Cvičebný stroj Certamen kvíz: 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Súťaž kvízových tímov Certamen z Juniorskej klasickej ligy zahŕňa kvízové otázky na grécke/rímske témy. Jednotliví súťažiaci stlačia bzučiakové tlačidlá, keď majú odpoveď. Zariadenie sleduje poradie, v ktorom boli tlačidlá stlačené, pričom platí pravidlo o uzamknutí tímu, že akonáhle hráč v tíme stlačí tlačidlo, ostatné stlačenia z tohto tímu sa nepočítajú. Stroj, ktorý sme zostrojili, bol pre tri tímy po štyroch hráčoch. Navyše, aby ostatné školské skupiny mohli používať stroj ako štandardný kvízový stroj, existuje možnosť ignorovať tímy a sledovať iba poradie tlačidiel.

Školský tím Certamen potreboval stroj na cvičenie, ale oficiálny stroj stojí 545 dolárov za samostatný systém (variant, ktorý sa pripája k počítaču, je 435 dolárov), čo bolo z rozpočtového hľadiska nerealizovateľné. Navyše evidentne predražené!

A tak som navrhol oveľa lacnejší, založený na Arduino Mega. Nie je schválený pre oficiálne turnaje, ale je vhodný na precvičovanie.

Jeden z problémov s dizajnom, ktorý som mal na pamäti, bol ten, že sme potrebovali stredne dlhé káble a museli sme mať filtrovanie signálu, aby sme sa vyhli falošným pozitívam v dôsledku elektrického šumu z okolitých zariadení. Nakoniec som použil kábel CAT-6, pričom signály každého tlačidla prešli jedným krúteným párom. Testovali sme elektrický šum pomocou osciloskopu a elektrického orezávača napájaného striedavým prúdom, ktorý bežal na chaotickej hromade káblov, a zistili sme, že na filtrovanie by mal stačiť kondenzátor 100nF.

Potrebné diely (cena v októbri 2017):

• 3 segmenty kábla CAT-6, každý s dĺžkou 26,5 stôp, so zástrčkou RJ-45 na každom (jeden kábel s dĺžkou 70 stôp, 16 dolárov v Amazone, na skrátenie na polovicu plus 30 stôp kábel, 9 dolárov v Amazone)
• Arduino 2560 rev.3 alebo klon s káblom USB (8 dolárov na Aliexpress)
• kus dosky na strih 94 mm x 53 mm (3,29 dolárov za balenie troch na eBay)
• odpory, jeden z každého: 2,2K, 1K, 100R (ak ich nemáte poruke, môžete si kúpiť 600 kusový súbor rôznych odporov na Aliexpress za 2,30 dolára)
• 12 kondenzátorov, 100 nF, keramických alebo monolitických (100 kusov za 0,81 dolára na Aliexpress)
• tranzistor, 2N3904 (10 kusov za 0,74 dolára na Aliexpress)
• 3 zásuvky RJ45 (10 kusov za 0,89 dolára na Aliexpress)
• 3 oddeľovacie dosky RJ45 (každá 0,55 dolárov na Aliexpress)
• 1602 modrý LCD modul (1,75 dolára na Aliexpress); ak použijete inú farbu, možno budete potrebovať inú hodnotu odporu ako 2,2 K, ktorú používam
• sada 65 prepojovacích káblov prepojovacích káblov (1,09 dolára na Aliexpress; alebo si vytvorte vlastný)
• sada 40 mužských-ženských 15 cm dupontových prepojok (1,39 dolárov na Aliexpress)
• prepínač (0,43 $ na Aliexpress) na zmenu režimu

• 13 tlačidiel, ideálne tak, aby každý zo štyroch tímov mohol získať rovnakú farbu, a pre tlačidlo Vymazať je štvrtá farba:

