Машина для практики Certamen Quiz: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Командные викторины Certamen от младшей классической лиги включают в себя викторины по греческим / римским предметам. Индивидуальные участники нажимают кнопки зуммера, когда у них есть ответ. Машина отслеживает порядок, в котором были нажаты кнопки, в соответствии с правилом блокировки команды, согласно которому, когда игрок в команде нажимает кнопку, другие нажатия этой команды не учитываются. Машина, которую мы построили, была рассчитана на три команды по четыре игрока в каждой. Кроме того, чтобы другие школьные группы могли использовать машину как стандартную машину для викторин, есть возможность игнорировать команды и просто отслеживать порядок кнопок.

Школьной команде Certamen требовалась машина для тренировок, но официальная машина стоит 545 долларов за автономную систему (вариант, который подключается к компьютеру, стоит 435 долларов), что было невозможно с финансовой точки зрения. Плюс явно завышенная цена!

И поэтому я разработал гораздо более дешевый, основанный на Arduino Mega. Это не одобрено для официальных турниров, но полезно для практики.

Одна из конструктивных проблем, которую я имел в виду, заключалась в том, что нам нужны были умеренно длинные кабели и была необходима фильтрация сигналов, чтобы избежать ложных срабатываний из-за электрических шумов от соседних устройств. В итоге я использовал кабель CAT-6, и сигналы каждой кнопки проходили по одной витой паре. Мы проверили электрические помехи с помощью осциллографа и электрической точилки для карандашей с питанием от переменного тока, установленной поверх грязной кучи кабелей, и обнаружили, что конденсатора емкостью 100 нФ должно быть достаточно для фильтрации.

Необходимые детали (цены за октябрь 2017 г.):

• 3 сегмента кабеля CAT-6, каждый длиной 26,5 футов, с вилкой RJ-45 на каждом (один 70-футовый кабель, 16 долларов на Amazon, разрезать пополам, плюс 30-футовый кабель, 9 долларов на Amazon)
• Arduino 2560 rev.3 или клон с USB-кабелем (8 долларов на Aliexpress)
• кусок картона 94 мм x 53 мм (3,29 доллара за упаковку из трех на ebay)
• резисторы, по одному: 2.2K, 1K, 100R (если у вас их нет под рукой, вы можете купить на Aliexpress набор разных резисторов из 600 штук за 2,30 доллара)
• 12 конденсаторов, 100 нФ, керамические или монолитные (100 штук по 0,81 доллара на Алиэкспресс)
• транзистор, 2N3904 (10 штук по 0,74 $ на Алиэкспресс)
• 3 розетки RJ45 (10 штук по 0,89 доллара на Алиэкспресс)
• 3 коммутационных платы RJ45 (по 0,55 доллара на Aliexpress)
• 1602 синий ЖК-модуль (1,75 доллара на Алиэкспресс); если вы используете другой цвет, вам может потребоваться другое сопротивление резистора, отличное от 2,2 кОм, которое я использую
• набор из 65 соединительных кабелей для макета (1,09 доллара на Aliexpress; или сделайте свой собственный)
• комплект из 40 джемперов dupont 15 см (1,39 доллара на Aliexpress)
• тумблер (0,43 $ на Алиэкспресс) для смены режима

• 13 кнопок, в идеале так, чтобы каждая команда из четырех человек могла получить один и тот же цвет, а для кнопки очистки есть четвертый цвет:

  • использовали 30мм аркадные кнопки (20 штук по 10 долларов на Алиэкспресс)
  • эти щелкающие тактильные кнопки могли бы быть лучше, но для этого потребовался бы другой дизайн кнопок (я расскажу об этом в инструкциях) (купите три набора по 10 штук на общую сумму 1,20 доллара на Aliexpress)
• 52 липкие силиконовые ножки (1,14 доллара за 100 штук на Алиэкспресс)
• ассортимент термоусадочных трубок (до 2 долларов на Aliexpress)
• 64 винта, # 4, винты 3/8 дюйма (около 3,50 доллара за 100 в местном хозяйственном магазине; вам понадобится всего 16, если вы выберете альтернативный дизайн ручного кликера)
• 24 небольших кабельных стяжки (в виде молнии) (около 4 долларов в Lowes)

Итого: около 68 долларов плюс применимые налоги.

