Certamen Quiz Practice Machine: 12 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Konkurs drużynowy Certamen z Junior Classical League obejmuje pytania quizowe na tematy greckie/rzymskie. Poszczególni zawodnicy naciskają przyciski brzęczyka, gdy mają odpowiedź. Maszyna śledzi kolejność wciskania przycisków, z zastrzeżeniem zasady blokady zespołu, że gdy gracz w drużynie naciśnie przycisk, inne naciśnięcia z tej drużyny nie są liczone. Zbudowana przez nas maszyna była przeznaczona dla trzech czteroosobowych drużyn. Dodatkowo, aby inne grupy szkolne mogły używać maszyny jako standardowego quizu, istnieje możliwość zignorowania zespołów i po prostu śledzenia kolejności przycisków.

Szkolny zespół Certamen potrzebował maszyny do ćwiczeń, ale oficjalna maszyna kosztuje 545 USD za samodzielny system (wariant podłączany do komputera kosztuje 435 USD), co było nieopłacalne. Plus oczywiście zawyżone ceny!

Zaprojektowałem więc znacznie tańszy, oparty na Arduino Mega. Nie jest zatwierdzony do oficjalnych turniejów, ale jest dobry do treningu.

Jednym z problemów projektowych, o których pamiętałem, było to, że potrzebowaliśmy umiarkowanie długich kabli i musieliśmy mieć filtrowanie sygnału, aby uniknąć fałszywych alarmów z powodu szumu elektrycznego z pobliskich urządzeń. Skończyło się na użyciu kabla CAT-6, z sygnałami każdego przycisku przechodzącymi przez jedną skrętkę. Przetestowaliśmy szum elektryczny za pomocą oscyloskopu i zasilanej prądem zmiennym elektrycznej temperówki biegnącej na niechlujnym stosie kabli i stwierdziliśmy, że kondensator 100 nF powinien wystarczyć do filtrowania.

Potrzebne części (cena z października 2017):

• 3 segmenty kabla CAT-6, każdy o długości 26,5 stopy, z męską wtyczką RJ-45 na każdym (jeden kabel o długości 70 stóp, 16 USD na Amazon, przecięty na pół, plus kabel 30 stóp, 9 USD na Amazon)
• Arduino 2560 rev.3 lub klon z kablem USB (8 USD na Aliexpress)
• kawałek stripboardu 94 mm x 53 mm (3,29 USD za opakowanie trzech sztuk w serwisie eBay)
• rezystory, po jednym: 2,2K, 1K, 100R (jeśli nie masz ich pod ręką, możesz kupić na Aliexpress 600 szt. różnych rezystorów za 2,30 USD)
• 12 kondensatorów, 100nF, ceramicznych lub monolitycznych (100 sztuk za 0,81 USD na Aliexpress)
• tranzystor, 2N3904 (10 sztuk za 0,74 USD na Aliexpress)
• 3 gniazda RJ45 (10 sztuk za 0,89 USD na Aliexpress)
• 3 tablice zaciskowe RJ45 (0,55 USD każda na Aliexpress)
• 1602 niebieski moduł LCD (1,75 USD na Aliexpress); jeśli użyjesz innego koloru, możesz potrzebować innej wartości rezystora niż 2,2 K, której używam
• zestaw 65 męskich kabli połączeniowych do płytek stykowych (1,09 USD na Aliexpress; lub stwórz własny)
• zestaw 40 sweterków damsko-męskich 15cm dupont (1,39 USD na Aliexpress)
• przełącznik przełączający (0,43 USD na Aliexpress) do zmiany trybu

• 13 przycisków, najlepiej tak, aby każda czteroosobowa drużyna mogła otrzymać ten sam kolor, a dla jasnego przycisku jest czwarty kolor:

  • użyliśmy 30mm arkadowych przycisków (20 sztuk za 10$ na Aliexpress)
  • te klikalne dotykowe przyciski mogłyby być lepsze, ale wymagałyby innego projektu przycisku (omówię to w instrukcji) (kup trzy zestawy po 10 sztuk, w sumie 1,20 USD na Aliexpress)
• 52 lepkie silikonowe nóżki (1,14 USD za 100 sztuk na Aliexpress)
• asortyment rurek termokurczliwych (poniżej 2 USD na Aliexpress)
• 64 śruby, nr 4, śruby 3/8" (około 3,50 USD za 100 w lokalnym sklepie ze sprzętem; potrzebujesz tylko 16, jeśli korzystasz z alternatywnego pilota ręcznego)
• 24 małe opaski kablowe (w stylu zip) (około 4 USD w Lowes)

Suma częściowa: około 68 USD plus należne podatki.

