無(wú)線(xiàn)字母閃光器：Radio Shack經(jīng)典電路混音

在這個(gè)項目中，我們通過(guò)將當今的BLE技術(shù)與老式的科學(xué)博覽會(huì )計算機套件相結合，將新舊結合。

幾十年來(lái)，Radio Shack除了提供其他產(chǎn)品外，還提供了各種項目工具包。使用這些工具包，初露頭角的電子實(shí)驗者和業(yè)余愛(ài)好者可以學(xué)習計算機并表達他們的創(chuàng )造力。本著(zhù)同樣的精神，本文介紹了一個(gè)新項目，該項目將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電子項目實(shí)驗室。項目完成后，傳感板將使用藍牙低功耗（BLE）通信來(lái)控制科學(xué)博覽會(huì )實(shí)驗室的不穩定多諧振蕩器電路，使其7段LED顯示屏切換字母“a”和“E”。

項目概念

無(wú)線(xiàn)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)驗室中。

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

晶體管驅動(dòng)的機電繼電器模塊。

Arduino Nano 33 BLE感測板。

藍牙移動(dòng)應用程序，您需要將其安裝在平板電腦或智能手機上。

藍牙應用程序與Arduino Nano芯片組通信，充當設備的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)控制器。Arduino Nano感測板連接到機電繼電器模塊。繼電器通過(guò)向開(kāi)關(guān)電路提供4.5 V DC電源，使非穩態(tài)多諧振蕩器能夠運行。

最后，非穩態(tài)多諧振蕩器驅動(dòng)一組LED段。LED段被接線(xiàn)，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(shuō)明了項目概念。

7段LED顯示屏連接到非穩態(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(guò)藍牙連接到移動(dòng)設備。

圖2:無(wú)線(xiàn)字母閃光器的框圖。圖片由Don Wilcher提供

制作此項目的過(guò)程可分為兩部分：

物理項目構建。

藍牙軟件設置。

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

200合1電子項目實(shí)驗室

科學(xué)博覽會(huì )200合1電子項目實(shí)驗室首次出現在1993年的Radio Shack目錄中（圖3）。

1993年Radio Shack目錄的封面（左）和第136頁(yè)（右）。

圖3。1993年Radio Shack目錄中的頁(yè)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合一電子項目實(shí)驗室是早期200合1電子項目套件的修改版本，其實(shí)驗室手冊中包含了類(lèi)似的項目。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(guò)固定在彈簧端子上的引線(xiàn)連接到基板上。

無(wú)線(xiàn)字母閃光器將使用科學(xué)博覽會(huì )實(shí)驗室提供LED顯示屏和驅動(dòng)LED顯示屏的不穩定多諧振蕩器。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)有源元件和可變數量的無(wú)源元件。在給定時(shí)間，兩個(gè)有源組件中的一個(gè)將打開(kāi)并處于飽和模式，最大電流流過(guò)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)生的信號是方波。

圖4取自無(wú)線(xiàn)字母閃光器的較大示意圖，展示了最終允許我們切換LED段的不穩定多諧振蕩器電路。項目建成后，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)驗室的非穩態(tài)多諧振蕩器電路圖。

圖4。非穩態(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）。

由于方波是對稱(chēng)的，我們應該有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。

非穩態(tài)多諧振蕩器電路的開(kāi)關(guān)輸出頻率可以通過(guò)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。因為它們是串聯(lián)的，所以R1和R1被視為一個(gè)電阻器。

根據上述方程，科學(xué)博覽會(huì )實(shí)驗室的非穩態(tài)多諧振蕩器的輸出開(kāi)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(jué)效果。

有了這個(gè)，是時(shí)候開(kāi)始組裝無(wú)線(xiàn)字母閃光器了。

項目建設

在項目的這一部分，我們將把一個(gè)支持BLE的感測板——更具體地說(shuō)，是Arduino Nano 33 BLE sense Rev2——連接到機電繼電器模塊。感應板如圖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將提供適當的偏置，以打開(kāi)該晶體管并啟用機電繼電器模塊。

圖6顯示了將感測板連接到機電繼電器模塊的電氣接線(xiàn)圖。

感測板和繼電器模塊的接線(xiàn)圖。

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

如圖6所示，常開(kāi)（N.O.）觸點(diǎn)與科學(xué)博覽會(huì )實(shí)驗室的電源開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。電源開(kāi)關(guān)允許我們測試不穩定多諧振蕩器電路，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(xiàn)細節。如果您決定使用其他模塊，則需要參考模塊的數據表。

機電繼電器模塊的引腳。

圖7。機電繼電器模塊引腳。圖片由Don Wilcher提供 

圖8顯示了連接到機電繼電器模塊的感測板。

Arduino Nano感測板連接到機電繼電器模塊的照片。

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

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

圖9。無(wú)線(xiàn)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(xiàn)完成，設備應該看起來(lái)像圖10中的原型。

無(wú)線(xiàn)字母閃光器設備原型。

圖10。無(wú)線(xiàn)字母閃光器設備原型。圖片由Don Wilcher提供

我們現在準備將“無(wú)線(xiàn)”放入“無(wú)線(xiàn)字母閃光器”中。一旦我們完成了這項工作，該項目就完成了。

 藍牙通信設置

要在無(wú)線(xiàn)字母閃光器和我們的移動(dòng)設備之間建立無(wú)線(xiàn)通信，我們需要做的第一件事是將ArduinoBLE外圍代碼上傳到感應板。安裝ArduinoBLE庫的說(shuō)明可以在這里找到。此庫允許我們從兼容的BLE設備無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收數據。

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(lái)，在智能手機或平板電腦上安裝Nordic nRF Connect應用程序。安裝應用程序后，打開(kāi)它并單擊掃描按鈕。然后，找到標有LED的設備。最后，按照圖11至圖13中的說(shuō)明連接到無(wú)線(xiàn)字母閃光器設備。

圖11。與LED設備建立藍牙通信。圖片由Don Wilcher提供

連接到無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)字母閃光器的步驟3：發(fā)送ON/OFF命令。

圖13。向無(wú)線(xiàn)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)應用程序的設置?，F在，您可以在科學(xué)博覽會(huì )實(shí)驗室發(fā)送控制命令，開(kāi)始切換“A”和“E”字母。如果您不想止步于此，請考慮創(chuàng )建一個(gè)字母A-Z和數字0-9的表。使用此表，您可以開(kāi)發(fā)一個(gè)接線(xiàn)方案，允許您在任何兩個(gè)數字、字母或其組合之間切換，并從您的移動(dòng)設備對其進(jìn)行控制。