Intelligentes Basketball-Scoreboard mit Bluetooth, Sensoren & Echtzeit-Anzeige

Komponenten und Materialien

Bauteil	Menge	Hinweise
Arduino Nano R3	1
HC-05 Bluetooth-Modul	1
E18-D80NK Infrarot-Näherungssensor	1	Unempfindlich gegen Sonnenlicht
Vibrationssensor SW-420 (Grove)	1
DHT22 Temperatur-/Luftfeuchtesensor	1
8 mm RGB-LED	1
Widerstand 10 kΩ	3
Widerstand 100 Ω	3
Widerstand 47 Ω	1
Widerstand 1 kΩ	1
Widerstand 2,21 kΩ	1
9V-Batterie	1

Software und Online-Dienste

• Arduino IDE
• MIT App Inventor (Android-App Entwicklung)

Projektbeschreibung

Ich trainiere regelmäßig Basketball und möchte meine Statistiken (Würfe, Treffer, Fehlwürfe) automatisch erfassen. Manuelle Aufzeichnung ist mühsam. „Smart Balls“ gibt es, aber sie haben Nachteile:

• Bei mehreren Bällen müsste man mehrere teure Smart Balls kaufen.
• Die Genauigkeit ist oft mangelhaft.
• Die Haltbarkeit des Balls leidet unter der Elektronik.

In einem früheren Prototyp nutzte ich das Avnet SmartEdge-Gerät. Jetzt geht es um eine definitive Lösung.

Versionen

Version 1.1.0: Erste Version mit verfügbaren Komponenten. Funktionierte gut.

Version 2.0.0: Kostengünstigere Komponenten und Software-Verbesserungen.

Schritt 1: Arduino (Hardware & Software)

Hardware-Änderungen v1.1.0 → v2.0.0

• Arduino Mega 2560 → Arduino Nano R3
• Bluetooth Shield → HC-05 Bluetooth Modul
• Li-Ion-Akku → 9V-Batterie
• Hinzugefügt: DHT22 Temperatur- & Luftfeuchtesensor

Hinweise zu Sensoren:

• E18-D80NK Näherungssensor: Andere Sensoren möglich, aber dieser leidet nicht unter Sonnenlicht-Störungen.
• SW-420 Vibrationssensor: Funktioniert sehr zuverlässig.

Schaltpläne für beide Versionen finden sich im Schematics-Bereich.

Software-Strategie (Arduino)

1. Initialisierung (Variablen, LED, Bluetooth, Sensoren)
2. Kontinuierliche Überwachung der Sensoren
3. Näherungssensor erkennt Ball → Treffer (Score)
4. Vibrationssensor erkennt Bewegung → Wurf erkannt, wartet 2 Sekunden auf Entscheidung
5. Innerhalb der 2 Sekunden: Erkennt Näherungssensor den Ball → sofortiger Treffer
6. Nach 2 Sekunden ohne Naherkennung → Fehlwurf (Miss)
7. Ergebnis per Bluetooth an Android-App senden
8. Prozess neu starten

Software-Änderungen v1.1.0 → v2.0.0:

• Unterstützung HC-05 statt Bluetooth Shield
• DHT22 Unterstützung hinzugefügt
• Verbesserte Erkennungslogik (Wurf/Treffer/Fehlwurf) und LED-Signalisierung

Schritt 2: Android-App (MIT App Inventor)

App-Strategie

1. Initialisierung (Zähler, Bluetooth)
2. Warte auf „Start“-Button
3. Bei Start: Kontinuierliche Bluetooth-Überwachung
4. Bei Dateneingang: Scoreboard aktualisieren, Benachrichtigungston abspielen
5. Bis „Pause“ gedrückt wird
6. Zusatz: Bluetooth-Gerät wählen, Zähler zurücksetzen, manuelle Korrektur

Änderungen v1.1.0 → v2.0.0:

• Layout: Hochformat → Querformat
• Anzeige: Licht, Luftfeuchte, Temperatur, Heat Index
• Verbesserte Korrektur-Buttons
• Bildschirm bleibt an (Wake Lock)
• Tastentöne bei allen Buttons
• Warnung bei jedem 50-Wurf-Meilenstein (50, 100, 150…)

Schritt 3: Basketball-Korb Montage

Ausgangsbasis: Ein normaler Basketball-Korb für regelmäßiges Training.

1. Plastikabdeckung unter dem Korb entfernt, Loch für Näherungssensor gebohrt.



2. Kleines Loch für Vibrationssensor.



3. Wegen Krümmung der Abdeckung: MDF-Halter für Vibrationssensor gebaut.



4. Sensoren mit Schrauben und Muttern befestigt.



5. Übrige Komponenten verdrahtet.



