arduino pro mini
• 2 x 7-Segment-Anzeige
• 1 x Druckknopf
• 1 x Spartransformator
• 1 x Piezo-Summer
• 2 x 470Ω Widerstände
• 1 x Lithium-Ionen-Lade-/Booster-Modul
• 1 x 17360 Li-Ion-Akku (auf dem Bild sehen Sie einen 18650 und seinen Halter, aber um ihn kompakter zu machen, habe ich meine Meinung später geändert)
• ein Perfboard
• einige Drähte
• etwas doppelseitiges schaumband
• ein Gehäuse (ich habe ein hölzernes gemacht, könnte 3D gedruckt werden)
• 4 x Gummifüße
• etwas CI-Kleber

Schritt 1: Löten Sie die Komponenten

Ich hatte zuvor einen Proof of Concept mit einem Arduino Uno und einem Protoboard erstellt, damit ich den Code schreiben und entscheiden konnte, welche Komponenten verwendet werden sollen. Ich werde diesen Teil des Prozesses nicht teilen, da er sehr langweilig ist und nicht viel dazu beitragen würde.

Schema

Die Schaltpläne sind in Tinkercad verfügbar: https://www.tinkercad.com/things/77jwLqAcCNo-migh… es ist nicht vollständig, da einige Komponenten nicht in der Bibliothek verfügbar sind und der Code nicht lauffähig ist, da er eine bestimmte Bibliothek benötigt. Trotzdem zeigt es ziemlich genau die Gesamtidee hinter der einfachen Schaltung.

In den folgenden Beschreibungen gebe ich nie an, welcher Pin absichtlich mit was verbunden ist. Ich denke, die Pinbelegung hängt davon ab, wie Sie Ihre Komponenten auslegen. Im nächsten Schritt finden Sie leicht heraus, wo Sie die Pinbelegung einstellen können, indem Sie den Arduino-Code bearbeiten

Layout

Ich legte zuerst auf das Perfboard, wo ich die 7-Segment-Ziffern in Bezug auf die Position des Arduino haben wollte. Es kommt vor, dass dieses spezielle Perfboard sehr praktisch ist: Es ist ziemlich ähnlich wie ein Proto-Board mit praktischen Anschlüssen und doppelseitig bedruckt. Wenn ich die Segmente auf einer Seite und das Arduino auf der anderen stelle, kann ich die meisten Ziffernpins mit den I / O-Pins übereinstimmen und ich erhalte ein sehr kompaktes Layout!

Wenn Sie eine Möglichkeit haben, Ihre eigenen Boards zu drucken (herstellen), dann ist es vielleicht das Beste, Ihre eigenen zu entwerfen.

Ziffern

Ich habe herausgefunden, dass der einfachste Weg, zweistellige Zahlen und Symbole anzuzeigen, darin besteht, 7-Segment-LED-Ziffern zu verwenden.

Wie 7-Segment-Ziffern in Bezug auf den Arduino funktionieren

Eine Ziffer mit 7 Segmenten hat 10 Pins: einen für jedes Segment, einen für den Punkt/die Periode und zwei für die gemeinsame Anode/Kathode (später A/K genannt) (intern miteinander verbunden). Um die Anzahl der von den Segmenten verwendeten Pins beim Arduino zu reduzieren, werden alle Segmente und Dot-Pins miteinander und mit einem I/O-Pin verbunden, was 8 verwendete I/O-Pins summiert. Dann wird einer der A/K-Pins jedes Segments mit einem anderen I/O-Pin verbunden. Im Fall einer 2-Segment-Anzeige summiert sich dies auf 10 I/O-Pins-Belegung (7 Segmente + 1 Punkt + 2 Ziffern x 1 A/K = 10).

Wie kann es dann bei jeder Ziffer verschiedene Dinge anzeigen? Die Bibliothek, die diese I/O-Pins ansteuert, nutzt dies auf die Persistenz der Netzhaut des menschlichen Auges. Es schaltet den A/K-Pin der gewünschten Ziffer ein und alle anderen aus, stellt die Segmente richtig ein und wechselt dann schnell mit den anderen Ziffern mit ihren eigenen A/K-Pins. Das Auge "sieht" das Blinzeln nicht, da es eine hohe Frequenz hat.

Löten

Ich lötete zuerst die Ziffern und die Verbindungen zwischen ihnen, dann lötete ich das Arduino auf der anderen Seite. Sie werden feststellen, dass es wichtig ist, alle Ziffernverbindungen vor dem Löten des Arduino durchzuführen, da Sie dadurch nicht auf die Rückseite der Ziffern zugreifen können, sobald sie vorhanden sind.

