Cvičný stroj Certamen Quiz: 12 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Kvízová soutěž týmů Certamen z Juniorské klasické ligy zahrnuje kvízové otázky na řecká/římská témata. Jednotliví soutěžící mačkají tlačítka bzučáku, když mají odpověď. Stroj sleduje pořadí, ve kterém byla stisknuta tlačítka, s výhradou pravidla pro blokování týmu, že jakmile hráč v týmu stiskne tlačítko, ostatní stisknutí z tohoto týmu se nepočítají. Stroj, který jsme postavili, byl pro tři týmy po čtyřech hráčích. Kromě toho, aby ostatní školní skupiny mohly stroj používat jako standardní kvízový stroj, existuje možnost ignorovat týmy a jednoduše sledovat pořadí tlačítek.

Školní tým Certamen potřeboval stroj, na kterém by mohl cvičit, ale oficiální stroj stojí 545 dolarů za samostatný systém (varianta, která se zapojuje do počítače, je 435 dolarů), což bylo z rozpočtového hlediska neproveditelné. Navíc evidentně předražené!

A tak jsem navrhl mnohem levnější, založený na Arduino Mega. Není to schváleno pro oficiální turnaje, ale je to dobré pro trénink.

Jeden z problémů s designem, který jsem měl na paměti, byl ten, že jsme potřebovali středně dlouhé kabely a museli jsme filtrovat signál, abychom se vyhnuli falešným poplachům kvůli elektrickému šumu z okolních zařízení. Nakonec jsem použil kabel CAT-6, přičemž signály každého tlačítka procházely jedním krouceným párem. Testovali jsme elektrický šum pomocí osciloskopu a elektrického ořezávátka napájeného střídavým proudem běžícího na špinavé hromádce kabelů a zjistili jsme, že na filtrování by měl stačit kondenzátor 100nF.

Potřebné díly (cena za říjen 2017):

• 3 segmenty kabelu CAT-6, každý o délce 26,5 stop, se zástrčkou RJ-45 na každém (jeden 70 stopový kabel, 16 $ na Amazonu, zkrácený na polovinu, plus 30 stopový kabel, 9 $ na Amazonu)
• Arduino 2560 rev.3 nebo klon s USB kabelem (8 $ na Aliexpress)
• kus lišty 94 mm x 53 mm (3,29 USD za balíček tří na eBay)
• rezistory, po jednom: 2,2K, 1K, 100R (pokud je nemáte po ruce, můžete si koupit 600kusový set různých rezistorů na Aliexpress za 2,30 $)
• 12 kondenzátorů, 100nF, keramických nebo monolitických (100 kusů za 0,81 $ na Aliexpress)
• tranzistor, 2N3904 (10 kusů za 0,74 $ na Aliexpress)
• 3 zásuvky RJ45 (10 kusů za 0,89 $ na Aliexpress)
• 3 RJ45 breakout desky (0,55 $ každý na Aliexpress)
• 1602 modrý LCD modul (1,75 $ na Aliexpress); pokud použijete jinou barvu, možná budete potřebovat jinou hodnotu odporu než 2,2 K, kterou používám
• sada 65 propojovacích kabelů propojovacího kabelu (1,09 $ na Aliexpress; nebo si vytvořte vlastní)
• sada 40 dupontových propojek 15 cm pro muže a ženy (1,39 $ na Aliexpress)
• přepínací přepínač (0,43 $ na Aliexpress) pro změnu režimu

• 13 tlačítek, v ideálním případě tak, aby každý čtyřčlenný tým získal stejnou barvu, a pro tlačítko pro vymazání existuje čtvrtá barva:

  • použili jsme 30mm arkádová tlačítka (20 kusů za 10 $ na Aliexpress)
  • tato klikací hmatová tlačítka mohla být lepší, ale vyžadovala by jiný design tlačítek (proberu to v pokynech) (kupte tři sady po 10 kusech, za celkem 1,20 $ v Aliexpressu)
• 52 lepivých silikonových nožiček (1,14 $ za 100 kusů na Aliexpress)
• sortiment smršťovacích bužírek (pod 2 dolary na Aliexpressu)
• 64 šroubů, #4, 3/8 "šrouby (asi 3,50 $ za 100 v místním železářství; potřebujete pouze 16, pokud jdete s alternativním ručním klikacím designem)
• 24 malých kabelových pásků (ve stylu zipu) (asi 4 dolary u Lowes)

Mezisoučet: asi 68 dolarů plus příslušné daně.