А дальше нужно подумать о футлярах для кнопок и блока управления. Я спроектировал и напечатал нашу на 3D-принтере, потратив на нить около 10 долларов. Если у вас нет доступа к 3D-принтеру, вы можете распечатать мои дизайны с помощью коммерческих услуг (или, может быть, за разумную плату попросите меня напечатать и отправить?), Или просто используйте стандартную коробку для проектов - или просто пластиковую еду. контейнер - для основного блока и альтернативного дизайна кнопок. Вы можете просмотреть дизайн здесь.

Наши коробки с кнопочными кнопками, напечатанные на 3D-принтере, прекрасно сидят на столе, в отличие от ручных официальных Certamen, поэтому сомнительно, что Молодежная классическая лига одобрит их для официальных соревнований, но наша машина была предназначена для практики.

Если вы предпочитаете более стандартную версию ручного кликера (еще не одобрено официально, но вы можете попытаться получить одобрение JCL, если хотите использовать их для турниров, а не просто для школьной практики), я также опишу альтернативный дизайн. который я на самом деле не создавал, но он должен быть простым. Преимущество этого дизайна в том, что он не требует 3D-печати (хотя вам все равно нужен какой-то футляр для основного блока). Для этого требуется около шести футов ПВХ трубы 80 1/2 дюйма, эпоксидной смолы и горячего клея, что снижает стоимость проекта примерно на 6 долларов.

Шаг 1. Блок управления: введение

Блок управления будет содержать Arduino Mega, плату с разъемами RJ-45, фильтрующие конденсаторы и различные другие соединения, кнопку CLEAR и тумблер MODE. Соединения на стороне Arduino будут использовать перемычки, поэтому их можно легко заменить.

Я предполагаю, что вы делаете трехкомандную версию с тремя разъемами RJ-45. С некоторой осторожностью можно будет установить четыре разъема RJ-45, при этом изменения в прошивке будут незначительными. Если вам нужна двухкомандная версия, просто пропустите один из сокетов.

Шаг 2: Блок управления: разъемы RJ-45

Припаяйте гнезда RJ-45 к коммутационным платам.

Припаяйте коммутационные платы к краям картона. Если вы используете мой дизайн блока управления, напечатанный на 3D-принтере, вы должны припаять их в тех же местах, что и на фотографии.

Шаг 3: Блок управления: конденсаторы и соединения

Стрипборд теперь требует ряда дополнительных подключений. Вы захотите обратиться к схеме (для дальнейшего увеличения может помочь эта версия в формате-p.webp

Часто при пайке к плате припаиваются перемычки. Вы можете использовать одножильный провод 22AWG или готовые перемычки. Если вы используете готовые перемычки, иногда можно разрезать длинную пополам и использовать обе половинки по отдельности. Всегда следите за тем, чтобы ваши перемычки были достаточно длинными, чтобы дотянуться до нужного места. Если я не упомяну иное, «джемпер» означает «мужчина-мужчина».

Вы можете просто следовать схеме и игнорировать следующие подсказки, но некоторые из них могут оказаться вам полезными.

1. Зарезервируйте центральную полосу монтажной платы для заземления и припаяйте перемычку (в идеале, черную), которая идет к одному из контактов GND Arduino.

2. Каждое гнездо RJ-45 обслуживает одну команду и имеет восемь разъемов, которые входят (витыми) парами к четырем кнопкам. Поместите конденсатор 100 нФ между 1 и 2, 3 и 6 (!), 4 и 5 (!) И 7 и 8. Подключите 2, 4, 6 и 8 к земле. Подключите 1, 3, 5 и 7 к перемычкам, другой конец которых будет идти к цифровым контактам Arduino. В идеале используйте перемычки одного цвета для каждой команды, чтобы было легче отслеживать.

3. Припаиваем простую транзисторную схему, обслуживающую динамик в схеме. Контакты транзистора на схеме расположены слева направо плоской стороной к вам: левый должен быть подключен к перемычке, которая будет идти к одному из контактов заземления Arduino, средний провод - к резистору 1 кОм, другой конец которого подключается к перемычке цифрового вывода 9 Arduino, а правый вывод подключается к резистору 100 Ом, другой конец которого подключается к проводу одного из подключений динамика. Другое подключение динамика должно быть подключено к перемычке, которая будет подключаться к одному из контактов Arduino 5V.