  • použili sme 30 mm arkádové tlačidlá (20 kusov za 10 dolárov na Aliexpress)
  • tieto klikacie hmatové tlačidlá mohli byť lepšie, ale vyžadovali by iný dizajn tlačidiel (prediskutujem to v návode) (kúpte si tri sady po 10 kusoch, v Aliexpresse spolu 1,20 dolára)
• 52 lepivých silikónových nožičiek (1,14 dolára za 100 kusov na Aliexpress)
• sortiment zmršťovacích bužírok (pod 2 doláre na Aliexpress)
• 64 skrutiek, skrutky č. 4, 3/8 "(asi 3,50 dolára za 100 v miestnom železiarstve; 16 potrebujete iba vtedy, ak použijete alternatívny ručný kliker)
• 24 malých káblových zväzkov (v štýle zipsu) (asi 4 doláre v Lowes)

Medzisúčet: asi 68 dolárov plus príslušné dane.

A potom musíte premýšľať o puzdrách pre tlačidlá a ovládaciu skrinku. Navrhol som a 3D vytlačil ten náš, pričom sa spotrebovalo asi 10 dolárov vlákna. Ak nemáte prístup k 3D tlačiarni, môžete si moje návrhy vytlačiť pomocou komerčnej služby (alebo mi za rozumný poplatok nechať vytlačiť a odoslať?), Alebo použiť štandardný projektový box-alebo len plastovú potravinu kontajner-pre hlavný box a alternatívny dizajn tlačidiel. Tu si môžete prezrieť ukážky návrhov.

Naše tlačiarenské boxy s 3D tlačou sedia pekne na stole, na rozdiel od ručných oficiálnych certamenov, takže je otázne, či by ich Juniorská klasická liga schválila pre oficiálnu súťaž, ale náš stroj bol určený na cvičenie.

Ak dávate prednosť štandardnejšej verzii ručného klikacieho zariadenia (stále nie je oficiálne schválená, ale môžete sa pokúsiť požiadať o schválenie JCL, ak ich chcete použiť skôr na turnaje než na školské cvičenia), popíšem aj alternatívny dizajn, ktoré som v skutočnosti nevybudoval, ale malo by to byť jednoduché. Výhodou tohto dizajnu je, že nepotrebuje 3D tlač (aj keď pre hlavný box stále potrebujete nejaké puzdro). Vyžaduje asi šesť stôp plánu 80 1/2 PVC rúrky, epoxidu a horúceho lepidla a znižuje náklady na projekt asi o 6 dolárov.

Krok 1: Ovládací box: Úvod

Riadiaci box bude obsahovať Arduino Mega, stripboard so zásuvkami RJ-45, filtračné kondenzátory a rôzne ďalšie pripojenia, tlačidlo CLEAR a prepínač MODE. Pripojenia na strane Arduino budú používať prepojky, aby ich bolo možné ľahko vymeniť.

Budem predpokladať, že robíte trojčlennú verziu s tromi zásuvkami RJ-45. S určitou opatrnosťou bude možné namontovať štyri zásuvky RJ-45 a úpravy firmvéru budú mierne. Ak chcete verziu pre dva tímy, preskočte jednu zo zásuviek.

Krok 2: Riadiaci box: zásuvky RJ-45

Pripojte zásuvky RJ-45 k oddeľovacím doskám.

Odlomte odlamovacie dosky k okrajom pásovej dosky. Ak používate môj dizajn ovládacej skrinky s 3D tlačou, mali by ste ich spájkovať na rovnaké miesta ako na fotografii.

Krok 3: Riadiaci box: kondenzátory a pripojenia

Pruhová doska teraz potrebuje množstvo ďalších spojení. Budete chcieť odkázať na schému (na ďalšie priblíženie môže pomôcť táto verzia-p.webp

Väčšina spájkovania zahŕňa spájkovanie prepojok s doskou. Môžete použiť drôt 22AWG s pevným jadrom alebo vopred pripravené prepojky. Ak použijete vopred pripravené prepojky, niekedy sa vám podarí rozrezať dlhý na polovicu a použiť obe polovice oddelene. Vždy sa uistite, že vaše prepojky sú dostatočne dlhé, aby sa dostali tam, kam potrebujú. Pokiaľ nespomínam inak, „skokan“znamená „skokan muž-muž“.