Wählen Sie einen geeigneten Strombegrenzungswiderstand

Das Datenblatt für meine Displays gibt einen Durchlassstrom von 8mA und eine Durchlassspannung von 1,7V an. Da der Arduino, den ich verwende, mit 5 V arbeitet, muss ich 5 - 1,7 = 3,3 V bei 8 mA fallen lassen. Anwenden des Ohmschen Gesetzes: r = 3,3 / 0,008 = 412,5 Die nächsten Widerstände, die ich habe, sind 330 und 470. Zur Sicherheit habe ich den 470Ω Widerstand gewählt, um den Strom durch die einzelnen Dioden des Displays zu begrenzen. Die Helligkeit des Displays ist umgekehrt proportional zum Wert dieses Widerstands, daher ist es wichtig, für jede Stelle denselben Wert zu verwenden.

Piezo-Summer

Wie kann man mit einem Arduino einfach einen Sound ausgeben und gleichzeitig kompakt halten? Der beste Weg, den ich gefunden habe, ist die Verwendung eines dieser schlanken Piezo-Summer, die zum Beispiel in Türalarmen zu finden sind.

Wir brauchen jedoch eine Möglichkeit, den von diesem Summer ausgegebenen Ton zu verstärken, denn wenn wir ihn direkt an den Arduino anschließen, ist es schwer, etwas davon zu hören. Wir werden ihn auf diese beiden Weisen verstärken:

• Bei einem Spartransformator, der die Spannung erhöht, ist der Piezo umso lauter, je höher sie ist
• mit einem passiven Akustikverstärker, im Grunde eine Box, wie eine Gitarre: wenn man den Piezo zum Beispiel auf einer Pappe befestigt, wird man sofort einen lauteren Klang bemerken

Ein Spartransformator befindet sich in demselben Türalarm, es ist ein kleiner Zylinder mit normalerweise 3 Stiften. Ein Pin geht zum Arduino I / O-Pin, einer zum Piezo und der letzte ist sowohl mit dem Arduino GND als auch mit dem anderen Piezo-Draht verbunden. Es ist schwer zu wissen, welcher Pin welcher ist, also probieren Sie verschiedene Konfigurationen aus, bis Sie den lautesten Ton aus dem Piezo hören.

Leistung

Haftungsausschluss: Ich weiß, dass es eine schlechte Idee sein kann, direkt auf einer Lithium-Ionen-Zelle zu löten, tun Sie es nicht, wenn Sie sich damit nicht wohl fühlen.

Ich habe mich entschieden, die Schaltung mit einer kleinen Lithium-Ionen-Zelle zu versorgen, was die Verwendung eines Moduls zum Schutz, zum Aufladen und zur Erhöhung der Spannung auf 5 V impliziert (Li-Ionen-Zellen produzieren normalerweise etwa 3,6 V). Ich habe das Modul von einer billigen Powerbank genommen und den umständlichen USB-A-Stecker abgelötet.

Das Modul zeigt an, wo die Zelle angeschlossen werden muss. Auf der Suche nach der Pinbelegung der USB-A-Buchse konnte ich die 5VCC-Drähte des Moduls mit den Arduino GND- und VCC-Pins verbinden. Wenn Sie sich jemals entschieden haben, den Arduino mit mehr als 5 V zu versorgen, sollten Sie dies über den RAW-Pin speisen, damit Sie den integrierten Spannungsregler auf die vom ATMega benötigten 5 V senken können.

Da es sich um eine wiederaufladbare Stromquelle handelt, brauchte ich eine Möglichkeit, um zu wissen, wann sie entladen ist. Dazu habe ich das positive Ende der Zelle mit einem analogen Pin des Arduino verbunden. Während der Setup-Sequenz lese ich diese Spannung und wandele sie in eine lesbare Weise um, um den Ladezustand zu bewerten. Ich habe ein Wesentliches über die Lithium-Ionen-Kapazitätsformel geschrieben. Später erkläre ich, wie ich es anzeige.

Taste

Wir brauchen eine Möglichkeit, den Countdown zu starten, und dafür wäre ein Ein / Aus-Wippschalter in Ordnung gewesen. Ich entschied mich, einen momentanen Druckknopf zu verwenden, der zwischen GND- und RESET-Pins angeschlossen ist. Am Ende des gesamten Countdown-Zyklus geht der Arduino in einen Tiefschlafzustand und kann entweder durch Aus- und Einschalten oder durch Setzen des RESET-Pins auf niedrig aufgeweckt werden, was praktisch ist. Mit diesem Druckknopf kann ich den Countdown "einschalten" und ihn jederzeit zurücksetzen. Ich kann zwar nicht den Countdown drehen, wann es gestartet wird, aber es ist keine große Sache, denke ich.

Schritt 2: Code bearbeiten und hochladen

Den Code finden Sie im Anhang. Es verwendet eine Bibliothek namens SevSeg, die Sie entweder mit dem Bibliotheksmanager der IDE installieren oder unter https://github.com/DeanIsMe/SevSeg herunterladen können.

