無線字母閃光器：Radio Shack經(jīng)典電路混音

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們通過將當(dāng)今的BLE技術(shù)與老式的科學(xué)博覽會(huì)計(jì)算機(jī)套件相結(jié)合，將新舊結(jié)合。

幾十年來，Radio Shack除了提供其他產(chǎn)品外，還提供了各種項(xiàng)目工具包。使用這些工具包，初露頭角的電子實(shí)驗(yàn)者和業(yè)余愛好者可以學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)并表達(dá)他們的創(chuàng)造力。本著同樣的精神，本文介紹了一個(gè)新項(xiàng)目，該項(xiàng)目將90年代初的Radio Shack套件與Arduino Nano 33 BLE Sense板集成在一起。

我們將使用的套件是科學(xué)博覽會(huì)200合1電子項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室。項(xiàng)目完成后，傳感板將使用藍(lán)牙低功耗（BLE）通信來控制科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室的不穩(wěn)定多諧振蕩器電路，使其7段LED顯示屏切換字母“a”和“E”。

項(xiàng)目概念

無線字母閃光器由五個(gè)部分組成：

7段LED顯示屏，包含在科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室中。

一種晶體管非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路，同樣包含在科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室中。

晶體管驅(qū)動(dòng)的機(jī)電繼電器模塊。

Arduino Nano 33 BLE感測板。

藍(lán)牙移動(dòng)應(yīng)用程序，您需要將其安裝在平板電腦或智能手機(jī)上。

藍(lán)牙應(yīng)用程序與Arduino Nano芯片組通信，充當(dāng)設(shè)備的無線網(wǎng)關(guān)控制器。Arduino Nano感測板連接到機(jī)電繼電器模塊。繼電器通過向開關(guān)電路提供4.5 V DC電源，使非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器能夠運(yùn)行。

最后，非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器驅(qū)動(dòng)一組LED段。LED段被接線，以便它們以多諧振蕩器中的電阻電容定時(shí)電路確定的間隔顯示字母“A”和“E”。

圖2說明了項(xiàng)目概念。

7段LED顯示屏連接到非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，該多諧振蕩器連接到繼電器模塊，該繼電器模塊連接到Arduino Nano傳感板，該傳感板通過藍(lán)牙連接到移動(dòng)設(shè)備。

圖2:無線字母閃光器的框圖。圖片由Don Wilcher提供

制作此項(xiàng)目的過程可分為兩部分：

物理項(xiàng)目構(gòu)建。

藍(lán)牙軟件設(shè)置。

在我們討論之前，讓我們先看看科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室及其不穩(wěn)定多諧振蕩器電路。

200合1電子項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室

科學(xué)博覽會(huì)200合1電子項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室首次出現(xiàn)在1993年的Radio Shack目錄中（圖3）。

1993年Radio Shack目錄的封面（左）和第136頁（右）。

圖3。1993年Radio Shack目錄中的頁面。我們正在使用的科學(xué)博覽會(huì)工具包可以在右下角看到。圖片由RadioShackCatalogs提供

200合一電子項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室是早期200合1電子項(xiàng)目套件的修改版本，其實(shí)驗(yàn)室手冊(cè)中包含了類似的項(xiàng)目。與該套件一樣，其所有電子元件都安裝在紙板基板上。每個(gè)組件都通過固定在彈簧端子上的引線連接到基板上。

無線字母閃光器將使用科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室提供LED顯示屏和驅(qū)動(dòng)LED顯示屏的不穩(wěn)定多諧振蕩器。讓我們檢查一下這個(gè)電路的工作情況。

可控多諧振蕩器電路

非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一種經(jīng)典的振蕩電路，它包含兩個(gè)有源元件和可變數(shù)量的無源元件。在給定時(shí)間，兩個(gè)有源組件中的一個(gè)將打開并處于飽和模式，最大電流流過它。另一個(gè)將關(guān)閉，因此處于截止模式。這種飽和和截止行為產(chǎn)生的信號(hào)是方波。

圖4取自無線字母閃光器的較大示意圖，展示了最終允許我們切換LED段的不穩(wěn)定多諧振蕩器電路。項(xiàng)目建成后，4.5 V直流電源將連接到電阻器R1和R3。

科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路圖。

圖4。非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的電路圖。圖片由Don Wilcher提供

該電路的組件包括：

兩個(gè)NPN晶體管（Q1和Q2）。

兩個(gè)100μF電容器（C1和C2）。

兩個(gè)串聯(lián)的4.7 k?電阻器（R1和R2）。

一個(gè)10 k?電阻器（R3）。

由于方波是對(duì)稱的，我們應(yīng)該有R1+R2=R3和C1=C2。R1和R2共同提供了9.4 k?的總電阻，這足夠接近R3的10 k T電阻值，電路將產(chǎn)生近似方波。

非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的開關(guān)輸出頻率可以通過以下方程式得出：

其中R是定時(shí)電阻器，C是定時(shí)電容器。因?yàn)樗鼈兪谴?lián)的，所以R1和R1被視為一個(gè)電阻器。

根據(jù)上述方程，科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出開關(guān)頻率約為0.714 Hz。LED將每1.4秒在顯示字母“A”和字母“E”之間切換一次，從而產(chǎn)生良好的視覺效果。