A potem musisz pomyśleć o przypadkach na przyciski i skrzynkę kontrolną. Zaprojektowałem i wydrukowałem nasze 3D, zużywając około 10 dolarów na filament. Jeśli nie masz dostępu do drukarki 3D, możesz wydrukować moje projekty z usługą komercyjną (a może za rozsądną opłatą wydrukować i wysłać?) lub po prostu użyć standardowego pudełka na projekt lub po prostu plastikowej żywności pojemnik--dla głównego pudełka i alternatywnego projektu przycisku. Tutaj możesz podejrzeć projekty.

Nasze drukowane w 3D pudełka z przyciskami zatrzaskowymi ładnie leżą na biurku, w przeciwieństwie do podręcznych oficjalnych pudełek Certamen, więc wątpliwe jest, czy Junior Classical League zatwierdzi je do oficjalnych zawodów, ale nasza maszyna była przeznaczona do ćwiczeń.

Jeśli wolisz bardziej standardową wersję pilota ręcznego (nadal nie zatwierdzoną oficjalnie, ale możesz spróbować uzyskać zgodę JCL, jeśli chcesz używać ich do turniejów, a nie tylko do ćwiczeń w szkole), opiszę również alternatywny projekt, którego właściwie nie zbudowałem, ale powinno być proste. Zaletą tego projektu jest to, że nie wymaga on drukowania 3D (chociaż nadal potrzebujesz jakiegoś etui na główne pudełko). Wymaga około sześciu stóp harmonogramu 80 1/2 rury PVC, żywicy epoksydowej i gorącego kleju, a także zmniejsza koszty projektu o około 6 USD.

Krok 1: Skrzynka kontrolna: Wprowadzenie

Skrzynka kontrolna będzie zawierać Arduino Mega, listwę z gniazdami RJ-45, kondensatory filtrujące i różne inne połączenia, przycisk CLEAR i przełącznik trybu MODE. Połączenia po stronie Arduino będą wykorzystywały zworki, dzięki czemu można je łatwo wymienić.

Zakładam, że robisz wersję z trzema drużynami, z trzema gniazdami RJ-45. Z pewną ostrożnością może być możliwe zamontowanie czterech gniazd RJ-45, a modyfikacje oprogramowania będą niewielkie. Jeśli chcesz mieć wersję z dwoma drużynami, po prostu pomiń jedno z gniazd.

Krok 2: Skrzynka kontrolna: gniazda RJ-45

Przylutuj gniazda RJ-45 do tablic zaciskowych.

Przylutuj płyty breakout do krawędzi stripboardu. Jeśli korzystasz z mojego drukowanego w 3D projektu skrzynki kontrolnej, powinieneś przylutować je w tych samych miejscach, co na zdjęciu.

Krok 3: Skrzynka kontrolna: kondensatory i połączenia

Stripboard potrzebuje teraz kilku dalszych połączeń. Będziesz chciał odwołać się do schematu (aby powiększyć, ta wersja-p.webp

Dużo lutowania polega na lutowaniu zworek do płytki. Możesz użyć drutu litego 22AWG lub gotowych zworek. Jeśli używasz gotowych swetrów, czasami będziesz w stanie przeciąć długi na pół i użyć obu połówek osobno. Zawsze upewnij się, że Twoi skoczkowie są wystarczająco długo, aby dotrzeć tam, gdzie muszą się udać. O ile nie zaznaczę inaczej, „skoczek” oznacza „skoczek męsko-męski”.