Môžete ísť podľa schémy a ignorovať nasledujúce rady, ale niektoré z nich vám môžu pomôcť.

1. Zarezervujte si stredový pás pásovej dosky na zem a spájkujte prepojku (ideálne čiernu), ktorá smeruje k jednému z pinov GND Arduina.

2. Každá zásuvka RJ-45 slúži jednému tímu a má osem konektorov, ktoré vstupujú (skrútené) páry do štyroch tlačidiel. Vložte kondenzátor 100nF medzi 1 a 2, 3 a 6 (!), 4 a 5 (!) A 7 a 8. Pripojte 2, 4, 6 a 8 k zemi. Pripojte 1, 3, 5 a 7 k prepojovacím vodičom, ktorých druhý koniec bude smerovať k digitálnym kolíkom Arduina. V ideálnom prípade použite pre každý tím prepojovacie vodiče rovnakej farby, aby bolo jednoduchšie ich sledovať.

3. Spájka v jednoduchom tranzistorovom obvode slúžiaca schéme pre reproduktor. Kolíky tranzistora sú schematicky usporiadané zľava doprava plochou stranou k vám: vľavo by mal byť pripojený k prepojovaciemu vodiču, ktorý pôjde k jednému z uzemňovacích kolíkov Arduino, stredný vodič k 1K odporu, ktorého druhý koniec ide na prepojku k digitálnemu kolíku 9 Arduino a pravý kolík na odpor 100 ohmov, ktorého druhý koniec smeruje k vodiču k jednému z pripojení reproduktorov. Pripojenie druhého reproduktora by malo viesť k prepojke, ktorá sa zapojí do jedného z pinov Arduino 5V.

4. Zapojte prepínač. Môžete jednoducho spájkovať jeden vodič z jedného z kontaktov prepínača režimu na uzemňovací pásik a spájkovať mužský prepojovací kábel z iného kontaktu, aby ste sa nakoniec pripojili k Arduinu.

5. Jasné tlačidlo je zložitejšie, ak použijete 30 mm arkádové tlačidlá, pretože bude musieť byť prichytené k puzdru zvonku a vy sa v tejto chvíli nechcete s puzdrom zaoberať. Odporúčam vziať jeden jumper so ženským koncom, odrezať ho blízko ženského konca a druhý koniec spájkovať s gombíkom. Potom spájajte mužský prepojovací mostík s uzemňovacím pásikom dosky a nakoniec môžete prepojku prepojiť s tlačidlom. Okrem toho spájkujte mužský prepojovací kolík s druhým konektorom na tlačidle; toto sa nakoniec pripojí k Arduinu.

Poznámka: Na prepínač aj na tlačidlo Vymazať som vložil 150ohmový rezistor do série s kondenzátorom 100nF, ale úprimne povedané, je to pravdepodobne prehnané, takže som to nezahrnul do schémy a pravdepodobne sa s tým nemusíte obťažovať.. (Firmvér aj tak vykoná všetky potrebné odbúrania softvéru.)

Krok 4: Ovládací box: LCD

K dvojriadkovému LCD monitoru „1602“pravdepodobne prináleží zásuvka, ku ktorej je potrebné spájkovať. Hneď ako získate hlavičku, zapojte do nej 16 prepojok medzi ženami a mužmi.

Všimnite si toho, že v schéme zapojenia sú na LCD displeji štyri kolíky, ktoré smerujú k zemi, jeden z nich cez odpor 2,2 K. Aby ste ušetrili vzácne piny Arduino GND, odstrihnite mužské konce z troch prepojok medzi ženami a ženami, najmä vrátane konektora V0, ktorý dostane odpor. Jeden koniec odporu odpájkujte na prepojku V0. Potom spojte druhý koniec odporu a zvyšné tri prepojky tak, aby sa všetky zbiehali do jednej zástrčky, ktorá môže ísť na pin Arduino GND.

Nezabudnite nakoniec všetky exponované veci zakryť elektrickou páskou alebo tepelným zmršťovaním.