4. Подключите тумблер. Вы можете просто припаять один провод от одного из контактов переключателя режимов к полосе заземления и припаять штыревую перемычку от другого контакта, чтобы в конечном итоге подключиться к Arduino.

5. Очистить кнопку сложнее, если вы используете 30-миллиметровые аркадные кнопки, так как она должна быть прикреплена к корпусу снаружи, и вы не хотите иметь дело с корпусом на этом этапе. Я рекомендую взять одну перемычку с женским концом, отрезать ее рядом с женским концом и припаять другой конец к кнопке. Затем припаяйте перемычку-вилку к полосе заземления платы, и в конечном итоге вы можете прикрепить эту перемычку к кнопке. Дополнительно припаяйте штыревую перемычку к другому разъему на кнопке; это в конечном итоге подключится к Arduino.

Примечание: я подключил резистор 150 Ом последовательно с конденсатором 100 нФ как на тумблер, так и на кнопку сброса, но, честно говоря, это, вероятно, перебор, поэтому я не включил его в схему, и вам, вероятно, не придется с ним возиться.. (Прошивка в любом случае выполняет все необходимые функции по устранению неполадок в программном обеспечении.)

Шаг 4: Блок управления: ЖК-дисплей

Двухстрочный ЖК-дисплей "1602", вероятно, имеет штыревой разъем, который нужно к нему припаять. Как только у вас будет штекерный разъем, просто вставьте в него 16 перемычек, соединяющих гнездо с мужчиной.

Обратите внимание, что на принципиальной схеме на ЖК-дисплее есть четыре контакта, которые соединяются с землей, один из них через резистор 2,2 кОм. Чтобы сохранить драгоценные контакты GND Arduino, отрежьте штекерные концы трех перемычек типа гнездо-гнездо, особенно, включая V0, на котором установлен резистор. Припаяйте один конец резистора к перемычке V0. Затем соедините другой конец резистора и оставшиеся три перемычки таким образом, чтобы все они сходились к одному штекеру, который может подключаться к контакту GND Arduino.

Не забудьте в конце концов закрыть все открытые предметы изолентой или термоусадочной пленкой.

Но обратите внимание: резистор 2,2 кОм может потребоваться заменить на следующем шаге, если контрастность дисплея невысока, поэтому, возможно, пока не делайте термоусадку.

Кроме того, на ЖК-дисплее есть два контакта, которые идут на 5 В: объедините их аналогично. Вы можете проверить, подключен ли разъем LED + к резистору на ЖК-дисплее (он был на плате, которую я получил). Если нет, добавьте резистор 220 Ом.

Затем вставьте вилки в Arduino, как показано на принципиальной схеме.

Шаг 5: Блок управления: загрузка прошивки и тестирование

Убедитесь, что у вас установлена IDE Arduino. Загрузите мое программное обеспечение отсюда. Вы можете просто загрузить zip-файл и поместить его содержимое в каталог Arduino.

Внутри zip-файла вы найдете другой zip-файл, который называется ModNewLiquidCrystal.zip. С этим немного сложно справиться. Это высоко оптимизированная библиотека для работы с ЖК-дисплеем 1602, которая улучшит точность синхронизации устройства Certamen. Удалите библиотеку LiquidCrystal Arduino по умолчанию. (В Windows он находится в C: / Program Files (x86) Arduino / libraries.) Затем извлеките содержимое ModNewLiquidCrystal.zip в папку пользовательских библиотек Arduino.

Подключите Arduino к компьютеру, установите Tools | Доска | Arduino Mega… 2560, Инструменты | Процессор | ATmega2560 и инструменты | Порт к последовательному порту вашего Arduino (надеюсь, он только там). Затем загрузите с помощью кнопки со стрелкой вправо.

Если все в порядке, на ЖК-дисплее отобразится сообщение Certamen, и отобразится экран с надписью «Certamen». В противном случае что-то не так с подключениями ЖК-дисплея. Если контраст плохой, вы можете заменить резистор 2,2 кОм на что-нибудь другое. Или используйте потенциометр 10K, как здесь.

Отключите Arduino и подключите перемычки Stripboard, Clear и Mode к Arduino в соответствии со схемой.