Możesz po prostu iść ze schematem i zignorować poniższe wskazówki, ale niektóre z nich mogą ci się przydać.

1. Zarezerwuj środkowy pasek stripboardu na masę i przylutuj zworkę (najlepiej czarną) do jednego z pinów GND Arduino.

2. Każde gniazdo RJ-45 obsługuje jeden zespół i ma osiem złączy, które łączą się (skręconą) parami z czterema przyciskami. Umieść kondensator 100nF między 1 a 2, 3 a 6 (!), 4 a 5 (!) oraz 7 a 8. Podłącz 2, 4, 6 i 8 do masy. Podłącz 1, 3, 5 i 7 do przewodów połączeniowych, których drugi koniec trafi do pinów cyfrowych Arduino. Najlepiej byłoby użyć przewodów połączeniowych tego samego koloru dla każdej drużyny, aby łatwiej było śledzić.

3. Wlutować prosty układ tranzystorowy obsługujący głośnik na schemacie. Piny tranzystora na schemacie są ułożone od lewej do prawej, płaską stroną skierowaną do ciebie: lewy powinien być podłączony do przewodu połączeniowego, który przejdzie do jednego z pinów uziemienia Arduino, środkowy przewód do rezystora 1K, którego drugi koniec idzie do zworki na cyfrowy pin 9 Arduino, a prawy pin do rezystora 100 omów, którego drugi koniec przechodzi do przewodu do jednego z połączeń głośnikowych. Drugie połączenie głośnikowe powinno przejść do zworki, którą podłącza się do jednego z pinów Arduino 5V.

4. Podłącz przełącznik dwustabilny. Możesz po prostu przylutować jeden przewód z jednego ze styków przełącznika trybu do listwy uziemiającej i przylutować męską zworkę z innego styku, aby ostatecznie połączyć się z Arduino.

5. Przezroczysty przycisk jest trudniejszy, jeśli używasz 30-milimetrowych przycisków arkadowych, ponieważ będzie musiał być przymocowany do obudowy od zewnątrz i nie chcesz w tym momencie zajmować się skrzynką. Polecam wziąć jeden sweter z żeńską końcówką, odciąć go blisko żeńskiej końcówki i przylutować drugi koniec do guzika. Następnie przylutuj męską zworkę do listwy uziemiającej stripboardu i możesz ostatecznie przymocować tę zworkę do przycisku. Dodatkowo przylutuj zworkę męską do drugiego złącza na przycisku; to ostatecznie połączy się z Arduino.

Uwaga: umieściłem szeregowo rezystor 150ohm z kondensatorem 100nF zarówno na przełączniku, jak i przycisku kasowania, ale szczerze mówiąc to chyba przesada, więc nie umieściłem go na schemacie i prawdopodobnie nie musisz się tym przejmować. (Oprogramowanie układowe i tak wykonuje wszystkie wymagane debouncing w oprogramowaniu.)

Krok 4: Skrzynka kontrolna: LCD

Dwuwierszowy wyświetlacz LCD "1602" prawdopodobnie jest dostarczany z męskim złączem, które należy do niego przylutować. Gdy masz męski nagłówek, po prostu podłącz do niego 16 zworek żeńskich do męskich.

Zauważ, że na schemacie obwodu są cztery piny na wyświetlaczu LCD, które łączą się z masą, jeden z nich przez rezystor 2,2K. Aby zaoszczędzić cenne piny Arduino GND, odetnij męskie końce trzech zworek żeńsko-żeńskich, w tym zwłaszcza tej V0, która dostaje rezystor. Przylutuj jeden koniec rezystora do zworki V0. Następnie połącz drugi koniec rezystora i pozostałe trzy zworki w taki sposób, aby wszystkie zbiegały się do jednego męskiego wtyku, który można podłączyć do pinu Arduino GND.

Pamiętaj, aby ostatecznie zakryć wszystkie odsłonięte elementy taśmą izolacyjną lub koszulką termokurczliwą.

Ale uwaga: Rezystor 2.2K może wymagać wymiany w następnym kroku, jeśli kontrast wyświetlacza nie jest dobry, więc może nie rób jeszcze kurczenia.