有了這個(gè)，是時(shí)候開始組裝無線字母閃光器了。

項(xiàng)目建設(shè)

在項(xiàng)目的這一部分，我們將把一個(gè)支持BLE的感測板——更具體地說，是Arduino Nano 33 BLE sense Rev2——連接到機(jī)電繼電器模塊。感應(yīng)板如圖5所示。

Arduino Nano 33 BLE Sense Rev2。

圖5。Arduino Nano 33 BLE感測板。圖片由Arduino提供

正如本文前面提到的，機(jī)電繼電器模塊有一個(gè)板載NPN晶體管。一旦感測板和模塊連接在一起，Arduino Nano的引腳13將提供適當(dāng)?shù)钠?，以打開該晶體管并啟用機(jī)電繼電器模塊。

圖6顯示了將感測板連接到機(jī)電繼電器模塊的電氣接線圖。

感測板和繼電器模塊的接線圖。

圖6。Arduino Nano 33 BLE感測板連接到機(jī)電繼電器模塊的示意圖。圖片由Don Wilcher提供

如圖6所示，常開（N.O.）觸點(diǎn)與科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室的電源開關(guān)并聯(lián)連接。電源開關(guān)允許我們測試不穩(wěn)定多諧振蕩器電路，并確保字母正確切換?？蛇x的SNAP電路LED提供了一個(gè)遠(yuǎn)程指示燈，因此我們可以確保感測板的引腳13正確偏置繼電器模塊的板載晶體管。

圖7中的引腳為我使用的繼電器模塊提供了額外的接線細(xì)節(jié)。如果您決定使用其他模塊，則需要參考模塊的數(shù)據(jù)表。

機(jī)電繼電器模塊的引腳。

圖7。機(jī)電繼電器模塊引腳。圖片由Don Wilcher提供 

圖8顯示了連接到機(jī)電繼電器模塊的感測板。

Arduino Nano感測板連接到機(jī)電繼電器模塊的照片。

圖8。Arduino Nano連接到機(jī)電繼電器模塊。圖片由Don Wilcher提供

該項(xiàng)目原型硬件的示意圖如圖9所示。在連接項(xiàng)目的三個(gè)電子子電路時(shí)，請(qǐng)參考此圖。

圖9。無線字母閃光器電路示意圖。圖片由Don Wilcher提供（點(diǎn)擊圖片放大）

一旦接線完成，設(shè)備應(yīng)該看起來像圖10中的原型。

無線字母閃光器設(shè)備原型。

圖10。無線字母閃光器設(shè)備原型。圖片由Don Wilcher提供

我們現(xiàn)在準(zhǔn)備將“無線”放入“無線字母閃光器”中。一旦我們完成了這項(xiàng)工作，該項(xiàng)目就完成了。

 藍(lán)牙通信設(shè)置

要在無線字母閃光器和我們的移動(dòng)設(shè)備之間建立無線通信，我們需要做的第一件事是將ArduinoBLE外圍代碼上傳到感應(yīng)板。安裝ArduinoBLE庫的說明可以在這里找到。此庫允許我們從兼容的BLE設(shè)備無線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

我們使用的Arduino Nano感測板有一個(gè)Nordic Semiconductor nRF52840 BLE微控制器。一旦Arduino IDE平臺(tái)上安裝了Arduino BLE庫，我們就可以將示例代碼上傳到感測板?？梢允褂靡韵翴DE目錄查找示例代碼：Examples>ArduinoBLE>Peripheral>LED。您需要將LED.ino文件/代碼上傳到板上。

接下來，在智能手機(jī)或平板電腦上安裝Nordic nRF Connect應(yīng)用程序。安裝應(yīng)用程序后，打開它并單擊掃描按鈕。然后，找到標(biāo)有LED的設(shè)備。最后，按照?qǐng)D11至圖13中的說明連接到無線字母閃光器設(shè)備。

圖11。與LED設(shè)備建立藍(lán)牙通信。圖片由Don Wilcher提供

連接到無線字母閃光器的步驟2：建立ON/OFF命令。

圖12。建立ON/OFF命令。圖片由Don Wilcher提供

連接到無線字母閃光器的步驟3：發(fā)送ON/OFF命令。

圖13。向無線字母閃光器發(fā)送ON/OFF命令。圖片由Don Wilcher提供

這就完成了移動(dòng)應(yīng)用程序的設(shè)置?，F(xiàn)在，您可以在科學(xué)博覽會(huì)實(shí)驗(yàn)室發(fā)送控制命令，開始切換“A”和“E”字母。如果您不想止步于此，請(qǐng)考慮創(chuàng)建一個(gè)字母A-Z和數(shù)字0-9的表。使用此表，您可以開發(fā)一個(gè)接線方案，允許您在任何兩個(gè)數(shù)字、字母或其組合之間切換，并從您的移動(dòng)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行控制。