Poznámka: Ak nie je kontrast displeja dobrý, v nasledujúcom kroku bude pravdepodobne potrebné zmeniť odpor 2,2K, takže možno ešte nerobte teplo.

Na displeji LCD sú tiež dva kolíky, ktoré idú na 5V: zlúčte ich podobne. Možno budete chcieť skontrolovať, či sa konektor LED+ pripája k odporu na LCD (to sa stalo na doske, ktorú som dostal). Ak nie, pridajte odpor 220 ohmov.

Potom zapojte mužské konce do Arduina podľa schémy zapojenia.

Krok 5: Ovládací box: nahrajte firmvér a otestujte ho

Uistite sa, že máte nainštalované IDE Arduino. Odtiaľ si stiahnite môj softvér. Stačí si stiahnuť súbor zip a vložiť jeho obsah do adresára Arduino.

V súbore zip nájdete ďalší súbor zip s názvom ModNewLiquidCrystal.zip. Riešenie je trochu zložité. Je to vysoko optimalizovaná knižnica na prácu s LCD displejom 1602 a zlepší presnosť časovania zariadenia Certamen. Odstráňte predvolenú knižnicu LiquidCrystal Arduino. (V systéme Windows je v priečinku C: / Program Files (x86) Arduino / libraries.) Potom rozbaľte obsah súboru ModNewLiquidCrystal.zip do priečinka s používateľskými knižnicami Arduino.

Pripojte Arduino k počítaču, nastavte Nástroje | Rada | Arduino Mega… 2560, Nástroje | Procesor | ATmega2560 a nástroje | Port na sériový port vášho Arduina (dúfajme, že existuje iba tam). Potom nahrajte tlačidlo so šípkou doprava.

Ak je všetko v poriadku, na LCD displeji sa zobrazí správa Certamen a prejde na obrazovku, na ktorej je napísané „Certamen“. Ak nie, niečo nie je v poriadku s vašimi pripojeniami LCD. Ak je kontrast zlý, môžete 2,2K odpor vymeniť za niečo iné. Alebo použite 10K potenciometer, ako tu.

Odpojte Arduino a podľa schémy prepojte prepojovacie mostíky, jasné a režimové prepojenia s Arduinom.

Znova zapnite Arduino a teraz ho môžete otestovať. Existujú dva režimy: režim Certamen a režim Kvíz. Prepínate medzi nimi prepínačom. V režime Certamen stlačením tlačidla uzamknete tím. V režime Kvíz nedochádza k blokovaniu tímov. Kvízový režim je tiež užitočný na kontrolu funkčnosti všetkých pripojení. Pretože ešte nemáte zapojené tlačidlá, na testovanie spojte kontakty na zásuvkách RJ45 pomocou skrutkovača.

Krok 6: Ovládací box: Dokončite

Váš projektový box musí mať otvory pre tlačidlo na vymazanie, prepínanie režimov, port USB, porty RJ-45 a obrazovku LCD. Možno by bolo dobré mať nejaké otvory pre rečníka, ale môžete experimentovať. Môžete na to prísť, alebo môžete použiť box s 3D tlačou.

Ak ako tlačidlo vymazania použijete 30 mm arkádové tlačidlo a tlačidlo prepínača režimu má rovnaké rozmery ako moje, stačí vytlačiť súbory STL.

Ak však chcete veci zmeniť, budete si musieť stiahnuť OpenSCAD a upraviť súbor mainbox.scad. OpenSCAD môže byť zastrašujúci, ale ak potrebujete vykonať iba malé zmeny, bude to jednoduché:

• Ak ako vymazacie tlačidlo nepoužívate 30 mm arkádové tlačidlo, môžete vytvoriť obyčajný kruhový otvor pre gombíky tak, že zmeníte parameter use30MMArcadeButton na hodnotu false a potom upravíte parametre clearButtonNeckDiameter, clearButtonNeckLength a clearButtonOuterDiameter podľa svojich predstáv.
• Ak chcete zmeniť veľkosť prepínača režimu, upravte modeSwitchNeckDiameter, modeSwitchNeckLength, modeSwitchOuterDiameter.
• Ak máte reproduktor inej veľkosti, existujú rôzne parametre reproduktoraXXX.