Ponadto na wyświetlaczu LCD znajdują się dwa piny, które przechodzą do 5 V: połącz je podobnie. Możesz chcieć sprawdzić, czy złącze LED+ łączy się z rezystorem na LCD (tak zrobiło na płytce, którą dostałem). Jeśli nie, dodaj rezystor 220ohm.

Następnie podłącz męskie końcówki do Arduino jak na schemacie obwodu.

Krok 5: Skrzynka kontrolna: Prześlij oprogramowanie układowe i przetestuj

Upewnij się, że masz zainstalowane Arduino IDE. Pobierz moje oprogramowanie stąd. Wystarczy pobrać plik zip i umieścić jego zawartość w katalogu Arduino.

Wewnątrz pliku zip znajdziesz inny plik zip o nazwie ModNewLiquidCrystal.zip. Jest to trochę trudne do pokonania. Jest to wysoce zoptymalizowana biblioteka do obsługi LCD 1602 i poprawi precyzję taktowania urządzenia Certamen. Usuń domyślną bibliotekę LiquidCrystal Arduino. (W systemie Windows jest to C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries.) Następnie wyodrębnij zawartość pliku ModNewLiquidCrystal.zip do folderu bibliotek użytkownika Arduino.

Podłącz Arduino do komputera, ustaw Narzędzia | Zarząd | Arduino Mega … 2560, Narzędzia | Procesor | ATmega2560 i narzędzia | Port do portu szeregowego Arduino (mam nadzieję, że jest tylko tam). Następnie prześlij za pomocą przycisku ze strzałką w prawo.

Jeśli wszystko jest w porządku, LCD pokaże komunikat Certamen i przejdzie do ekranu, który mówi po prostu „Certamen”. Jeśli nie, coś jest nie tak z połączeniami LCD. Jeśli kontrast jest zły, możesz wymienić rezystor 2.2K na coś innego. Lub użyj potencjometru 10K, jak tutaj.

Wyłącz zasilanie Arduino i podłącz zworki stripboard, clear i mode do Arduino zgodnie ze schematem.

Ponownie włącz Arduino, a teraz możesz go jeszcze przetestować. Istnieją dwa tryby: tryb Certamen i tryb Quiz. Przerzucasz się między nimi za pomocą przełącznika. W trybie Certamen naciśnięcie przycisku blokuje drużynę. W trybie Quiz nie ma blokady drużynowej. Tryb quizu jest również przydatny do sprawdzania, czy wszystkie połączenia działają. Ponieważ nie masz jeszcze podpiętych przycisków, do testów wystarczy śrubokrętem połączyć styki na gniazdach RJ45.

Krok 6: Skrzynka kontrolna: Zakończ

Twoje pudełko projektowe musi mieć otwory na przycisk czyszczenia, przełącznik trybu, port USB, porty RJ-45 i ekran LCD. To może być dobry pomysł, aby mieć kilka otworów dla głośnika, ale możesz poeksperymentować. Możesz to rozgryźć lub skorzystać z pudełka do druku 3D.

Jeśli używasz przycisku arkadowego 30 mm jako przycisku czyszczenia, a przycisk przełączania trybu ma takie same wymiary jak mój, możesz po prostu wydrukować pliki STL.

Ale jeśli chcesz coś zmienić, musisz pobrać OpenSCAD i edytować plik mainbox.scad. OpenSCAD może być onieśmielający, ale jeśli potrzebujesz tylko dokonać drobnych zmian, będzie to łatwe:

• Jeśli nie używasz 30-milimetrowego przycisku arkadowego jako przycisku czyszczenia, możesz zrobić wyraźniejszy okrągły otwór na przycisk, zmieniając parametr use30MMArcadeButton na fałszywy, a następnie dostosowując parametry clearButtonNeckDiameter, clearButtonNeckLength i clearButtonOuterDiameter do własnych upodobań.
• Aby zmienić rozmiar otworu przełączania trybu, dostosuj modeSwitchNeckDiameter, modeSwitchNeckLength, modeSwitchOuterDiameter.
• Jeśli masz głośnik o innym rozmiarze, dostępne są różne parametry głośnikaXXX.