Es gibt mehrere Änderungen, die Sie möglicherweise vor dem Hochladen vornehmen möchten:

Countdown

Für jede Zahngruppe wird ein Countdown angezeigt. Ich habe es für jede Gruppe auf 20 Sekunden eingestellt. Es gibt 5 Gruppen und einige Pausen für die Symbolanzeige dazwischen (siehe unten), so dass die Gesamtzeit für das Zähneputzen etwa 2 Minuten betragen sollte. Ich habe gehört, dass dies der empfohlene Zeitpunkt ist.

Wenn Sie den Timer ändern möchten, sehen Sie sich Zeile 14 an.

Pinbelegung

• Wenn Sie Common-Cathode-Displays verwenden, ändern Sie Zeile 84 in "COMMON_CATHODE"
• für die Segment-Pins Zeile 82 ändern (derzeit auf 4 bis 11 eingestellt)
• für die A/K-Pins, Zeile 80 ändern (derzeit auf 2 und 3 eingestellt)
• für den Spannungssensor ändern Sie die Pinleitung 23 (derzeit auf A0)
• für den Summer, ändern Sie die Stiftzeile 19 (derzeit auf 12 eingestellt)

Geräusche

Ich habe einige Musiknoten mit ihrer ungefähren Häufigkeit von Zeile 36 bis 41 definiert. Wenn Sie das Gefühl haben, dass Sie verschiedene Töne spielen möchten, können Sie dieser Liste mehr hinzufügen.

Es zahlt 2 verschiedene Töne:

• eine Art Zirpen zu Beginn jeder Zahngruppe, Zeile 206
• ein "Party"-Ton ganz am Ende (eine Art Belohnung), Zeile 201

Sie können diese Töne ändern, die Listen enthalten eine Abwechslung von Musiknote und Dauer der Note, seien Sie kreativ!

Animation

Am Anfang jeder Zahngruppe befindet sich eine Anzeige, die die jeweilige Zahngruppe symbolisiert. Die fünf Gruppensymbole sind von Zeile 71 bis 74 definiert. Sie können dies bearbeiten, wenn Sie möchten.

Ganz am Ende der Sequenz werden diese Symbole abgewechselt, um eine Art Animation zu bilden.

Batteriestandsanzeige

Ganz am Anfang der Sequenz wird der Batteriestand als "Balken"-Anzeige für 3 Sekunden angezeigt. Jede Ziffer kann drei horizontale Balken anzeigen. Wenn alle 6 Balken angezeigt werden, bedeutet dies, dass der Akku voll ist. Die Balken leuchten nicht von oben nach unten und von links nach rechts, während der Batteriestand abnimmt. Sie können dies ändern und eine Zahl anzeigen, die den verbleibenden Prozentsatz der Energie darstellt, wenn Sie möchten. Der Code befindet sich in Zeile 100.

Schritt 3: Erstellen Sie ein Gehäuse

Im Anhang finden Sie ein Sketchup-Modell des von mir entworfenen Modells.

Es wird wahrscheinlich nicht Ihren Anforderungen entsprechen, da es stark von der Kompaktheit und der Größe Ihrer Schaltung / Komponenten abhängt. Passen Sie es an, wie Sie es brauchen:)

Ich habe 3/16 "Birkensperrholz, denke ich, und einen 1/2" Runddübel für die Knopfkappe verwendet.

Sie werden feststellen, dass die Rückseite der Box, an der der Piezo-Summer angebracht wird, geschnitzt ist. Hier führe ich die passive akustische Verstärkung durch.

Schritt 4: Einbauen der Komponenten in das Gehäuse

Ich habe doppelseitiges Schaumstoffband verwendet, um den Akku, das Ladegerät / Booster-Modul und den Piezo-Summer an Ort und Stelle zu halten. Ich habe etwas davon auch als Abstandshalter zwischen dem Perfboard und dem Sperrholz verwendet, sonst würde das Display nicht so schön hervorstehen.

Ich habe den Druckknopf mit CI-Kleber geklebt, aber es war nicht genug, um dem Druck beim Betätigen standzuhalten, also habe ich einen Dübel mit kleinem Durchmesser verwendet, um ihn an Ort und Stelle zu halten (siehe Bild).

Ich habe auch CI-Kleber verwendet, um den Piezo-Summer auf die Rückplatte zu kleben, bevor ich ihn schloss.

Meine Empfehlung: bei der Montage hin und wieder testen, ob alles funktioniert, ich musste einige Kurzschlussbereiche mehrmals öffnen und isolieren!

Fügen Sie unten ein paar Gummifüße hinzu, um einen professionellen Look zu erzielen;)

Schritt 5: Fazit

Möglicherweise stellen Sie fest, dass die Ziffern auf dem Kopf stehen. Dies ist ein Fehler, den ich beim Anordnen der Komponenten gemacht habe. Ich habe dieses Problem gelöst, indem ich die Pinbelegung verschoben habe, es ist keine große Sache, da ich den Punkt / die Periode nicht verwende.

Wie auch immer, dieses Projekt hat wirklich Spaß gemacht und mein Kind liebt es!

Zögern Sie nicht, Ihre Kommentare und Vorschläge zu posten!

Vielen Dank fürs Lesen.