Efekty zobrazíte kliknutím na tlačidlo ukážky ">>". V hornej časti súboru je „mode =“, ktorý vám umožňuje vybrať, či vykresľujete HORNÉ, SPODNÉ alebo niektoré PODLOŽKY, ktoré môžu byť vhodné na prispôsobenie vecí. Keď ste spokojní, kliknite na tlačidlo kocky s presýpacími hodinami, ktoré sa má vykresliť, a potom na tlačidlo STL vytvoríte tlačiteľný súbor STL.

Akonáhle je krabica pripravená, namontujte Arduino, stripboard a LCD pomocou skrutiek č. 4. V prípade niektorých spodných otvorov môžu byť skrutky príliš dlhé a vyčnievajú. Konce skrutiek môžete jednoducho opilovať na plocho alebo použiť kratšie. Zasuňte reproduktor do výsuvov za mriežku reproduktora a namontujte prepínač režimov a tlačidlá.

Krok 7: Pripravte si káble

Nastavenie, pre ktoré som išiel, viedlo k tomu, že každý kábel vychádzal z ovládacieho boxu asi 14,5 stôp do prvého klikacieho boxu a potom kábel prešiel cez klikací box k ďalšiemu a tak ďalej k poslednému klikaciemu boxu. Chcel som asi 3,5-4 stopy medzi klikacími políčkami.

Každý klikací box sa pripája k jednému páru vodičov krútenej dvojlinky:

• oranžová / oranžovo-biela: tlačidlo 1 (blízko konca, najbližšie k zástrčke)
• zelená / zeleno-biela: tlačidlo 2
• modrá / modro-biela: tlačidlo 3
• hnedá / hnedo-biela: tlačidlo 4 (vzdialený koniec)

Budete sa musieť pripojiť k správnym skrúteným párom z kábla v správnych bodoch.

Zmerajte, kam majú klikacie boxy smerovať, pričom posledná bude asi tri palce od vzdialeného konca kábla (koniec oproti zástrčke RJ-45) a opatrne odizolujte asi pol palca vonkajšej izolácie. kábel v každom z týchto štyroch bodov.

Ďalej odizolujte hroty hnedého / hnedo-bieleho páru v bode 4.

Prejdite na odizolovanú oblasť tlačidla 3. Odrežte modro/modro-biely pár na vzdialenejšej strane 1/2 "odizolovanej oblasti (tj. Stranou od zástrčky) a ponechajte 1/2" páru na. Odizolujte konce modro / modro-bieleho páru a spájajte spájacie vodiče (napr. Zostávajúce prepojky) s blízkou (zástrčnou) stranou drôtov, asi 3 palce pre použitie s klikacími nástrojmi na stole a 6 palcov pre do ruky. Kĺby pekne pokryte zmršťovaním za tepla.

Opakujte s tlačidlom 2 a zelenou / zeleno-bielou.

Opakujte s tlačidlom 1 a oranžovou / oranžovo-bielou.

Teraz máte kábel so štyrmi pármi drôtov trčiacimi v rôznych bodoch. Opakujte pre ďalšie dva káble.

Mal som oveľa komplikovanejší postup, keď som preskočil spoje a vytiahol drôty zo vzdialeného konca kábla. Pri tom som príležitostne poškodil vodiče a namiesto toho odporúčam vyššie uvedený postup.

Krok 8: Možnosť A: 30 mm arkádové tlačidlá a 3D-tlačené klikacie boxy

Ak pôjdete po 30 mm tlačidlách na stolnom klikačke, ktoré som urobil, budete teraz musieť vytlačiť všetkých 12 klikacích políčok. Sú na stránke github projektu, vo formáte stl aj v súbore OpenSCAD, ktorý bol použitý na ich vygenerovanie. Políčka s tlačidlami sú označené tímom a hráčom (tímy: A, B a C; hráči: 1, 2, 3 a 4), takže sú všetci odlišní. Box 4 prehrávača je navyše na konci kábla, takže má namiesto dvoch iba jeden otvor na kábel. K dispozícii sú tiež základne pre gombíkové boxy. Základne pre hráčov 1-3 sú všetky rovnaké, ale základňa pre hráča 4 je odlišná. Aby som ušetril plast, vyrobil som miesto toho z 1/4 “preglejky podložky s dierovou pílou (a potom vŕtané nástavce).