Aby zobaczyć efekty, kliknij przycisk podglądu „>>”. Na górze pliku znajduje się „tryb =”, który pozwala wybrać, czy renderujesz GÓRĘ, DOLNĄ lub niektóre PODKŁADKI, które mogą być przydatne do dopasowania rzeczy. Gdy będziesz zadowolony, kliknij przycisk kostka z klepsydrą, aby renderować, a następnie przycisk STL, aby utworzyć plik STL do druku.

Gdy pudełko jest gotowe, zamontuj Arduino, stripboard i wyświetlacz LCD za pomocą śrub #4. W przypadku niektórych dolnych otworów śruby mogą być nieco za długie i wystawać. Możesz po prostu spiłować końce śrub na płasko lub użyć krótszych. Wsuń głośnik w prowadnice przy kratce głośnika i zamontuj przełącznik trybu oraz przyciski.

Krok 7: Przygotuj kable

Konfiguracja, którą wybrałem, polegała na tym, że każdy kabel wychodził ze skrzynki kontrolnej na około 14, 5 stopy do pierwszego pudełka z pilotem, a następnie kabel przechodził przez pudełko z pilotem do następnego i tak dalej do ostatniego pudełka z pilotem. Chciałem około 3,5-4 stopy między zatrzaskami.

Każda skrzynka zatrzaskowa łączy się z jedną parą skrętek:

• pomarańczowy / pomarańczowo-biały: przycisk 1 (bliski koniec, najbliżej wtyczki)
• zielony / zielono-biały: przycisk 2
• niebieski / niebiesko-biały: przycisk 3
• brązowy / brązowo-biały: przycisk 4 (dalszy koniec)

Będziesz musiał połączyć się z odpowiednimi skrętkami z kabla w odpowiednich punktach.

Zmierz miejsce, w którym chcesz umieścić zatrzaskowe skrzynki, przy czym ostatni znajduje się około trzech cali od dalszego końca kabla (koniec przeciwny do wtyczki RJ-45) i ostrożnie zdejmij około pół cala zewnętrznej izolacji z kabel w każdym z tych czterech punktów.

Następnie usuń końce pary brązowo-brązowo-białej w punkcie 4 przycisku.

Przejdź do obszaru pozbawionego przycisku 3. Odetnij parę niebiesko-niebiesko-białą po drugiej stronie obszaru pozbawionego 1/2 cala (tj. po stronie od wtyczki), pozostawiając 1/2 cala pary na. Zdejmij izolację z końców pary niebiesko-białej i przylutuj spawane przewody (np. resztki zworek) do bliskiej (wtyczki) strony przewodów, około 3 cale do użycia z zatrzaskami na biurku i 6 cali do w ręku. Ładnie pokryj fugi termokurczliwą folią.

Powtórz z przyciskiem 2 i zielonym / zielono-białym.

Powtórz z przyciskiem 1 i pomarańczowym / pomarańczowo-białym.

Masz teraz kabel z czterema parami przewodów wystających w różnych punktach. Powtórz dla pozostałych dwóch kabli.

Miałem o wiele bardziej skomplikowaną procedurę, w której pominąłem spawy i wyciągnąłem przewody z drugiego końca kabla. Robiąc to, od czasu do czasu uszkodziłem przewody i zamiast tego polecam powyższą procedurę.

Krok 8: Opcja A: 30-milimetrowe przyciski zręcznościowe i drukowane w 3D pudełka zatrzaskowe

Jeśli zdecydujesz się na 30-milimetrowe przyciski nabiurkowe, które zrobiłem, musisz teraz wydrukować wszystkie 12 pudełek z przyciskami. Znajdują się one na stronie github projektu, zarówno w formacie stl, jak i w pliku OpenSCAD, który został użyty do ich wygenerowania. Pola przycisków są oznaczone według drużyny i gracza (drużyny: A, B i C; gracze: 1, 2, 3 i 4), więc wszystkie są różne. Co więcej, pudełko odtwarzacza 4 idzie na końcu kabla, więc ma tylko jedno gniazdo kablowe zamiast dwóch. Istnieją również podstawy do pudełek na guziki. Podstawy dla graczy 1-3 są takie same, ale podstawa dla gracza 4 jest inna. Aby zaoszczędzić plastik, wykonałem podstawy ze sklejki 1/4 zamiast za pomocą piły walcowej (a następnie wywierconych nasadek).