Снова включите Arduino, и теперь вы можете еще раз его протестировать. Есть два режима: режим Certamen и режим викторины. Вы переключаетесь между ними с помощью тумблера. В режиме Certamen нажатие кнопки блокирует команду. В режиме викторины нет блокировки команды. Режим викторины также полезен для проверки работы всех соединений. Поскольку кнопки еще не подключены, для тестирования просто используйте отвертку, чтобы соединить контакты на гнездах RJ45.

Шаг 6: Блок управления: Готово

Коробка вашего проекта должна иметь отверстия для кнопки очистки, переключения режимов, порта USB, портов RJ-45 и ЖК-экрана. Было бы неплохо сделать несколько отверстий для выступающего, но вы можете поэкспериментировать. Вы можете разобраться в этом или воспользоваться коробкой для 3D-печати.

Если вы используете 30-миллиметровую аркадную кнопку в качестве кнопки очистки, а ваша кнопка переключения режима имеет те же размеры, что и моя, вы можете просто распечатать файлы STL.

Но если вы хотите что-то изменить, вам нужно скачать OpenSCAD и отредактировать файл mainbox.scad. OpenSCAD может напугать, но если вам просто нужно внести незначительные изменения, это будет легко:

• Если вы не используете 30-миллиметровую аркадную кнопку в качестве кнопки очистки, вы можете сделать более простое круглое отверстие для кнопки, изменив use30MMArcadeButton на false, а затем настроив параметры clearButtonNeckDiameter, clearButtonNeckLength и clearButtonOuterDiameter по своему вкусу.
• Чтобы изменить размер отверстия для переключения режимов, настройте modeSwitchNeckDiameter, modeSwitchNeckLength, modeSwitchOuterDiameter.
• Если у вас громкоговоритель другого размера, существуют различные параметры громкоговорителя XXX.

Чтобы увидеть эффекты, нажмите кнопку предварительного просмотра ">>". Вверху файла есть «mode =», который позволяет вам выбрать, если вы визуализируете ВЕРХНУЮ, НИЖНЮЮ или некоторые ШАЙБЫ, которые могут быть удобны для подгонки вещей. Когда все будет готово, нажмите кнопку куба с песочными часами для рендеринга, а затем кнопку STL, чтобы создать файл STL для печати.

Когда коробка будет готова, закрепите Arduino, стрипборд и ЖК-дисплей винтами №4. Для некоторых нижних отверстий винты могут быть слишком длинными и торчать. Вы можете просто подпилить концы винтов или использовать более короткие. Вставьте динамик в направляющие у решетки динамика и установите переключатель режима и кнопки.

Шаг 7: Подготовьте кабели

В установке, которую я выбрал, каждый кабель выходил от блока управления примерно на 14,5 футов к первому блоку с кликером, а затем кабель проходил через блок с кликером к следующему, и так далее до последнего блока с кликером. Я хотел примерно 3,5-4 фута между коробками для кликеров.

Каждая коробка для ответов подключается к одной паре проводов витой пары:

• оранжевый / оранжево-белый: кнопка 1 (ближний конец, ближайший к штекеру)
• зеленый / зелено-белый: кнопка 2
• синий / сине-белый: кнопка 3
• коричневый / коричнево-белый: кнопка 4 (дальний конец)

Вам нужно будет подключить к нужным витым парам от кабеля в нужных точках.

Отмерьте, где вы хотите разместить коробки с кликерами, причем последний должен быть примерно в трех дюймах от дальнего конца кабеля (конец, противоположный вилке RJ-45), и осторожно снимите примерно полдюйма внешней изоляции с кабель в каждой из этих четырех точек.

Затем разделите кончики коричневой / коричнево-белой пары в точке 4 пуговицы.

Переходим к кнопке 3 зачищенной области. Отрежьте синюю / сине-белую пару на дальней стороне 1/2 дюйма (то есть на стороне, противоположной вилке), оставив 1/2 дюйма пары на. Зачистите концы синей / сине-белой пары и припаяйте соединительные провода (например, оставшиеся перемычки) к ближней (вилке) стороне проводов, примерно на 3 дюйма для использования с настольными ручками и 6 дюймов для в руках. Красиво покрыть стыки термоусадочной пленкой.

Повторите с кнопкой 2 и зеленым / зелено-белым.

Повторите то же самое с кнопкой 1 и оранжевым / оранжево-белым.

Теперь у вас есть кабель с четырьмя парами проводов, торчащими в разных точках. Повторите то же самое с двумя другими кабелями.

