无线字母闪光器：Radio Shack经典电路混音

在这个项目中，我们通过将当今的BLE技术与老式的科学博览会计算机套件相结合，将新旧结合。

几十年来，Radio Shack除了提供其他产品外，还提供了各种项目工具包。使用这些工具包，初露头角的电子实验者和业余爱好者可以学习计算机并表达他们的创造力。本着同样的精神，本文介绍了一个新项目，该项目将90年代初的Radio Shack套件与Arduino Nano 33 BLE Sense板集成在一起。

我们将使用的套件是科学博览会200合1电子项目实验室。项目完成后，传感板将使用蓝牙低功耗（BLE）通信来控制科学博览会实验室的不稳定多谐振荡器电路，使其7段LED显示屏切换字母“a”和“E”。

项目概念

无线字母闪光器由五个部分组成：

7段LED显示屏，包含在科学博览会实验室中。

一种晶体管非稳态多谐振荡器电路，同样包含在科学博览会实验室中。

晶体管驱动的机电继电器模块。

Arduino Nano 33 BLE感测板。

蓝牙移动应用程序，您需要将其安装在平板电脑或智能手机上。

蓝牙应用程序与Arduino Nano芯片组通信，充当设备的无线网关控制器。Arduino Nano感测板连接到机电继电器模块。继电器通过向开关电路提供4.5 V DC电源，使非稳态多谐振荡器能够运行。

最后，非稳态多谐振荡器驱动一组LED段。LED段被接线，以便它们以多谐振荡器中的电阻电容定时电路确定的间隔显示字母“A”和“E”。

图2说明了项目概念。

7段LED显示屏连接到非稳态多谐振荡器，该多谐振荡器连接到继电器模块，该继电器模块连接到Arduino Nano传感板，该传感板通过蓝牙连接到移动设备。

图2:无线字母闪光器的框图。图片由Don Wilcher提供

制作此项目的过程可分为两部分：

物理项目构建。

蓝牙软件设置。

在我们讨论之前，让我们先看看科学博览会实验室及其不稳定多谐振荡器电路。

200合1电子项目实验室

科学博览会200合1电子项目实验室首次出现在1993年的Radio Shack目录中（图3）。

1993年Radio Shack目录的封面（左）和第136页（右）。

图3。1993年Radio Shack目录中的页面。我们正在使用的科学博览会工具包可以在右下角看到。图片由RadioShackCatalogs提供

200合一电子项目实验室是早期200合1电子项目套件的修改版本，其实验室手册中包含了类似的项目。与该套件一样，其所有电子元件都安装在纸板基板上。每个组件都通过固定在弹簧端子上的引线连接到基板上。

无线字母闪光器将使用科学博览会实验室提供LED显示屏和驱动LED显示屏的不稳定多谐振荡器。让我们检查一下这个电路的工作情况。

可控多谐振荡器电路

非稳态多谐振荡器是一种经典的振荡电路，它包含两个有源元件和可变数量的无源元件。在给定时间，两个有源组件中的一个将打开并处于饱和模式，最大电流流过它。另一个将关闭，因此处于截止模式。这种饱和和截止行为产生的信号是方波。

图4取自无线字母闪光器的较大示意图，展示了最终允许我们切换LED段的不稳定多谐振荡器电路。项目建成后，4.5 V直流电源将连接到电阻器R1和R3。

科学博览会实验室的非稳态多谐振荡器电路图。

图4。非稳态多谐振荡器电路的电路图。图片由Don Wilcher提供

该电路的组件包括：

两个NPN晶体管（Q1和Q2）。

两个100μF电容器（C1和C2）。

两个串联的4.7 kΩ电阻器（R1和R2）。

一个10 kΩ电阻器（R3）。

由于方波是对称的，我们应该有R1+R2=R3和C1=C2。R1和R2共同提供了9.4 kΩ的总电阻，这足够接近R3的10 k T电阻值，电路将产生近似方波。

非稳态多谐振荡器电路的开关输出频率可以通过以下方程式得出：

其中R是定时电阻器，C是定时电容器。因为它们是串联的，所以R1和R1被视为一个电阻器。

根据上述方程，科学博览会实验室的非稳态多谐振荡器的输出开关频率约为0.714 Hz。LED将每1.4秒在显示字母“A”和字母“E”之间切换一次，从而产生良好的视觉效果。