Przeciągnij przewody biegnące do każdego przycisku przez spód pudełka z przyciskami i przylutuj do przycisku. Upewnij się, że wszystkie połączenia są pokryte taśmą elektryczną lub folią termokurczliwą. Umieść kabel w otworach na dole puszki z przyciskami (lub w jednym otworze, jeśli jest to przycisk 4) i zamocuj opaski kablowe wewnątrz, aby zapobiec wysuwaniu się kabla. Przymocuj podstawy za pomocą śrub i załóż silikonowe nóżki.

Krok 9: Opcja B: ręczne piloty

Przetnij rurę PVC o przekroju 1/2 cala 80 na pięciocalowe segmenty na uchwyty zatrzaskowe.

Spiłuj szczelinę na kabel po obu stronach dolnej części rury, z wyjątkiem przypadku przycisku 4, który wymaga tylko jednej szczeliny.

Spiłuj wewnętrzną górę kawałka rury, aby uzyskać dopasowanie tarcia guzika na górze.

Przeciągnij przewody przez rurę i przylutuj do przycisku. Przycisk epoksydowy w miejscu, w którym jest dopasowany. Przełóż kabel przez szczeliny, które złożyłeś na dole. Umieść opaski kablowe wewnątrz rury na kablu, aby zapobiec jego wyrwaniu. Następnie uszczelnij dno rury za pomocą żywicy epoksydowej lub kleju topliwego.

Zalecam nałożenie trochę uszczelniacza Shoe Goo lub silikonu na zewnątrz kabla w miejscu, w którym wychodzi z rury, jako odciążenie naprężenia.

Krok 10: Użyj

Przed użyciem przetestuj wszystkie przyciski. Ustaw przełącznik trybu na „Quiz” i niech każdy gracz naciśnie przycisk. Powinieneś mieć wszystkie 12 przycisków na ekranie. Następnie przejdź do „Certamen”, a otrzymasz funkcję blokady zespołu. Aby wyczyścić ekran, naciśnij przycisk Wyczyść.

Wymiary mojego kabla zostały zaprojektowane tak, aby przyciski mogły znajdować się na oddzielnych biurkach w klasie.

Krok 11: Uwagi techniczne

W przypadku remisu oprogramowanie dokonuje losowego wyboru.

Dokładność taktowania określająca, kto jest pierwszym graczem, który naciśnie przycisk, nie jest gorsza niż 50 mikrosekund (testowana za pomocą oscyloskopu).

W rzadkich, najgorszych przypadkach dokładność pomiaru czasu dla odróżnienia drugiego od trzeciego naciśnięcia będzie wynosić około 2 milisekundy. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy wszystkie trzy naciśnięcia następują w odstępie 2 milisekund od siebie i jest to spowodowane tym, że procesor jest zajęty aktualizowaniem ekranu po pierwszym naciśnięciu. Aby zminimalizować to źródło błędu synchronizacji, wyświetlacz LCD ma równoległe połączenie 8-bitowe (zwykle ludzie łączą 1602 wyświetlacze LCD za pomocą mniejszej liczby pinów w Arduino) i dołączyłem zoptymalizowaną bibliotekę LiquidCrystal, aby z niej skorzystać (większość optymalizacji nie jest moje, ale dodałem równoległą 8-bitową optymalizację).

Krok 12: Pisanki

Jeśli przytrzymasz przycisk czyszczenia podczas uruchamiania urządzenia, otrzymasz jeden z dwóch pisanek, w zależności od stanu przełącznika trybu: pianino obsługiwane za pomocą przycisków pilota lub poezję łacińską na ekranie. Aby wyjść, przestaw przełącznik trybu.

Wicemistrz w Konkursie Nauczycieli 2017