У меня была гораздо более сложная процедура, когда я пропустил сращивания и вытащил провода из дальнего конца кабеля. При этом я иногда повреждаю провода и рекомендую вместо этого описанную выше процедуру.

Шаг 8: Вариант A: 30-миллиметровые аркадные кнопки и коробки для кликеров, напечатанные на 3D-принтере

Если вы выберете настольные кликеры с 30-миллиметровыми кнопками, которые я сделал, теперь вам нужно будет распечатать все 12 коробок для кликеров. Они находятся на странице проекта на github как в формате stl, так и в файле OpenSCAD, который использовался для их создания. Поля кнопок обозначены командами и игроками (команды: A, B и C; игроки: 1, 2, 3 и 4), поэтому все они разные. Кроме того, коробка плеера 4 идет на конце кабеля, поэтому у него только один разъем для кабеля вместо двух. Также есть основания для кнопочных ящиков. Базы для игроков 1-3 одинаковы, но у игрока 4 разные. Чтобы сэкономить пластик, я сделал основы из фанеры толщиной 1/4 дюйма с помощью кольцевой пилы (а затем просверлил насадки).

Протяните провода, идущие к каждой кнопке, через нижнюю часть блока кнопок и припаяйте к кнопке. Убедитесь, что все стыки закрыты изолентой или термоусадочной лентой. Вставьте кабель в отверстия в нижней части коробки для кнопок (или в одно отверстие, если это кнопка 4) и закрепите внутри кабельные стяжки, чтобы кабель не выдергивался. Прикрепите основания винтами и наденьте силиконовые ножки.

Шаг 9: Вариант Б. Ручные кликеры

Разрежьте трубу ПВХ сортамента 80 1/2 дюйма на пятидюймовые сегменты для ручек-фиксаторов.

Сделайте прорезь для кабеля с обеих сторон нижней части трубок, за исключением кнопки 4, для которой требуется только один прорезь.

Подпилите внутреннюю часть куска трубы так, чтобы пуговица наверху могла плотно прилегать.

Протяните провода вверх через трубу и припаяйте к кнопке. Нанесите эпоксидную смолу на пуговицу в том месте, где она имеет фрикционную посадку. Пропустите кабель через прорези, которые вы подпилили внизу. Поместите кабельные стяжки внутрь трубы на кабель, чтобы он не выскользнул. Затем заклейте нижнюю часть трубы эпоксидной смолой или термоклеем.

Я рекомендую нанести немного обувного материала или силиконового герметика на внешнюю сторону кабеля, где он выходит из трубы, в качестве разгрузки от натяжения.

Шаг 10: Используйте

Перед использованием проверьте все кнопки. Установите переключатель режима в положение «Викторина», и пусть каждый игрок нажимает кнопку. На экране должны появиться все 12 кнопок. Затем переключитесь на «Certamen», и вы получите функцию блокировки команды. Чтобы очистить экран, нажмите кнопку «Очистить».

Размеры моего кабеля были рассчитаны таким образом, чтобы кнопки могли находиться на разных партах в классе.

Шаг 11: Технические примечания

В случае ничьей программа делает случайный выбор.

Точность определения того, кто первым нажмет кнопку, составляет не хуже 50 микросекунд (проверено с помощью осциллографа).

В редких, наихудших случаях, точность отсчета времени для отличия второго нажатия от третьего будет около 2 миллисекунд. Это происходит только в том случае, если все три нажатия происходят с интервалом в 2 миллисекунды, и это связано с тем, что процессор занят обновлением экрана после первого нажатия. Чтобы свести к минимуму этот источник ошибки синхронизации, ЖК-дисплей имеет параллельное 8-битное соединение (обычно люди подключают 1602 ЖК-дисплея, используя меньшее количество контактов на Arduino), и я включил оптимизированную библиотеку LiquidCrystal, чтобы использовать ее (большинство оптимизаций не мой, но я добавил параллельную 8-битную оптимизацию).

Шаг 12: пасхальные яйца

Если вы удерживаете кнопку очистки во время загрузки устройства, вы получаете одно из двух пасхальных яиц, в зависимости от состояния переключателя режимов: пианино, управляемое кнопками кликера, или какая-нибудь латинская поэзия на экране. Для выхода нажмите переключатель режима.

Финалист конкурса учителей 2017