A pak musíte přemýšlet o pouzdrech pro tlačítka a ovládací skříňku. Navrhl jsem a 3D vytiskl naše, přičemž jsem spotřeboval asi 10 $ vlákna. Pokud nemáte přístup k 3D tiskárně, můžete si mé návrhy vytisknout pomocí komerční služby (nebo mi za rozumný poplatek nechat vytisknout a odeslat?), Nebo použít standardní projektovou krabici-nebo jen plastové jídlo kontejner-pro hlavní box a alternativní design tlačítka. Zde si můžete prohlédnout náhledy návrhů.

Naše 3D tištěné klikací knoflíky sedí pěkně na stole, na rozdíl od ručních oficiálních Certamenů, takže je pochybné, zda by je Junior Classical League schválila pro oficiální soutěž, ale náš stroj byl určen k procvičování.

Pokud dáváte přednost standardnější verzi ručního klikacího zařízení (stále není oficiálně schválena, ale můžete se pokusit získat souhlas od JCL, pokud je chcete použít spíše pro turnaje než pro školní cvičení), popíši také alternativní design, které jsem ve skutečnosti nevybudoval, ale mělo by to být jednoduché. Výhodou tohoto designu je, že nepotřebuje 3D tisk (i když pro hlavní box stále potřebujete nějaké pouzdro). Vyžaduje asi šest stop plánu 80 1/2 PVC trubky, epoxidu a horkého lepidla a snižuje náklady na projekt asi o 6 dolarů.

Krok 1: Control Box: Úvod

Řídicí jednotka bude obsahovat Arduino Mega, stripboard se zásuvkami RJ-45, filtrační kondenzátory a různá další připojení, tlačítko CLEAR a přepínač MODE. Připojení na straně Arduina budou používat propojky, takže je lze snadno vyměnit.

Budu předpokládat, že děláte tříčlennou verzi se třemi zásuvkami RJ-45. S trochou opatrnosti může být možné osadit čtyři zásuvky RJ-45 a úpravy firmwaru budou nepatrné. Pokud chcete verzi pro dva týmy, přeskočte jednu ze soketů.

Krok 2: Ovládací skříňka: zásuvky RJ-45

Zásuvky RJ-45 připájejte k odlamovacím deskám.

Odlomte prkna k okrajům stripboardu. Pokud používáte můj design 3D tištěného ovládacího boxu, měli byste je pájet na stejná místa jako na fotografii.

Krok 3: Řídicí jednotka: Kondenzátory a připojení

Pruhovací deska nyní potřebuje řadu dalších připojení. Budete chtít odkázat na schéma (pro další přiblížení může pomoci tato verze-p.webp

Většina pájení zahrnuje pájení propojek na desku. Můžete použít drát 22AWG s pevným jádrem nebo předem připravené propojky. Pokud použijete předpřipravené propojky, budete někdy schopni rozříznout dlouhý na polovinu a použít obě poloviny samostatně. Vždy zajistěte, aby vaše propojky byly dostatečně dlouhé, aby dosáhly tam, kam potřebují. Pokud neuvádím jinak, „jumper“znamená „muž-muž skokan“.

Můžete jít podle schématu a ignorovat následující rady, ale některé vám mohou pomoci.

1. Zarezervujte si centrální pásek desky pro uzemnění a připájejte propojku (ideálně černou), která jde na jeden z GND pinů Arduina.

2. Každá zásuvka RJ-45 slouží jednomu týmu a má osm konektorů, které vstupují (zkroucené) páry do čtyř tlačítek. Vložte kondenzátor 100nF mezi 1 a 2, 3 a 6 (!), 4 a 5 (!) A 7 a 8. Připojte 2, 4, 6 a 8 k zemi. Připojte 1, 3, 5 a 7 k propojovacím vodičům, jejichž druhý konec bude směřovat k digitálním pinům Arduina. V ideálním případě použijte pro každý tým propojovací kabely stejné barvy, takže bude snazší sledovat.

3. Pájka v jednoduchém tranzistorovém obvodu obsluhující reproduktor ve schématu. Piny tranzistoru ve schématu jsou uspořádány zleva doprava plochou stranou směrem k vám: vlevo by měl být připojen k propojovacímu vodiči, který půjde k jednomu ze zemních kolíků Arduino, prostřední vodič k 1K odporu, jehož druhý konec jde na propojku k digitálnímu pinu 9 Arduino a pravý kolík k rezistoru 100 ohmů, jehož druhý konec vede k vodiči k jednomu z reproduktorových připojení. Připojení druhého reproduktoru by mělo jít na propojku, která se zapojí do jednoho z pinů Arduino 5V.