6. Rauch-Test (Funktionsprüfung).



7. Endmontage am Korb.

Schritt 4: Trainingstest

System getestet – funktioniert einwandfrei.

Schritt 5: Fazit

• Sehr präzise: Sehr wenige False Positives, seltene False Negatives.
• Fantastisch: Echtzeit-Statistiken während und nach dem Training.

Viel Spaß beim Nachbauen!

Code

Arduino Code v1.1.0

//----------------------------------------------------------------------------//
// Filename : Scoreboard.ino
// Description : Smart Basketball Scoreboard
// Version : 1.1.0
// Author : Marcelo Avila de Oliveira <marceloavilaoliveira@gmail.com>
//----------------------------------------------------------------------------//

// DEFINITIONEN
// #define DEBUG
// #define DEBUG_PROX
// #define DEBUG_VIBR

// KONSTANTEN
const int prox_pin = 2;
const int vibr_pin = 3;
const int led_r_pin = 4;
const int led_g_pin = 5;
const int led_b_pin = 6;
const unsigned long wait_interval = 3000;
const float percent_to_bright_factor = 100 * log10(2) / log10(255);

// VARIABLEN
unsigned long wait_time;
boolean prox = false;
boolean vibr = false;
boolean wait = false;

// SETUP
void setup() {
  pinMode(prox_pin, INPUT);
  pinMode(vibr_pin, INPUT);
  pinMode(led_r_pin, OUTPUT);
  pinMode(led_g_pin, OUTPUT);
  pinMode(led_b_pin, OUTPUT);
  set_led(5, 100); // Magenta
  Serial.begin(9600);
  setup_bluetooth();
  set_led(4, 100); // Blau
  #ifdef DEBUG
  Serial.println("Board is alive");
  #endif
}

void setup_bluetooth() {
  #ifdef DEBUG
  Serial.println("Setting Bluetooth");
  #endif
  Serial1.begin(38400);
  Serial1.print("\r\n+STWMOD=0\r\n"); // Slave mode
  Serial1.print("\r\n+STNA=Arduino\r\n"); // Name
  Serial1.print("\r\n+STOAUT=1\r\n"); // Paired device may connect
  Serial1.print("\r\n+STAUTO=0\r\n"); // No auto-connect
  delay(2000);
  Serial1.print("\r\n+INQ=1\r\n"); // Inquirable
  delay(2000);
  while (Serial1.available()) { delay(50); Serial1.read(); }
}

// LED-STEUERUNG
int percent_to_bright(int percent) {
  return 256 - pow(2, percent / percent_to_bright_factor);
}

void set_led(int color, int bright) {
  // Farbe: 0=Grün, 1=Gelb, 2=Rot, 3=Cyan, 4=Blau, 5=Magenta, 6=Weiß
  // Helligkeit: 0=Aus .. 100=Max
  if (color < 0 || color > 6 || bright < 0 || bright > 100) return;
  int r=255, g=255, b=255;
  int br = percent_to_bright(bright);
  switch(color) {
    case 0: g=br; break;
    case 1: r=br; g=br; break;
    case 2: r=br; break;
    case 3: g=br; b=br; break;
    case 4: b=br; break;
    case 5: r=br; b=br; break;
    case 6: r=br; g=br; b=br; break;
  }
  analogWrite(led_r_pin, r);
  analogWrite(led_g_pin, g);
  analogWrite(led_b_pin, b);
}

// SENSOR-PRÜFUNG
void check_prox() {
  if (!prox && digitalRead(prox_pin) == LOW) {
    #ifdef DEBUG_PROX
    Serial.println("Proximity detected");
    #endif
    prox = true;
    if (!vibr) { wait = true; wait_time = millis() + wait_interval; }
    set_shot(1);
  }
}

void check_vibr() {
  if (!prox && !vibr && digitalRead(vibr_pin) == HIGH) {
    #ifdef DEBUG_VIBR
    Serial.println("Vibration detected");
    #endif
    vibr = true;
    wait = true;
    wait_time = millis() + wait_interval;
    set_led(1, 100); // Gelb
  }
}

void check_wait() {
  if (wait && millis() > wait_time) {
    if (!prox) set_shot(0);
    reset();
  }
}

// HILFSFUNKTIONEN
void set_shot(int mode) {
  // 0 = Fehlwurf (Rot), 1 = Treffer (Grün)
  set_led(mode == 0 ? 2 : 0, 100);
  Serial1.print(mode);
  delay(1000);
}

void reset() {
  vibr = false; prox = false; wait = false;
  set_led(4, 100); // Blau
}