Vytiahnite káble vedúce k jednotlivým tlačidlám hore cez spodok skrinky na tlačidlá a spájkujte k tlačidlu. Zaistite, aby boli všetky spoje pokryté elektrickou páskou alebo tepelne zmrštiteľnou. Vložte kábel do otvorov v spodnej časti skrinky na gombíky (alebo jedného otvoru, ak je to tlačidlo 4), a dovnútra pripevnite káblové zväzky, aby sa kábel nevyťahoval. Podstavce pripevnite skrutkami a nasaďte silikónové nožičky.

Krok 9: Možnosť B: Ručné klikačky

Vyrežte 1/2 rozvádzaciu rúrku 80 z PVC na päťpalcové segmenty na klikacie úchytky.

Vytvorte štrbinu pre kábel na oboch stranách spodnej časti rúrok, okrem prípadu v tlačidle 4, ktoré potrebuje iba jeden slot.

Vnútornú hornú časť kusa rúrky zafixujte tak, aby bolo tlačidlo na vrchu v trecom smere.

Vytiahnite káble hore potrubím a spájkujte k tlačidlu. Epoxidové tlačidlo na mieste, kde má trecie uloženie. Prevlečte kábel cez otvory v spodnej časti. Vložte káblové zväzky do potrubia, aby sa kábel nevyťahoval. Potom dno rúry utesnite epoxidom alebo tavným lepidlom.

Na úľavu od napätia odporúčam na vonkajšiu stranu kábla, kde vychádza z potrubia, dať nejaký Shoe Goo alebo silikónový tmel.

Krok 10: Použite

Pred použitím vyskúšajte všetky tlačidlá. Nastavte prepínač režimov na „Kvíz“a nechajte každého hráča stlačiť tlačidlo. Na obrazovke by sa malo zobraziť všetkých 12 tlačidiel. Potom prepnite na „Certamen“a získate funkciu blokovania tímov. Ak chcete vymazať obrazovku, stlačte tlačidlo Vymazať.

Moje rozmery kábla boli navrhnuté tak, aby tlačidlá mohli byť na oddelených laviciach v triede.

Krok 11: Technické poznámky

V prípade nerozhodného výsledku softvér urobí náhodný výber.

Presnosť načasovania na určenie, kto je prvým hráčom, ktorý stlačí tlačidlo, nie je horšia ako 50 mikrosekúnd (testované osciloskopom).

V zriedkavých najhorších prípadoch bude presnosť načasovania rozprávania druhého z tretieho lisu asi 2 milisekundy. K tomu dôjde iba vtedy, ak sa všetky tri stlačenia uskutočnia do 2 milisekúnd od seba, a je to kvôli zaneprázdneniu procesora s aktualizáciou obrazovky po prvom stlačení. Aby sa minimalizoval tento zdroj chýb časovania, LCD má paralelné 8-bitové pripojenie (bežne ľudia pripájajú 1602 LCD pomocou menšieho počtu pinov na Arduine) a ja som pridal optimalizovanú knižnicu LiquidCrystal, aby som to využil (väčšina optimalizácií nie je môj, ale pridal som paralelnú 8-bitovú optimalizáciu).

Krok 12: Veľkonočné vajíčka

Ak počas zavádzania zariadenia podržíte stlačené tlačidlo Vymazať, dostanete jedno z dvoch veľkonočných vajíčok v závislosti od stavu prepínača režimov: klavír ovládaný klikacími tlačidlami alebo latinskú poéziu na obrazovke. Ak chcete ukončiť, prepnite prepínač režimov.

Druhé miesto v súťaži učiteľov 2017