4. Zapojte kolébkový spínač. Můžete pouze připájet jeden vodič z jednoho z kontaktů přepínače režimu na zemnící pásku a pájet samčí propojku z jiného kontaktu, abyste se nakonec připojili k Arduinu.

5. Jasné tlačítko je složitější, pokud použijete 30mm arkádová tlačítka, protože bude muset být přichyceno k pouzdru zvenčí, a v tuto chvíli nechcete pouzdro řešit. Doporučuji vzít jeden propojovací kus se ženským koncem, odříznout jej blízko ženského konce a druhý konec připájet k tlačítku. Poté připájejte samčí propojku k uzemňovací liště desky a nakonec ji můžete připojit k tlačítku. Kromě toho připájejte samčí propojku k druhému konektoru na tlačítku; toto se nakonec připojí k Arduinu.

Poznámka: Přepínač a tlačítko Vymazat jsem zapojil odpor 150 ohmů do série s kondenzátorem 100nF, ale upřímně řečeno, to je pravděpodobně přehnané, takže jsem to nezahrnul do schématu a pravděpodobně se tím nemusíte obtěžovat. (Firmware v softwaru stejně provede všechny požadované odskakování.)

Krok 4: Ovládací panel: LCD

Dvouřádkový LCD displej „1602“pravděpodobně obsahuje zástrčku, kterou k němu musíte připájet. Jakmile získáte záhlaví pro muže, zapojte do něj 16 propojek typu žena-muž.

Všimněte si, že ve schématu zapojení jsou na LCD čtyři piny, které jdou k zemi, jeden z nich přes odpor 2,2 K. Abyste zachovali vzácné piny Arduino GND, odřízněte mužské konce ze tří propojek mezi ženami a ženami, zejména včetně V0, který dostane odpor. Pájejte jeden konec rezistoru na propojku V0. Poté připojte druhý konec rezistoru a zbývající tři propojky tak, aby se všechny sbíhaly do jedné zástrčky, která může jít na pin Arduino GND.

Nezapomeňte nakonec všechny exponované věci zakrýt elektrickou páskou nebo tepelným smršťováním.

Poznámka: Pokud není kontrast displeje dobrý, bude možná nutné v dalším kroku změnit odpor 2,2 K.

Také jsou na LCD dva piny, které jdou na 5V: sloučit je podobně. Možná budete chtít zkontrolovat, zda se konektor LED+ připojuje k odporu na LCD (to se stalo na desce, kterou jsem dostal). Pokud ne, přidejte odpor 220 ohmů.

Poté zapojte zástrčkové konce do Arduina jako na schématu zapojení.

Krok 5: Ovládací box: Nahrajte firmware a vyzkoušejte

Ujistěte se, že máte nainstalované IDE Arduino. Stáhněte si můj software odtud. Stačí si stáhnout zip soubor a vložit jeho obsah do adresáře Arduino.

V souboru zip najdete další soubor zip s názvem ModNewLiquidCrystal.zip. Vypořádat se s tím je trochu složité. Je to vysoce optimalizovaná knihovna pro práci s LCD 1602 a zlepší přesnost časování zařízení Certamen. Odstraňte výchozí knihovnu LiquidCrystal Arduino. (Ve Windows je to v C: / Program Files (x86) Arduino / libraries.) Poté rozbalte obsah ModNewLiquidCrystal.zip do složky uživatelských knihoven Arduino.

Připojte Arduino k počítači, nastavte Nástroje | Deska | Arduino Mega… 2560, Nástroje | Procesor | ATmega2560 a nástroje | Port na sériový port vašeho Arduina (doufejme, že existuje pouze tam). Poté nahrajte pomocí tlačítka se šipkou doprava.

Pokud je vše v pořádku, na LCD displeji se zobrazí zpráva Certamen a přejde na obrazovku s nápisem „Certamen“. Pokud ne, něco není v pořádku s vašimi připojeními LCD. Pokud je kontrast špatný, můžete vyměnit 2,2K odpor za něco jiného. Nebo použijte 10K potenciometr, jako zde.

Odpojte Arduino a připojte propojovací můstky, clear a mode k Arduinu podle schématu.

Znovu zapněte Arduino a nyní jej můžete vyzkoušet ještě více. Existují dva režimy: režim Certamen a režim Quiz. Přepínáte mezi nimi pomocí přepínače. V režimu Certamen stisknutí tlačítka uzamkne tým. V režimu Kvíz nedochází k blokování týmů. Kvízový režim je také užitečný pro kontrolu, zda všechna připojení fungují. Protože ještě nemáte připojená tlačítka, pro testování stačí použít šroubovák ke spojení kontaktů na zásuvkách RJ45.