有了这个，是时候开始组装无线字母闪光器了。

项目建设

在项目的这一部分，我们将把一个支持BLE的感测板——更具体地说，是Arduino Nano 33 BLE sense Rev2——连接到机电继电器模块。感应板如图5所示。

Arduino Nano 33 BLE Sense Rev2。

图5。Arduino Nano 33 BLE感测板。图片由Arduino提供

正如本文前面提到的，机电继电器模块有一个板载NPN晶体管。一旦感测板和模块连接在一起，Arduino Nano的引脚13将提供适当的偏置，以打开该晶体管并启用机电继电器模块。

图6显示了将感测板连接到机电继电器模块的电气接线图。

感测板和继电器模块的接线图。

图6。Arduino Nano 33 BLE感测板连接到机电继电器模块的示意图。图片由Don Wilcher提供

如图6所示，常开（N.O.）触点与科学博览会实验室的电源开关并联连接。电源开关允许我们测试不稳定多谐振荡器电路，并确保字母正确切换。可选的SNAP电路LED提供了一个远程指示灯，因此我们可以确保感测板的引脚13正确偏置继电器模块的板载晶体管。

图7中的引脚为我使用的继电器模块提供了额外的接线细节。如果您决定使用其他模块，则需要参考模块的数据表。

机电继电器模块的引脚。

图7。机电继电器模块引脚。图片由Don Wilcher提供 

图8显示了连接到机电继电器模块的感测板。

Arduino Nano感测板连接到机电继电器模块的照片。

图8。Arduino Nano连接到机电继电器模块。图片由Don Wilcher提供

该项目原型硬件的示意图如图9所示。在连接项目的三个电子子电路时，请参考此图。

图9。无线字母闪光器电路示意图。图片由Don Wilcher提供（点击图片放大）

一旦接线完成，设备应该看起来像图10中的原型。

无线字母闪光器设备原型。

图10。无线字母闪光器设备原型。图片由Don Wilcher提供

我们现在准备将“无线”放入“无线字母闪光器”中。一旦我们完成了这项工作，该项目就完成了。

 蓝牙通信设置

要在无线字母闪光器和我们的移动设备之间建立无线通信，我们需要做的第一件事是将ArduinoBLE外围代码上传到感应板。安装ArduinoBLE库的说明可以在这里找到。此库允许我们从兼容的BLE设备无线发送和接收数据。

我们使用的Arduino Nano感测板有一个Nordic Semiconductor nRF52840 BLE微控制器。一旦Arduino IDE平台上安装了Arduino BLE库，我们就可以将示例代码上传到感测板。可以使用以下IDE目录查找示例代码：Examples>ArduinoBLE>Peripheral>LED。您需要将LED.ino文件/代码上传到板上。

接下来，在智能手机或平板电脑上安装Nordic nRF Connect应用程序。安装应用程序后，打开它并单击扫描按钮。然后，找到标有LED的设备。最后，按照图11至图13中的说明连接到无线字母闪光器设备。

图11。与LED设备建立蓝牙通信。图片由Don Wilcher提供

连接到无线字母闪光器的步骤2：建立ON/OFF命令。

图12。建立ON/OFF命令。图片由Don Wilcher提供

连接到无线字母闪光器的步骤3：发送ON/OFF命令。

图13。向无线字母闪光器发送ON/OFF命令。图片由Don Wilcher提供

这就完成了移动应用程序的设置。现在，您可以在科学博览会实验室发送控制命令，开始切换“A”和“E”字母。如果您不想止步于此，请考虑创建一个字母A-Z和数字0-9的表。使用此表，您可以开发一个接线方案，允许您在任何两个数字、字母或其组合之间切换，并从您的移动设备对其进行控制。