// HAUPTSCHLEIFE
void loop() {
  check_prox();
  check_vibr();
  check_wait();
}

Arduino Code v2.0.0

//----------------------------------------------------------------------------//
// Filename : Scoreboard.ino
// Description : Smart Basketball Scoreboard
// Version : 2.0.0
// Author : Marcelo Avila de Oliveira <marceloavilaoliveira@gmail.com>
//----------------------------------------------------------------------------//

// BIBLIOTHEKEN
#include "DHT.h"
#include "SoftwareSerial.h"

// DEFINITIONEN
// #define DEBUG
// #define DEBUG_BLUE
// #define DEBUG_PROX
// #define DEBUG_VIBR
// #define DEBUG_DHT

#define DHTPIN 7
#define DHTTYPE DHT22
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

SoftwareSerial Bluetooth(10, 11); // RX, TX

// KONSTANTEN
const int prox_pin = 2;
const int vibr_pin = 3;
const int led_r_pin = 4;
const int led_g_pin = 5;
const int led_b_pin = 6;
const unsigned long wait_interval = 2000;
const unsigned long dht_interval = 10000;
const float percent_to_bright_factor = 100 * log10(2) / log10(255);

// VARIABLEN
unsigned long wait_time, dht_time;
float humi, temp, heat;
boolean prox = false, vibr = false, wait = false;

void setup() {
  pinMode(prox_pin, INPUT);
  pinMode(vibr_pin, INPUT);
  pinMode(led_r_pin, OUTPUT);
  pinMode(led_g_pin, OUTPUT);
  pinMode(led_b_pin, OUTPUT);
  set_led(5, 100); // Magenta
  Serial.begin(9600);
  setup_bluetooth();
  dht.begin();
  set_led(4, 100); // Blau
  #ifdef DEBUG
  Serial.println("Board is alive");
  #endif
}

void setup_bluetooth() {
  #ifdef DEBUG_BLUE
  Serial.println("Setting Bluetooth");
  #endif
  Bluetooth.begin(9600);
  while (Bluetooth.available()) { delay(50); Bluetooth.read(); }
}

// LED-Funktionen identisch zu v1.1.0 (percent_to_bright, set_led)

void check_prox() {
  if (!prox && digitalRead(prox_pin) == LOW) {
    #ifdef DEBUG_PROX
    Serial.println("Proximity detected");
    #endif
    set_led(0, 100); // Grün
    send_data(2);    // 2 = Treffer
    prox = true;
    if (!vibr) { wait = true; wait_time = millis() + wait_interval; }
  }
}

void check_vibr() {
  if (!prox && !vibr && digitalRead(vibr_pin) == HIGH) {
    #ifdef DEBUG_VIBR
    Serial.println("Vibration detected");
    #endif
    set_led(1, 100); // Gelb
    vibr = true;
    wait = true;
    wait_time = millis() + wait_interval;
  }
}

void check_wait() {
  if (wait && millis() > wait_time) {
    if (!prox) {
      set_led(2, 100); // Rot
      send_data(1);    // 1 = Fehlwurf
    }
    reset();
  }
}

void check_dht() {
  if (!prox && !vibr && millis() > dht_time) {
    humi = dht.readHumidity();
    temp = dht.readTemperature();
    heat = dht.computeHeatIndex(temp, humi, false);
    #ifdef DEBUG_DHT
    Serial.print("Humidity: "); Serial.print(humi); Serial.println("%");
    Serial.print("Temperature: "); Serial.print(temp); Serial.println("C");
    Serial.print("Heat Index: "); Serial.print(heat); Serial.println("C");
    #endif
    send_data(0); // 0 = Sensordaten ohne Wurf
    dht_time = millis() + dht_interval;
  }
}

void send_data(int shot) {
  // shot: 0=Sensordaten, 1=Fehlwurf, 2=Treffer
  Bluetooth.print(humi);
  Bluetooth.print(temp);
  Bluetooth.print(heat);
  Bluetooth.print(shot);
  #ifdef DEBUG_BLUE
  Serial.println("Bluetooth sent");
  #endif
}

void reset() {
  vibr = false; prox = false; wait = false;
  delay(1000);
  set_led(4, 100); // Blau
}

void loop() {
  check_prox();
  check_vibr();
  check_wait();
  check_dht();
}

Hinweis: Die Android-App-Codes (MIT App Inventor .aia Dateien) für beide Versionen sind als Download verfügbar, aber nicht als Textvorschau darstellbar.

Schaltpläne