Krok 6: Control Box: Dokončit

Váš projektový box musí mít otvory pro tlačítko pro vymazání, přepínání režimů, port USB, porty RJ-45 a obrazovku LCD. Mohlo by být dobré mít nějaké otvory pro reproduktor, ale můžete experimentovat. Můžete na to přijít, nebo použít 3D tisknutelný box.

Pokud použijete 30 mm arkádové tlačítko jako tlačítko pro vymazání a tlačítko pro přepnutí režimu má stejné rozměry jako moje, stačí vytisknout soubory STL.

Pokud ale chcete věci změnit, budete si muset stáhnout OpenSCAD a upravit soubor mainbox.scad. OpenSCAD může být zastrašující, ale pokud potřebujete provést pouze drobné změny, bude to snadné:

• Pokud nepoužíváte 30mm arkádové tlačítko jako tlačítko pro vymazání, můžete vytvořit obyčejný kruhový knoflíkový otvor změnou parametru use30MMArcadeButton na hodnotu false a následným nastavením parametrů clearButtonNeckDiameter, clearButtonNeckLength a clearButtonOuterDiameter podle svých představ.
• Chcete -li změnit velikost přepínacího otvoru režimu, upravte modeSwitchNeckDiameter, modeSwitchNeckLength, modeSwitchOuterDiameter.
• Pokud máte reproduktor jiné velikosti, existují různé parametry reproduktoruXXX.

Efekty zobrazíte kliknutím na tlačítko náhledu ">>". V horní části souboru je "mode =", který vám umožní vybrat, zda vykreslujete TOP, BOTTOM nebo některé PODLOŽKY, které mohou být užitečné pro přizpůsobení věcí. Jakmile budete spokojeni, klikněte na tlačítko krychle s přesýpacími hodinami a poté na tlačítko STL vytvořte tisknutelný soubor STL.

Jakmile je krabice připravena, namontujte Arduino, stripboard a LCD pomocí šroubů #4. U některých spodních otvorů mohou být šrouby příliš dlouhé a vyčnívat. Konce šroubů můžete jednoduše napilovat na plocho nebo použít kratší. Zasuňte reproduktor do snímků za mřížku reproduktoru a namontujte přepínač režimů a tlačítka.

Krok 7: Připravte si kabely

Nastavení, pro které jsem šel, vedlo každý kabel z ovládacího boxu asi 14,5 stop k prvnímu klikacímu boxu a poté kabel prošel klikacím rámečkem k dalšímu a tak dále k poslednímu klikacímu boxu. Chtěl jsem asi 3,5 až 4 stopy mezi klikacími boxy.

Každý klikací box se připojuje k jednomu páru kroucených párových vodičů:

• oranžová / oranžovo-bílá: tlačítko 1 (blízko konce, nejblíže k zástrčce)
• zelená / zeleno-bílá: tlačítko 2
• modrá / modrobílá: tlačítko 3
• hnědá / hnědobílá: tlačítko 4 (vzdálený konec)

Budete se muset připojit ke správným krouceným párům z kabelu ve správných bodech.

Změřte, kam chcete, aby klikací boxy směřovaly, přičemž poslední bude asi tři palce od vzdálenějšího konce kabelu (konec opačný ke konektoru RJ-45) a opatrně odizolujte asi půl palce vnější izolace od kabel v každém z těchto čtyř bodů.

Dále odizolujte špičky hnědého / hnědobílého páru v bodě 4.

Přejděte na odizolovanou oblast tlačítka 3. Odřízněte modro/modrobílý pár na opačné straně odizolované oblasti 1/2 "(tj. Stranou od zástrčky) a ponechejte 1/2" páru na. Odizolujte konce modro / modro-bílého páru a pájecí spojovací vodiče (např. Zbylé propojky) na blízkou (zástrčkovou) stranu vodičů, asi 3 palce pro použití s klipy na stole a 6 palců pro do ruky. Klouby pěkně zakryjte smršťováním.

Opakujte s tlačítkem 2 a zelenou / zeleno-bílou.

Opakujte s tlačítkem 1 a oranžovou / oranžovo-bílou.

Nyní máte kabel se čtyřmi páry vodičů, které trčí v různých bodech. Opakujte pro další dva kabely.

Měl jsem mnohem složitější postup, kdy jsem přeskočil spoje a vytáhl dráty ze vzdálenějšího konce kabelu. Přitom jsem občas poškodil dráty a místo toho doporučuji výše uvedený postup.

Krok 8: Možnost A: 30mm arkádová tlačítka a 3D tištěné klikací boxy

Pokud jdete na 30mm tlačítkové kliky na stole, které jsem udělal, budete nyní muset vytisknout všech 12 klikacích políček. Jsou na stránce github pro projekt ve formátu stl i v souboru OpenSCAD, který byl použit k jejich generování. Knoflíky jsou označeny týmem a hráčem (týmy: A, B a C; hráči: 1, 2, 3 a 4), takže jsou všichni odlišní. Box 4 pro hráče navíc jde na konec kabelu, takže má místo dvou pouze jeden kabelový slot. K dispozici jsou také základny pro knoflíky. Základny pro hráče 1-3 jsou stejné, ale základna pro hráče 4 je odlišná. Abych ušetřil plast, místo toho jsem vyrobil základny z 1/4 překližky pomocí děrovky (a poté vyvrtaných příloh).

Vytáhněte dráty vedoucí ke každému tlačítku nahoru skrz spodní část krabice s tlačítky a pájejte k tlačítku. Ujistěte se, že jsou všechny spoje pokryty elektrickou páskou nebo tepelným smršťováním. Vložte kabel do otvorů ve spodní části krabice s knoflíky (nebo do jednoho otvoru, pokud je to tlačítko 4) a uvnitř připevněte stahovací pásky, aby se kabel nevytahoval. Připevněte základny pomocí šroubů a nasaďte silikonové nožičky.

Krok 9: Možnost B: Ruční klikače

Uřízněte 1/2 rozváděcí trubku z 80 PVC na pětipalcové segmenty pro kliky kliky.

Umístěte štěrbinu pro kabel na obou stranách spodní části trubek, s výjimkou tlačítka 4, které potřebuje pouze jeden slot.

Vnitřní horní část kusu potrubí opilujte tak, aby bylo možné dosáhnout třecího uložení tlačítka nahoře.

Vytáhněte dráty potrubím nahoru a připájejte k tlačítku. Epoxidové tlačítko na místě, kde má třecí uložení. Protáhněte kabel štěrbinami, které jste vložili dole. Vložte kabelové stahovací pásky dovnitř trubky na kabel, aby se nevytáhly. Poté dno dna utěsněte epoxidem nebo tavným lepidlem.

Jako odlehčení tahu doporučuji na vnější stranu kabelu, kde vychází z potrubí, dát nějaký Shoe Goo nebo silikonový tmel.

Krok 10: Použijte

Před použitím vyzkoušejte všechna tlačítka. Nastavte přepínač režimů na „Kvíz“a nechte každého hráče stisknout tlačítko. Na obrazovce by se mělo zobrazit všech 12 tlačítek. Poté přepněte na „Certamen“a získáte funkci uzamčení týmu. Obrazovku vymažete stisknutím tlačítka Vymazat.

Moje rozměry kabelu byly navrženy tak, aby tlačítka mohla být na samostatných lavicích ve třídě.

Krok 11: Technické poznámky

V případě nerozhodného výsledku software provede náhodnou volbu.

Přesnost načasování pro určení, kdo je prvním hráčem, který stiskne tlačítko, není horší než 50 mikrosekund (testováno osciloskopem).

V ojedinělých nejhorších případech bude přesnost načasování vyprávění druhého z třetího tisku asi 2 milisekundy. K tomu dojde pouze v případě, že ke všem třem stiskům dojde do 2 milisekund od sebe, a je to způsobeno zaneprázdněním procesoru aktualizací obrazovky po prvním stisknutí. Aby se minimalizoval tento zdroj chyby časování, má LCD paralelní 8bitové připojení (normálně lidé připojují 1602 LCD pomocí menšího počtu pinů na Arduinu) a já jsem zahrnoval optimalizovanou knihovnu LiquidCrystal, která toho využije (většina optimalizací není moje, ale přidal jsem paralelní 8bitovou optimalizaci).

Krok 12: Velikonoční vajíčka

Pokud při spouštění zařízení podržíte tlačítko Vymazat, získáte jedno ze dvou velikonočních vajíček, v závislosti na stavu přepínače režimů: klavír ovládaný tlačítky klikáním nebo nějakou latinskou poezii na obrazovce. Pro ukončení otočte přepínač režimů.

Vítěz soutěže Učitelé 2017